摘　要: 以海寧市污水處理" title="污水處理">污水處理廠的軟件冗余現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)" title="控制系統(tǒng)">控制系統(tǒng)為例，論述了總線和冗余技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。對(duì)系統(tǒng)的硬件、軟件結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行了說(shuō)明。運(yùn)用表明，該系統(tǒng)能夠滿足污水處理的自動(dòng)控制要求，并且具有先進(jìn)、可靠、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞: 現(xiàn)場(chǎng)總線；冗余； 可編程控制器

Abstract: This paper introduces the software redundancy profibus control system of the sewage treatment. It explains the hardware and software of the system. Through using, this system can satisfy the control demands. It is advanced, reliable and good control performance.
Keyword: Profibus；redundancy；Programmable controller

　　PROFIBUS是德國(guó)于90年代初制訂的國(guó)家工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),代號(hào)DIN19245。它是一種國(guó)際化的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn),即EN50170 歐洲現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)為供應(yīng)商和用戶的投資提供了最佳的保護(hù)并確保供應(yīng)商的獨(dú)立自主性。PROFIBUS具體規(guī)定了串行現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)和功能特性,它可使分散式數(shù)字化控制器從現(xiàn)場(chǎng)底層到車(chē)間及網(wǎng)絡(luò)化。PROFIBUS分為主設(shè)備(主站" title="主站">主站)和從設(shè)備(從站)。主站決定總線上的數(shù)據(jù)通信。當(dāng)主站得到總線控制權(quán)時(shí),不用外界請(qǐng)求就可以主動(dòng)發(fā)送信息。從站為外圍設(shè)備,典型的從站包括:輸入/輸出裝置、閥門(mén)、驅(qū)動(dòng)器和測(cè)量變送器。它們沒(méi)有總線控制權(quán),僅對(duì)接收到的信息給予確認(rèn)或當(dāng)主站發(fā)出請(qǐng)求時(shí)向它發(fā)送信息。

1 工藝簡(jiǎn)介
　　傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝存在基建投資高、運(yùn)行費(fèi)用高以及電耗高等問(wèn)題。SBR(Sequence Batch Reactor)序批式處理工藝是近年來(lái)國(guó)際上比較先進(jìn)的污水處理方法。雖然在上個(gè)世紀(jì)初，國(guó)外就已經(jīng)研究出這種工藝，但是至今國(guó)內(nèi)各大污水處理廠真正采用它的還不多。主要原因就是它對(duì)時(shí)間要求比較嚴(yán)格，對(duì)自控要求比較苛刻。采用SBR工藝的污水處理廠地點(diǎn)分散，設(shè)備量大，各個(gè)工作段位要求銜接緊密，設(shè)備間密切配合，這正給Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線提供了用武之地。

　　SBR污水處理控制系統(tǒng)主要包括：進(jìn)水泵房控制系統(tǒng)、旋流沉砂池控制系統(tǒng)、主反應(yīng)池控制系統(tǒng)、出水泵房控制系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)房控制系統(tǒng)，脫水機(jī)房控制系統(tǒng)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(jī)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(jī)和吸砂機(jī)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(yīng)的菌種來(lái)分解、凈化污水。反應(yīng)池中的污泥細(xì)菌生態(tài)系統(tǒng)維持存活的主要條件一個(gè)是污水中的有機(jī)物雜質(zhì)，另一個(gè)就是氧氣的供應(yīng)。所以污水處理廠專門(mén)設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)房，通過(guò)池底的管道，直接對(duì)污水進(jìn)行曝氣。經(jīng)過(guò)處理達(dá)標(biāo)的污水可直接排放，多余的污泥被排泥泵送到脫水機(jī)房，通過(guò)脫水處理，污泥被壓干制成餅，用作肥料。

2 系統(tǒng)配置及說(shuō)明
2.1 總體控制要求及功能
　　污水處理廠自控系統(tǒng)的要求是對(duì)污水處理過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)，使處理后的水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到要求的范圍。在公司中控室發(fā)出上傳指令時(shí)，將當(dāng)前時(shí)刻運(yùn)行過(guò)程中的主要工作參數(shù)（水質(zhì)參數(shù)、流量、液位等）、運(yùn)行狀態(tài)及一定時(shí)間段內(nèi)的主要工藝過(guò)程曲線等信息上傳到公司中控室。
功能如下：
　?。?） 控制操作：在中心控制室能對(duì)被控設(shè)備進(jìn)行在線實(shí)時(shí)控制，如啟停某一設(shè)備，調(diào)節(jié)某些模擬輸出量的大小，在線設(shè)置PLC的某些參數(shù)等。

