基于Profibus总线的DCS系统在污水处理厂中的应用(完整资料).doc

基于Profibus总线的DCS系统在污水处理厂中的应用(完整资料）
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基于Proｆｉbuｓ总线的DＣS系统在污水处理厂中的应用

摘要本文以山西省某污水处理厂为例,论述了基于Prｏｆibuｓ总线的DCS系统在污水处理领域的应用。对系统的硬件、软件结构及工作原理进行了说明。运行表明,该系统能够满足污水处理的自动控制要求，并且具有先进、可靠、控制性能好等优点。
关键词污水处理；现场总线；分布式控制

1前言
污水处理厂DCS系统是根据进入污水处理厂的水量、水质等变化指标对提升泵房、P－MSBR生化反应池、污泥脱水间、风机房、紫外线消毒池、排水泵房等进行控制,并把现场各子单元的工艺参数、报警参数、历史数据等通过现场总线传输到中控室的PC机上，在中控室显示器中反应出来，并能自动打印。通过工业以太网和厂长办公室以及当地环保部门相连,随时监视厂里的生产情况。
综合考虑投资、运行成本、处理效果、污水水质等因素，污水处理工艺可分为物理处理、生物处理和化学处理.典型的工艺流程如图1所示：

图1典型工艺流程图
污水经过粗格栅清除较大的固体悬浮物后进入曝气沉砂池,在沉砂池侧壁下部鼓人压缩空气，污水中的有机物处于悬浮状态,而吸砂机则将沉砂吸出,送到砂水分离器，污水进人初沉池，至此,完成污水的物理处理工艺阶段.污水进人曝气池，保持好氧条件.对沉淀产生的污泥进行浓缩、消化、脱水等处理。大部分二沉池的污泥回流人曝气池进口。完成生物处理阶段工作后，根据需要选择化学处理方法,最终使污水达到国家排放标准［１]。

2现场总线与分布式控制概述

2。1现场总线的概念
现场总线是一种在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通信系统，可以完成现场自动化设备之间的多点通信,实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。它是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-2０mA模拟信号及普通开关量信号的传输［2］。

２.2现场总线技术的基本特征
开放性、分散化和低成本是现场总线最显著的三大特征，它的出现将使传统的自动控制系统，产生划时代的变革，这场变革的深度和广度将超过历史上任何一次变革，必将开创自动控制的新纪元。
（1）开放性：现场总线是开放互连网络.现场总线标准、协议、规范是公开的,现场总线网络是开放的,既可实现同层网络互连，也可实现不同层次网络互连，用户可共享网络资源。
（2)分散性:现场总线是结构与功能高度分散的系统。结构上采用了全分布式方案，设备之间可点对点、点对多点或广播多种方式通信.连接到总线上的现场设备是智能化的,且具有按照现场总线协议、规范进行数字通信的能力，并且能够实现分散的功能模块,完成测量、控制、通信的一体化。
（３）低成本:现场总线开放的体系结构省去了中间的控制站，降低开发成本,且彻底分散的分布式结构,将一对一模拟信号传输方式变为一对多的数字信号传输方式，节省了模拟信号传输过程中大量的D/A转换装置、布线安装成本和维护费用。

2.3Ｐｒofibus现场总线技术
主流的现场总线技术有以下几种:FF，CAN,Ｌonworｋs,ＤeｖiceNｅt，Prｏfｉbus，Ｈarｔ，ＣC—Link，ＷorlｄFＩP,Interｂus。下面主要介绍本文用到的Ｐrofibus。
Ｐrofiｂｕs是过程现场总线的缩写，是２0世纪80年代末兴起的一种高可靠性、低成本、组态方便快捷、互换性高、互操作性强、便于运行、系统开放的总线系统,代号DIN１９245。Ｐrofibus具体规定了串行现场总线的技术和功能特性，它可使分散式数字化控制器从现场底层到车间网络化［3］。
Profｉbｕs系统以ＩSＯ7４９8为基础，以开放式系统互联网（OS）I作为参考模型，包括Prｏfｉbus—DP、Profiｂｕｓ-PA和Ｐrｏfiｂus－ＦMＳ.Pｒofｉbｕs-DＰ是一种高速和便宜的通信连接,它专门为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信使用设计。其特点是快速、即插即用、效率高、成本低s.Ｐrｏｆibus—PA是专门为过程自动化设计的,可用于爆炸危险区域，其特点是面向过程控制，总线供电，本征安全。Proｆiｂus—FMS是用来解决车间级通用性通信任务的,可用于大范围和复杂的通信系统。其特点是通用、大范围应用、多主通信。
现场总线控制系统对现场自动化设备的要求较高，而现间段由系列智能节点（控制器、传感器、执行机构等）构成的统一的现场总线系统价格昂贵且难以实现,所以由PLC、PC和现场总线组成与ＤＣS相兼容的系统是比较经济合理的选择。

2.4分布式控制
分布式控制系统(DiｓtrｉｂｕｔｅdConｔrｏ