與其他現場總線相比，工業以太網應用主要有以下特點：

　　 1) 實時通信 采用以太網交換技術
、全雙工通信
、流量控製等技術，以及確定性數據通信調度控製策略
、簡化通信棧軟件層次
、現場設備層網絡微網段化等針對工業過程控製的通信實時性措施，提高了以太網通信的實時性。

　　 2) 總線供電 采用直流電源耦合
、電源冗餘管理等技術，設計了能實現網絡供電或總線供電的以太網集線器
，解決了以太網總線的供電問題。

　　 3) 遠距離傳輸 采用網絡分層、控製區域微網段化、網絡超小時滯中繼以及光纖等技術實現了以太網的遠距離傳輸。

　　 4) 網絡安全 caiyongkongzhiquyuweiwangduanhua，gekongzhiquyutongguojuyouwangluogeliheanquanguolvdexianchangkongzhiqiyuxitongzhuganxianglian，shixiangekongzhiquyuyuqitaquyuzhijiandeluojishangdewangluogeli。

　　 5) 可靠性 采用分散結構化設計


、EMC設計、冗餘、自診斷等可靠性設計技術等，提高基於以太網技術的現場設備可靠性。

　　6) 一網到底 即(ji)它(ta)可(ke)以(yi)一(yi)直(zhi)延(yan)伸(shen)到(dao)企(qi)業(ye)現(xian)場(chang)設(she)備(bei)控(kong)製(zhi)層(ceng)
，所(suo)以(yi)被(bei)人(ren)們(men)普(pu)遍(bian)認(ren)為(wei)是(shi)未(wei)來(lai)控(kong)製(zhi)網(wang)絡(luo)的(de)最(zui)佳(jia)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)已(yi)成(cheng)為(wei)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)中(zhong)的(de)主(zhu)流(liu)技(ji)術(shu)。

　　工程實踐證明，在組建企業工控網絡時采用PROFINET通訊技術可以節省近15%的硬件投資。

　　控製係統不僅與下層控製設備有良好的接口
，而且具有與上層管理係統集成的接口
，同時具有可擴展性。所以本係統采用的工業以太網PRIFINET或現場總線PROFIBUS等技術
，適應了當前的這種需求。為了加強係統的可靠性，使整個係統能夠長時間無故障地運行，上位監控係統還采用容錯（冗餘）技術。

　　 3.1係統組成及特點 根據全集成自動化（Totally Integrated Automation）的思想
，將汙水廠 控製係統分為管理級
、控製級
、現場級。係統簡圖如下頁圖：

　　 （2）控製級 控製級是實現係統功能的關鍵，也是管理級與現場級之間的樞紐層。 其(qi)主(zhu)要(yao)功(gong)能(neng)是(shi)接(jie)受(shou)管(guan)理(li)層(ceng)設(she)置(zhi)的(de)參(can)數(shu)或(huo)命(ming)令(ling)，對(dui)汙(wu)水(shui)處(chu)理(li)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，同(tong)時(shi)將(jiang)現(xian)場(chang)狀(zhuang)態(tai)輸(shu)送(song)到(dao)管(guan)理(li)層(ceng)。控(kong)製(zhi)器(qi)是(shi)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)核(he)心(xin)
，所(suo)以(yi)在(zai)控(kong)製(zhi)級(ji)中(zhong)

，主(zhu)要(yao)采(cai)用(yong)三(san)套(tao)Siemens公司S7_300(CPU315_2PN/DP)型PLC組成,采用光纖和交換機構建成數據交換網絡, CPU315_2PN/DP配有集成的PROFINET接口,通過該接口連接I/O現場設備,STEP7包含有所需的驅動,也可以延伸到低端PROFIBUS上的設備,而無需重新連接編程器.現場設備也能夠使用額外集成的PROFIBUS接口進行連接,而且,PROFINET接口可以用於單元級的通訊.PRIFINET CPU 能夠使用STEP7在工業以太網上通過編程器/PC進行編程.

　　（3）現場級 現場級是實現係統功能的基礎。現場級主要由一次儀表（如液位計
、DO 傳感器等）、控製設備等組成。其功能主要是對係統設備的狀態、傳感器參數進行監測，並把監測到的數據上傳；接受控製級的指令對執行機構進行控製。由於控製設備比較分散
，在傳統的工廠內，輸入／輸出設備連接到一個集中的機架，在設備改變和係統擴展時，導致接線工作量大，成本高，柔性度低。通過開放的、標準化的現場總線PROFIBUS係統來連接現場控製部件(一些控製設備可能是第三方廠商提供)，是解決這些問題的最佳方案。分布式配置意味著可編程序控製 、I/O模塊和現場設備通過PROFIBUS_DP現場總線的信號電纜連接。將輸入/輸出模塊轉換成就地監測器和執行器，可就地轉換和處理過程信號。從而保證了控製級與現場級控製設備的獨立和兼容 ，同時解決了與第三方設備(撇水器
、脫水機等)通訊問題,本係統的第三方設備均使用了SIEMENS公司性價比較高的S7_200小型PLC,通過其附加通訊模塊EM277可與PROFIBUS現場總線相連接,從而方便了運行過程中的係統維護和修理。 汙水處理過程中，需要實時地在線監測各種水質參數以保證準確的工藝運行參數和及時顯示處理結果。

