1、Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線在現(xiàn)代污水處理廠中的應(yīng)用 姓名：李杰 專業(yè)：自動(dòng)化 學(xué)號(hào)：2011104191、 Profibus 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散性控制系統(tǒng)、 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)4個(gè)階段?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)之所以取代前幾種系統(tǒng)成為新一代的控制系統(tǒng)，一方面它突破了集散控制系統(tǒng)( Total Distributed Control System，DCS)采用專用通信網(wǎng)絡(luò)的局限，采用了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷；另一方面把 DCS 的集中和分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變成了新興的全分布式結(jié)構(gòu)， 把控制功能完全放在現(xiàn)場(chǎng)。與傳統(tǒng)的

2、控制系統(tǒng)相比，它具有體系結(jié)構(gòu)開放、系統(tǒng)集成靈活方便、硬件智能化、傳輸數(shù)字化、控制計(jì)算機(jī)高品質(zhì)化的特點(diǎn)?？梢哉f，開放性、分散性、數(shù)字通信是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)Profibus系列由 ProfibusDP( Decentralized Periphery)，ProfibusFMS( Fieldbus Message Specification)，Profibus PA( Process Automation) 3 個(gè)兼容部分組成。通常來說，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)采用 Profibus DP 現(xiàn)場(chǎng)總線，車間單元級(jí)采用 Profibus FMS 總線，工廠級(jí)采用工業(yè)以太網(wǎng)。污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)級(jí)采用 ProfibusD

3、P 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)水廠的自動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。用戶數(shù)據(jù)在 DPM1 （第 類主站）和相關(guān) DP 從站間的傳輸按照 DPM1 既定的順序自動(dòng)執(zhí)行。Profibus 可構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)，它使得系統(tǒng)配置的靈活性大大增強(qiáng)。這些主站和各自的從站構(gòu)成相互獨(dú)立的子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都有一個(gè) DPM1 指定的若干從站及可能的 DPM2（第 類主站）設(shè)備。任何一個(gè)主站都可以讀取 DP 從站的輸入 /輸出影像，但只有一個(gè)DP 主站允許對(duì) DP 從站寫入、輸出數(shù)據(jù)。除主從站數(shù)據(jù)傳輸功能外，Profibus DP 允許主站間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，這些功能可使那些配置的診斷設(shè)備通過總線對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行上傳和下載，以實(shí)現(xiàn)組態(tài)和

4、診斷。 RS 485 傳輸技術(shù)是 Profibus 最常用的一種傳輸技術(shù)，它應(yīng)用于各種需要高速傳輸、設(shè)備簡(jiǎn)單而價(jià)格低廉的領(lǐng)域。Profibus DP /FMS 通信介質(zhì)為屏Mbit /s，傳輸距離為1001200 m，在污水處理廠應(yīng)用時(shí)，可通過中繼器來延長(zhǎng)其傳輸距離。Profibus 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)較其他系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、通信速率快、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)， 并且可實(shí)現(xiàn)智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的可視化和報(bào)警處理，下面就某污水處理廠的具體要求討論 Profibus 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的具體應(yīng)用。2 、污水處理廠的工藝流程圖 1 某污水處理廠的工藝流程如所示。圖 1 污水處理廠工藝流程圖市政管網(wǎng)的污水經(jīng)格柵除去較大的懸浮物和

5、漂浮物；然后經(jīng)提升泵站至沉砂池，污水中砂子、煤渣等比重較大的顆粒在沉砂池內(nèi)得以去除；之后沉砂池中上清液進(jìn)入初沉池，使得污水中密度較大的固體懸浮物沉淀分離；最后進(jìn)入整個(gè)污水處理系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié) 氧化溝部分。氧化溝中生物處理環(huán)節(jié)直接影響出水水質(zhì)，因此其設(shè)計(jì)是整個(gè)污水處理廠自動(dòng)控制的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)中采用變頻式鼓風(fēng)機(jī)，既能提供充足的溶解氧( Dissolved Oxygen， DO)又不至于浪費(fèi)資源。為了保證溶解氧質(zhì)量濃度的準(zhǔn)確性，該設(shè)計(jì)溶解氧值采用氧化溝內(nèi) 3個(gè)不同位置DO 質(zhì)量濃度的加權(quán)平均值作為檢測(cè)值。經(jīng)過處理后的出水經(jīng)管網(wǎng)排出，而氧化溝中的剩余污泥則進(jìn)入污泥處理部分，經(jīng)過濃縮、消化、脫水 之后，泥餅

