現(xiàn)場(chǎng)總線在污水處理廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　1 引言

　　隨著計(jì)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(chǎng)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(jì)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(chǎng)總線為基礎(chǔ)的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（fieldbus control system，fcs），被視為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域具有革命性的新技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。本文以實(shí)際日處理量為5萬(wàn)m3的污水處理廠自動(dòng)化項(xiàng)目為例，詳細(xì)說(shuō)明了modbus和profibus兩種現(xiàn)場(chǎng)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(guò)生物處理來(lái)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(chǎng)手動(dòng)和遠(yuǎn)程控制方式選擇，當(dāng)選擇遠(yuǎn)程自動(dòng)方式時(shí)，其所有動(dòng)作均由plc完成。通過(guò)上位機(jī)（監(jiān)控計(jì)算機(jī)）可實(shí)4現(xiàn)全廠設(shè)備的監(jiān)視和控制。

3 現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)控制系統(tǒng)采用法國(guó)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(gè)完善的控制系統(tǒng)，完成整個(gè)工廠凈化流程的控制、監(jiān)視及各開(kāi)關(guān)量、模擬量的采集和報(bào)警。

　　根據(jù)污水處理工藝，控制系統(tǒng)由二級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成，管理級(jí)計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)和plc進(jìn)行互聯(lián)和通訊；兩臺(tái)dell臺(tái)式機(jī)為監(jiān)控計(jì)算機(jī)，它們互為冗余和備份；plc通過(guò)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(shí)通過(guò)cpu自帶的modbus接口與軟起動(dòng)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(guó)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(bào)表、報(bào)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(chǎng)設(shè)備、儀表、輸入/輸出點(diǎn)(i/o)的連接。系統(tǒng)構(gòu)成示意圖參見(jiàn)圖2。

圖2 監(jiān)控計(jì)算機(jī)及plc網(wǎng)絡(luò)圖

　　3.2 modbus網(wǎng)絡(luò)原理設(shè)計(jì)

　　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(dú)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(dú)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(cuò)誤檢測(cè)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(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯(cuò)誤檢測(cè)域。如果在消息接收過(guò)程中發(fā)生一錯(cuò)誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯(cuò)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(wú)奇偶校驗(yàn)、停止為1、協(xié)議為rtu（遠(yuǎn)程終端設(shè)備）。

　　該項(xiàng)目自控系統(tǒng)的modbus網(wǎng)絡(luò)上共有20個(gè)站：以quantum系列的cpu-11303為主站；19個(gè)從站包括13個(gè)施耐德的軟起動(dòng)器、2個(gè)施耐德的變頻器、4個(gè)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(gè)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(wú)功功率等信息傳送到plc，并定期刷新后一再傳送。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)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(méi)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

　?。?）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?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí)曾用過(guò)一般導(dǎo)線，對(duì)通訊效果并無(wú)影響?？梢?jiàn)modbus對(duì)通訊介質(zhì)并無(wú)特殊要求；

　?。?）連線應(yīng)盡量短，夠用即可，不僅看起來(lái)整齊，而且對(duì)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(wú)損，接頭一定連接緊固，要反復(fù)測(cè)試確認(rèn)。因?yàn)樵谡{(diào)試過(guò)程中，任何一點(diǎn)的虛接都可能造成通訊的失敗，而且極難查找原因。一個(gè)可靠的硬件連接可省去調(diào)試過(guò)程中很多不必要的故障和故障查找的步驟；