石化污水处理论文

摘要水污染是一个全球性的问题，随着工业的发展和工业化程度的提升而不断加深。通过对生物法、物理法、化学法、物理化学法在石油化工污水处理中研究进展的介绍，说明了各种技术的优缺点和使用条件，指出由于污水成分的多样性，需要综合运用各种技术才能达到最佳的处理效果。总体而言，今后的发展方向是研究开发投入少、见效大的污水处理技术。今天小编为大家精心挑选了关于《石化污水处理论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

石化污水处理论文 篇1：

浅谈生物技术在巴陵石化污水处理中的应用

【摘 要】随着国家对环保的重视，环保科技得到长足发展，生物工程技术在环保领域也得到了广泛的应用，特别是在工业污水处理领域，生物工程有十分明显的优势，例如节能降耗、安全稳定、绿色高效等，作者将结合巴陵石化污水处理现状，就生物工程在污水处理中的应用进行分析与探讨。

【关键词】生物工程;环境保护;应用

前言

生物工程又称生物技术，在狭义上，指将工程知识应用于生物学领域内，利用生物体的机能生产物质，以提供商品为人类服务的一项技术，包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四个技术体系。生物工程应用到环境保护方面有两类，一类是直接应用，比如废弃物生物利用、杂交水稻等等;一类是间接应用，比如把化肥用生物固氮替换，或者把化学农药用生物农药替换等等，与直接应用相比，间接应用的领域与空间则广泛的多。

一、巴陵石化污水治理现状及生物工程的特点

2015年9月10日发布的《石油化学工业污染物排放标准》，要求从2017年7月1日起，石化企业开始执行新的行业标准。其中，外排废水总氮控制在40毫克每标准立方米以下，总磷控制在1毫克每标准立方米以下。巴陵石化己内酰胺生产的生化装置脱氮、除磷污水处理工艺不完善，预处理能力有限，外排废水总氮、总磷达标排放面临严峻考验。

为按期实现污水稳定达标排放，巴陵石化通过源头至末端的全流程治理，将原先己内酰胺生产部进入生化装置的高氨氮蒸发冷凝液收集后，送至热电部进行综合利用，减少进入生化装置废水量;改变离子交换再生废水的去向，将高硝态氮的再生废水浓缩处理后，进入废碱焚烧炉处理，减少进入生化装置的总氮含量;建设投用全苯蒸馏项目，在提高产品品质的同时，减少了离子交换废水总量，为3条己内酰胺生产线满负荷运行提供了条件;对现有设施进行改造，对3套污水处理装置实行联动，减少鹰山生化装置总氮处理负荷;实施循环水无磷配方，加强对源头各股污水的总磷监测分析。同时，对含磷高的废水及可生化性差的废水进行分治，对部分难处理的废水先进行预处理，再进入后续处理单元。

但通过以上措施，仅能在现有的正常波动范围内对污水进行处置，处理能力有限，加上己内酰胺产业搬迁、云溪片化工产业集中，污水处理在规模和难度大幅度提升，现有的装置和技术需要借助新的工艺技术与时俱进。不少研究学者认为，现代生物技术应由四个部分组成，分别是微生物工程、酶工程以及细胞与基因工程，每个工程都有各自的理论特点与使用范围。现代生物技术特征有五点：第一，借助微生物的特点，实现资源循环利用;第二，操作环境为常温常压，操作方式简单方便，而且能够持续性操作;第三，可以根据需求要培育与创造新的微生物品种;第四，效率高，节能降耗;第五，安全环保，现代生物技术处理污染物的最终转化产物为无毒无害、稳定的物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷。正是因为这些特点，让生物工程从20世界末出现以来就广受关注，而其带来的巨大经济利益与潜力让不少传统企业也开始涉及这一领域。

二、生物工程在污水处理中的应用分析

1.生物技术在水处理中的应用

污水中含有许多的有毒物质，成分十分复杂，其中包括重金属、有机磷、酚类、氰化物、有机酸、醛及蛋白质等等。利用微生物自身的新陈代谢等生命活动，能够将水体中的部分有毒有害物质很好的去除，从而使得水体中的有害物质转化为无毒物质，使水体得到净化。根据《水污染控制工程》分类，污水处理方法可以分为四大类：活性污泥法，如SBR、AO、AAO、氧化沟等;生物膜法，如生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池等;酶工程法，如厌氧菌、脱氮菌、甲烷菌的应用等;自然条件下的生物处理法，如稳定塘、生态系统塘、土地处理法等，其中活性污泥法、生物膜法的应用比较广，酶工程属于新兴技术，其优劣如下

