創(chuàng)建實用的水工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)

　　40多年來，作者參加了幾十項大中型的給水排水處理工程中電氣與自控方面的設計任務和評審評標工作；承擔過北京和深圳等大城市供水調(diào)度系統(tǒng)和源水調(diào)度系統(tǒng)的設計任務；多次組織國內(nèi)外高層技術(shù)專家深入研討水工業(yè)自動化的相關問題。一個實用的科學的水工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)：必須有一個全數(shù)字化的儀器儀表等現(xiàn)場測控系統(tǒng); 必須有一個功能強大的現(xiàn)場可編程自動化控制器；必須有一個功能強大的監(jiān)控組態(tài)軟件平臺和有本企業(yè)特色的先進控制技術(shù);必須有一個功能強大的實時數(shù)據(jù)庫;必須有一個好的廠級監(jiān)控網(wǎng)絡。這些,都是所有水工業(yè)自動化集成必須同步解決的核心技術(shù)問題。

　　3.1現(xiàn)場機、電、儀、執(zhí)行器等設備要盡快微型化、虛擬化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡化

　　錢學森院士說過：“新技術(shù)革命的關鍵技術(shù)就是信息技術(shù)，信息技術(shù)由測量技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)三部分組成，測量技術(shù)則是關鍵和基礎”。水工業(yè)車間的現(xiàn)場層設備是自動化系統(tǒng)的最底層。有傳感器、變送器、啟動器、驅(qū)動裝置、水泵機組、I/O部件、各種閥門、供配電、控制柜、潷水、排泥、加藥等大量的各種類型的現(xiàn)場設備�，F(xiàn)場設備是綜合自動化的基石，是源頭。

　　3.1.1現(xiàn)場儀器儀表、光、機、電、氣等一切設備要盡快微型化

　　實踐證明：傳統(tǒng)的各種水質(zhì)傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)、體積大、功能弱、單一性、硬件化，無法滿足網(wǎng)絡監(jiān)控的要求。由于微機系統(tǒng)（MEMS）、超大規(guī)模集成（VLSI）新器件、多芯片模塊（MCM）、圓片規(guī)模集成（WSI）等大量涌現(xiàn)，采用更加精密的微控技術(shù)、微加工技術(shù)、微光源等技術(shù)，使儀器儀表產(chǎn)品體積更加縮小，精度更加提高，產(chǎn)品更加豐富。

　　3.1.2現(xiàn)場儀器儀表、光、機、電、氣等一切設備要盡快智能化

　　傳統(tǒng)的水企業(yè)檢測儀器只能探測一種物理量，一個小水廠，傳感器和變送器就幾十套，而智能的檢測儀器可以提供整個應用系統(tǒng)的檢測方案，對信息進行處理、分析和調(diào)節(jié)，對信息誤差進行補償，進行邏輯思考和結(jié)論判斷；對非線性的信號進行線性化處理；智能化儀器具有自診斷、自標準功能。智能化的傳感器能夠完成多參數(shù)混合檢測，智能化傳感器具有網(wǎng)絡數(shù)字化通信接口，將所測到數(shù)據(jù)域發(fā)送給遠程監(jiān)控中心等。

　　以美國德州儀器公司的“DSPC”為例，以DSP芯片為核心，配合先進的混合信號電路、ASIC電路，提供整個應用系統(tǒng)的解決方案，到2010年，DSP 芯片的集成度將會提高11倍，在單個芯片上將會集成5億只晶體管。

　　3.1.3 現(xiàn)場儀器儀表、光、機、電、氣等一切設備要盡快虛擬化

　　1985年美國NI公司正式推出Labview 版本的虛擬儀器技術(shù)，由硬件的軟件化，軟件的模塊化而產(chǎn)生的虛擬儀器。用戶可通過鼠標和圖標進行操作，大大提高了工藝流程的創(chuàng)造性、為水工業(yè)用戶更大規(guī)模的擴展、創(chuàng)新的應用創(chuàng)造了條件。20多年來Labview的技術(shù)在很多水的項目中選用，自動化水平提高了。技術(shù)更先進，功能更強大，應用范圍更廣的Labview8.5版本也問世了。西門子、洛克葦爾等著名公司也相繼推出了功能很強的虛擬儀器產(chǎn)品。

