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现场总线在污水厂自动化中的应用研究

开天源水务信息化 2018-11-08 13:36:53


《山东工业技术》2017年07期

夏斌 李小增


现场总线是一种主要针对工业现场的智能化仪表、控制器之间的通信以及其与高级控制系统之间的通信问题而产生的工业数据总线。具体来说,现场总线就是将以往的4-20mA模拟信号以及普通开关量信号的传输替换为数字化信息传输。现场总线具有系统稳定、成本较优以及操作简单等优势,因此发展速度较快。本文主要以Profibus-DP现场总线为例,对某污水厂的相关情况进行了论述。就目前而言,越来越多的污水厂使用了智能仪表及现场总线。


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系统概况

在本污水厂中,整个厂区的控制是由两个PLC控制站完成的。这两个控制站都是ABB公司生产的,型号为AC500系列。该系统的优点较为突出,主要有信号强、系统稳定性好、成本较低。它们在对厂区进行实时监控的过程中发挥着不可替代的重要作用。


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系统的具体结构

该污水厂的网络结构为双层网络,上层为以太网,该网的特点主要是应用范围较大且数据传送速度更快;底层使用的是Profibus-DP总线。PLC站使用的是netlink光纤收发器,中控室则和PLC站相同。光纤连接使得数据传输系统更加稳定,传输距离更远,而且其他设备无法对其造成干扰。而两个PLC控制站都有Profibus-DP通讯模块CM572-DP,其作用是让主反应区进行水质检测的仪表、流量计、加氯间以及污泥脱水机房等进行无障碍数据传输。


本厂的Profibus-DP使用的结构是线形。具体来说是先使用一根总线将控制器与受控对象连接起来,并将总线电缆与现场各设备连接。控制器对所有I/O站上的数据输入进行控制,在某些情况下还能将信息传送至输出通道,使得通信方式既包括主从式通信,又包括对等式通信。控制系统的Profibus-DP总线的主站是AC500系列PLC。它与其他设备之间的连接靠总线来实现,中间设备DP头的终端电阻在OFF的位置;反之,终端设备的在ON位置。


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系统的主要功能

3.1格栅机

本污水厂配备的格栅机是由重庆博鼎机电生产的设备,控制器为西门子S7-200的PLC,而且同时还配备了Profibus-DP通讯模块EM277。格栅机控制系统的程序已经根据本厂的实际情况进行了预处理,目前该程序的控制方式是两种,现场控制和遥控。对两种控制方式的选择和转换主要是由就地柜上的旋转开关来实现的。


在现场控制中,格栅机的自动化运转主要依靠时间继电器,输送机的自动化运转也是如此。使用时间继电器能够智能化控制输送机和格栅机的运转时长。当处于遥控模式时,上位机对输送机和格栅机是运转还是停止进行控制。使用Profibus-DP总线进行控制时,上位机对格栅机运转方式的实时监测是通过对V存储区的读写来实现的。具体的运行时间既可以直接在上位监控软件中进行设置,也可以在上位机上设置,设定启动和停止的依据为液位差。而且在上位机上也能直接设置液位差。如此一来,既能对现场设备的运行进行实时监测,也能进行多数据通讯,从而实现对比较复杂的运行过程的控制。


3.2加氯间和脱水机房

本污水厂的加氯间主要是对经过处理之后仍然不符合污水排放卫生指标、仍然存在较多大肠杆菌的水质进行处理,使用的方法是二氧化氯消毒法。加氯消毒设备的控制器为西门子S7-200PLC,Profibus-DP与其连接,然后使上位机能够接收到设备的实时状态。


脱水机房的主要任务是降低污泥中的含水量。污泥处理的流程为:CASS池―剩余污泥泵―贮泥池―脱水机房。所使用的设备为带式压滤脱水机,使用上下两条滤带夹带污泥呈S形从辊压筒经过,并在这一过程中形成对污泥的压缩力和剪切力,将污泥中的水分进行挤压啊,由此完成脱水过程。本设备也是用了西门子S7-200的PLC以及Profibus-DP现场总线,能够实现中控室的上位机对脱水机房的实时监控。


3.3鼓风机变频器、流量计及水质检测仪表

本污水厂的鼓风机变频器克服了以往部分变频器为总线统一造成障碍的缺点,同时也避开了在PLC上添加Modbus通讯模块导致的诸多不便的缺陷,使用了能够使系统结构更加优化的PBMD-20来满足Modbus与Profibus-DP之间进行协议转换的需求。


本污水厂采用的水质检测仪表是由哈希公司生产的拥有8个探头、能够即插即用的SC1000,主要是对污水的化学需氧量、生化需氧量、氢离子浓度指数等进行检测。这种仪表无论是在软件配置还是在以后的功能延伸上都非常便捷。


流量计使用的是支持Profibus-DP通讯且能够被直接接入Profibus-DP网络的流量计。如果要掌握瞬时流量或累计总流量,只需进行数据传输然后直接在上位机读取。

结束语

Profibus-DP现场总线具有抗干扰能力强、操作方便简单、成本较低等优势,在污水厂自动化系统乃至其他很多行业的自动化控制中都发挥着重要作用。可以预见,其未来的发展前景良好,对促进我国诸多行业的发展发挥着巨大的作用。



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