基于PROFIBUS现场总线的水处理厂自控系统及其应用_龚莉

机电信息2008年第20期总第194期机电信息2008年第20期总第194期我国人均水资源拥有量仅相当于世界平均水平的1/4，而自来水处理与城市污水处理水平直接关系到这些有限资源能否得到科学合理的利用。水处理行业与全国人民的生产生活息息相关，尤其是随着我国改革开放和现代化事业的不断深入发展，更要大力加强污水与自来水的处理力度，努力提高水处理品质，以保证我国国民经济健康稳定的发展。从自然原水（或者污水）到高品质净水的处理过程是一个复杂过程，涉及到水处理工艺、检测仪表以及控制系统等多个方面，为了适应越来越高的水质要求，一方面需要大量开发并应用先进的检测技术，提高检测设备的精度和可靠性，另一方面，需要加强水处理工艺技术的研究，但是这些先进的检测技术和处理工艺对水处理工艺的自动控制水平提出了更高的要求。本文根据水处理厂具体的工艺要求，对水处理厂的控制系统进行分析研究，并着重介绍了PROFIBUS及工业以太网技术在我国水处理厂的实际工程应用。1水处理厂自动控制随着电子信息技术、计算机技术以及光电技术等相关学科的飞速发展，近10年来工业自动化在各个方面都发生了许多变化，包括自动化感应部件、各种检测传感器、变送器、各种间接测量设备、各种执行机构等底层设备，以及自动回路调节器、自动控制单元、各种大中小型装置控制系统乃至综合优化调度与协调系统和企业综合管理信息系统等。有关控制系统的研究与应用也一直是现代工业生产中的重点工作之一，并且已经在控制理论和自动控制系统水平方面都发生了极大的变化，如表1所示[1～3]。由于水处理系统（特别是混凝投药与加氯消毒过程）是一个大延迟、非线性、时变的复杂系统，系统建模困难，不好控制。而水处理控制的要求要与水处理的要求和工艺相结合，控制理论和技术的发展，能够实现复杂系统的自动控制，保证复杂系统的安全高效运行，尤其是其中信息技术与计算机网络技术的广泛应用，能够基于PROFIBUS现场总线的水处理厂自控系统及其应用龚莉（江苏省设备成套有限公司，江苏南京210009）表1计算机控制技术发展20世纪70年代以前20世纪70—80年代20世纪90年代以后控制理论经典控制理论（单变量、串级、前馈）现代控制理论（自适应控制、鲁棒控制、非线性控制等）多学科交叉、智能控制将通信技术、计算机技术、控制技术融为一体控制工具常规仪表DCS计算机网络、现场总线控制要求安全、过程平稳优质、高产、低耗市场预测、综合管理、柔性生产等控制水平简单先进控制系统管控一体化、计算机集成过程系统、综合自动化系统摘要:针对水处理厂的工艺特点，分析了水处理过程控制的基本要求，在对现场总线技术分析研究的基础上，着重介绍了PROFIBUS现场总线的结构、协议等技术特点，并与工业以太网技术相结合，提出了基于PROFIBUS现场总线的自控系统，应用在某污水处理厂，结果表明该控制系统能够满足水处理工艺的实际要求，具有一定的工程示范作用。关键词:水处理；控制；现场总线；工业以太网；PROFIBUSYingyongJiaoliu应用交流59DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2008.20.013招标投标·2008年7月招标投标·2008年7月满足水处理工艺的精度要求，保证高处理效率和严格的水质要求，而水处理工艺的发展又促进了水处理自控技术的不断进步，两者相辅相成。我国水处理行业采用自动控制系统起步较晚，20世纪70年代才开始采用集中巡检，在检测设备与监视设备方面与国外有较大的差距。随着计算机技术、信息技术和自动控制技术的飞速发展，近年来我国从国外引进了一些先进设备和先进的处理工艺，国内的水处理自动控制水平有了较快发展[1]。目前我国水处理行业普遍采用了以计算机为主的控制系统，主要有3种类型：SCA-DA系统（SupervisoryControlAndDataAcquisition）、DCS系统（DistributedControlSystem）和PLC+工业电脑组成的集散式控制系统[2～6]。其中，SCADA系统由一个主控站和若干远程终端站组成，组网范围大，通讯要求高。而DCS控制系统则是以多台微型计算机为基础，采用数据通信和CRT显示技术，对生产过程进行分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的系统，适用于连续性的过程生产控制，目前DCS系统在电力、石化等大型工业行业得到了广泛应用。近年来，在水处理行业也得到了越来越多的重视和应用，但是该系统的相对投资比较大，系统复杂。PLC+PC机的集散式控制系统具有DCS系统功能，可集中、分散、现场三级控制，实时性、可维护性和软件可扩展性较强，特别是随着PLC系统开发技术的不断发展，PLC系统功能逐渐增强，性能更加优越，越来越多地应用于我国水处理厂的自动控制中，而且PLC系统与现场总线以及工业以