现场总线在污水厂中的应用

第32卷第2期计算技术与自动化Vol.32.No. 2201 3年6月Computing T echnology and AutomationJun.201 3文章编号:1003- 6199(2013)02 -0027 -03现场总线在污水厂中的应用王树东，2,金鲁东',何巍3(1.兰州理工大学电气与信息工程学院,甘肃兰州730050; 2. 甘肃省工业过程先进控制重点实验室,甘肃兰州730050; .3. 甘肃省电力公司电力科学研究院,甘肃兰州700000摘要:随着自 动化程度的不断提高,污水厂的控制系统中的智能仪表及现场总线的应用越来越广泛。但随之而来的是各种仪表通讯协议的选择和现场总线的选择。各设备厂家设备支持的通讯协议不尽相同，为此,在污水处理控制系统的设计中,选择Profibus- DP 作为全厂的总线协议,并将其它总线协议转换为Profibus-DP协议，使污水处理厂的现场总线结构统一,提高了系统的可靠性,这在系统的网络设计中具有一定的推广价值。关键词:Profibus-DP;现场总线;仪表;污水处理中图分类号:TP273.5文献标识码:AApplication of Field Bus in the Wastewater Treatment PlantW ANG Shu-dongl'2 ,JIN Lu-dong' ,HE Wei3(1. College of Electrical and Information Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050;2. Key Laboratory of Gansu Advanced Control for Industrial Processes, Lanzhou 730050;3. Electric Power Research Institute of Gansu Provincial Power Company , Lanzhou 730000 ,China)Abstract: With the continuous improvement of the degree of automation, the use of intelligent instrumentation and fieldbus become more and more widely in the wastewater treatment plant control system. But a variety of instrument communica-tion protocol selection and choice of field bus are followed. Equipment manufacturers may support different communicationprotocols. So, in the control system design of wastewater treatment plant, chooses the Profibus-DP as the main field bus,and converts other protocol to Profibus DP protocol. That makes the system' s field bus unify and improves the reliability ofthe system, and has promotional value in network design.Key words: Profibus-DP; field bus; field instruments ;sewage treatment这些设备、仪表及PLC均来自不同厂家,这为设备1引言之间的数据交换造成了困难。通过对系统网络结构的优化设计,本控制系统选择了Profibus-DP 协.随着自动化程度的不断提高,污水厂的控制系议作为成套设备、现场仪表及PLC的通讯协议。统中的智能仪表及现场总线的应用越来越广泛。Profibus-DP是一种用于工厂自动化车间级监甘肃省某县的城镇污水处理厂于今年上半年投入控和现场设备层数据通讯与控制的现场总线技术，.运行,厂区使用了大量的智能仪表对水质进行实时它可以实现现场设备层到车间级监控的分散式数的监测,也使用了一些成套的控制设备,来完成特字控制和现场通讯网络[1],是一种高速低成本的通定的控制要求,这有利于增加系统运行的稳定性。信,可以代替24V DC或4~20mA信号传输。并中国煤化工收稿日期:2012-12-.MH作者简介:王树东(1965- ),男 ,山东青岛人,教授,硕士生导师,研究方向:计算机自iCN M HG年与应用(E-mail: ywang8s8d@ 163. com) ;金鲁东(1988--),男,山东秦安人，硕士研究生,研究方向:计算机技术应用,现场总线技术应用。28计算技术与自动化2013年6月且Profibus-DP作为最实用可靠的现场总线之一，栅、加氯间和污泥脱水机房的S7-200从站的通信。在国内也得到了很广泛的应用。很多PLC的生产根据现场设备到控制器的连接方式,现场总线厂家及仪表生产厂家均对Profibus-DP协议做了的拓扑结构通常采用线形、树形和环形这三种方相应的通讯模块,这就使其在控制系统中更广泛的式。Profibus-DP采用的是线形结构,用一根总干使用成为可能。线从控制器连接到受控对象,总线电缆从主干电缆分支到现场设备处,控制器扫描所有I/O站上的2系统结构输人,必要是还可以发送信息到输出通道,实现主一从方式和对 等式通信[2]。控制系统的Profibus-根据污水厂的布局，选择使用两个PLC控制DP总线以AC500 系列PLC作为主站,与其他设站来完成整个厂区的监控工作。两个PLC控制站备以总线的形式连接,中间的设备的DP头的终端均选用了ABB公司的AC500系列PLC,它具有网电阻在OFF位置,终端的设备终端电阻在ON位络功能强、可靠性高、价格适中的特点,尤其是近十置。设备的连接方式如图2所示。几年，我国的污水供水项目，以ABB公司的AC500系列PLC为核心的控制系统，有很多的工CM572流量计EM277程实例。