　　（2） 顯示功能：用圖形實(shí)時(shí)地顯示各現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備的運(yùn)行工況，以及各現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)參數(shù)。

　?。?） 數(shù)據(jù)管理：依據(jù)不同運(yùn)行參數(shù)的變化快慢和重要程度，建立生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)，供統(tǒng)計(jì)分析使用。利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，得出一些有用的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，有利于優(yōu)化SBR池的準(zhǔn)閉環(huán)控制，并把一些必要的參數(shù)和結(jié)果顯示到實(shí)時(shí)畫(huà)面和報(bào)表中去。

　?。?） 報(bào)警功能：當(dāng)某一模擬量（如電流、壓力、水位等）測(cè)量值超過(guò)給定范圍或某一開(kāi)關(guān)量（如電機(jī)啟停、閥門(mén)開(kāi)關(guān)）閥發(fā)生變位時(shí)，可根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級(jí)的報(bào)警。

　?。?） 打印功能：可以實(shí)現(xiàn)報(bào)表和圖形打印以及各種事件和報(bào)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?！?/span>

2.2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　如果采用常規(guī)PLC集中控制方式，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)電纜連接到集中控制室內(nèi)的PLC上,由于工藝線路長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)分布范圍廣，需要敷設(shè)大量的電纜及橋架,且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、其施工難度非常大。鑒于此，采用了PROFIBUS-DP" title="PROFIBUS-DP">PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，根據(jù)工藝劃分，系統(tǒng)共設(shè)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(xiàn)場(chǎng)模塊，用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和控制，并借助Profibus(工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線)，方便控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立。
　　控制系統(tǒng)分為三個(gè)級(jí)別，即現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、控制級(jí)、管理級(jí)。

2.2.1管理級(jí)

　　 管理級(jí)集中監(jiān)控各個(gè)分站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。管理級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線選擇Profibus-FMS總線，兩臺(tái)安裝組態(tài)軟件的冗余服務(wù)器作為PROFIBUS- FMS現(xiàn)場(chǎng)總線的主站，安裝在控制室內(nèi)，可以同時(shí)收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。服務(wù)器采用WinCC 組態(tài)軟件，并配有服務(wù)器軟件包選項(xiàng)。
SIMATIC S7-314、MDS2701無(wú)線電臺(tái)負(fù)責(zé)與公司的無(wú)線數(shù)據(jù)通訊。

2.2.2控制級(jí)

　　控制級(jí)主要功能是接收管理層設(shè)置的參數(shù)或命令，對(duì)污水處理生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，將現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)輸送到管理層。PLC1和PLC2分別由一個(gè)電源模塊 PS 307和一個(gè)CPU315-2 DP模塊組成，它們互為熱備,集中處理所有的控制算法、監(jiān)控設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。集中控制使得整個(gè)污水廠控制系統(tǒng)各個(gè)部分之間能夠完全協(xié)調(diào)工作。

2.2.3現(xiàn)場(chǎng)級(jí)

　　現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的冗余十分簡(jiǎn)單。ET200M遠(yuǎn)程單元通過(guò)兩個(gè)IM153-2總線接口模塊" title="接口模塊">接口模塊分別連接在兩條PROFIBUS-DP總線上。污水廠配置有6個(gè)ET200M遠(yuǎn)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(jī)房和污泥脫水機(jī)房。每個(gè)ET200M單元均由2個(gè)IM153-2總線接口模塊和其他若干數(shù)字量、模擬量輸入輸出模塊組成。IM153-2總線接口模塊通過(guò)總線接收主控主站的命令，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和設(shè)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(shù)字量、模擬量輸入輸出模塊的數(shù)量和配置由當(dāng)?shù)氐乃杩刂坪筒杉狞c(diǎn)數(shù)所決定。

3 系統(tǒng)軟件
　　 主控單元S7-300PLC的控制程序采用Step7軟件進(jìn)行編寫(xiě)，STEP7是SIEMENS開(kāi)發(fā)的應(yīng)用于S7-300/S7400PLC的編程軟件，運(yùn)行在WindowsNT或Windows98操作系統(tǒng)中，在自動(dòng)化工程各方面具有友好的用戶功能。該程序采用模塊化編程結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)維護(hù)和擴(kuò)展。

4 結(jié)語(yǔ)
　　此控制系統(tǒng)于2002年9月調(diào)試完畢，運(yùn)行至今系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，該系統(tǒng)有效地解決了生產(chǎn)中的很多問(wèn)題，如減少了生產(chǎn)過(guò)程中的突發(fā)故障，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間和搶修時(shí)間，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，為污水處理廠創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，達(dá)到了節(jié)能、降耗的目的。在生產(chǎn)管理上了一個(gè)新臺(tái)階。