1、住宅小区综合管理系统的设计题 目住宅小区综合管理系统的设计 生活污水的处理摘 要本文研究了用电解法处理废水使之达到回收利用于工艺用水要求的工艺要求和作用机理，就此提出了适用可行的废水处理技术。利用LON现场总线技术来实现小区污水处理系统的实时控制。通过LON现场总线网络自动收集和传输污水处理系统的数据到中心控制室，中心控制室的计算机分析数据后对现场进行实时监控，实现污水处理的自动控制和无人化管理。中心控制室也可以通过Internet与远程终端互相通讯，向各终端提供实时的数据和远程终端对污水处理系统的实时监控。关键词： 电解法；污水处理；LON技术；AbstractThe technology
2、and mechanism of advanced treating wastewater by electrolysis methods were studied in this paper. And treating technology were given in this paper. This paper uses the LON field bus technology to realize the real time control of the residential wastewater treatment system. Data to the central contro
3、l room of the wastewater treatment system is automatically collected and transmitted through the LON field bus network. The application of field real-time control based on LON to the system of residential sewage processing is discussed in this article. And the datum processed caned transmitted autom
4、atically to control center. The computers of control center observe and supervise and also control the field operation. Using this technology, we can realize real time control of sewage processing with no person. The control center can communicate with remote terminals via Internet. By this means, t
5、he remote control terminals can observe and control the local network.Keywords: electrolysis；polluted water treatment；LON technique；第一章 概述1.1 课题设计背景和发展趋势随着国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术、信息技术的迅猛发展与提高，促使小区实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量。居民小区为居民提供舒适、安全、便利的智能家居环境是最终目
6、标。为实现居民小区的真正现代化，建设部颁布了居住小区智能化系统建设要点与技术导则指导意见，建立一套优良、实用的居民小区现代化管理系统是完全必要的。现代化居民小区发展的必经之路就是以适合我国国情的高度集成化的智能化小区，经过近几年的发展，各具特色的小区智能化产品陆续问世，不断为居民小区建设提供理想的解决方案，对建设高性能的现代化居民小区颇有意义。建设部颁布导则以来，现代化小区技术迅速发展，小区现代化管理越来越被广大房地产商与住户所接受，小区现代化的概念已深入人心，房地产商也主动将其引入楼盘开发内容中。真正的居民小区现代化系统是多种技术的深层次综合与应用，通过智控网络将小区的各种传感量融合处理及控
