引言：

現(xiàn)場總線控制技術(shù)因其巨大的技術(shù)優(yōu)勢，已在各個領(lǐng)域如機械、化工、汽車、電力、樓宇等得到廣泛應用。近年來在自來水行業(yè)的應用也越來越普遍，基于現(xiàn)場總線的水廠自動化控制系統(tǒng)，它采用了計算機數(shù)字化通信技術(shù)，使水處理工藝過程參數(shù)及設(shè)備加入到信息網(wǎng)絡(luò)，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的底層，這樣公司級信息溝通的覆蓋范圍便一直延伸到了生產(chǎn)現(xiàn)場。在CIMS系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線是水廠計算機網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場級設(shè)備的通道，是支撐現(xiàn)場級與水廠級信息的技術(shù)基礎(chǔ)。

1.現(xiàn)場總線技術(shù)簡介

（1）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是近十幾年發(fā)展起來的，它被認為是工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。它主要解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)信息量有限集成能力不強，開放性差，可靠性不易保證，電纜敷設(shè)量大，更不能完全滿足CIMS系統(tǒng)對底層數(shù)據(jù)的要求等問題。

（2）目前世界流行的現(xiàn)場總線及總線標準有很多種，其中PROFIBUS現(xiàn)場總線是歐洲標準，其產(chǎn)品在世界市場上已被普遍接受，在中國也組建了PROFIBUS現(xiàn)場總線專業(yè)委員會，它是目前世界上最成功的現(xiàn)場總線之一，長沙八水廠自控系統(tǒng)便是采用了該總線。

（3）現(xiàn)場總線PROFIBUS協(xié)議由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA三個兼容部分組成。采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層，支持主從系統(tǒng)、純主系統(tǒng)、多主多從系統(tǒng)通信方式。主站對總線具有控制權(quán)，主站間通過傳遞令牌來傳遞對總線的控制權(quán)，取得控制權(quán)的主站可向從站發(fā)送、獲取信息。DP型用于高速數(shù)據(jù)傳輸，尤適用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/0的通信：FMS為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于廠站級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實時多主網(wǎng)絡(luò)；PA則是用于過程自動化的總線類型。

（4）PROFIBUS FIELDBUS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的幾種型式

A總線接口型：它采用分散式I/O作為總線接口與現(xiàn)場設(shè)備連接，適應于現(xiàn)場設(shè)備多又相對集中且不具備PROFIBUS接口的情況。

B單一總線型：當所有的現(xiàn)場設(shè)備都具有PROFIBUS接口時，用總線把它們連接起來實現(xiàn)完全的分布式結(jié)構(gòu)，當然這時的設(shè)備成本會較高。

C混合型：它是A、B型的混合，是一種比較普遍的情況，它既可以通過分散式I/O把現(xiàn)場設(shè)備連到總線上，又可把帶總線接口的設(shè) 備連到總線上，是一種非常靈活的集成方案。

2.水廠自控系統(tǒng)現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)型式

以PLC為一類主站，PC機監(jiān)控為二類主站連接至PROPmU5總線上，二類主站可完成遠程編程、參數(shù)化及在線監(jiān)控功能等。

現(xiàn)場總線PROFIBUS控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式配置，需根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備是否具備PROFIBUS接口及系統(tǒng)本身的實際需要來確定，下圖為八水廠PROFIBUS控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

選擇該網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成形式，其理由如下：

1）八水廠處理生產(chǎn)工藝流程的各個環(huán)節(jié)，環(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)之間、環(huán)節(jié)內(nèi)部需檢測的參數(shù)與各個現(xiàn)場被控設(shè)備之間都相對比較分散，且項目（系統(tǒng)）對各個工藝環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)集成有較高的要求，除要達到遠程操作、診斷、監(jiān)控、參數(shù)化功能外，還必須為CM賜系統(tǒng)提供豐富的現(xiàn)場設(shè)備及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為全公司的信息系統(tǒng)提供重要的底層數(shù)據(jù)。而恰到好處的解決這些問題正是現(xiàn)場總線技術(shù)的最大優(yōu)勢。

