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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。 2.3 Profibus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(Distributed Control System)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