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

PROFIBUS是德國于90年代初制訂的國家工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議標準,代號DIN19245。它是一種國際化的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)標準,即EN50170歐洲現場(chǎng)總線(xiàn)標準。該標準為供應商和用戶(hù)的投資提供了最佳的保護并確保供應商的獨立自主性。PROFIBUS具體規定了串行現場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)和功能特性,它可使分散式數字化控制器從現場(chǎng)底層到車(chē)間及網(wǎng)絡(luò )化。PROFIBUS分為主設備（主站）和從設備（從站）。主站決定總線(xiàn)上的數據通信。當主站得到總線(xiàn)控制權時(shí),不用外界請求就可以主動(dòng)發(fā)送信息。從站為外圍設備,典型的從站包括:輸入/輸出裝置、閥門(mén)、驅動(dòng)器和測量變送器。它們沒(méi)有總線(xiàn)控制權,僅對接收到的信息給予確認或當主站發(fā)出請求時(shí)向它發(fā)送信息。

一、工藝簡(jiǎn)介

傳統的活性污泥處理工藝存在基建投資高、運行費用高以及電耗高等問(wèn)題。SBR（SequenceBatchReactor）序批式處理工藝是近年來(lái)國際上比較先進(jìn)的污水處理方法。雖然在上個(gè)世紀初，國外就已經(jīng)研究出這種工藝，但是至今國內各大污水處理廠(chǎng)真正采用它的還不多。主要原因就是它對時(shí)間要求比較嚴格，對自控要求比較苛刻。采用SBR工藝的污水處理廠(chǎng)地點(diǎn)分散，設備量大，各個(gè)工作段位要求銜接緊密，設備間密切配合，這正給Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)提供了用武之地。

SBR污水處理控制系統主要包括：進(jìn)水泵房控制系統、旋流沉砂池控制系統、主反應池控制系統、出水泵房控制系統、鼓風(fēng)機房控制系統，脫水機房控制系統等。城市污水管網(wǎng)收集到的污水經(jīng)泵站加壓到進(jìn)水泵房，在這里大的固體雜質(zhì)被格柵機過(guò)濾掉，然后較稀的污水被提升泵送到旋流沉砂池。在這里，污水由于攪拌機和吸砂機的作用，其中的固體顆粒又被去除。下一道工序是污水先被送到SBR池的厭氧池，目的是去磷、脫氮，然后流入好氧池，這里有相應的菌種來(lái)分解、凈化污水。反應池中的污泥細菌生態(tài)系統維持存活的主要條件一個(gè)是污水中的有機物雜質(zhì)，另一個(gè)就是氧氣的供應。所以污水處理廠(chǎng)專(zhuān)門(mén)設有鼓風(fēng)機房，通過(guò)池底的管道，直接對污水進(jìn)行曝氣。經(jīng)過(guò)處理達標的污水可直接排放，多余的污泥被排泥泵送到脫水機房，通過(guò)脫水處理，污泥被壓干制成餅，用作肥料。

二、系統配置及說(shuō)明

1、總體控制要求及功能污水處理廠(chǎng)自控系統的要求是對污水處理過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制和自動(dòng)調節，使處理后的水質(zhì)指標達到要求的范圍。在公司中控室發(fā)出上傳指令時(shí)，將當前時(shí)刻運行過(guò)程中的主要工作參數（水質(zhì)參數、流量、液位等）、運行狀態(tài)及一定時(shí)間段內的主要工藝過(guò)程曲線(xiàn)等信息上傳到公司中控室。功能如下：