2）為確保實際應用項目（系統(tǒng)）的成功實施，現(xiàn)場總線PROFIBUS的一些關(guān)鍵性技術(shù)能否在水行業(yè)得到正常應用，主要是看它在本行業(yè)是否有應用先例，經(jīng)過調(diào)研，確認PROFIBUS不僅在制造、電力等方面，在水行業(yè)也已有成功的應用，且有相當?shù)臉I(yè)績。

3）根據(jù)水處理工藝流程，現(xiàn)場總線PROFIBUS將PLC分為四個工作站，一泵房站、二泵房站、加藥站、濾池站及中心控制室、廠長室，并設(shè)置為主站，而加藥和濾池主站則配置為分別帶有8個和12個智能型VO從站的PLC。對四個PLC工作主站，考慮到系統(tǒng)功能的要求及用戶的需要，每站分別配置了一臺計算機和網(wǎng)卡作監(jiān)控主站。

3.系統(tǒng)配置及設(shè)備選型

系統(tǒng)采用PROFmUS現(xiàn)場總線的典型應用產(chǎn)品，SIEMENS公司產(chǎn)品。

1）主站選擇

a）選擇S7-300系列的CPU315——2DP為一類主站，它帶有一個DP和一個MPI接口，速率為9.6kbit/s12mbit/s，數(shù)據(jù)傳輸距離1200M，可連接I/0數(shù)目：DI/DO1024AI/AO128

b）選擇CP343-5通信處理器，將PLC連接到BROFIBUS上，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6K，1.5MBT/S。

c）選擇PC機加BROFIBUS網(wǎng)卡作過程監(jiān)控的二類主站。

2）從站選擇

選擇S7-200系列的CPU215-2DP為智能型I/O從站，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為12M，本身帶有14DI/10DO，亦可擴展到62DV58DO或12AV4AO。

4.系統(tǒng)控制要求及控制方案的實現(xiàn)

1）為使水處理工藝各個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備在調(diào)度控制中心被實時監(jiān)視控制，廠調(diào)度室和廠長室都配有一臺惠普電腦連接至BROFIBUS現(xiàn)場總線上，通過WIHNCC組態(tài)圖形軟件既能監(jiān)視各站點生產(chǎn)狀況，又能控制操作現(xiàn)場設(shè)備的各種狀態(tài)，達到非常理想的集中控制功能。

2）為了維護方便、操作靈活對各個PLC站點的設(shè)備均設(shè)置有手動、鍵控和全自動控制方式。一泵房PLC通過PROFIBUS接受二泵房PIE采集的清水池水位，出廠水流量等數(shù)據(jù)，對一泵房機組進行全自動閉環(huán)控制，二泵房則通過網(wǎng)絡(luò)根據(jù)調(diào)度室確定的指令及流量、壓力、設(shè)備狀況進行自動控制。

3）濾池控制PIE站點，在控制室柜中裝有西門子CPU315PLC，在每格濾池操作臺內(nèi)裝有西門子CPU215-2DPPLC，它們之間通過DP端口利用屏蔽雙絞線連接在一起，構(gòu)成PROFIBUS——DP總線，其中S7-300是主站，其它12臺S7-200是從站，實現(xiàn)對濾池的全自動反沖洗。

4）加礬加氯及桁車、反應池排泥站點，在控制室柜中裝有西門子CPU315PLC為主站，在桁車、反應池排泥處裝有S7-200PLC為從站，共8臺，它們之間連成PROFIBUS-DP總線，使桁車排泥按時段進行全自動工作，加礬按流量比例前饋、SCD反饋控制，加氯按流量比例、余氯反饋閉環(huán)控制。

5.結(jié)束語

PROFIBUS現(xiàn)場總線在八水廠自控系統(tǒng)中建立以來，經(jīng)調(diào)試，運行穩(wěn)定正常。現(xiàn)場總線作為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)愈來愈在工業(yè)控制系統(tǒng)中發(fā)揮出獨特的優(yōu)勢作用。如今雖有觀點認為，隨著計算機通訊技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)（TCP/IP）可能取代現(xiàn)場總線，但至少從目前來看要全面取而代之，還存在著很多困難。

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