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现场总线在污水处理厂控制系统中的应用

导读: 由plc和上位机构成的控制系统自动化程度高,运行可靠,故障率低,全面反映了全厂的设备状态,减轻了工作强度,提高了工作效率。

 

1  引言
           
  随着计算机、控制、通信、网络等技术的发展,作为工业控制数字化、智能化与网络化典型代表的现场总线(fieldbus)技术发展迅速、影响巨大,引起了工程技术界的普遍应用。fieldbus技术使计算机控制系统逐步从集散控制系统(distributed control system dcs)走向以现场总线为基础的分布式现场总线控制系统(fieldbus control system,fcs),被视为工业自动化领域具有革命性的新技术。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点。本文以实际日处理量为5万m3的污水处理厂自动化项目为例,详细说明了modbus和profibus两种现场总线控制系统在污水处理厂的应用。
            
2  污水处理工艺
           
  污水处理主要通过生物处理来完成,本污水处理采用奥贝尔氧化沟工艺,具体流程如图1所示。

            图1  奥贝尔氧化沟工艺流程图
      

     
  以上设备均有现场手动和远程控制方式选择,当选择远程自动方式时,其所有动作均由plc完成。通过上位机(监控计算机)可实4现全厂设备的监视和控制。
            
3  现场总线与系统监控
           
  3.1 控制系统总体
           
  污水处理厂二期自动控制系统采用法国施耐德公司的quantum系列plc做主站,集成profibus dp、modbus 、ethernet网络形成一个完善的控制系统,完成整个工厂净化流程的控制、监视及各开关量、模拟量的采集和报警。
           
  根据污水处理工艺,控制系统由二级网络组成,管理级计算机通过以太网和plc进行互联和通讯;两台dell台式机为监控计算机,它们互为冗余和备份;plc通过profibus网络与各子站进行通讯,完成净化厂各功能块数据的采集、监视和控制;plc同时通过cpu自带的modbus接口与软起动器、变频器和pm500多功能电表组成modbus网络。
           
  监控软件采用美国wonderware公司intouch 9.0版本。编程软件为concept v2.5 xl;profibus网络组态软件为sycon,包括:监控层(中控室):完成操作、监视、报表、报警及与外网的通讯。网络集成层:本系统网络集成层采用quantum plc集成ethernet、profibus、modbus网络。设备控制层:profibus、modbus网络,与现场设备、仪表、输入/输出点(i/o)的连接。系统构成示意图参见图2。

            图2  监控计算机及plc网络图
         

  
  3.2 modbus网络原理设计
           
  modbus是工业控制器的网络协议中的一种,使用主—从技术。主设备可单独和从设备通信,也能以广播方式和所有从设备通信,如果单独通信,从设备返回一消息作为回应,如果是以广播方式查询的,则不作任何回应。
           
  modbus协议建立了主设备查询的格式:设备(或广播)地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。从设备回应消息也由modbus协议构成,包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误,或从设备不能执行其命令,从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。设定的参数为19200波特率、无奇偶校验、停止为1、协议为rtu(远程终端设备)。
           
  该项目自控系统的modbus网络上共有20个站:以quantum系列的cpu-11303为主站;19个从站包括13个施耐德的软起动器、2个施耐德的变频器、4个施耐德的综合电表pm500以组成自控系统的modbus网络。主站plc发出查询的要求,19个从站将主要设备的主要电气参数如电流、电压、力矩、频率、功率因素、有功功率、无功功率等信息传送到plc,并定期刷新后一再传送。监控计算机通过modbus以太网通信程序读取plc的信息,并传送到intouch监控软件。modbus网络在本自控系统中主要起监视而没有起控制的作用。modbus网络的安装和调试,本系统采用modscan软件。

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