7、制，在高精尖的技术含量的同时，还需要有坚实的工程基础和现场解决复杂问题的能力。现代居民小区建设的主流趋势是建立一个小区平台，选择集成化控制系统，采用一台中心总控主机和总控软件兼智能家居以及物业管理功能，在先进可靠的控制网络平台上实现高度的系统集成。1.2课题设计思想根据实用性和先进性相结合的原则，现代化居民小区管理系统应具备以下的功能设计指导思想。1.管理系统技术领先现代化居民小区管理系统是先进的小区智能控制和管理系统，技术上具有一定的领先性，与现代智能建筑的功能定位相符合。2.网络清晰，层次分明总体结构采用智能型集散式结构，由现场控制（区域控制器）、上位机管理两级网络组成，并可实现数据传输、
8、数据处理和信息共享。整个系统组成小区信息系统的一部分。3.系统经济实用居民小区自动化控制系统必须是功能实用、稳定可靠，所有的受控设备在中央监控站停止工作时，均可在控制节点模块的作用下实现就地控制运行。同时系统造价和维护成本要求经济合理，不做重复投资。4.先进的系统操作软件向用户提供的应用软件基于通用的操作系统平台，且功能丰富、组态灵活、兼容性好，使用户拥有一个功能强大、界面友好、操作方便灵活的运行环境。系统操作基于普通的IE浏览器平台，通用性良好，操作维护简单。5.简明的编程语言及直观的操作方式能保证操作人员不需具备深厚的计算机专业知识，经过相应的培训之后即可掌握系统的操作管理技能；采用图形化
9、操作界面便于使用者完成系统的日常操作与管理。6.网络信息共享系统上的各个现场控制器应具有点对点通信能力，可调用任何连接在网络上的控制器内贮存的测控数据，系统有一个公用的数据库来记录系统所有的测控数据和系统设定信息。分控计算机应能够显示分区内所有监控设备的运行状态、故障状态、监测参数值、调节设定值、实时记录每一时刻、每一事件的发生，并能协调、处理一般的突发事件。主控计算机应能对整个系统内的所有设备实施监控，并且在控制的过程中拥有比分控计算机更大的权限。系统调试完毕后，中央监控站应完全能够自动控制整个系统的日常动作。同时系统能与楼内的其他信息系统进行数据共享：根据其他系统的数据进行实时的控制和管理
10、；为其他信息系统提供有关的数据。7.系统具有良好的可扩充性每台控制节点模块的输入输出点均应为通用输入输出，以便今后扩充输入输出点。1.3课题设计任务本课题来源于江苏高校科研成果产业化推进项目（立项编号JHZD08-45），课题的设计内容主要包括三个方面：1.居民小区现代化管理系统智能节点的设计智能节点是居民小区现代化管理系统的核心，负责暖通空调、联动消防、供配电、电力照明、污水处理等各个子系统的现场底层，采集现场的状态数据经决策处理后上传到远程计算机或者将远程计算机的命令下放到现场底层共执行机构完成任务。2. 居民小区现代化管理系统之小区楼宇子系统的设计以自主开发的智能节点为主题，辅助网络接口
11、设备、网络路由设备等市场化产品，通过构建空调子系统、消防子系统等实现小区楼宇的现代化管理。3. 居民小区现代化管理系统之污水处理子系统的设计以自主开发的智能节点为主题，辅助网络接口设备、网络路由设备等市场化产品，通过构建污水子系统、污泥子系统等实现小区污水的现代化管理。1.4课题核心技术说明1.4.1核心技术简介LON控制网络是一种通用的，开放式的互动测控网络，可与多家厂商的现有产品及不同网络通讯协议设备组网。这个技术已成为当今全球控制设备领域中得到公认的通用开放的行业标准。该技术是将多种器件集成在一起，以便监测传感器，控制执行器，提供可靠的通讯及管理网络运行服务，而且可以局部或远程接入网络数
12、据。从某种意义上看，LON控制网络犹如一个数据网，但它在费用、运行、体积以及控制所需要的反应特性方面却要更胜一筹。而且它的应用领域也远远超过数据网络所能提供的范围。此外，LON也能支持目前唯一使用即插即用式的控制网络系统，使不同的平台和各厂家的监控诊断产品都包容在系统之内。这种网络可以小至能嵌入机器之中的小型网内，又可大到连接上万个节点的大型网络上。LON网络在全球的建筑控制设备领域里已成为一个公认的行业标准。LON网络得到了世界各地数千个厂家的支持，用在建筑控制设备工业的方方面面，比如，工作人员出入、电梯、能源、消防监控系统、供暖/通风/空调设备、照明、仪表设备、安全防范系统的管理。因此在居
13、民小区内建立LON现场总线网络，可以将现有智能设备组网，同时面向未来，可以接驳各种接受同协议的智能设备。1.4.2核心技术的优势充分利用LON技术的特点和优势，构成居民小区现代化管理系统，应具有如下特点：1.功能强大系统暖通空调、照明变配电、供热、污水处理等功能，并提供远程通讯服务。智能控制单元通过现场总线与监控中心相连，可以准确地获得有关数据并传送给管理中心计算机进行数据管理。2.实时监控智能节点安装于现场，进行数据采集和处理，就地监控执行器，这将大大减少系统设计安装维护成本。同时重要信息即时传送至中心主机进行监视和控制，还可与网络上其他节点进行通信，即使监控计算机停止工作，整个网络仍然能正