　　近年來，隨著TNTERNET和嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，又產(chǎn)生了新一代的網(wǎng)絡化虛擬儀器。虛擬技術(shù)是水質(zhì)參數(shù)在線監(jiān)測的高效解決方案。水質(zhì)的監(jiān)測是很困難的，從進水到出水的整個流程處理過程中，要有快速的全方位的眾多水質(zhì)參數(shù)的儀器功能，精度指標都集成在一個軟件庫中。通過I/O接口，完成眾多復雜系統(tǒng)的功能，根據(jù)水量水質(zhì)變化參數(shù)，可在線的及時修改編程，進行二次開發(fā)；構(gòu)建成一個完整的多通道綜合自動化的虛擬儀器儀表的系統(tǒng)，并可減少許多要引進的昂貴的水質(zhì)分析儀器。前五年，某污水處理廠采用美國Labview5.1的圖形化編程軟件，同時對氟離子、氯離子、氫離子、溶解氧進出水濁度等眾多參數(shù)進行監(jiān)測,效果良好。

　　3.1.4 現(xiàn)場儀器儀表、光、機、電、氣等一切設備要盡快網(wǎng)絡化

　　網(wǎng)絡化的測量環(huán)境將網(wǎng)上每臺的計算機和各個現(xiàn)場的儀器儀表有機地聯(lián)系在一起。數(shù)以萬計的各種性質(zhì)的海量的信息數(shù)據(jù)都傳送到系統(tǒng)網(wǎng)絡的實時數(shù)據(jù)庫（SQL）服務器，進行分析、處理、運算，通過現(xiàn)場實時工業(yè)以太網(wǎng)和因特網(wǎng)，網(wǎng)上任意地點的計算機都可以從數(shù)據(jù)庫中讀取網(wǎng)上的任何一組儀器儀表的測量數(shù)據(jù)值，就可以進行遠程測量和控制，總監(jiān)控中心能対遠端井群或閥門，實現(xiàn)真正意義上的分布式的“E網(wǎng)到底”的網(wǎng)絡控制。如某市水務集團公司，對眾多調(diào)速水泵機組調(diào)速，在網(wǎng)上要快速檢測大量的數(shù)據(jù)并快速計算分析處理，現(xiàn)場機組接到指令變速運行，迏到優(yōu)化運行。

[$page]　　3.1.5 現(xiàn)場儀器儀表、光、機、電、氣等一切設備要盡快多功能化

　　現(xiàn)代的現(xiàn)場數(shù)字化儀器儀表在一個傳感器中可以安裝多個敏感元件，完全模塊化安裝，具有檢測、變換、補償、運算、處理、分析和控制功能，一個儀表可以處理多個信息的采集和控制，是真正意義上的多傳感信息融合, 方便了用戶，大大節(jié)約了成本。由于完全模塊化，數(shù)字完全開放的儀器儀表，人們很難區(qū)分是儀器還是儀表，或是測試系統(tǒng)設備。像水廠中低壓系統(tǒng)各種電量的網(wǎng)上在線監(jiān)測、原先要幾十套由傳感器變送器組成，現(xiàn)在只要幾套就行了�，F(xiàn)場設備可以統(tǒng)一組態(tài)，水務總公司集控室的操作員能夠一目了然的了解現(xiàn)場設備的工作情況，就可以對系統(tǒng)進行參數(shù)的調(diào)整，達到優(yōu)化控制，對系統(tǒng)進行故障診斷，可以實現(xiàn)真正意義上的遠程廣域網(wǎng)絡監(jiān)控。