基于Profibus总线的DCS系统在污水处理厂中的应用.doc

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：FFCANLonworksDeviceNetProfibusHartCC-LinkWorldFIPInterbus。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(DistributedControlSystem)现已成为工业生产过程控制的重要手段目前已广泛应用到电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业。传统的工业自动化系统中的现场层设备与控制器之间的连接是采用一个I/O点对设备的一个测控点的连接方式每一个数据至少需要一对双绞线一般每个设备只能提供单一的