　　在本係統中傳感器數量大、種類多，包括pH
、SS（固體懸浮 物)

、DO（溶解氧）
、COD
、液位傳感器以及電磁流量計
、壓力計等。 傳感器全部采用德國Endress+Hauser公司的產品，這些傳感器都帶有PROFIBUS_DP接口
，利用這些智能接口，這些儀表能與自動化過程控製係統集成，這樣獲得的所有過程參數可以集中顯示， 同時作為工藝的控製參數。

　　 3.2 工藝控製規律

　　軟件編程的主要依據為生產工藝提供的控製規律。同一種處理工藝可能會有不同的控製策略，根據目前的研究狀況，SBR工藝的控製可以分為三種：

　　第一種是生物濃度法。是指根據在線測得的水質參數與設定參數形成閉環控製
；

　　第二種是反應時間控製。對於時間控製規律而言
， 它是根據對SBR反應的五個階段所需要的時間進行自動控製的。

　　第三種是流量程序控製。是根據汙水流量的變化來調整各個階段所需時間進行自動控製。

　　後兩種控製方法都不是根據廢水的水質變化來改變某些運行參數進行自適應控製的。 生物濃度控製的基本思想是動態的控製SBR的反應時間,使其中的有機物濃度（用COD或BOD表示）達到允許的排放標準，就停止曝氣。在線測定有機物濃度的BOD或COD傳感器比較貴 ，一般都在幾十萬元，目前還沒有應用報道，而且實時性比較差
，反應時間慢。時間控製程序是根據對SBR反(fan)應(ying)池(chi)的(de)五(wu)個(ge)運(yun)行(xing)階(jie)段(duan)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)時(shi)間(jian)進(jin)行(xing)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)。該(gai)方(fang)法(fa)不(bu)是(shi)根(gen)據(ju)汙(wu)水(shui)的(de)水(shui)質(zhi)變(bian)化(hua)來(lai)改(gai)變(bian)某(mou)些(xie)運(yun)行(xing)參(can)數(shu)進(jin)行(xing)自(zi)適(shi)應(ying)控(kong)製(zhi)。對(dui)於(yu)進(jin)水(shui)時(shi)間(jian)

、曝氣時間、 沉澱時間、排水時間及閑置時間均可由上位機設定。SBR反應池的各段工藝過程及其執行時間均嚴格按時序進行
，每個反應池的任何設備均可通過電氣櫃上的手動/自動轉換開關改變其狀態，但均不能改變PLC所設定的工作時序，並且一旦切入自動狀態後便進入PLC所設定的時序。在自動狀態下，操作人員在中心控製室可以通過人機界麵實現遠程遙控操作。現場設備的工作狀態均送往上位機顯示。

　　 3.3 控製程序特點 根據以上情況，對應設計了多種控製模式
，可根據實際情況由上位機選擇運行。

　　(1)生物濃度法控製程序 生(sheng)物(wu)濃(nong)度(du)法(fa)采(cai)用(yong)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)，利(li)用(yong)在(zai)線(xian)測(ce)得(de)的(de)進(jin)水(shui)水(shui)質(zhi)參(can)數(shu)作(zuo)為(wei)輸(shu)入(ru)，按(an)照(zhao)預(yu)先(xian)確(que)定(ding)好(hao)的(de)控(kong)製(zhi)模(mo)型(xing)進(jin)行(xing)運(yun)算(suan)
，然(ran)後(hou)用(yong)計(ji)算(suan)的(de)結(jie)果(guo)作(zuo)為(wei)輸(shu)出(chu)控(kong)製(zhi)現(xian)場(chang)的(de)設(she)備(bei)，動(dong)態(tai)控(kong)製(zhi)反(fan)應(ying)時(shi)間(jian)，以(yi)達(da)到(dao)控(kong)製(zhi)反(fan)應(ying)的(de)目(mu)的(de)。

