基于Profibus总线的DCS系统在污水处理厂中的应用

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1、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

2、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

3、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

4、]。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

5、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

6、。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

7、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

8、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/