美國邦納DX70無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) －工業(yè)污水處理上視覺神經(jīng)

　　中國水資源人均占有量少，空間分布不平衡。隨著中國城市化、工業(yè)化的加速，水資源的需求缺口也日益增大。因而，保護(hù)有限的水資源、增加水資源的循環(huán)利用，越來越受到企業(yè)和社會的重視。在這樣的背景下，污水處理行業(yè)成為新興產(chǎn)業(yè)，目前與自來水生產(chǎn)、供水、排水、中水回用行業(yè)處于同等重要地位。污水由兩個部分組成，一部分是生產(chǎn)廢水，一部分是生活污水。生產(chǎn)廢水主要是來自于電爐煉鋼，釓鋼，化工廠等一些大型的用水工業(yè)工廠。

　　目前，全國661個設(shè)市城市中，已有383個城市建成污水處理廠792座，其中，有135個城市的污水處理率已達(dá)到或接近70%，單廠處理規(guī)模達(dá)到每天100萬立方米。雖然由于國家和各級政府對環(huán)境保護(hù)重視程度的不斷提高，中國污水處理行業(yè)正在快速增長，城鎮(zhèn)污水處理率不斷提高，但目前中國污水處理行業(yè)仍處于發(fā)展的初級階段。

傳感器成為工業(yè)污水處理的眼睛：

　　污水處理過程的監(jiān)視與控制系統(tǒng)由模型、傳感器、局部調(diào)節(jié)器和上位監(jiān)控策略等4個部分組成。其中，傳感器是污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)中最重要也是最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。日益嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致了污水處理工藝流程和裝備的復(fù)雜化。同時，這對用于污水處理過程監(jiān)視與控制的傳感器的性能，也提出了更高的要求，促進(jìn)了污水處理領(lǐng)域傳感器技術(shù)的發(fā)展。由此，一些適用于污水處理過程的新型傳感器相繼問世。污水處理過程中所涉及的儀器儀表種類繁多，多數(shù)傳感器是污水處理過程所特有的，可分別應(yīng)用于不同的場合，因?yàn)檫@些專用的傳感器收集的信號將反應(yīng)一個或多個特定變量的狀態(tài)信息變化。可以客觀地說，傳感器將成為工業(yè)污水處理的眼睛。

工業(yè)水處理廠問題：

　　由于傳感器在工業(yè)污水處理中舉足輕重的作用，因此傳感器的布局相當(dāng)重要。工業(yè)水處理的規(guī)模相當(dāng)大，一般都經(jīng)過幾道工序，如果粗分可分為：預(yù)處理工序、水解酸化工序、SBR工序、接觸氧化工序、污泥脫水工序，細(xì)分又可分為：粗格柵及污水提升泵、細(xì)格柵、曝氣沉砂池、生化池、集配水井、終沉池、濾池、消毒渠等。一個中型的水處理廠都要占地幾十畝到幾百畝的水池用地，在這么大的區(qū)域內(nèi)，為了采集放置于污水中傳感器的模擬量數(shù)據(jù)，需要布置很長的數(shù)據(jù)線，同時考慮到信號的穩(wěn)定，有時還需要采用屏蔽電纜線。開溝布線和采用高性能導(dǎo)線所帶來的成本將占據(jù)很大一部分工程預(yù)算，極大地制約了水處理廠的發(fā)展。

DX70無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成為工業(yè)污水處理的視覺神經(jīng)：

　　針對于此，邦納公司推出的DX70無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠很好地應(yīng)對水處理行業(yè)中的應(yīng)用需求。

Banner DX70無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

　　當(dāng)污水經(jīng)過一道道的工序進(jìn)入相應(yīng)的處理池中時，首先由各種監(jiān)測儀表（包括溫度、壓力、液位、流量、pH值、電導(dǎo)率、懸浮固體等傳感器）將污水的相關(guān)值進(jìn)行采集，這些監(jiān)測儀表將接入邦納DX70無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)，隨后DX70無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)將采集的模擬量數(shù)據(jù)通過無線電波發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，然后網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺豍LC或計算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對污水處理過程的全程監(jiān)測和控制。

　　邦納無線傳感技術(shù)，使遠(yuǎn)程信號采集和多點(diǎn)監(jiān)測測量成為可能，大大方便了污水處理過程監(jiān)視的實(shí)施。無線傳感技術(shù)與傳統(tǒng)有線系統(tǒng)相比，具有很大潛力。水處理工廠由于地理的限制和污水的限制，使得布線成為一個很大的難關(guān)，在某些塔式藥劑投放地點(diǎn)，根本不可能實(shí)現(xiàn)布線來采集數(shù)據(jù)，而此時，無線系統(tǒng)就可以發(fā)揮關(guān)鍵的作用。邦納的DX70無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)給予用戶的既是成本上的節(jié)省和又是實(shí)施時間上的便利。

DX70無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接線圖

　　DX70 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可將現(xiàn)場離散傳感器信號通過節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)娇刂剖业牡木W(wǎng)關(guān)。可以支持各種傳感器的輸入，如開關(guān)量、模擬量、熱電偶等信號。采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)（FHSS），抗干擾性能好。SureCross節(jié)點(diǎn)可連接液位、PH值、電導(dǎo)率和流量等各種模擬量信號,而這些模擬量信號分散在水處理廠的不同的地方，節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)發(fā)送到中央控制中心，DX70的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)解決了污水處理廠環(huán)境的障礙、資源的影響等因素，明副其實(shí)地成為了連接分布在污水處理各個環(huán)節(jié)傳感器眼睛的視覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

DX70無線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場使用圖

邦納無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)?

