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【摘 要】随着网络化、信息化概念向自动化领域的不断渗透，水处理自动化控制理念和技术也在不断发展。本文以XX污水处理厂污水处理工程为项目背景，针对其自动化程度要求高的特点，综合采用自动化技术、计算机技术、网络技术、数据库技术、图形显示技术、触摸屏技术等，采用先进控制、过程优化、管控一体的设计思路，本文讨论了基于以太网和现场总线的网络配置及不同设备间信息通讯方式，从而使整个污水处理系统的自动控制能够得到良好的实现。
【关键词】工业以太网；水处理自动化；污水处理；控制系统
由于以太网具有应用广泛、价格低廉、通信速率高、软硬件产品丰富、应用支持技术成熟等优点，目前它已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到了广泛应用，并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。从目前国际、国内工业以太网技术的发展来看，目前工业以太网在制造执行层已得到广泛应用，并成为事实上的标准。未来工业以太网将在工业企业综合自动化系统中的现场设备之间的互连和信息集成中发挥越来越重要的作用。
1、工业以太网控制系统
随着工业自动化系统不断向分散化、智能化的方向发展，通信在控制系统中的作用越来越重要。上世纪90年代中期，传统上用于办公等商业领域的以太网技术逐渐进入工业控制领域。如果在工业控制网络的监控层和现场设备层使用以太网技术，就可以实现从现场控制层到管理层的无缝信息集成，并提供一个开放的基础架构。
2、污水处理工艺过程
污水处理的主要方法有物理法、化学法和生物法三大类。城市污水中的污染物是多种多样的，往往需要将几种方法组合起来，才能去除不同性质的污染物与污泥，达到净化的目的。目前，我国城市污水处理主要以生物法为主，以物理法和化学法为辅。
按处理程度划分，污水处理技术可分为1级、2级和3级处理。典型的城市污水处理系统由格栅、沉砂池、初沉池、二沉池、曝气池、污泥浓缩池、污泥消化池、消毒间等组成。首先采用物理法对污水进行1级处理，去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质。1级处理主要包括粗格栅、细格栅、沉砂池。1级处理完成后进入2级处理过程。该过程一般采用生物处理法，利用活性污泥法或生物膜法使污水中的有机物被微生物吸收或分解氧化为无机物，污水得到进一步净化。2级处理主要包括生物滤池、曝气池和二沉池。二沉池的出水经过消毒排放进入3级处理，常用的工艺有混凝沉淀和过滤。污泥处理主要包括浓缩、消化、脱水、堆肥或卫生填埋。
3、控制系统网络配置
污水处理厂监控层网络主要用于过程监控、优化、调度等方面信息的传输。其信息传输的特点是具有一定的周期性和实时性，数据吞吐量较大。因此，要求网络具有较大的带宽。现场设备层网络处于工厂综合自动化系统的最底层，用于连接工业现场变送器、执行机构、远程I／O、数据采集器等现场设备，工作环境恶劣，干扰频繁，且为实时控制。根据监控层、现场层的不同作用及要求，为实现较高的通讯速率和通讯质量，本系统采用以太网和现场总线混合型结构。现场层采取现场总线控制，管理层、监控层、现场层之间通过工业以太网相联。现场层的通讯采用PROFIBUS—DP主／从协议，使用屏蔽双绞线作为传输介质，不同的子网和不同介质之间通过耦合器或接口模块连接。监控层使用以太网协议，通过带有双网卡的PLC进行通讯协议的转换。因此，本系统中PLC既是现场总线中的一个站，又是以太网上的一个站点。
3.1现场总线配置
以PLC作为主动站，控制电机的变频器以及工艺中应用的智能传感器和外围远程I／O设备作为从动站。本系统所选用的西门子S7 300系列CPU3152DP型PLC，其CPU本身集成了PROFIBUSDP总线的端口，可直接接入PROFIBUS网络。
