現(xiàn)場總線在污水廠自動化中的應(yīng)用研究

夏斌++李小增

摘 要：現(xiàn)場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)場的信息傳遞變得更加快速、便捷且操作簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定又能實現(xiàn)成本最優(yōu)。本文主要以某污水廠的Profibus-DP現(xiàn)場總線為例，對Profibus-DP現(xiàn)場總線的系統(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)在污水廠自動化中的重要作用。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；污水廠；自動化；應(yīng)用

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

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

1 系統(tǒng)概況

在本污水廠中，整個廠區(qū)的控制是由兩個PLC控制站完成的。這兩個控制站都是ABB公司生產(chǎn)的，型號為AC500系列。該系統(tǒng)的優(yōu)點較為突出，主要有信號強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、成本較低。它們在對廠區(qū)進(jìn)行實時監(jiān)控的過程中發(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)備無法對其造成干擾。而兩個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)檢測的儀表、流量計、加氯間以及污泥脫水機(jī)房等進(jìn)行無障礙數(shù)據(jù)傳輸。

本廠的Profibus-DP使用的結(jié)構(gòu)是線形。具體來說是先使用一根總線將控制器與受控對象連接起來，并將總線電纜與現(xiàn)場各設(shè)備連接。控制器對所有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實現(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，控制器為西門子S7-200的PLC，而且同時還配備了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)場控制和遙控。對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)開關(guān)來實現(xiàn)的。

在現(xiàn)場控制中，格柵機(jī)的自動化運轉(zhuǎn)主要依靠時間繼電器，輸送機(jī)的自動化運轉(zhuǎn)也是如此。使用時間繼電器能夠智能化控制輸送機(jī)和格柵機(jī)的運轉(zhuǎn)時長。當(dāng)處于遙控模式時，上位機(jī)對輸送機(jī)和格柵機(jī)是運轉(zhuǎn)還是停止進(jìn)行控制。使用Profibus-DP總線進(jìn)行控制時，上位機(jī)對格柵機(jī)運轉(zhuǎn)方式的實時監(jiān)測是通過對V存儲區(qū)的讀寫來實現(xiàn)的。具體的運行時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，既能對現(xiàn)場設(shè)備的運行進(jìn)行實時監(jiān)測，也能進(jìn)行多數(shù)據(jù)通訊，從而實現(xiàn)對比較復(fù)雜的運行過程的控制。

3.2 加氯間和脫水機(jī)房

本污水廠的加氯間主要是對經(jīng)過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)備的實時狀態(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，并在這一過程中形成對污泥的壓縮力和剪切力，將污泥中的水分進(jìn)行擠壓啊，由此完成脫水過程。本設(shè)備也是用了西門子S7-200的PLC以及Profibus-DP現(xiàn)場總線，能夠?qū)崿F(xiàn)中控室的上位機(jī)對脫水機(jī)房的實時監(jiān)控。

3.3 鼓風(fēng)機(jī)變頻器、流量計及水質(zhì)檢測儀表

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，同時也避開了在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)檢測儀表是由哈希公司生產(chǎn)的擁有8個探頭、能夠即插即用的SC1000，主要是對污水的化學(xué)需氧量、生化需氧量、氫離子濃度指數(shù)等進(jìn)行檢測。這種儀表無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。如果要掌握瞬時流量或累計總流量，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

Profibus-DP現(xiàn)場總線具有抗干擾能力強(qiáng)、操作方便簡單、成本較低等優(yōu)勢，在污水廠自動化系統(tǒng)乃至其他很多行業(yè)的自動化控制中都發(fā)揮著重要作用。可以預(yù)見，其未來的發(fā)展前景良好，對促進(jìn)我國諸多行業(yè)的發(fā)展發(fā)揮著巨大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐斌武.水廠自動控制中現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2015（05）：89-91.

[2]張波.污水處理過程自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施[D].華東理工大學(xué)，2014.

[3]曹煥來.污水處理過程自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].華東理工大學(xué)，2012.