6、外運(yùn)。3、 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能該污水處理廠控制系統(tǒng)為多主站的 Profibus DP 系統(tǒng)。將預(yù)處理部分 PLC、生物處理部分 PLC、污泥處理部分 PLC 作為主動(dòng)站，工藝中采用的智能傳感器和外圍 I /O 作為從動(dòng)站?；?Profibus 現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的污水處理廠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。為保護(hù)污水提升泵電機(jī)及節(jié)約成本，3臺(tái)水泵用1臺(tái) TGSIR 智能軟啟動(dòng)器啟動(dòng)?？刂普静捎梦鏖T子 S7 300PLC，前后水井的水位檢測(cè)采用2只LISAIB 型超聲波液位儀，安放在格柵機(jī)前后的水井中。沉砂池及初沉池的主要自動(dòng)控制對(duì)象是排泥泵，一般來說排泥泵是依靠定時(shí)器來控制其啟閉的，該污水廠采用污泥濃度

7、測(cè)定儀和污泥界面儀進(jìn)行自動(dòng)控制，這樣可靠性更好。它既能避免污泥積累過多引起的堵塞問題，又能防止排出的污泥濃度過低、含水率高的問題，尤其對(duì)于污水量變化很大難以選擇排泥周期的初次沉淀池，更能顯示其優(yōu)越性。送水管道中的水流量采用 DCL4G電磁流量計(jì)(4 20 mA)檢測(cè)，壓力采用電容式壓力變送器(量程 0 0 6 MPa) 檢測(cè)。這些測(cè)量?jī)x將測(cè)量值轉(zhuǎn)換為 0 5 V的直流電壓信號(hào)，輸入PLC的模擬量輸入模板。圖 2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖生物處理部分生物處理部分是整個(gè)污水處理部分的核心環(huán)節(jié)，直接決定出水水質(zhì)的好壞。因?yàn)槲鬯幚淼膶?shí)質(zhì)就是利用活性污泥中的微生物的新陳代謝來分解污水中的有機(jī)物，而活性污泥中的微

8、生物要進(jìn)行新陳代謝，溶解氧( DO) 的質(zhì)量濃度就顯得尤為重要，通常 DO mg /L，在出口附近為 2 3 mg /L 是比較理想的。曝氣不足會(huì)產(chǎn)生厭氧狀態(tài)和污泥釋放磷，曝氣過量相應(yīng)的運(yùn)行費(fèi)用又會(huì)大大提高。為節(jié)省能源，該污水處理廠設(shè)計(jì)采用變頻式鼓風(fēng)機(jī)；控制站在曝氣過程采用西門子 S7 300PLC；由于氧化溝體積比較大，為保證 DO質(zhì)量濃度的準(zhǔn)確性，將3個(gè)溶解氧測(cè)定儀分別放在氧化溝的入水口、中段和出水口處，采用 3個(gè)數(shù)的加權(quán)平均值進(jìn)行運(yùn)算，通過判斷其與設(shè)定值是否保持一致來調(diào)節(jié)供氣量，維持 DO 質(zhì)量濃度一定。這種定 DO 質(zhì)量濃度控制下的供氣量只能在一定程度上反映氧化溝內(nèi)部活性污泥的活性及其他因素的綜合作用 結(jié)果，若要針對(duì)影響供氣量的種種因素（微生物的量及活性、氧轉(zhuǎn)移效率和速率、進(jìn)水水質(zhì)等）做精確分析，就需建立能夠描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的狀態(tài)方程和表示最優(yōu)控制目標(biāo)的性能指標(biāo)表達(dá)式，給出最優(yōu)控制變量的變化規(guī)律及控制算法。該污水廠采用普通420mA 溶解氧儀接 PLC模擬輸入點(diǎn)。其中生物處理段 PLC 控制流程如圖 3所示圖 3 生物處理段 PLC 控制流程圖污泥處理 PLC 控制分為污泥濃縮、厭氧消化和污泥脫水3部分。濃縮池的控制主要是指排放濃縮污泥的控制，用計(jì)時(shí)器控制污泥泵的啟動(dòng)，用污泥濃度計(jì)檢測(cè)污泥濃度降低至