現(xiàn)場(chǎng)總線在污水廠自動(dòng)化中的應(yīng)用研究

夏斌++李小增

摘 要：現(xiàn)場(chǎng)總線在近幾年的石油、化工、電力以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，這一技術(shù)使得工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的信息傳遞變得更加快速、便捷且操作簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定又能實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)。本文主要以某污水廠的Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線為例，對(duì)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)概況、系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)以及主要功能進(jìn)行了論述，證明了該系統(tǒng)在污水廠自動(dòng)化中的重要作用。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線；污水廠；自動(dòng)化；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.054

現(xiàn)場(chǎng)總線是一種主要針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀表、控制器之間的通信以及其與高級(jí)控制系統(tǒng)之間的通信問(wèn)題而產(chǎn)生的工業(yè)數(shù)據(jù)總線。具體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)總線就是將以往的4-20mA模擬信號(hào)以及普通開(kāi)關(guān)量信號(hào)的傳輸替換為數(shù)字化信息傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)總線具有系統(tǒng)穩(wěn)定、成本較優(yōu)以及操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，因此發(fā)展速度較快。本文主要以Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線為例，對(duì)某污水廠的相關(guān)情況進(jìn)行了論述。就目前而言，越來(lái)越多的污水廠使用了智能儀表及現(xiàn)場(chǎng)總線。

1 系統(tǒng)概況

在本污水廠中，整個(gè)廠區(qū)的控制是由兩個(gè)PLC控制站完成的。這兩個(gè)控制站都是ABB公司生產(chǎn)的，型號(hào)為AC500系列。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)較為突出，主要有信號(hào)強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、成本較低。它們?cè)趯?duì)廠區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的重要作用。

2 系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)

該污水廠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為雙層網(wǎng)絡(luò)，上層為以太網(wǎng)，該網(wǎng)的特點(diǎn)主要是應(yīng)用范圍較大且數(shù)據(jù)傳送速度更快；底層使用的是Profibus-DP總線。PLC站使用的是netlink光纖收發(fā)器，中控室則和PLC站相同。光纖連接使得數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)更加穩(wěn)定，傳輸距離更遠(yuǎn)，而且其他設(shè)備無(wú)法對(duì)其造成干擾。而兩個(gè)PLC控制站都有Profibus-DP通訊模塊CM572-DP，其作用是讓主反應(yīng)區(qū)進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)的儀表、流量計(jì)、加氯間以及污泥脫水機(jī)房等進(jìn)行無(wú)障礙數(shù)據(jù)傳輸。

本廠的Profibus-DP使用的結(jié)構(gòu)是線形。具體來(lái)說(shuō)是先使用一根總線將控制器與受控對(duì)象連接起來(lái)，并將總線電纜與現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備連接。控制器對(duì)所有I/O站上的數(shù)據(jù)輸入進(jìn)行控制，在某些情況下還能將信息傳送至輸出通道，使得通信方式既包括主從式通信，又包括對(duì)等式通信。控制系統(tǒng)的Profibus-DP總線的主站是AC500系列PLC。它與其他設(shè)備之間的連接靠總線來(lái)實(shí)現(xiàn)，中間設(shè)備DP頭的終端電阻在OFF的位置；反之，終端設(shè)備的在ON位置。

3 系統(tǒng)的主要功能

3.1 格柵機(jī)

本污水廠配備的格柵機(jī)是由重慶博鼎機(jī)電生產(chǎn)的設(shè)備，控制器為西門(mén)子S7-200的PLC，而且同時(shí)還配備了Profibus-DP通訊模塊EM277。格柵機(jī)控制系統(tǒng)的程序已經(jīng)根據(jù)本廠的實(shí)際情況進(jìn)行了預(yù)處理，目前該程序的控制方式是兩種，現(xiàn)場(chǎng)控制和遙控。對(duì)兩種控制方式的選擇和轉(zhuǎn)換主要是由就地柜上的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