（1）活性污泥法

主要列舉巴陵石化云溪生化、鹰山生化、七里山生化车间以及兄弟单位应用较多的A/O、A2O和SBR工艺。A/O是Anoxic/Oxic的缩写，它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以A/O法是改进的活性污泥法，已在公司水务部云溪生化车间应用。

A2O是Anaeroxic-Anoxic-Oxic的英文缩写，A2O 生物脱氮除磷工艺是传统活性污泥工艺、生物消化及反硝化工艺和生物除磷工艺的综合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能，在同时脱氧除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其他工艺，不会发生污泥膨胀。

SBR工艺的过程是按时序来运行的，一个操作过程分五个阶段：进水、曝气、沉淀、滗水、闲置。SBR工艺虽然占地面积小，具有良好的脱氮除磷效果，但连续进水时，对于单一SBR反应器需要较大的调节池，对于多个SBR反应器，其进水和排水的阀门自动切换频繁，设备的闲置率较高，污水提升水头损失较大。如果需要后处理，则需要较大容积的调节池。

结论：活性污泥法工艺简单、技术成熟，但处理技术经过几十年的使用，存在的问题也日趋显著。例如：活性污泥易受毒害损害;厌氧环境难以控制;氮、磷去除率低;曝气池生物浓度低，生化反应速度慢，池容积大;存在污泥膨胀问题和大量剩余污泥的处理等难题。

（2）生物膜法

膜生物反应器工艺（MBR工艺）是现代膜分离技术与生物技术有机结合的一种新型废水生物处理技术，分为循环式和浸没式两种。它利用膜分离装置将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质有效截留，替代二沉池，使生化反应池中的活性污泥浓度（生物量）大大提高;实现水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）的分别控制，将难降解的大分子有机物质截留在反应池中不断反应、降解。

结论：与传统的生物处理工艺相比，具有生化效率高、抗负荷冲击能力强、出水水质好且稳定、占地面积小、排泥周期长、自动化程度高等优点，是目前在高浓度有机废水处理、中水回用处理等领域最有前途的废水生物处理技术之一，但投资费用较高，在使用过程中存在膜污染等问题，一定程度上限制了其应用。

三、展望

生物工程技术以其成本低、产出高、无二次污染等诸多优点，在环境保护中已获得了广泛的应用，并取得了明显的经济效益、环境效益和社会效益。公司云溪生化车间处理的污水以环氧树脂事业部的环化污水为主，其中CODCr=2500mg/L（最高可达2800 mg/L）、PH=11-12，污水中CaCl2=20000-30000 mg/L，含石灰的悬浮物也较高，尤其是城区己内酰胺产业链搬迁到云溪工业园后，污水的复杂程度更高、处理难度更大、环保影响更广。为满足污水达标排放要求，生物工程技术在污水治理中的应用必不可少，虽然目前生物工程技术不如化学技术快速、效率高，但是随着现代生物技术的快速发展，以及经济快速发展导致的资源短缺、环境状况恶化情况的加剧，生物工程的环境保护功能显得越来越重要，在环境保护领域也将得到更高的重视和推广。

参考文献：

[1] 高廷耀、顾国维、周琪.《水污染控制工程》第四版，高等教育出版社，2015.4.193

[2] 高艳玲，马达.污水生物处理新技术[M].北京：中国建材工业出版社，2006：49，220

[3] 崔力拓 李志伟.生物工程在废水净化中的应用及发展趋势，中国环境管理干部学院学报，2003.12

作者简介：

瞿智能（1984-），男，汉族，湖南，中级政工师，助理工程师，本科，研究方向：污水处理。

（作者单位：巴陵石化公司水务部）

作者：瞿智能

石化污水处理论文 篇2：

石化污水处理技术现状及研究进展

摘要 水污染是一个全球性的问题，随着工业的发展和工业化程度的提升而不断加深。通过对生物法、物理法、化学法、物理化学法在石油化工污水处理中研究进展的介绍，说明了各种技术的优缺点和使用条件，指出由于污水成分的多样性，需要综合运用各种技术才能达到最佳的处理效果。总体而言，今后的发展方向是研究开发投入少、见效大的污水处理技术。