14、常运行。3.数据准确节点控制器可以独立工作，即使通讯线路发生故障，智能控制器仍可以正常运行。智能控制器采用先进的神经元芯片，并采用低功耗设计，利用级间隔离技术和电路检测装置，能有效的防止干扰。4.安全可靠系统采用安全模式设计，达到防雷电、防电弧等强电磁干扰要求。5.开放灵活节点有多路脉冲输入或开关量输入输出端子，可按实际情况灵活配置，提供多种解决方案，最大限度地满足用户的需要。6.开放的通信协议LonTalk通信协议实现了国际标准化组织制定的开放系统互联参考模式（OSI）的完整的七层协议，因此系统是完全开放的。LonTalk通信协议已固化在节点硬件中，使通信的可靠性得到保障。7.对等通信系统是
15、一个无主系统，系统中任何成员地位均等，无需主控节点管理和轮询，任何节点的故障或关闭不会造成系统瘫痪，不会影响其他节点正常运行。8.互操作性芯片嵌入不同厂家的产品中，产品经过LonMark互操作性协会认证，使这些产品直接接入控制网络中，实现互操作，具有即插即用功能，同时通过网关可与其他网络相连。9.易于维护根据产品的独特设计，各子系统的控制及执行元件均可实现很短时间内进行更换。保证用户及管理者的利益。1.5课题的社会效益本系统使物业的软件与硬件有效结合，真正走向现代化、制度化与规范化，让住户切实感受到“智能”以及生活的便利，安全，舒适与丰富多彩，将小区智能化系统和计算机物业管理系统集成于一体化的
16、自动化监控和综合信息服务平台上，再结合小区的实际情况进行小区的日常物业管理，为业主创造一种从物质到精神的理想居住氛围进而提高人们的精神文明素质并展现当代城市风貌。第二章 小区污水处理现代化管理系统方案设计2.1 小区污水处理现代化管理技术论证许多居民小区的污水处理设备和不同功能的子系统越来越多，越来越复杂。同时，物业希望整个系统具有更高的性能、更高的效率和相对低的维护扩展费用。但由于不同厂商提供了不同功能的产品和子系统，采用了不同的通信协议，因此将造成各子系统有不同的通信速率、不同的编码格式和不同的通信规则，致使各子系统间实现互操作和系统互连将很困难，实现智能污水处理的系统一体化集成更就无从谈
17、起。如果各子系统孤立运行，不仅难以对整个系统进行统一的协调和管理，会有较高的运行和维护费用，而且不利于系统扩展和改造。现在，物业主和管理者迫切需要一种开放的、可互操作的控制技术。通过这种技术污水处理的各种自控设备都可方便地集成在一起，实现各个子系统和各个设备间的自由通信，以求取得最佳的经济利益。物业主和管理者正在寻找一种污水处理控制系统。这种控制系统是一个开放的、可互操作的控制系统，它可以把来自多家厂商的污水处理、污泥处理等设备一体化地集成在这个控制系统中。开放的、可互操作的控制系统的使用可以为用户在系统的整个生命周期内降低系统安装费用、提高性能、节约运行费用。另外，在一个控制系统中多厂商产品
18、的一体化集成需要采用一个统一的通信协议，通过使用相同的通信协议，昂贵的用户硬件、软件和网关等设备可以被取消。经过对其先进性、可靠性、软件功能、价格和售后服务等综合考虑，污水处理控制系统采用埃斯朗公司的基于LON技术为核心的管理系统作为污水处理控制系统，满足污水处理控制系统的设计要求，能为污水处理提供一个具有国际先进水平的系统，使小区环境更舒适、安全、高效、节能，体现小区科技领先的特点。污水处理控制系统在设备控制层采用目前世界领先技术-LON现场总线技术，在它真正并彻底地贯彻了“分散控制、集中管理”的控制思想。而在设备管理层则结合当今Internet技术发展的潮流，采用先进的WEB控制技术，可以
19、直接在浏览器上实现监控，具有良好的易操作性，而这种监控既可以是本地的，也可以是远程的，同时具有良好的安全性。2.2 小区污水处理现代化管理系统选配设备论证2.2.1系统底层现场设备的论证采用VCN-MIO对楼宇现场底层的传感辅助设备进行控制和信息采集。VCN-MIO系列产品是基于LON控制网络技术的系列化小区控制节点。该系列产品适应小区自动化各种需求，通过以LON技术为核心的通用模块与多品种的以单片机技术为核心的I/O模块相组合，满足楼宇设备监控的不同应用要求，使产品更具通用性、灵活性、可维护性和更高的性价比。VCN-MIO多功能多I/O智能节点，它以神经元控制通信微处理器芯片为核心，采用标准
