基于现场总线的SIMATICPCS7系统在污水厂的应用

中国工控信息网7613.com中国工控信息网www.7613.com收录基于现场总线的SIMATICPCS7系统在污水厂的应用刘建国摘要：介绍一个基于Profibus现场总线的污水处理SIMATICPCS7系统,该系统由PC机、PLC现场仪表和设备组成,能对水厂整个生产过程实现自动化控制,通过现场总线Profibus和以太网将现场各种工艺参数、报警参数传输到各个地方.关键词：SIMATICPCS7,现场总线1引言污水厂集散控制系统就是根据中央控制室调度的生产指标对进水泵房、脱水机房、氧化沟曝气站等进行控制，并把各个现场的工艺参数、报警参数、历史数据通过现场总线传输到中央控制室的服务器上，在中央控制室的显示器上反映出来，并能自动打印报表，通过工业以太网和厂长办公室等职能部门相联，随时监视厂里的生产情况，并可以通过有线或无线的方式和上级管理调度中心进行数据交换。采用西门子公司SIMATICPCS7集散控制系统来实现对整个厂的控制。PCS7是一种模块化的基于现场总线的新一代过程控制系统，将传统DCS和PLC控制系统的优点有机地结合在一起。系统所有硬件都基于统一的硬件平台，所有软件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下，有统一的软件平台。系统采用了大量新技术，在网络配置上使用标准工业以太网和Profibus网络，由于PCS7消除了DCS和PLC系统间的界限，真正实现了仪控和电控的一体化，充分体现了全集成自动化的特点，使系统应用范围变广，是一种适用于现在、面向未来的开放型过程控制系统。2现场总线的选择被控现场的网络问题一直是困扰传统的集散控制系统的问题。随着现场总线技术的发展，这个问题已被很好地解决了。现场总线是20世纪80年代发展起来的，具有高可靠性、低成本、组态简单、可互换及互操作、分散控制、低成本、组态简单、可互换及互操作、分散控制、方便运行、数据库一直开放等特点。Profibus现场总线是欧洲首屈一指的被普遍应用的一种开放式现场总线系统，其产品在欧洲市场占有率大于40%，广泛应用于加工自动化、过程自动化等方面。Profibus以ISO7498为基础，以开放互联网（OSI）作为参考模型，其家族成员有Profibus—DP、Profibus—PA、Profibus—FMS。（1）Profibus—DP适用分布式I/O站的协议模型，它的设计是专门为自动控制系统与在设备级分散I/O之间进行通信使用的，最高传输率达12Mbps，它的特点是速度快，即插即用，成本低，使用Profibus—DP模块可取代24V4~20mA的串联信号传输，且可在没有提供外部请求时发送信息和被授权访问总线；从设备是相对于主设备而言的外部设备，未被授权访问总线。（2）Profibus—FMS是用来解决车间级通用性通信任务的，可用于大范围和复杂的通中国工控信息网7613.com中国工控信息网www.7613.com收录信系统，特点为大范围应用、多主通信。（3）Profibus—PA是专为过程自动化设计的，可用于爆炸危险区域，它的特点是面向过程控制，总线供电，本身安全。3系统构成3.1硬件构成在处理的关键环节设置现场控制站，现场控制站选择西门子公司的S7-400系列模块结构PLC。本系统中的进水泵房、污泥站、氧化沟曝气站分别采用PLC1、PLC2和PLC3三个过程控制柜，其内各安装一套过程控制器AS-414-2DP。根据实时处理情况和要求控制泵站系统、曝气设备和排泥设备的起停和工作强度，达到设备的最优化调整，保证处理效果。由于污水处理厂使用的水泵功率较大，下位机控制系统采用软起动器起动水泵，避免突然起停对供电系统和泵造成不良影响。过程状态监控管理设备为一台OS站、一台ES/OS站和两台系统打印机。3.2网络结构本控制系统网络结构如图所示，分为下层控制网和上层管理网。下层控制网采用同轴屏蔽电缆，符合欧洲Profibus标准，通过ET-200M上的IM153-1通信卡与AS412DP控制器相互联接，满足现场信号采集、处理和控制器的通信，为Profibus-DP现场通信网。上层管理网分为两类：一类采用同轴电缆，符合欧洲Profibus标准，通过OS站、ES站和控制器上的cp443-5通信卡相联接，满足操作员站和工程师站对现场设备的监视、控制和管理，实现数据共享；另一类采用同轴细缆，符合TCP/IP协议的管理以太网，通过OS站和ES站的D-Link网卡相联，主要实现工程师和操作员站之间的软件管理和拷贝。3.3软件设计操作员站OS与工程师ES均采用WindowsNTWorkstationV4.0作为操作系统，附加安装版面Package3和Internetexplorer5.0，汉化处理采用Chinesestar工程师组态以外的所有信息，界面均可实现汉化，操作员站另加载了SIMATICWINCCRT64KTags、NETProfibus—STWINCCADVANCEDPROCESSCTRL等监控软件，在操作员站所有加载的软件基中国工控信息网7613.com中国工控信息网www.7613.com收录础上，工程师还加载了SIMATICSTEPTV5.0、CFCV4.0、ST—SCLV4.0、SFCV4.X等组态功能软件。除了用于系统软、硬件组态外，ES站具有与OS站完全相同的功能，可以兼做OS站，起到了降低用户成本的作用。4系统功能系统对预处理单元（进水泵站、格栅除污等）、氧化沟曝气排水、污泥处理等进行参数显示，并重新设定预设值，调节工艺，实现了工艺流程的设备运行状态，实时监控，将工艺流程以直观和画面显示出来，记录在线检测的参数，设备运行状态和过程，分析参数变化趋势，实时诊断和报警。工艺流程主要有以下单元：预处理单元（进水泵房、粗格栅、细格栅、旋流沉沙池）、氧化沟曝气单元、污泥处理单元、排水单元。5PCS7系统的应用体会我厂全部采用的是荷兰的污水处理设备，其自控系统是基于Profibus总线的PCS7系统，在使用过程中获得一些体会。CFC程序组态是一种图形的组态，方直观、操作简便。PCS7将许多逻辑和运算功能形成了功能块，在进行过程组态时，如需用某种逻辑和运算功能，就可在PCS7的功能块库中找到与这相应的功能块，将其直接拖放至CFC的组态画面即可，用户还可将PCS7程序结构化，控制语言自定义特殊功能块，并保存在功能块库中，随意调用。WINCC功能十分强大，而且使用起来非常方便，要编制各种画面、报警、归档等功能时，都可用其标准的功能来实现。硬件组态也是一种图形化的组态形式，十分方便。硬件组态中所有模块都可以从PCS7提供的元件库中找到相应的型号、定货号的模块，将其拖放至实际安装的位置即可。软件和网卡应按以下顺序安装：WindowsNTWorkstationV4.0→DLink→WindowsNTpackage3.0→IE5.0→V2.0→WINCC,否则发生冲突。作者：刘建国（河北省唐山市南保开发区污水处理厂,063305）参考文献：［1］江小澄.集散控制系统在一级污水处理厂中的应用.计算机工程,2001(2)