关键词 石化污水处理； 化学法； 生物法； 物理化学法

水资源的再生、回收和利用越来越被人们关注和重视，污水处理技术的发展应不仅仅是达标排放，未来的发展方向是排供结合，经过处理后的再生水作为自然资源进行循环利用，让自然生态中的水构成一个良性循环系统。国外在污水处理及回收的开发方面已取得的一些成果值得借鉴。他们一方面倡导节约用水，保护和科学开发水资源，另一方面研究开发了一些污水处理的新技术，例如日本绝缘材料公司已开发成功一种使用陶瓷膜过滤器的污水处理系统，该系统适用于中小型污水处理厂[1]。美国AVANTA 公司研制开发了SAF （淹没曝气滤池）生物膜法污水处理新技术。相对DAF（DissoIved Air FIoatation）工艺，SAF是同等规模DAF法处理污水能力的5倍，同时能减少建设成本50%，减少运行成本90%以上，据计算处理1 t污水的费用不到0.15元人民币[2]。目前，我国石化水污染处理技术的研究和应用已经取得了进展。该研究就目前采用的技术，如化学法、物理法、生物法等进行了综述。

1 生物法

目前，生物法处理污水常用以下4种具体方法：好氧生物处理法、厌氧生物处理法、组合工艺及膜生物反应器工艺。

1.1 好氧生物处理法 好氧生物处理是有氧存在下，好氧微生物降解有机物，使其无害化的一种处理手段。Scholz等研究了膜生物反应器，由生物反应器与超滤膜单元相联接，油去除率可达99.99%，COD（化学需氧量）和TOC（总有机碳）去除率分别为97%、98%[3]。王德河等介绍了采用循序间歇反应器（SBR）法为主体的处理工艺，运行结果表明，化学需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）、固体悬浮物（SS）的去除率分别达到了95%、98%和95%，并达到了排放标准[4]。

1.2 厌氧生物处理法 在无氧的条件下，通过微生物的协同作用，把有机物最终分解为CO2和甲烷。各种厌氧工艺成功应用于污水处理的案例屡见不鲜。王庆伟研究表明，在厌氧升流式流化床反应器（UBF）中处理高浓度的垃圾渗滤液，反应器添加阳离子和颗粒污泥，能明显提高有机物去除效率[5]。黄玉等探究在中温条件下，内循环反应器（IC）具有高效处理PTA（对苯二甲酸）污水的可能[6]。

1.3 组合工艺 石油化工业产生的废水具有污染物种类多，含有酚、硫化物等生物抑制物质及水质情况复杂等特点。厌氧和好氧有效结合的组合工艺要比采用单一的好氧或者厌氧处理工艺的效果好，可达到排放要求并且应用广泛。陈美荣等研究缺氧-兼氧-好氧的二级生物法处理石油化工废水，出水含油、COD、BOD、MLSS（Mixed Liquor Suspended Solids）分别低于10、100、30、70 mg/L[7]。邹茂荣等研究水解酸化-好氧生物处理-曝气生物滤池联用的工艺处理石油化工废水，结果表明出水水质好，氨氮、COD的去除率分别为73.4%、92.8%，酚类、油及硫化物的去除率均在90%以上[8]。关卫省等研究表明，采用上流式厌氧污泥床反应器（UASB）加曝气池的厌氧——好氧组合处理石油化工废水，污染物去除率高[9]。

1.4 膜生物反应器工艺 膜生物反应器（MBR）是一种由膜分离和生物处理两个单元相结合的一种水处理技术。目前在日本运行的膜生物反应器占全球的66%。在膜分离生物反应器的应用中，98%以上是好氧膜生物反应器，其中55%以上是一体式膜生物反应器。20世纪80年代以来，该技术愈来愈受到重视，成为水处理技术研究的一个热点。