20、的控制网络协议LonTalk，实现了真正的对等层点到点通信的分布式控制网络。使用VCN-MIO系列智能节点，可连接各种传感器、执行器、仪表等，构成分布式监控网络。并且，可通过双绞线、电力线、无线等各种通信媒体和不同厂商的基于LON产品实现互操作。VCN-MIO内部采取了各种保护措施，以防止电源过压（或反接）、输入端过压输入以及输入端各种扰动脉冲等，保证了该模块在较恶劣环境中能正常工作。VCN-MIO设置电源指示发光管（红色）和状态发光管（绿色）来指示该模块的工作状态。设置安装按钮，以便在进行网络安装构成系统时使用，如图2-1所示。图2-1 系统底层现场设备MIOVCN-MIO应用程序的开发完全
21、遵照国际LonMark标准，采用面向对象的编程，将所有功能对象化、模块化，并可以根据用户的控制要求定制相应的控制对象。功能对象化，特别是控制器的对象化，不仅方便组态和维护，更重要的是能充分利用程序资源，使得在同一LON网上的节点可以互相调用对方的控制器对象。VCN-MIO主模块采用FLASH存储器，应用程序可以在线下载。这样就可以在现场根据实际的需要更改应用逻辑，极大地方便了安装与维护。2.2.2系统网络接口设备的论证采用i.LON 600作为系统网络接口设备，实现LON网与互联网的无缝衔接。i.LON 600 LON/IP服务器是一个遵从EIA 852协议的LonTalk到IP的路由器，它为
22、日常设备的存取访问能够提供一个可靠的、安全的Internet通道。它所提供的空前大的数据包吞吐量、强大的结构以及简单的启动能力，使其非常适合于严格的过程控制、楼宇自动化、公共设施、交通运输以及电信等领域的应用。i.LON 600产品得到U.L、cU.L.、TV认证，并符合FCC、CE Mark技术规范认证，达到世界各个管理结构要求。如图2-2所示。图2-2 系统网络接口设备i.LON 600i.LON 600 LON/IP服务器将Internet或者任何基于10/100 Base-T的LAN或者WAN作为本地或者远程传递LON控制信息的通道。它使用MD5认证确保存取访问的安全性，内部采用一个3
23、2位RISC处理器和Echelon公司的LON/IP体系结构，从而为高速控制、显示、监视应用程序提供最佳的性能。2.2.3系统网络路由设备的论证采用MPR-50作为系统路由设备，将整个LON大网分成不同的子网。MPR-50多端口路由器为五个信道之间提供ANSI/CEA-709.1兼容的路由选择，这五个信道包括四个TP/FT-10自由拓扑双绞线（ANSI/CEA-209.3）信道和一个LonMark标准的TP/XF-1250信道。每一个TP/FT-10信道都完全兼容链路电源信道。MPR-50路由器能够将两个、三个或者四个TP/FT-10信道连接在一起，或者能够用来连接这些TP/FT-10信道到一
24、个高速的TP/XF-1250主干。无论是在小型的还是大型的LON控制网络中，对于多个信道而言使用MPR-50路由器能够真正的减少安装时间和成本。由于MPR-50路由器不仅能够支持交流或者直流电压，而且其TP/FT-10和TP/XF-1250信道能够支持无极性连接，因此，MPR-50路由器的接线既简单又安全。另外，在其每一个信道的前面板上都包括一个标准的3.5毫米单声道电话插孔，用户能够将网络管理或者诊断工具通过这个插孔快速的、简单的接入到每一个信道。MPR-50的一侧已经将其路由器和监视器的NeuronID信息印在上面，从而简化了该产品的安装过程，如图2-3所示。图2-3 系统路由设备MPR-
25、502.3 小区污水处理现代化管理方案设计2.3.1小区污水处理现代化管理方案设计原则（1）满足分散监控的需要，所有管理可在各控制器在网络上实现。（2）满足分散控制的需要，所有控制分散在节点或网络控制器上；为提高系统的安全性，系统的数据库必须是分散形式的，在上位机管理计算机上实现备份。（3）各网络层之间使用开放式的标准通信协议LonTalk构建平台。（4）尽量减少故障波及面，实现“危险分散”。（5）系统的扩展易于实现。（6）网络上LON节点控制器间的通讯使用网络变量，无需经过上位机即可进行数据传送。（7）系统的主控系统具有可移动性，可以在LON网络上将其主控系统设置在大厦的任一楼层，而且这种设
26、置方式无需改动控制网络上其它设备的接线方式。2.3.2小区污水处理现代化管理方案原理设计现代化污水处理管理系统是一种通过中央计算机系统的网络将分布在各监控现场的区域智能节点连接起来的集散型控制系统，具有集中操作、管理和分散控制的功能。按照分布式控制理论，系统采用分布智能式控制结构。本设计污水处理管理控制系统采用二级式网络式结构，由控制层和管理层两级网络结构组成。其中控制层由各监控现场的区域智能节点组成，管理层由中央控制中心的主控计算机以及各分控室的分控计算机组成。在楼宇管理系统的控制层，所有控制器通过控制层网络以点对点方式通信，控制层网络通信速率最低为78kbps，传输距离不小于2700米。在