污水处理系统中控制电机的变频器及测量设备如DO仪、温度计、pH计、液位计等在接入PROFIBUS网络时，除智能型可直接接入外，其他需接入远程I／O后再通过ET200接入网络。另外，为了将不同生FIBUS组态工具可根据厂商提供的GSD文件將其设备集成在同一总线系统中。硬件连接好后，为实现PROFIBUS网络的连通，需用SIMATIC net6。0软件或STEP 7软件对网络进行组态。
3.2工业以太网配置
西门子S7300系列PLC接入以太网时，需在PLC上配置CP3431工业以太网卡，它是工业以太网总线系统的通讯处理器，具有独立处理经过工业以太网的数据业务。它有自己的微处理器，因而能减轻CPU的通讯任务和进一步的连续扩展。
4、硬件系统的设计
在污水现场共使用六只开关柜，预处理区、反应区、和污泥处理区各两只。一只为配电柜，安装设备主电路，同时配有手动和自动两种操作方式。另一只为控制柜安装控制电路和数据采集电路。预处理区开关柜安装在提升泵房，配电柜安装粗、细格栅的除污机、压榨机和运输机及各电磁阀的主电路，反应区的开关柜安装在鼓风机房，配电柜安装鼓风机、搅拌器、回流污泥泵、剩余污流泵、汲水器的主电路，控制柜配有COMPACTLOGIXPLC，进行设备的控制及反应池温度、水深、PH值的数据采集。污泥处里区开关柜安装在的浓缩脱水一体机房中，配电柜安装污泥投加泵、浓缩脱水一体机、输送机的主电路，控制柜配有COMPACTLOGIXPLC进行相关的设备及污水池的高度数据采集电路。两台上位机安装有MCGS组态软件和RSLINX以太网通讯软件。
5、结束语
将先进的自动控制技术、计算机技术、网络技术与污水处理工艺相结合，形成了一套先进、可靠、利用性高、实时性好、操作简单、经济实用的污水处理控制系统，对提高污水处理的技术管理水平、合理使用和配置处理设施具有非常现实的意义。
参考文献
[1]刘先春，李书臣，张洪林等.PLC在污水处理控制系统中的应用[J].工业仪表与自动化装置，2006（3）： 49-51.
[2]陈进东，潘丰.污水处理控制系统设计[J].自动化与仪表，2008（6）： 33-36.
【关键词】工业以太网；水处理自动化；污水处理；控制系统
由于以太网具有应用广泛、价格低廉、通信速率高、软硬件产品丰富、应用支持技术成熟等优点，目前它已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到了广泛应用，并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。从目前国际、国内工业以太网技术的发展来看，目前工业以太网在制造执行层已得到广泛应用，并成为事实上的标准。未来工业以太网将在工业企业综合自动化系统中的现场设备之间的互连和信息集成中发挥越来越重要的作用。
1、工业以太网控制系统
随着工业自动化系统不断向分散化、智能化的方向发展，通信在控制系统中的作用越来越重要。上世纪90年代中期，传统上用于办公等商业领域的以太网技术逐渐进入工业控制领域。如果在工业控制网络的监控层和现场设备层使用以太网技术，就可以实现从现场控制层到管理层的无缝信息集成，并提供一个开放的基础架构。
2、污水处理工艺过程
污水处理的主要方法有物理法、化学法和生物法三大类。城市污水中的污染物是多种多样的，往往需要将几种方法组合起来，才能去除不同性质的污染物与污泥，达到净化的目的。目前，我国城市污水处理主要以生物法为主，以物理法和化学法为辅。