使用生物法处理废水，二次污染少、处理效率高、具有能耗少、污泥沉降性能好、出水水质好等优点，但对水质要求比较高、运行过程复杂、适用地区限制等缺点[10]。

2 物理法

常用于污水处理中的物理方法包括重力分离法、过滤法、离心分离法等。一般来说，物理法可作为其他方法的预处理或重要组合。

2.1 重力分离法 重力分离法是比较典型的初级处理方法，它是利用油和水在密度上的差异和不相溶解的性质实现水、油珠与悬浮物分离。这种方法可以去除污水中的部分分散油、重油、油-固体物等不与水溶解的有害物质，但不能除去污水中的乳化油和溶解油。

2.2 过滤法 过滤法是将污水通过颗粒介质构成的过滤层，依靠它的截留、筛分、惯性撞击等作用使废水中的悬浮物和油分等一些有害物质清除。过滤能去除SS，对COD、BOD高的污水效果不大，而且过滤的动力消耗高，污水处理成本增加。相对于传统的深度处理工艺，采用转盘式过滤器处理工艺，由于滤布反冲洗时采用负压抽吸的方式，不需要反抽吸水池[11]。因此对于一般污水处理厂二级处理出水，采用简单的工艺处理流程就可大幅提高出水水质。

2.3 离心分离法 在高速旋转的离心力场中，因固体颗粒、污水与油珠的密度大小不相同，承受的离心作用力也不同，从而达到从污水中去除油珠、固体颗粒。常用的分离器是水力旋流。旋流分离器在液固分离方面的应用始于19世纪40年代，现在比较成熟，但在油/水分离方面的探索要迟很多。虽然液液分离与液固分离的基本原理是相同的，但二者设备的几何结构差别却比较大。英国人首先发明了脱油型旋流分离器。20世纪60年代，英国南安普顿大学 Martin Thew教授领导的多相流与机械分离研究室开始了水中的除油研究。离心分离法的分离器体积小、除油很明显，高流速易使分散油剪碎，常用于分离分散油，对乳化油的去除效果不太好，而且成本不菲，所以一般情况下水量少、场合比较受限制的海上油船、采油平台会比较适合用[12]。

3 化学法

化学处理法是经由化学反应去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。以投加药剂产生化学反应为基础的处理单元有氧化还原、混凝、中和等；以传质作用为基础的有萃取、吸附、吹脱、汽提、离子交换以及反渗透和电渗吸等。和生物处理方法比较而言，高效率、快速，可以除去比较多的污染物。另外，还具有容易实现自动检测、设备容易操作和控制、便于回收利用等优点。化学处理法能有效地去除废水中多种有毒的污染物。

3.1 污水臭氧化处理法 该法在环境保护和化工等方面应用广泛，是用臭氧作氧化剂，使用的是含低浓度臭氧的空气或氧气对废水进行净化和消毒处理的方法。这种方法主要用于水的脱色，水中铁、锰等金属离子的去除；水的消毒；去除水中酚、异味、臭味、氰等污染物质。具有反应迅速、流程简单、无二次污染的优点。

3.2 污水电解处理法 应用电解的基本原理，使废水中有害物质通过电解转化成为无害物质以实现净化的方法。

3.3 污水化学沉淀处理法 这是一种传统的水处理方法，广泛用于水质处理中的软化过程、工业废水处理等，以去除重金属和氰化物。向废水中投加可溶性化学药剂，使之与其中呈离子状态的无机污染物起化学反应，生成不溶于或难溶于水的化合物沉淀析出，从而达到净化废水的目的。

3.4 污水混凝处理法 向废水中投加混凝剂，其中的胶粒物质发生凝聚和絮凝而分离出来，使废水净化的一种方法。混凝是凝聚作用与絮凝作用的合称。凝聚作用是指投加电解质，胶粒电动电势降低或消除，以致胶体颗粒失去稳定性，脱稳胶粒相互聚结；絮凝作用是指高分子物质吸附搭桥，胶体颗粒相互聚结。水温、pH、浊度、硬度及混凝剂的投放量等常影响混凝效果[13-14]。

3.5 污水氧化处理法 氧化处理法几乎可处理一切工业废水，尤其是处理废水中难以被生物降解的有机物。利用强氧化剂氧化分解废水中污染物，如酚、氰化物、绝大部分农药、杀虫剂以及引起色度、臭味的物质等。强氧化剂能将废水中的这些污染物逐步降解成为简单的无机物，也能把溶解于水中的污染物氧化为不溶于水而易于从水中分离出来的物质。

