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    前言

　　根據國務院“關于環境保護若干問題的決定”提出的2010年環境保護目標，要實施污染物排放總量控制，抓緊建立全國主要污染物排放總量指標體系，和定期頒布制度。國家環境保護總局根據國務院的指示精神，提出“一控雙達標”計劃，即全國重點城市功能區環境達標，所有工業污染源達標排放，并實行總量控制。

　　國外在污染物排放總量控制方面獲得了巨大的進展。如美國在污染物排放總量控制監測方面已有成套的技術方法和標準化的商品儀器，在大型企業排水口普遍安裝了水質COD、pH、TOC、NH4+濃度和排水量在線連續監測系統。由企業購置安裝，由環保局進行質量控制，其監測數據作為法定數據，基本上達到了隨時監控與宏觀調控的目的。日本經過80～90年代的努力，嚴格控制污染物排放總量，對重點工業污染源都安裝了在線連續監測系統，做到了實時監控和總量控制。

　　目前，我國環保行業采用的監測系統普遍以單一環保監測儀表形式出現，長期運用4～20mA的模擬信號標準，或預留串行口作為通信接口，沒有開放性，每個廠商都要各自進行數據傳輸軟件的投資;而且國內尚未約定形成標準協議，不同廠商的產品之間沒有互操作性。

　　隨著“一控雙達標”工作的不斷深入，加強污染源現場監督工作愈來愈成為跨世紀環保工作的關鍵。因此為了提高現場監督管理的手段和水平，環境污染監測及監控的自動化成為當務之急。另外，隨著我國環保立法工作的完成，各級政府為了提高人民生活質量，都非常重視城市生活污水和工業污水的控制和處理。大量的工業污水處理站和城市生活污水處理廠正在或即將興建，需要投入的資金很大。因此各地的投資方案大多采用分批投資，分期達到設計處理能力的辦法。這樣對污水處理廠和排放口的自動監測監控系統就要求具有很好的開放性、互操作性、易維護性和可擴展性，以適應分期投資和不斷擴展功能的需要。

　　信息技術的飛速發展，導致了自動化領域的深刻變革，并逐漸形成了自動化領域的開放系統互連通信網絡，形成了全分布式網絡集成化自控系統。而現場總線正是這場深刻變革中的重要技術。

　　現場總線系統的最大特點在于它的控制單元在物理位置上可以和測量變送單元及操作執行單元合為一體，因而可以在現場構成完整的基本控制系統。又由于它具有的通信能力，可以與多個現場智能設備溝通、綜合信息，便于構成多個變量參與的復雜控制系統與精確測量系統。另外，由于現場總線儀表的數字通信特點，使它不僅可以傳遞測量的數值信息，還可以傳遞設備標識、運行狀態、故障診斷狀態等信息，因而可以構成智能儀表的設備資源管理系統。

　　未來的發展要求測控網絡應具備如下條件：

　　1、 開放性：網絡協議必須是開放的，并且對任何用戶都是平等的。

　　2、 互操作性：網絡協議需要完整到任何制造商的產品都可以實現互操作。

　　3、 通信媒介：可用任何傳輸媒介進行通信，包括雙絞線、電力線、光纖、同軸電纜、無線電波和紅外光波，并且多種媒介應能夠在同一網絡中混合使用。

　　4、 網絡結構：應能使用所有現有的網絡結構，如主從式、對等式以及客戶/服務器方式。

　　5、 網絡拓撲：應該不受總線型網絡拓撲單一形式的限制，用戶可以選擇任意形式的網絡拓撲。

　　目前較流行的現場總線，如FF、CAN等，都達不到上述要求。而LonWorks技術卻可以完全滿足上述這些基本要求。可以說，LonWorks以其特有的優良性能，成為眾多現場總線產品中的佼佼者。

    在環境測控中應用LonWorks技術的好處

　　在環境測控中采用LonWorks控制網絡技術，有如下好處：

　　1） 使網絡結構簡單、布線容易、工程施工方便、節省工程安裝費用。靈活選擇雙絞線、電力線或無線作為通信媒體，在某些場合可以避免重新布線。

　　2） 使環境監測監控系統變得更靈活，容易與其他監測監控系統，如：工業過程監控系統、工廠設備監控系統等互聯，實現系統總集成，使各系統之間按要求實現聯動和信息共享。同時也打破了目前環境保護局部網單獨、封閉、壟斷的設計方式，更有利于普及與推廣。

　　3） 容易與管理微機局部網絡實現聯網和信息共享。

　　4） 通過Internet實現遠程管理和監控，有助于全局的集中管理，包括設備的遠程監測、遠程控制和遠程診斷。

　　5） LonWorks的互操作性保證總體規劃和分步實施能順利實現。

　　6） 環境監控與設備的遙測、遙信、遙控、遙調可以采用同一控制平臺，有利于系統的實施、管理和維護。

　　7） 采用LonWorks控制網絡技術把我國已國產化的環保監測儀器與國外引進儀器集成網絡系統，或把新老設備方便地納入網絡，其成本比引進外國成套監測系統將是成倍數下降，從而節約了大量外匯資金，而且保護和發展了我國民族化環境保護產業。

