基于現(xiàn)場總線技術(shù)的水廠水處理網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)
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自來水廠水生產(chǎn)系統(tǒng)是一個多變量（如流量、溫度、壓力等）多任務(wù)（如水的輸送、投藥/加氯控制、格柵與排泥控制、濾池控制、出水泵起/?？刂啤毫刂?、數(shù)據(jù)管理等）多設(shè)備（如電機(jī)、閥門、泵等）并具有時(shí)變性、耦合性和隨機(jī)性的復(fù)雜非線性系統(tǒng)。圖1表示了凈水生產(chǎn)工藝流程。國內(nèi)現(xiàn)有的自來水廠水生產(chǎn)系統(tǒng)大部分采用落后的常規(guī)儀表和后動操作。近年來，也有采用DCS技術(shù)的計(jì)算機(jī)控制，取代了常規(guī)儀表和手動操作，在實(shí)現(xiàn)水生產(chǎn)的分散自動控制和集中監(jiān)控方面，取得了一定的進(jìn)展。但基于DCS的系統(tǒng)存在一些重要缺陷，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的DCS系統(tǒng)是自封閉式的集散系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間以及系統(tǒng)與外界之間的依靠交互和共享，使 自動化系統(tǒng)成為"信息孤島"；另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)DCS系統(tǒng)的現(xiàn)場底層傳感器和數(shù)據(jù)采集器之間采用一對一物理連線和模擬信號傳輸導(dǎo)致大范圍布線，給現(xiàn)場施工帶來很大麻煩，同時(shí)，信號傳輸?shù)目垢蓴_能力也較差。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是開放系統(tǒng)互連協(xié)議（OSI）的制定和TCP/IP協(xié)議的廣泛應(yīng)用，工控領(lǐng)域也不斷產(chǎn)生先進(jìn)的控制模式，逐步形成了以網(wǎng)絡(luò)集成自動化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線（FIELDBUS）就是順應(yīng)這一形勢發(fā)展起來的新技術(shù)。基于現(xiàn)場總線技術(shù)，我們針對某水廠設(shè)計(jì)了現(xiàn)場總線水生產(chǎn)系統(tǒng)，它以PROFIBUS現(xiàn)場總線為核心，以智能設(shè)備PLC為控制主體，以IPC-610工控機(jī)和PC機(jī)為系統(tǒng)編程、組態(tài)、維護(hù)、監(jiān)控和管理的一體化工作平臺。較好地解決了傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)中存在的問題，實(shí)現(xiàn)了水生產(chǎn)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)通信與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以及工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)的集成。
現(xiàn)場總線技術(shù)
現(xiàn)場總線是20世紀(jì)80年代中期在國際上發(fā)展起來的一種先進(jìn)的控制技術(shù)。目前國際上流行的現(xiàn)場總線主要有過程現(xiàn)場總線PROFIBUS、基金會現(xiàn)場總線FF、LonWorks總線、CAN總線等，世界上許多自動化技術(shù)生產(chǎn)商都推出了支持某種主流現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。PROFIBUS是由Siemens等80家公司聯(lián)合制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。近年來，PROFIBUS在眾多的現(xiàn)場總線應(yīng)用中占居首位，已廣泛應(yīng)用于加工制造自動化、過程自動化、樓宇自動化等領(lǐng)域。
PROFIBUS是一個多種協(xié)議并存的現(xiàn)場總線技術(shù)，不同協(xié)議的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)透明傳輸，這使得PROFIBUS成為連接過去、現(xiàn)場和未來的一種十分有效的現(xiàn)場總線技術(shù)。所以，在水廠網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，PROFIBUS成為當(dāng)然的選擇。
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
現(xiàn)場總線技術(shù)的核心是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，信息處理要滿足實(shí)時(shí)性、完整性、一致性和可靠性的要求?；谒a(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)采用了企業(yè)局域網(wǎng)（Enterprise LAN）和現(xiàn)場總線的集成化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了從現(xiàn)場測控到水廠內(nèi)部信息管理系統(tǒng)的集成結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了從現(xiàn)場測控到水廠內(nèi)部信息管理系統(tǒng)的集成以及與水廠外部信息交互的集成。
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