3.6 污水中和处理法 基本原理是使酸性废水中的H+与外加OH-，或使碱性废水中的OH-与外加的H+相互作用，生成弱解离的水分子，同时生成可溶解或难溶解的其他盐类，从而消除它们的有害作用。

4 物理化学方法

应用于石油污水处理的物理化学方法目前主要有膜分离方法和吸附法。

4.1 膜分离方法 美国肯塔基大学研究出低压合成膜反渗透技术，这种膜由非纤维素薄膜材料制成，分离压力为1.0～2.0 MPa，pH为2～12，对多环芳烃等去除率为88%～98%[15]。该技术去除高分子有机物效率高，但运行费用和投资比传统处理设备高。

4.2 吸附法 纤维活性炭（ACF）于20世纪70年代初问世，目前在美、英、日已经形成了一定的研究规模[16]。在我国暂时还处于研究阶段[17]，中山大学最早用ACF成功处理了酚醛车间的废水。对CODCr（采用重铬酸钾作为氧化剂测定出的化学耗氧量表示为CODCr）、挥发酚、浊度、硫化物、石油类等有良好的去除效果。ACF作为一种新型吸附材料，具有吸附量大、速度快、解吸速度快等特点。此外，ACF可以长时间使用，可替代粒状碳，工艺流程相对简单，成本比较低，节约水资源[18]。

5 小结

研究高效、节能、环保的污水处理技术，系统开发不同工艺的有效组合，是石油化工废水处理技术研究的主要内容和发展方向[19]。其核心是水资源的循环利用、实施生产清洁化，在源头和生产过程中抑制和减少污染物质的产生；进行有效的末端治理，实现达标排放。

参考文献

[1] 赵立祥.日本的循环型经济与社会[M].北京：社会科学出版社，2007：142-203.

[2] 沈哲，黄劼，刘平养，等.治理农村生活污水的国际经验借鉴——基于美国、欧盟和日本模式的比较[J].价格理论与实践，2013（2）：10-12.

[3] SCHOLZ W，FUCHS W.Treatment of oil contaminated wastewater in a membrane bioreactor[J].Water Research，2000，34（14）：3621-3629.

[4] 王德和，曲本亮.SBR工艺在苹果汁加工废水处理中的应用[J].科技信息，2008（5）：29.

[5] 王庆伟.UBF用于垃圾渗滤液处理的研究[J].河南科学，2008，27（8）：1003-1005.

[6] 黄玉，周兴求，牛晓君.内循环厌氧反应器处理PTA废水的试验研究[J].工业用水与废水，2009，40（1）：80-83.

[7] 陈美荣，高崇峻，金美娟，等.石油化工工业废水处理工艺研究[J].环境保护科学，2000，26（1）：16-18.

[8] 邹茂荣，彭永臻，荣宏伟.HOBAF工艺处理石化废水生产性实验研究[J].哈尔滨商业大学学报，2004，20（2）：195-198.

[9] 关卫省，刘珊，张志杰.厌氧-好氧法处理石化废水的研究[J].中国沼气，1999，17（1）：17-19.

[10] 蒋国民.生物法在废水处理中的应用及发展动向[J].内陆水产，2005（4）：16-18.

[11] 韩晶，张小燕，余中.我国水处理剂的研究与应用现状展望[J].精石油化工，2001（3）：38.

[12] 尹先清，陈武，揭芳芳，等.海上油田含油污水离心分离方法研究[J].石油天然气学报，2005，27（6）：793-795.

[13] 赵景霞，回军，王有华，等.ZB4109 有机絮凝剂的研制及应用[J].工业水处理，1999，19（1）：3.

[14] 陈国喜.SBR 升化系统的应用及其进展[J].环境科学进展，1998，6（2）：35.

[15] 王炳强，崔树宝.反渗透膜法处理城市污水技术的探析[J].天津化工，2003，17（6）：45-47.

[16] 陈玲，赵建夫，陈岳松.活性炭湿式氧化再生效率的评价方法[J].环境科学， 2001，2（1）：32.

[17] 宋立伟.试论工业废水处理中的活性炭吸附法应用[J].科技视界，2013（18）：126.