　　可見，把LonWorks控制網絡技術應用到在我國環境保護領域內，是一項技術領先而且引人注目的開創性工作。

    基于LonWorks技術的新一代智能環境監測儀

　　廣州威世達控制網絡有限公司針對傳統監測儀表的單機系統及現階段環境污染源監測存在著二次儀表、黑盒子、適配器組件重復的現狀，結合微處理器技術、數據通信技術和控制網絡技術，開發了“VHB-2000多參數智能環境監測儀”。

　　“VHB-2000多參數智能環境監測儀”定位為集監測儀器中的流量計、污染處理設施運行記錄儀、污染參數采集儀、適配器于一體的通用監測終端系統。系統主要包括：主控模塊、顯示鍵盤模塊、撥號控制模塊、LonWorks控制模塊。

　　VHB-2000系列產品的設計原則是：既能以單臺方式工作，又能擴展為基于現場總線的監控網絡。其結構框圖如下。

多參數智能環境監測儀硬件結構圖

　　主控模塊主要完成流量測量和對模擬量的采集、處理和存儲以及開關量的記錄。流量測量包括量水堰槽、液位傳感器和液位流量轉換處理，完成對明渠排放流量的連續測量功能。液位傳感器采用美國進口的超聲波傳感器，測量距離為4″～40″，無需再作溫度補償，精度較高，抗干擾性強。該超聲波傳感器具有4mA～20mA標準電流輸出，把測量距離轉化為電流信號，再由儀器的主控模塊把采集到的電流信號轉變為電壓信號，進行A/D轉換變成數字量，然后由主CPU再作進一步的運算處理。量水堰槽根據現場情況和流量范圍作出選擇。對污染治理設施運行記錄是通過采集互感器的電流信號，經過比較器判定其開關狀態，再由主CPU作時間的計量及存儲。另外儀器還有兩個模擬量接口，可采集其他傳感器或在線水質監測儀器的模擬量輸出信號。

　　顯示鍵盤模塊，顯示屏采用帶背光顯示液晶。所有操作均采用中文字幕，界面直觀友好。而鍵盤采用最簡袖珍四鍵鍵盤，用最少的鍵來完成所有必要的操作功能。顯示鍵盤模塊主要完成儀器初始參數的設定，實時顯示監測參數。

　　撥號控制模塊提供兩個RS-232標準接口，一個在本地連接PC機，可對監測現場進行監控;另一接口連接MODEM、電話線完成向環保主管部門上傳監測數據及實行遠程實時監控功能。一般情況下，由環保主管部門通過撥號與現場儀器建立聯接，隨時調用其現場監測數據。

　　LonWorks控制模塊以Neuron芯片為CPU，主要用于與現場的LonWorks控制網相聯以實現現場設備的過程調控，同時可方便地與Internet或企業局域網無縫聯接。

　　該儀器采用模塊化設計，既可以根據企業的現場情況和需求進行靈活組合，又可降低投資成本。

　　系統軟件分為兩部分：一部分是儀器內部的嵌入式監控程序，主要完成儀器初始參數的設置（包含：超聲波傳感器的線性校正和安裝時的零位校正、堰槽的選擇、水位上下限的設置、儀器時鐘的校準及密碼設置等），數據采集，運算處理，儲存，通信，并實時顯示監測數據及設施運行狀態。另一部分是上位機（PC機）的監控程序，通過RS-232串口或LonWorks接口進行本地或遠程通信。主要完成對監測現場的實時監控和對儲存數據的查詢并形成報表打印。

　　VHB-2000功能特點包括：

　　1） 內置嵌入式操作系統，多CPU協同工作。

　　2） 模塊化設計，可根據環境監測對象和企業的需求選擇不同的模塊，構成最優系統。

　　3） 配接液位傳感器實現污水流量的測量，實時顯示液位、瞬時流量、累積流量及時間;也可通過模擬量輸入接口采集在線水質監測儀數據（如COD、pH、SS、油份、TOC、TN、TP、CN等）。并具有超標自動記錄及報警功能。

　　4） 可儲存最近10年的年流量，36個月的月流量，180天的日流量，一周內的每小時流量，三年內每個月的失測時間及正常運行時間。

　　5） 可同時監視8路污染處理設施的工作狀況，儲存污染處理設施最近36個月的運行時間。

　　6） 可記錄本機最近30次的通斷電時刻，停電后機內各數據可長期保存。

　　7） 可配用三角堰、巴歇爾槽等不同尺寸的堰槽，以適應不同流量范圍的測量。

　　8） 具有與PC機連接的標準通信接口，可以通過PC機進行監測數據的查詢管理以及打印輸出。

　　9） 提供LCD顯示和鍵盤輸入，通過人機交互方式，在中文字幕提示下，可方便地對儀器進行參數的配置和數據的查詢;在儀器正常工作時，可實時動態顯示監測數據。

　　10） 內置了Modem接口，可通過電話線把企業排污現場的監測數據上傳給環保監管部門。

　　11） 提供基于LonWorks技術的通信接口，可與局域網、互聯網無縫聯接。遠程數據中心可通過Internet與本機進行通信，完成數據的收集、查詢和管理。也可通過企業內部網將數據傳送到企業管理中心，便于統一管理。