27、系统设备层，通过现场控制器对设备实现控制，这种控制是在无人干预下，按照预先给定的程序运行，同时能对上位机的操作指令做出响应；在一个区域内，一定数量的现场控制器连在同一条总线上，通过网关实现与上位机的通讯。同时也通过网关实现信息在一定范围内的传播，以免对网络带来太大的负担。在控制层网络，各种LON监控节点安装在LON现场总线网络上。现场总线网络由垂直网络和水平子网络两部分组成。垂直网络和水平子网络均采用总线式网络结构，两者通过LON路由器连接，构成二级网络。主干网络和污水处理、污泥处理子网均采用开放式标准通信协议LonTalk，构建整个污水处理控制系统的网络平台。不同子网的LON控制器的数据以网
28、络变量方式直接经LON路由器完成数据包的交换、共享及联动。在系统的管理层由服务器、操作站、网络通信设备等通过网络相联组成。管理层网络采用100M BASE-T以太网。在管理层网络，控制室设置控制计算机，实现整个BAS的系统的集中管理，通过i.Lon600互联网服务器实现数据交换和共享。具体来说，管理层网络可以通过以太网与其他管理计算机进行污水处理管理信息的传输和共享；各种监控节点运行在LON现场总线网络上，共同组成现场总线监控网络，监控管理计算机与LON监控节点间通过专门开发的LON Web服务器I.LON600连接，如图2-4所示。图2-4 小区污水处理现代化管理方案框图第三章 小区污水处理
29、的现代化管理系统的设计3.1 小区污水处理的现代化管理系统设计说明为了提高人民生活质量政府都非常重视城市生活和工业污水的控制和处理。大量的城市污水处理厂正在或即将兴建，需要投入的资金很大。因此各地的投资方案大多采用分批投资，分期达到设计处理能力的办法。这样，对小区污水处理的自动监控系统就要求具有很好的开放性。互操作性、易维护性和可扩展性，以适应业主分期投资和不断扩展功能的需要。3.2小区污水处理控制系统的设计3.2.1小区电凝聚气浮污水处理系统原理设计利用污染废水在直流电的作用下，两极发生强氧化强还原的作用，使水溶性污染物被还原或氧化成低毒或无毒物质，如使还原性（或氧化性）色素氧化（或还原）成
30、无色，除阴阳两极能发生强氧化和还原作用外，它还具有凝聚、吸附、上浮等净化污水的作用。（1)电化学反应原理阳极可溶性金属的电化学溶蚀主要包括两个过程；由于外部电流产生的溶解或金属的阳极溶解；由于与周围介质相互作用而产生的化学溶解。阳极溶解电极反应： Fe-2eFe2+ AL-3eAL3+阴极的电极反应： H2OH+ +(OH)- 2H+ +2eH2（2）电凝聚反应原理电化学凝聚时，电极产生的Fe2+、AL3+活性高，絮凝能力强，产生的污泥量少而密实，对悬浮物、胶体去除效率高。Fe2+和Fe3+离子可与水中OH结合生成氢氧化物沉淀：Fe2+ +2(OH)- Fe(OH)2Fe3+ +3(OH)-
31、Fe(OH)3AL3+ +3(OH)- AL(OH)3氢氧化亚铁有和水及水中溶解的氧反应生成氢氧化铁：Fe(OH)2+2+O2Fe(OH)3反应生成的氢氧化铁，在废水中起混凝作用，且所生成的氢氧化铁比投加铁盐产生的氢氧化铁活性大，净化废水效果好。（3）电气浮反应原理当电压达到水的分解电压时，水被电解。在阴极： H2OH+ +(OH)- H+ +2eH2阴极放出的氢气，能把水中的混凝物带到水面，起气浮净化作用。在阳极：2(OH)-2eH2O+O2O O2阳极产生的初生态氧O非常活泼，可氧化水中污染物。电化学方法处理设备只包括电源、反应槽体、极板。操作时，只需要根据负荷大小，调节电流强度即可。（4
32、）电极的选择和设计在水处理中 ，电凝聚气浮采用的可溶性阳极或钢铁阳极。在国家颁布的关于污水综合拜访标准中，没有对铝离子要求，而对铁离子要求非常严格。一般情况下，废水进行电气浮凝聚处理时，用铝电极比铁电极好，因为形成Fe(OH)3絮凝体要先经过Fe(OH)2故比较慢。而形成AL(OH)3则快得多。虽然，铁离子的去除工艺已经比较完善，但这样会增长工艺，增加工艺的复杂性，增加占地面机，增加基建费用及运行费用等，所以本文用铝板作为阳极。它们阴极的选择：其一是从经济角度考虑，阴极选用铁板，因为铁板的价格约为铝板的1/7-1/6。所以本文用铁板作为阴极，如图3-1所示。 图3-1 可溶阳极电解试验装置3.2.2小区污泥处理系统原理设计（1）污泥的浓缩从二沉池出来的污泥含水率为97%-99%。必须经过浓缩处理，以去除污泥中的空隙水，达
