現場(chǎng)總線(xiàn)在污水處理廠(chǎng)控制系統中的應用

　　1 引言

　　隨著(zhù)計算機、控制、通信、網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)的發(fā)展，作為工業(yè)控制數字化、智能化與網(wǎng)絡(luò )化典型代表的現場(chǎng)總線(xiàn)（fieldbus）技術(shù)發(fā)展迅速、影響巨大，引起了工程技術(shù)界的普遍應用。fieldbus技術(shù)使計算機控制系統逐步從集散控制系統（distributed control system dcs）走向以現場(chǎng)總線(xiàn)為基礎的分布式現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（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場(chǎng)總線(xiàn)是當今自動(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(chǎng)自動(dòng)化項目為例，詳細說(shuō)明了modbus和profibus兩種現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統在污水處理廠(chǎng)的應用。

　　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

　　以上設備均有現場(chǎng)手動(dòng)和遠程控制方式選擇，當選擇遠程自動(dòng)方式時(shí)，其所有動(dòng)作均由plc完成。通過(guò)上位機（監控計算機）可實(shí)4現全廠(chǎng)設備的監視和控制。

3 現場(chǎng)總線(xiàn)與系統監控

　　3.1 控制系統總體

　　污水處理廠(chǎng)二期自動(dòng)控制系統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(gè)完善的控制系統，完成整個(gè)工廠(chǎng)凈化流程的控制、監視及各開(kāi)關(guān)量、模擬量的采集和報警。

　　根據污水處理工藝，控制系統由二級網(wǎng)絡(luò )組成，管理級計算機通過(guò)以太網(wǎng)和plc進(jìn)行互聯(lián)和通訊；兩臺dell臺式機為監控計算機，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(chǎng)各功能塊數據的采集、監視和控制；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：監控層（中控室）：完成操作、監視、報表、報警及與外網(wǎng)的通訊。網(wǎng)絡(luò )集成層：本系統網(wǎng)絡(luò )集成層采用quantum plc集成ethernet、profibus、modbus網(wǎng)絡(luò )。設備控制層：profibus、modbus網(wǎng)絡(luò )，與現場(chǎng)設備、儀表、輸入/輸出點(diǎn)(i/o)的連接。系統構成示意圖參見(jiàn)圖2。

圖2 監控計算機及plc網(wǎng)絡(luò )圖

　　3.2 modbus網(wǎng)絡(luò )原理設計

　　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(xún)的，則不作任何回應。

　　modbus協(xié)議建立了主設備查詢(xún)的格式：設備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數據、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(dòng)的域、任何要返回的數據、和一錯誤檢測域。如果在消息接收過(guò)程中發(fā)生一錯誤，或從設備不能執行其命令，從設備將建立一錯誤消息并把它作為回應發(fā)送出去。設定的參數為19200波特率、無(wú)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以組成自控系統的modbus網(wǎng)絡(luò )。主站plc發(fā)出查詢(xún)的要求，19個(gè)從站將主要設備的主要電氣參數如電流、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。監控計算機通過(guò)modbus以太網(wǎng)通信程序讀取plc的信息，并傳送到intouch監控軟件。modbus網(wǎng)絡(luò )在本自控系統中主要起監視而沒(méi)有起控制的作用。modbus網(wǎng)絡(luò )的安裝和調試，本系統采用modscan軟件。

　　3.3 modbus工程施工關(guān)鍵

　?。?）通訊介質(zhì)采用超五類(lèi)屏蔽雙絞線(xiàn)，主要是考慮rj45接頭的連接。我們在實(shí)驗時(shí)曾用過(guò)一般導線(xiàn)，對通訊效果并無(wú)影響?？梢?jiàn)modbus對通訊介質(zhì)并無(wú)特殊要求；

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

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