現(xiàn)場總線在污水處理廠控制系統(tǒng)中的應用

　　1 引言

　　隨著計算機、控制、通信、網(wǎng)絡等技術的發(fā)展，作為工業(yè)控制數(shù)字化、智能化與網(wǎng)絡化典型代表的現(xiàn)場總線（fieldbus）技術發(fā)展迅速、影響巨大，引起了工程技術界的普遍應用。fieldbus技術使計算機控制系統(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)自動化領域具有革命性的新技術。現(xiàn)場總線是當今自動化領域技術發(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

　　以上設備均有現(xiàn)場手動和遠程控制方式選擇，當選擇遠程自動方式時，其所有動作均由plc完成。通過上位機（監(jiān)控計算機）可實4現(xiàn)全廠設備的監(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)絡組成，管理級計算機通過以太網(wǎng)和plc進行互聯(lián)和通訊；兩臺dell臺式機為監(jiān)控計算機，它們互為冗余和備份；plc通過profibus網(wǎng)絡與各子站進行通訊，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。

　　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)絡集成層：本系統(tǒng)網(wǎng)絡集成層采用quantum plc集成ethernet、profibus、modbus網(wǎng)絡。設備控制層：profibus、modbus網(wǎng)絡，與現(xiàn)場設備、儀表、輸入/輸出點(i/o)的連接。系統(tǒng)構成示意圖參見圖2。

圖2 監(jiān)控計算機及plc網(wǎng)絡圖

　　3.2 modbus網(wǎng)絡原理設計

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

　　modbus協(xié)議建立了主設備查詢的格式：設備（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。從設備回應消息也由modbus協(xié)議構成，包括確認要行動的域、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，或從設備不能執(zhí)行其命令，從設備將建立一錯誤消息并把它作為回應發(fā)送出去。設定的參數(shù)為19200波特率、無奇偶校驗、停止為1、協(xié)議為rtu（遠程終端設備）。

　　該項目自控系統(tǒng)的modbus網(wǎng)絡上共有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。主站plc發(fā)出查詢的要求，19個從站將主要設備的主要電氣參數(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)絡的安裝和調試，本系統(tǒng)采用modscan軟件。

　　3.3 modbus工程施工關鍵

　?。?）通訊介質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線，對通訊效果并無影響?？梢妋odbus對通訊介質并無特殊要求；

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

　　（3）導線一定要保證完好無損，接頭一定連接緊固，要反復測試確認。因為在調試過程中，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試過程中很多不必要的故障和故障查找的步驟；