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基于Profibus总线的DCS系统在污水处理厂中的应用 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 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过程信号，大量的相关数据很难得到。传统的DCS 系统结构分为3层, 图2为一个典型的传统DCS 结构图。 图2 传统DCS结构 图 3引入现场总线后的DCS体系结构 虽然在FCS 系统中, 一对双绞线或一条电缆上可以挂接多个设备, 使得硬件数量与投资大为降低。而且通信总线直接延伸到现场传感器、变送器、控制器和伺服机构, 使操作人员在控制室就能实现主控系统对现场设备的在线监视、诊断、校验和参数整定,从而提高了系统的精度、可监视性和抗干扰能力。但是在一些大型的控制系统中存在着许多比较复杂的闭环控制, 系统运行的模式变化也较多, 必须由运算能力强大的DCS 控制器来完成控制作用。所以, 即使出现FCS, 传统的DCS 结构依旧具有其存在的必要。引入现场总线后的DCS 体系结构如图3所示 。 3 系统构成 3.1 DCS系统层次 根据本污水处理厂工艺特点和技术要求，整个污水处理厂的DCS系统分三个层次：现场控制层、车间监控层、厂级监控层。 车间监控层包括：1＃PLC站（预处理系统）主要包括粗格栅、提升泵、细格栅、沉砂池设备等，主要检测参数有水位、流量、液位差等；主要监控设备有粗格栅、提升泵等。2＃PLC站（生化处理系统）主要包括P－MSBR生化