全厂的网络采用双层网络结构,底层使用的是Profibus-DP总线Profibus-DP总线，上层选用了传输速度更快,应用更为广泛的以太网。中控室和PLC站均使用了netlink光纤收发器,通过光纤连接,传输距离更远SC1000SC200变频器且不受其他设备的干扰,使通信更加稳定。网络结构如图1所示。图2 Profibus-DP总线结构计算机打印机，3系统功能3.1格栅机设 备的控制交换机.o..光电转换器本项目中使用的格栅机是由江苏天雨环保集团有限公司的成套设备,使用西门子S7- 200的EtherNetPLC作为控制器,并带有Profibus-DP通讯模块EM277。在调试过程中,根据业主要求,重新编写了格栅机控制系统的程序,使其具有现场和遥控两种控制方式,可以通过就地柜上得旋钮开关进行选PLC 1PLC2择。Profibus-DP现场控制使用了时间继电器实现了格栅机和输送机的自动运行,通过时间继电器可以实现对格---面--一-面栅机和输送机运行时间的控制。在遥控方式下,格现场仪表/栅机和输送机的启停通过上位机进行控制。通过设备Profibus-DP总线进行通讯，上位机可以通过对V困1系统网络总图存储区的读写,实现对格栅机的控制及运行状态的监控。在遥控的控制方式下,格栅机可以实现通过在每个PLC控制站中,挂有ABB的Profibus-时间来控制格栅机系统的启停和通过格栅前后液DP通讯模块CM572-DP,以PLC2为例,在PLC .位差来控制中国煤化工行停止时间可背板_上挂有两个CM572-DP通讯模块,用来完成以在上位监THCNMHG以在上位机上与一号和二号CASS池预反应区、主反应区的水质将运行方式设定为按照液位差采进行启停,启停的检测的仪表的通信,与各种流量计的通信及与细格液位差也是可以在上位机上进行设定的。.第32卷第2期王树东等:现场总线在污水厂中的应用29这样,通过Profibus-DP通讯总线,不但实现SC1000.上即可,无需做专门设定或配置软件,在后了对现场设备的运行状态的监控,还可以实现多数期的功能扩展中也是极其方便的。本系统中在进据的通讯,以完成较为复杂的控制。出厂水和CASS池主反应区安装了SC1000,用来3.2加氯间和脱水机房的控制检测进出厂污水的COD、BOD、PH、Ss;CASS池城市污水经过生物二级处理后,水中病原菌等污水的DO、ORP、PH、MLSS。对于贮泥池及有害细菌得到了--定的去除,但要达到污水排放卫CASS池的预反应区,选择安装了SC200, SC200生指标水中大肠杆菌等仍较多。本项目加氣主要最多可连接2个探头。贮泥池上安装ss探头，对排放尾水进行消毒，设计采用二氧化氯消毒法。CASS池预反应区安装DO和ORP探头。此套加氯消毒设备是由青岛金海晟环保设备有限SC1000和SC200 均支持Modbus 和Profi-公司生产制造,此套设备可以自动完成出厂水的消bus-DP通讯协议,只需将相应的网络通讯卡插在毒过程,控制器为西门子S7-200PLC,通过Profi-表头上，接人通讯网络即可。本系统中使用了bus-DP通信,可以将设备的状态读到上位机中。Profibus-DP通讯。正确安装Profibus-DP通讯卡本项目污泥处理主要作用是降低污泥含水率，后,进入系统设置一>网络设置一> 现场总线,其污泥脱水机房承担降低污泥中含水量的任务。中可以设置电报(传输的数据结构和内容)、Profi-CASS池产生的污泥通过剩余污泥泵提升到贮泥bus-DP地址、以及simulation模拟量设置。在配池,由贮泥池再提升至脱水机房进行污泥脱水。污置好一个探头后,其他的探头只需在电报里面添加泥脱水机房的设备由安徽国祯环保节能科技股份即可在Profibus-DP主站中找到相应的数据,而无有限公司生产制造。带式压滤脱水机是由上下两需进行传感器设定及网络设定。条张紧的滤带夹带着污泥层,从一连串有规律排列进厂水流量,CASS池剩余污泥流量的流量计的辊压简中呈S形经过,依靠滤带本身的张力形成均采用的中环天仪的流量计,该流量计支持Profi-对污泥层的压榨和剪切力,把污泥层中的毛细水挤bus-DP通讯,可以直接将其接人Profibus-DP线压出来,获得含固量较高的泥饼,从而实现污泥脱形网络。瞬时流量和累计总流量总可以直接通过水。此套设备的控制器也是西门子S7-200的.通讯来读到上位机中进行实时显示。PLC,同样通过Profibus-DP 现场总线，可以将污泥脱水机房的设别的状态上传到中控室的上位机.4结束语上进行监控。3.3鼓风机变频器的控制Profibus-DP现场总线是一种数字通信网络技由于很多变频器都是只支持Modbus总线协术,这就在一定程度上避免了模拟信号受干扰能力议,而不支持Profibus-DP总线协议,本系统中采差的缺陷,并且一根总线上可以传输多个信号,这用的森兰SB70变频器就属于这种情况。这就为就大量减少了导线,并且这种总线的方式使设备的污水处理厂的总线的统- -带来了困难。如果在调整及扩展更加方便,增加了系统的可靠性。将PLC上添加Modbus通讯模块,势必会增加成本，Profibus-DP总线技术应用到污水处理厂的整个控同时也加重了控制器的负担。所以本系统中考虑制系统中,使系统具有了通信能力强、组网方便、维将鼓风机变频器的通讯协议由Modbus转成Pro-护方便等特点,这在系统的网络设计中具有一定的fibus-DP。本系统采用了北京微硬创新的PBMD推广价值。-20来进行Modbus与Profibus-DP的协议转换。这样就可以将通讯协议统-起来,系统结构得到了参考文献优化,也更便于调试与维护。3.4哈希水质检测智能仪表及流量计1]郑卓,张东,刘旭东,等.Profibus和Profinet在工业锅炉监控哈希公司是全球领先的水质分析解决方案的中的应用[].自动化仪表,2010,31(3) :38 - 40. .提供商,其水质检测的仪表有SC1000和SC200。2]高明远.基于PROFIBUS总线技术的变频恒压供水控制系统[J].中国给水排水2012.281).56- - 58_SC1000是HACH的所有数字传感器的操作平3] 李福祥,郭中国煤化工废次钠污水处台,最多可以连接8个探头,并且是即插即用的,需理系统的设:YHC N M H G):45-48.要检测水质的哪方面参数,直接将相应的探头插到