在現(xiàn)場(chǎng)控制中，格柵機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)主要依靠時(shí)間繼電器，輸送機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)也是如此。使用時(shí)間繼電器能夠智能化控制輸送機(jī)和格柵機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)長(zhǎng)。當(dāng)處于遙控模式時(shí)，上位機(jī)對(duì)輸送機(jī)和格柵機(jī)是運(yùn)轉(zhuǎn)還是停止進(jìn)行控制。使用Profibus-DP總線進(jìn)行控制時(shí)，上位機(jī)對(duì)格柵機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是通過(guò)對(duì)V存儲(chǔ)區(qū)的讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體的運(yùn)行時(shí)間既可以直接在上位監(jiān)控軟件中進(jìn)行設(shè)置，也可以在上位機(jī)上設(shè)置，設(shè)定啟動(dòng)和停止的依據(jù)為液位差。而且在上位機(jī)上也能直接設(shè)置液位差。如此一來(lái)，既能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也能進(jìn)行多數(shù)據(jù)通訊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)比較復(fù)雜的運(yùn)行過(guò)程的控制。

3.2 加氯間和脫水機(jī)房

本污水廠的加氯間主要是對(duì)經(jīng)過(guò)處理之后仍然不符合污水排放衛(wèi)生指標(biāo)、仍然存在較多大腸桿菌的水質(zhì)進(jìn)行處理，使用的方法是二氧化氯消毒法。加氯消毒設(shè)備的控制器為西門(mén)子S7-200PLC，Profibus-DP與其連接，然后使上位機(jī)能夠接收到設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

脫水機(jī)房的主要任務(wù)是降低污泥中的含水量。污泥處理的流程為：CASS池—剩余污泥泵—貯泥池—脫水機(jī)房。所使用的設(shè)備為帶式壓濾脫水機(jī)，使用上下兩條濾帶夾帶污泥呈S形從輥壓筒經(jīng)過(guò)，并在這一過(guò)程中形成對(duì)污泥的壓縮力和剪切力，將污泥中的水分進(jìn)行擠壓啊，由此完成脫水過(guò)程。本設(shè)備也是用了西門(mén)子S7-200的PLC以及Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線，能夠?qū)崿F(xiàn)中控室的上位機(jī)對(duì)脫水機(jī)房的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.3 鼓風(fēng)機(jī)變頻器、流量計(jì)及水質(zhì)檢測(cè)儀表

本污水廠的鼓風(fēng)機(jī)變頻器克服了以往部分變頻器為總線統(tǒng)一造成障礙的缺點(diǎn)，同時(shí)也避開(kāi)了在PLC上添加Modbus通訊模塊導(dǎo)致的諸多不便的缺陷，使用了能夠使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化的PBMD-20來(lái)滿足Modbus與Profibus-DP之間進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換的需求。

本污水廠采用的水質(zhì)檢測(cè)儀表是由哈希公司生產(chǎn)的擁有8個(gè)探頭、能夠即插即用的SC1000，主要是對(duì)污水的化學(xué)需氧量、生化需氧量、氫離子濃度指數(shù)等進(jìn)行檢測(cè)。這種儀表無(wú)論是在軟件配置還是在以后的功能延伸上都非常便捷。

流量計(jì)使用的是支持Profibus-DP通訊且能夠被直接接入Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的流量計(jì)。如果要掌握瞬時(shí)流量或累計(jì)總流量，只需進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸然后直接在上位機(jī)讀取。

4 結(jié)束語(yǔ)

Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線具有抗干擾能力強(qiáng)、操作方便簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)勢(shì)，在污水廠自動(dòng)化系統(tǒng)乃至其他很多行業(yè)的自動(dòng)化控制中都發(fā)揮著重要作用?？梢灶A(yù)見(jiàn)，其未來(lái)的發(fā)展前景良好，對(duì)促進(jìn)我國(guó)諸多行業(yè)的發(fā)展發(fā)揮著巨大的作用。

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