現(xiàn)場總線在污水處理廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　1 引言

　　隨著計算機(jī)、控制、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，作為工業(yè)控制數(shù)字化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化典型代表的現(xiàn)場總線（fieldbus）技術(shù)發(fā)展迅速、影響巨大，引起了工程技術(shù)界的普遍應(yīng)用。fieldbus技術(shù)使計算機(jī)控制系統(tǒng)逐步從集散控制系統(tǒng)（distributed control system dcs）走向以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的分布式現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（fieldbus control system，fcs），被視為工業(yè)自動化領(lǐng)域具有革命性的新技術(shù)?，F(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點。本文以實際日處理量為5萬m3的污水處理廠自動化項目為例，詳細(xì)說明了modbus和profibus兩種現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用。

　　2 污水處理工藝

　　污水處理主要通過生物處理來完成，本污水處理采用奧貝爾氧化溝工藝，具體流程如圖1所示。

圖1 奧貝爾氧化溝工藝流程圖

　　以上設(shè)備均有現(xiàn)場手動和遠(yuǎn)程控制方式選擇，當(dāng)選擇遠(yuǎn)程自動方式時，其所有動作均由plc完成。通過上位機(jī)（監(jiān)控計算機(jī)）可實4現(xiàn)全廠設(shè)備的監(jiān)視和控制。

3 現(xiàn)場總線與系統(tǒng)監(jiān)控

　　3.1 控制系統(tǒng)總體

　　污水處理廠二期自動控制系統(tǒng)采用法國施耐德公司的quantum系列plc做主站，集成profibus dp、modbus 、ethernet網(wǎng)絡(luò)形成一個完善的控制系統(tǒng)，完成整個工廠凈化流程的控制、監(jiān)視及各開關(guān)量、模擬量的采集和報警。

　　根據(jù)污水處理工藝，控制系統(tǒng)由二級網(wǎng)絡(luò)組成，管理級計算機(jī)通過以太網(wǎng)和plc進(jìn)行互聯(lián)和通訊；兩臺dell臺式機(jī)為監(jiān)控計算機(jī)，它們互為冗余和備份；plc通過profibus網(wǎng)絡(luò)與各子站進(jìn)行通訊，完成凈化廠各功能塊數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)視和控制；plc同時通過cpu自帶的modbus接口與軟起動器、變頻器和pm500多功能電表組成modbus網(wǎng)絡(luò)。

　　監(jiān)控軟件采用美國wonderware公司intouch 9.0版本。編程軟件為concept v2.5 xl;profibus網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件為sycon，包括：監(jiān)控層（中控室）：完成操作、監(jiān)視、報表、報警及與外網(wǎng)的通訊。網(wǎng)絡(luò)集成層：本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)集成層采用quantum plc集成ethernet、profibus、modbus網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備控制層：profibus、modbus網(wǎng)絡(luò)，與現(xiàn)場設(shè)備、儀表、輸入/輸出點(i/o)的連接。系統(tǒng)構(gòu)成示意圖參見圖2。

圖2 監(jiān)控計算機(jī)及plc網(wǎng)絡(luò)圖

　　3.2 modbus網(wǎng)絡(luò)原理設(shè)計

　　modbus是工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的一種，使用主—從技術(shù)。主設(shè)備可單獨和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信,如果單獨通信，從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。

　　modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯誤檢測域。從設(shè)備回應(yīng)消息也由modbus協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生一錯誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。設(shè)定的參數(shù)為19200波特率、無奇偶校驗、停止為1、協(xié)議為rtu（遠(yuǎn)程終端設(shè)備）。

　　該項目自控系統(tǒng)的modbus網(wǎng)絡(luò)上共有20個站：以quantum系列的cpu-11303為主站；19個從站包括13個施耐德的軟起動器、2個施耐德的變頻器、4個施耐德的綜合電表pm500以組成自控系統(tǒng)的modbus網(wǎng)絡(luò)。主站plc發(fā)出查詢的要求，19個從站將主要設(shè)備的主要電氣參數(shù)如電流、電壓、力矩、頻率、功率因素、有功功率、無功功率等信息傳送到plc，并定期刷新后一再傳送。監(jiān)控計算機(jī)通過modbus以太網(wǎng)通信程序讀取plc的信息，并傳送到intouch監(jiān)控軟件。modbus網(wǎng)絡(luò)在本自控系統(tǒng)中主要起監(jiān)視而沒有起控制的作用。modbus網(wǎng)絡(luò)的安裝和調(diào)試，本系統(tǒng)采用modscan軟件。

　　3.3 modbus工程施工關(guān)鍵

　　（1）通訊介質(zhì)采用超五類屏蔽雙絞線，主要是考慮rj45接頭的連接。我們在實驗時曾用過一般導(dǎo)線，對通訊效果并無影響?？梢妋odbus對通訊介質(zhì)并無特殊要求；

　?。?）連線應(yīng)盡量短，夠用即可，不僅看起來整齊，而且對于不同設(shè)備間的通訊，盡量短的線總是穩(wěn)定性要好的多；

　?。?）導(dǎo)線一定要保證完好無損，接頭一定連接緊固，要反復(fù)測試確認(rèn)。因為在調(diào)試過程中，任何一點的虛接都可能造成通訊的失敗，而且極難查找原因。一個可靠的硬件連接可省去調(diào)試過程中很多不必要的故障和故障查找的步驟；