（1）控制操作：在中心控制室能對被控設備進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)控制，如啟停某一設備，調節某些模擬輸出量的大小，在線(xiàn)設置PLC的某些參數等。（2）顯示功能：用圖形實(shí)時(shí)地顯示各現場(chǎng)被控設備的運行工況，以及各現場(chǎng)的狀態(tài)參數。（3）數據管理：依據不同運行參數的變化快慢和重要程度，建立生產(chǎn)歷史數據庫，存儲生產(chǎn)原始數據，供統計分析使用。利用實(shí)時(shí)數據庫和歷史數據庫中的數據進(jìn)行比較和分析，得出一些有用的經(jīng)驗參數，有利于優(yōu)化SBR池的準閉環(huán)控制，并把一些必要的參數和結果顯示到實(shí)時(shí)畫(huà)面和報表中去。（4）報警功能：當某一模擬量（如電流、壓力、水位等）測量值超過(guò)給定范圍或某一開(kāi)關(guān)量（如電機啟停、閥門(mén)開(kāi)關(guān)）閥發(fā)生變位時(shí)，可根據不同的需要發(fā)出不同等級的報警。（5）打印功能：可以實(shí)現報表和圖形打印以及各種事件和報警實(shí)時(shí)打印。打印方式可分為：定時(shí)打印、事件觸發(fā)打印。2、控制系統網(wǎng)絡(luò )結構如果采用常規PLC集中控制方式，將現場(chǎng)信號通過(guò)電纜連接到集中控制室內的PLC上,由于工藝線(xiàn)路長(cháng)、現場(chǎng)控制點(diǎn)分布范圍廣，需要敷設大量的電纜及橋架,且現場(chǎng)環(huán)境惡劣、其施工難度非常大。鑒于此，采用了PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，根據工藝劃分，系統共設了三個(gè)主站、五個(gè)子站、兩個(gè)操作員站。采用西門(mén)子的S7-300系列PLC，主站采用CPU315-2DP，其帶有一個(gè)DP通訊口和一個(gè)MPI口。子站采用通用性較好的ET200M現場(chǎng)模塊，用于現場(chǎng)數據的采集和控制，并借助Profibus（工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)），方便控制網(wǎng)絡(luò )系統的建立?？刂葡到y分為三個(gè)級別，即現場(chǎng)級、控制級、管理級。（1）管理級管理級集中監控各個(gè)分站設備的運行狀態(tài)。管理級現場(chǎng)總線(xiàn)選擇Profibus-FMS總線(xiàn)，兩臺安裝組態(tài)軟件的冗余服務(wù)器作為PROFIBUS-FMS現場(chǎng)總線(xiàn)的主站，安裝在控制室內，可以同時(shí)收集現場(chǎng)數據。服務(wù)器采用WinCC組態(tài)軟件，并配有服務(wù)器軟件包選項。SIMATICS7-314、MDS2701無(wú)線(xiàn)電臺負責與公司的無(wú)線(xiàn)數據通訊。（2）控制級控制級主要功能是接收管理層設置的參數或命令，對污水處理生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，將現場(chǎng)狀態(tài)輸送到管理層。PLC1和PLC2分別由一個(gè)電源模塊PS307和一個(gè)CPU315-2DP模塊組成，它們互為熱備,集中處理所有的控制算法、監控設備的自動(dòng)運行。集中控制使得整個(gè)污水廠(chǎng)控制系統各個(gè)部分之間能夠完全協(xié)調工作。（3）現場(chǎng)級現場(chǎng)級控制采用PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)，實(shí)現控制系統的冗余十分簡(jiǎn)單。ET200M遠程單元通過(guò)兩個(gè)IM153-2總線(xiàn)接口模塊分別連接在兩條PROFIBUS-DP總線(xiàn)上。污水廠(chǎng)配置有6個(gè)ET200M遠程單元，其中兩個(gè)在SBR池，其余四個(gè)分別在進(jìn)水泵房、出水泵房、鼓風(fēng)機房和污泥脫水機房。每個(gè)ET200M單元均由2個(gè)IM153-2總線(xiàn)接口模塊和其他若干數字量、模擬量輸入輸出模塊組成。IM153-2總線(xiàn)接口模塊通過(guò)總線(xiàn)接收主控主站的命令，實(shí)現數據采集和設備控制，其中只有主控PLC的命令生效，而熱備PLC的命令被忽略。數字量、模擬量輸入輸出模塊的數量和配置由當地的所需控制和采集的點(diǎn)數所決定。