[18] 丛金华，赵海霞.物理化学法处理高浓度有机污水[J].化工环保，1997，17（2）：19-21.

[19] 潘杨，黄勇，沈耀良，等.厌氧折流板反应器处理有机农药废水的实验研究[J].环境污染与防治，2006，28（7）：504-507.安徽农业科学，Journal of Anhui Agri. Sci.2014，42（16）：5270-5272

责任编辑 徐丽华 责任校对 况玲玲

作者：丁海燕 李玉堂 武燕 任国领 张虹 黄永红

石化污水处理论文 篇3：

一种基于NCS的石化园污水处理控制系统优化方法

摘 要：石化园污水包括两个部分，生活污水和石化园工业污水，对处理工艺和控制系统要求很高。针对目前克拉玛依石化园污水处理厂的实际情况，对系统进行了进一步的优化，设计了一套冗余网络控制系统。分析了网络的原理及工程优化方法。试验和分析结果表明优化后比优化前的网络更新时间（NUT）更短。为大规模NCS的冗余设计和优化提供了参考实例。

关键词：石化园污水；冗余系统；网络控制系统；优化

石化园污水包括两个部分，生活污水和石化园工业污水，对处理工艺和控制系统要求很高。针对目前克拉玛依石化园污水处理厂的实际情况，对系统进行了进一步的优化，设计了一套冗余网络控制系统（NCS），分析了网络的原理及工程优化方法。本文使用的NCS以典型的ControlNet实时网络为例来进行设计说明，其具有开放的、响应快、确定性、实时性强、实时输入输出、控制器互锁、P2P报文传输等特点[1-3]。

污水处理站工艺流程比较复杂，但是影响控制的主要环节包括：预处理、气浮、调节池、沉降池、污泥缓冲、污泥脱水、2级曝气生物池、反冲洗池、反硝化生物滤池、紫外线消毒、加氯、外排等，数据监测方面，主要包括每个环节的污水和设备的状态监测和控制、外排水的水质在线检测等。中控室设备主要包括NCS、PLC、大屏显示系统以及报警系统等。此系统主要由中控室、PLC节点和远程I/O设备等组成，来实现生产工艺流程的设备控制、数据采集和网络通信，以及各个环节的液位、压力、流量、H2S含量等数据采集，并记录各个节点的设备的启、停、故障、运行、相关报警等状态信息和最终水质参数检测、数据处理、显示、报警等。

1 NCS冗余设计及优化

图1 基于冗余设计的NCS框图

为了提高系统可靠性、确保系统稳定长期正常工作，在系统出现故障时可以自动切换到备用流程，设计一套基于ControlNet网络技术的冗余NCS，如图1所示。 系统冗余设计的主要部分包括即控制器和NCS主控网络。中控室监控系统采用工业以太网EtherNet/IP实现与PLC节点的数据通信；PLC节点再通过ControlNet与远程的I/O模块实现数据采集与通信；现场智能仪表节点通过RS-485总线进行连接，使用ModbusTCP/IP协议进行数据通信，实现主从模式。硬件系统实现连接后，通过组态软件，对网络参数进行配置和优化。

1.1 节点地址的优化

改进后的石化园污水处理厂主控系统的NCS采用三层协议结构，即物理层、CTDMA层和CIP层。其中，CIP协议用于改系统的应用层；CTDMA（Concurrent Time Domain Multiple Access，并时域多路存取）用于数据链路层的介质访问控制技术。该协议层具有预定时间段和非预定时间数据传送功能，每段都是按节点编号顺序依次完成数据发送，其中控制过程由隐性令牌实现。在预定时间段内，轮询到的节点发送一次数据，非预定时间段内，至少可以有1个节点可以发送。为了优化节点数据发送方式和提高轮询队列的效率，有如下两点基本原则需要考虑：

（1）基于预定时间段内的节点：

队列中最新采集数据依地址号从1开发送，正常情况下确保地址编号尽可能连续，避免中间有空闲号出现，这样做的主要目的是MSA保持能获取最小值，各个节点（主要是PLC节点）的采样数据形成一个组成预定时间段数据队列。