　　無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)作為主設(shè)備擔(dān)負(fù)著各個節(jié)點(diǎn)的輸入輸出間的映射關(guān)系和控制，同時與上位系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，并發(fā)送往網(wǎng)關(guān)。節(jié)點(diǎn)數(shù)量可靈活配置.

　　圖釋：采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)， 如一個網(wǎng)關(guān)及15個節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)與各節(jié)點(diǎn)實(shí)行雙向通訊。

　　圖釋：網(wǎng)關(guān)作為主設(shè)備擔(dān)負(fù)著各個節(jié)點(diǎn)的輸入輸出間的映射關(guān)系和控制，同時與上位系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

　　支持的通訊協(xié)議有：

　　1. RS-485 Modbus RTU

　　2. Modbus TCP

　　3. Ethernet IP

　　節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，并發(fā)送往網(wǎng)關(guān)。節(jié)點(diǎn)數(shù)量可靈活配置。

邦納無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)：

　　＊ Frequency Hopping Spread Spectrum （FHSS） 無線電跳頻擴(kuò)頻以及Time Division Multiple Access （TDMA）時分多址控制架構(gòu)的技術(shù)結(jié)合, 抗干擾強(qiáng)。

　　＊ 無線工業(yè)級I/O 系統(tǒng), 4 路開關(guān)量I/O, 2路模擬量I/O, 連接信號丟失輸出

　　n 網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)為雙向數(shù)據(jù)傳輸, 包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)答

　　＊ 堅(jiān)固的外殼, 防護(hù)等級為IP67

　　＊ 即插即用

　　＊ 2.4 GHz 頻率

　　＊ 內(nèi)建信號強(qiáng)度指示

　　＊ 內(nèi)置或外置天線可選, 天線種類繁多

　　＊ 超遠(yuǎn)距離3.2 Km

總結(jié)：

　　邦納DX70無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在實(shí)際中的應(yīng)用中，適用于各種已有的傳感器安裝，減少了布線距離增加的成本，解決了現(xiàn)場布線障礙 （高架橋路, 橋梁, 河流…）及生產(chǎn)中斷或是在室外工作的限制，并且解決了需要耗時耗力的布線及現(xiàn)場的環(huán)境如灰塵等問題。該產(chǎn)品可以應(yīng)用到許多行業(yè)及自動化領(lǐng)域的多種信號輸入輸出而無需布線的場合。DX70無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的出現(xiàn)，將為國內(nèi)傳感器市場帶來更為廣泛、高效的產(chǎn)品應(yīng)用。

　　據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計，使用無線傳感器和使用有線傳感器相比，在應(yīng)用條件和輸出結(jié)果相同的情況下，總體的應(yīng)用成本后者將是前者的3倍。因?yàn)橛芯€不可避免布線和開槽這些常規(guī)操作，而無線的傳感器將更為自由、方便地使用。相信，隨著應(yīng)用理念的提升，更具性價比和實(shí)用性的無線傳感器將會被越來越多的國內(nèi)企業(yè)所接受。

附：

　　1. FHSS-無線電跳頻擴(kuò)頻技術(shù): 載波頻率受一個偽隨機(jī)碼的控制，在其有效工作帶寬范圍內(nèi)，按PN碼的隨機(jī)規(guī)律不斷改變，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展。同時在接收端，接收機(jī)的頻率合成器受相同的偽隨機(jī)碼控制，并通過同步措施，保持與發(fā)射端的跳變順序一致， 最終實(shí)現(xiàn)雙向通訊。 跳頻的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性能強(qiáng)，相比其他單一頻率通訊方式（例如數(shù)傳電臺），一旦在某個時間點(diǎn)上通訊受到外界噪聲干擾，便可以主動跳變到其他頻道上繼續(xù)通訊。

　　2.污水處理過程的通用儀表包括溫度、壓力、液位、流量、pH值、電導(dǎo)率、懸浮固體等傳感器。

　　①厭氧消化過程由于常常實(shí)施溫度控制，溫度傳感器顯得更加重要。典型的溫度測量元件是熱電阻。

　　②壓力測量值常常用作曝氣和厭氧消化過程的報警參數(shù)。

　　③液位測量用于水位監(jiān)視，通常采用浮標(biāo)、差壓變送器、容量測量、超聲水位檢測等方法測量。

　　④流量監(jiān)測儀表主要有堪板、轉(zhuǎn)子流量計、渦輪式流量計、靶式計量槽、電磁流量計、超聲波流量計等。

　　⑤pH值是生化過程中的一個重要變量，更是厭氧消化和硝化過程的關(guān)鍵值，通常在污水處理廠都安裝有pH電極浸人污泥中，通過不同的清潔策略可以實(shí)現(xiàn)長期免維護(hù)。對于具有高度緩沖能力的廢水，pH值測量對過程變化可能不敏感，因此不適合于過程監(jiān)督與控制，這種情況可以用碳酸鹽測量系統(tǒng)代替。

　　⑥電導(dǎo)率傳感器用于監(jiān)視進(jìn)水成分的變化，同時也是化學(xué)除磷控制策略的基礎(chǔ)。

　　⑦傳統(tǒng)的生物量測量是根據(jù)懸浮粒子對入射光的散射及吸光度進(jìn)行估計。