　　(2)時間控製程序

　　　　①本控製係統嚴格按照時序、按順序工作。

　　　　②允許在工作過程中任意進行遙控、自控切換且不影響工作時序。

　　(3)分組工作程序 由於該汙水處理廠來水水量不均衡,造成生物處理池的負荷無法平衡,同時噸能量消耗大,運行極不經濟。故我們采用了分組運行的辦法,每mei兩liang個ge生sheng物wu處chu理li池chi為wei一yi組zu，既ji可ke以yi兩liang組zu同tong時shi運yun行xing，又you可ke以yi一yi組zu投tou運yun自zi動dong運yun行xing
，另ling一yi組zu備bei用yong手shou動dong控kong製zhi的de方fang式shi。一yi方fang麵mian解jie決jue了le生sheng物wu處chu理li池chi的de負fu荷he問wen題ti，另ling一yi方fang麵mian也ye解jie決jue了le處chu理li池chi相xiang關guan設she備bei的de檢jian修xiu問wen題ti。

　　4 上位機組態軟件

　　對SCADA（數據采集與監控係統）係統要求：通過工業以太網PROFINET
，具有與多台下位機係統通訊的能力，實時監控多台下位機的工作狀態 ，顯示生產過程中的工作曲線；具有遠程控製能力；向下位機采集數據，對曆史數據進行存儲、查詢、顯示、打印等。因此，在一個自動監控係統中，運行的監控組態軟件是係統的數據收集處理中心

、遠程監視中心和數據轉發中心，與各種控製、檢測設備（如PLC


、智能儀表等）共同構成能快速響應的控製中心。 本係統選用了Siemens公司WinCC(Windows Control Center)6.0組態軟件。WinCC具有控製自動化過程的強大功能
，是基於個人計算機
，同時具有極高性價比的SCADA級操作監視係統 。

　　在兩台服務器上安裝服務器版和冗餘軟件包，工作站上安裝運行版。 監控係統的功能及特點：

　　（1） 界麵顯示 具(ju)有(you)全(quan)中(zhong)文(wen)顯(xian)示(shi)
，界(jie)麵(mian)友(you)好(hao)，操(cao)作(zuo)方(fang)便(bian)。操(cao)作(zuo)畫(hua)麵(mian)采(cai)用(yong)主(zhu)菜(cai)單(dan)的(de)形(xing)式(shi)，在(zai)每(mei)幅(fu)畫(hua)麵(mian)下(xia)通(tong)過(guo)按(an)鈕(niu)進(jin)行(xing)切(qie)換(huan)。在(zai)中(zhong)心(xin)控(kong)製(zhi)室(shi)能(neng)對(dui)全(quan)係(xi)統(tong)被(bei)控(kong)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)控(kong)製(zhi)
， 如啟停設備
，在線設置PLC中程序的某些工藝參數等。 機械處理監控界麵

　　（2）實時畫麵顯示功能 用圖形實時地顯示各現場被控設備的運行工況，以及現場的狀態參數。用模擬儀表、趨勢圖、曲線、柱狀圖動態顯示參數的實時變化情況。根據閥門開閉及水泵的啟停狀態，生產管理人員能夠快速、清晰地了解整個係統的生產運行情況。

　　（3）數據管理 數shu據ju庫ku存cun儲chu生sheng產chan過guo程cheng數shu據ju，供gong統tong計ji分fen析xi使shi用yong。工gong作zuo人ren員yuan可ke以yi定ding期qi把ba曆li史shi數shu據ju庫ku備bei份fen到dao其qi它ta存cun儲chu介jie質zhi，以yi便bian於yu曆li史shi數shu據ju的de查zha詢xun。利li用yong數shu據ju庫ku中zhong的de數shu據ju進jin行xing比bi較jiao和he分fen析xi ，得出一些有用的經驗參數，有利於優化SBR工藝的閉環控製。

　　（4）報警功能 dangcanshuchaoguoshedingfanweihuoshebeifashengguzhangshi

，kegenjuzutaifachubutongdengjideshengguangbaojing。zaimeifuhuamiandezuixiafangdouyouyigebaojingkuang
，xianshizuijinfashengdebaojingshijian。suoyoubaojingxinxidoukexianshizaibaojingzonghejianshihuamian，suoyoudebaojingxinxijunbeijiluzaibaojingshujukuzhong，tongguocihuamiankeyizhakandangqianxitongdesuoyoubaojingxinxi，yekezhakanchangdajigeyuedebaojinglishishuju，bianyuyihoudeshigufenxishiyong。

　　（5）報表打印功能 可以實現報表和圖形打印以及各種事件和報警實時打印。打印方式分為定時打印和事件實時觸發打印。

　　（6）通訊功能 WinCC是基於標準的Windows平台開發的SCADA係統軟件
，充分考慮了與其它係統交換信息的必要性，支持如DDE，OLE，ODBC，OPC和SQL等標準。可以提供多種方式與上層係統數據交換。

　　（7）冗餘功能 兩台裝有WinCC組態軟件的服務器互為冗餘，確保數據完整，提高了係統的可靠性。

　　 5 結束語