（2）基于非预定时间段内的节点：

根据NCS实时性要求的特点，非强实时性节点数据节点，在发送队列中，其地址号可一般安排在队列后面，但也要考虑其发送的时机，也就是所离MSA不要太远，并且空闲地址数尽可能少，避免带宽浪费。实际应用时，非预定时间段队列中节点常见的有RSView，PanelView等设备。

1.2 NUT的优化

NUT是用户可配置的，希望NUT值越小越好，即我们要尽量使其最小。ControlNet技术设定范围是NUT为2～100 ms[5]，默认值为5ms。其选值范围直接影响系统实时性，如果过大，数据传送周期过长，控制系统的实时性能会因此下降；如果过小，固定周期过短，会引起在一个周期内，有些节点响应不到时间令牌，这些节点数据的发送过长很可能得完成不了，结果就会引起通信网络拥塞和整体系统性能不稳定。即：

NUT=t维护+t预定+t非预定 （1）

式中：t维护、t预定和t非预定分别为系统中的维护时间段、预定时间段、非预定时间段的时间。考虑到系统可能发生的极端情况，即在每个NUT周期内，预定的每个节点都有在队列中有数据发送，且约定每个MAC帧都视为最大值；同时约定非预定时间段中至少有1个节点在对队列中有数据发送，可得：

t预定=T*MSA，t非预定=T （2）

式中，T为队列中待发送数据节点发送一个最大MAC帧所需的时间，当NCS结构、节点数、数据帧等指标或性能确定后，T可以看做是为确定值。由此可知，MSA指标直接影响的NUT。

2 系统优化实例与结果分析

以石化园污水处理厂NCS主要工艺及控制参数为例，提出系统优化思路如下：

根据系统规范，NUT的有效选值范围为2.00ms～100.00ms，默认为5ms。首选用默认值，但必须满足NUT<=RPI（Requested Packet Interval请求数据包时间间隔）。

根据MSA的特性，其有效范围为1～99，系统中若干个节点按照会依次设置队列节点编号，扫描时，按最大节点数进行这样可以减少了NCS数据采集与通信的队列节点响应时间，可以有效提高控制系统的实时性。根据系统约定，MUA选值应大于MSA，最小值为实际队列中的最大节点号+1，常设为MSA+3或4。例如，如果系统设备节点数9，且都在队列中，则该控制系统中的MUA最小值为10，考虑到扩展需要，也可设为13。当NUT选定后，系统自动把t维护从NUT中删除，再分配给t预定，剩余时间为t非预定，其中t维护与t预定和t非预定相比很小，为ms，t非预定=NUT-t维护-t预定。该控制系统优化前、后的网络参数对比见表1所示。

从表1中可以分析出，在NUT的预定周期内，优化后比优化前减少了时间90T，在实际应用中，该可作为组态网络的NUT选取依据。

3 结论

本文依据石化园污水处理厂主控网络设计的基于NCS的一种冗余NCS，具有较好的针对性和实用性，在充分发挥NCS网络高速、确定性等优点。从上述数据分析可以看出，优化后的方案在满足系统基本需求指标参数的同时，通过优化，在不影响控制性能的前提下，充分保证NCS系统功能扩充、拓扑结构变化等因素对控制系统性能所造成的影响达到最小。分析表明，石化园污水处理开的改进后的效果，可以为以ControlNet为基础的NCS以及其他类似NCS系统设计、优化提供参考实例。

参考文献：

[1]王旭，王中杰.基于TCP/IP协议栈的嵌入式网络控制系统设计[J].系统仿真技术，2011，1.

[2]沈艳，郭兵.网络控制系统变采样周期智能动态调度策略[J].四川大学学报（工程科学版），2010，1.

[3]刘舒，周彬，何云.基于可编程逻辑控制器的多冗余高精度测频系统[J].水电自动化与大坝监测，2012，4.

[4]肖志斌.ControlNet网络组态中RPI与NUT的关系[J].制造业自动化，2012，1.

[5]卢进胜.基于Control Logix全集成技术的轮胎钢丝圈生产线[J].可编程控制器与工厂自动化，2013，2.

作者简介：刘田玲（1971-），女，工程师，1995年毕业于西南石油学院采油工程专业，主要研究方向：采油工程、油田自动化。

作者：刘田玲 赵文苹 李言章