按处理程度划分，污水处理技术可分为1级、2级和3级处理。典型的城市污水处理系统由格栅、沉砂池、初沉池、二沉池、曝气池、污泥浓缩池、污泥消化池、消毒间等组成。首先采用物理法对污水进行1级处理，去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质。1级处理主要包括粗格栅、细格栅、沉砂池。1级处理完成后进入2级处理过程。该过程一般采用生物处理法，利用活性污泥法或生物膜法使污水中的有机物被微生物吸收或分解氧化为无机物，污水得到进一步净化。2级处理主要包括生物滤池、曝气池和二沉池。二沉池的出水经过消毒排放进入3级处理，常用的工艺有混凝沉淀和过滤。污泥处理主要包括浓缩、消化、脱水、堆肥或卫生填埋。
3、控制系统网络配置
污水处理厂监控层网络主要用于过程监控、优化、调度等方面信息的传输。其信息传输的特点是具有一定的周期性和实时性，数据吞吐量较大。因此，要求网络具有较大的带宽。现场设备层网络处于工厂综合自动化系统的最底层，用于连接工业现场变送器、执行机构、远程I／O、数据采集器等现场设备，工作环境恶劣，干扰频繁，且为实时控制。根据监控层、现场层的不同作用及要求，为实现较高的通讯速率和通讯质量，本系统采用以太网和现场总线混合型结构。现场层采取现场总线控制，管理层、监控层、现场层之间通过工业以太网相联。现场层的通讯采用PROFIBUS—DP主／从协议，使用屏蔽双绞线作为传输介质，不同的子网和不同介质之间通过耦合器或接口模块连接。监控层使用以太网协议，通过带有双网卡的PLC进行通讯协议的转换。因此，本系统中PLC既是现场总线中的一个站，又是以太网上的一个站点。
3.1现场总线配置
以PLC作为主动站，控制电机的变频器以及工艺中应用的智能传感器和外围远程I／O设备作为从动站。本系统所选用的西门子S7 300系列CPU3152DP型PLC，其CPU本身集成了PROFIBUSDP总线的端口，可直接接入PROFIBUS网络。
污水处理系统中控制电机的变频器及测量设备如DO仪、温度计、pH计、液位计等在接入PROFIBUS网络时，除智能型可直接接入外，其他需接入远程I／O后再通过ET200接入网络。另外，为了将不同生FIBUS组态工具可根据厂商提供的GSD文件將其设备集成在同一总线系统中。硬件连接好后，为实现PROFIBUS网络的连通，需用SIMATIC net6。0软件或STEP 7软件对网络进行组态。
3.2工业以太网配置
西门子S7300系列PLC接入以太网时，需在PLC上配置CP3431工业以太网卡，它是工业以太网总线系统的通讯处理器，具有独立处理经过工业以太网的数据业务。它有自己的微处理器，因而能减轻CPU的通讯任务和进一步的连续扩展。
4、硬件系统的设计
在污水现场共使用六只开关柜，预处理区、反应区、和污泥处理区各两只。一只为配电柜，安装设备主电路，同时配有手动和自动两种操作方式。另一只为控制柜安装控制电路和数据采集电路。预处理区开关柜安装在提升泵房，配电柜安装粗、细格栅的除污机、压榨机和运输机及各电磁阀的主电路，反应区的开关柜安装在鼓风机房，配电柜安装鼓风机、搅拌器、回流污泥泵、剩余污流泵、汲水器的主电路，控制柜配有COMPACTLOGIXPLC，进行设备的控制及反应池温度、水深、PH值的数据采集。污泥处里区开关柜安装在的浓缩脱水一体机房中，配电柜安装污泥投加泵、浓缩脱水一体机、输送机的主电路，控制柜配有COMPACTLOGIXPLC进行相关的设备及污水池的高度数据采集电路。两台上位机安装有MCGS组态软件和RSLINX以太网通讯软件。
5、结束语
将先进的自动控制技术、计算机技术、网络技术与污水处理工艺相结合，形成了一套先进、可靠、利用性高、实时性好、操作简单、经济实用的污水处理控制系统，对提高污水处理的技术管理水平、合理使用和配置处理设施具有非常现实的意义。
参考文献
[1]刘先春，李书臣，张洪林等.PLC在污水处理控制系统中的应用[J].工业仪表与自动化装置，2006（3）： 49-51.
[2]陈进东，潘丰.污水处理控制系统设计[J].自动化与仪表，2008（6）： 33-36.