　　目前，該儀器已通過國家環保產品華南檢驗中心檢測合格、經過環保和控制方面的專家鑒定，并在多個用戶單位進行了實際現場安裝運行，運行情況良好，得到用戶單位的好評。

    城市污水處理中采用LonWorks技術

　　LonWorks技術是一種適用于跨行業的測控系統，污水處理行業采用LonWorks技術有其獨特的優勢。近年來，有許多城市準備建設污水處理廠，規模不等，處理能力小的10,000t/d左右，大的在50,000t/d以上。它們所采用的處理工藝不再局限于傳統的活性污泥法，而比較廣泛地使用新技術、新工藝（氧化溝法、AB法等）。

　　（1）預處理

　　第一部分是由格柵及曝氣沉砂池組成的物理處理系統，以去除大量的懸浮物。污水通過城市管渠導入粗格柵井，進入污水泵站，經提升后進入細格柵池井，然后注入曝氣沉砂除油池。

　　（2）生物處理

　　自曝氣沉砂池出來的污水經計量后進入氧化溝，然后經沉淀池后，上清液即可達標排放。

　　（3）沉淀池

　　氧化溝出水自流進入沉淀池進行泥水分離，上清液流入出水池。產生的污泥一部分回流至氧化溝，另一部分排入污泥濃縮池進行濃縮。

　　（4）出水池

　　出水池同時作為消毒滅菌池，往出水池進水口處投加消毒劑以起殺死水中各種病原微物及各種病原菌的作用。出水池部分排放水送回廠內用于清洗和洗滌，其余清水達標排放。

　　（5）污泥處理

　　為了保持氧化溝中污泥濃度不變，過多的污泥必須排走。剩余污泥由污泥泵經濃縮池轉送到脫水機房。剩余污泥在脫水之前首先加入絮凝劑，然后送入帶式脫水機脫水。污泥在帶式壓濾機中進一步脫水，形成干泥餅，這種脫水后的污泥由卡車拉到外地填埋。

　　采用LonWorks測控網絡實現對污水處理過程進行現場參數測量、狀態檢測、設備控制、故障監測和報警。

　　采用LonWorks測控網絡來實現城市污水處理流程的監測控制具有明顯的技術上的優勢。其主要優勢在于：

　　1） 全分布式測控網絡大大提高了系統整體的可靠性，任何監控設備的故障都不會造成整個監控系統的癱瘓。

　　2） 智能節點靠近現場監控設備安裝、自由拓撲雙絞線網絡布線方便、多種通信媒介，如電力線、無線媒介，可混合組網，大大簡化了網絡的布線及安裝。

　　3） 強大的網絡管理和診斷功能使系統的管理維護非常方便。

　　4） 標準網絡協議及其開放性、可互操作性使系統實施、擴充、升級非常容易。

　　技術方案采用威世達公司基于LonWorks技術的VCN （Vstar Control Networks） 系列產品，實現污水處理過程各種物理、化學參量的采集、顯示;機電設備的自動啟停控制和遠程控制、故障監測、報警;運行時間、狀態記錄;開關柜、電氣柜的開關聯動、遠動、狀態記錄和報警等。

　　VCN系列智能節點包括多種模擬量、開關量和數字量輸入/輸出模塊、雙絞線/電力線路由器模塊、LON-RS232/485網關、中繼器、網絡接口等。軟件包括運行于智能節點的監控應用程序、LCD監控界面、PC人機交互監控界面HMI、網絡組態和管理軟件等。

　　使用基于LNS（LonWorks Network Service）網絡操作系統的網絡管理工具，可以很方便地進行網絡配置、安裝、測試、維護、監控和管理。VCN智能節點的面向對象的模塊化設計和Plug-in插入模塊功能，使節點的配置管理非常容易。

    應用前景

　　LonWorks測控網絡技術的優越性及其突出的特點，使得該技術從九十年代問世以來在各行各業得到了廣泛的應用。由于采用了LonWorks技術，威世達公司的多參數智能環境監測儀除了可采集包括水、氣、噪聲等多種監測參數外，還具有橫向面對企業聯網，縱向與國家環境監理信息網絡聯接的優勢。借助LonWorks技術的開放性和可操作性，把現代控制網絡技術與環境測控技術有機地結合起來，實現環境測控與組網兩大任務的統一。

　　把多參數智能環境監測儀作為全分布式環境監測監控網絡系統中的節點，從水質監測節點擴展到氣、噪聲監測節點，集成環境監測網絡;進而建立優越于我國現有單一集散型環境監測系統的多目標全分布式環境測控管理網絡。

　　在環保行業引入LonWorks這一領先技術，必將大大促進行環保產業的信息化、網絡化，實現我國環境監測監控工作在網絡時代的新飛躍，將會帶來顯著的經濟效益、社會效益和環境效益。