图1  奥贝尔氧化沟工艺流程图

以上设备均有现场手动和远程控制方式选择，当选择远程自动方式时，其所有动作均由plc完成。通过上位机（监控计算机）可实4现全厂设备的监视和控制。

3  现场总线与系统监控

3.1 控制系统总体

污水处理厂二期自动控制系统采用法国施耐德公司的quantum系列plc做主站，集成profibus dp、modbus 、ethernet网络形成一个完善的控制系统，完成整个工厂净化流程的控制、监视及各开关量、模拟量的采集和报警。

根据污水处理工艺，控制系统由二级网络组成，管理级计算机通过以太网和plc进行互联和通讯；两台dell台式机为监控计算机，它们互为冗余和备份；plc通过profibus网络与各子站进行通讯，完成净化厂各功能块数据的采集、监视和控制；plc同时通过cpu自带的modbus接口与软起动器、变频器和pm500多功能电表组成modbus网络。

监控软件采用美国wonderware公司intouch 9.0版本。编程软件为concept v2.5 xl;profibus 网络组态软件为sycon，包括：监控层（中控室）：完成操作、监视、报表、报警及与外网的通讯。网络集成层：本系统网络集成层采用quantum plc集成ethernet、profibus 、modbus网络。设备控制层：profibus、modbus网络，与现场设备、仪表、输入/输出点(i/o)的连接。系统构成示意图参见图2。

图2  监控计算机及plc网络图

3.2 modbus网络原理设计

modbus是工业控制器的网络协议中的一种，使用主—从技术。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信,如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。 modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。从设备回应消息也由modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。设定的参数为19200波特率、无奇偶校验、停止为1、协议为rtu（远程终端设备）。

该项目自控系统的modbus网络上共有20个站：以quantum系列的cpu-11303 为主站；19个从站包括13个施耐德的软起动器、2个施耐德的变频器、4个施耐德的综合电表pm500以组成自控系统的modbus网络。主站plc发出查询的要求，19个从站将主要设备的主要电气参数如电流、电压、力矩、频率、功率因素、有功功率、无功功率等信息传送到plc，并定期刷新后一再传送。监控计算机通过modbus以太网通信程序读取plc的信息，并传送到intouch监控软件。modbus网络在本自控系统中主要起监视而没有起控制的作用。modbus网络的安装和调试，本系统采用modscan软件。

3.3 modbus工程施工关键

（1）通讯介质采用超五类屏蔽双绞线，主要是考虑rj45接头的连接。我们在实验时曾用过一般导线，对通讯效果并无影响。可见modbus对通讯介质并无特殊要求；

（2）连线应尽量短，够用即可，不仅看起来整齐，而且对于不同设备间的通讯，尽量短的线总是稳定性要好的多；

（3）导线一定要保证完好无损，接头一定连接紧固，要反复测试确认。因为在调试过程中，任何一点的虚接都可能造成通讯的失败，而且极难查找原因。一个可靠的硬件连接可省去调试过程中很多不必要的故障和故障查找的步骤；

（4）rs-485总线通讯在连线时只需遵循一个原则，那就是收对发，发对收。确认此连接无误，若其他没有问题，一定会成功；modbus网络的缺点是信号软弱，数据刷新的时间较长，如连接线路较长，需串接信号增强器以保证通信的正常进行。

3.4 profibus网络原理设计

（1）profibus-dp（decentralized periphery）是一种高速和便宜的通信连接，它专门设计为自动控制系统和设备级分散的i/o之间进行通信使用。使用profibus-dp模块可取代24v或4～20ma的串联式信号传输。直接数据链路映像（ddlm）提供的用户接口，使得对数据链路层的存取变得简单方便，传输可使用rs-485传输技术或光纤媒体。

（2）profibus网络上共有17个站：一个master：quantum系列的140 crp 81100模块16个slave：15个wago 750-343适配器和1个wago 750-333适配器。每个子站必须包含1个适配器，1个电源模块，1个终端模块，和若干个di、do、ai和ao模块。

（3）设定的波特率为19.2k/s。

（4）可对从站与主站的通讯状态进行检测。

本系统profibus连接图参见图3。

 图3  profibus网络连接图

由于采用了多个plc控制站，不仅缩小了计算机控制规模，提高了系统控制的速度和可靠性，同时由于采用合理的分布，解决了大量信号传输引起的布线问题。另外，采用多级控制，现场手动优先级最高，在上位机或plc故障的情况下，设备仍能手动操作，当上位机故障时，可手动操作，实现了集中控制，危险分散。

profibus网络是本自控系统的核心，设备的监视和控制都是通过本网络来完成。

3.5 profibus工程施工关键

项目自控系统profibus子站较多，共17个站，profibus电缆总长较长，约700米，同时该厂处于雷区。使用一段时间后，发现profibus网络不太稳定，有时不能投入终端电阻；容易遭受雷击，造成profibus适配器、连接器或防雷器的损坏。针对上述问题，采取了以下方案：（1）plc及各profibus子站设备使用专用的接地网，与强电地网隔离；（2）每个profibus子站安装了电源防雷器和信号防雷器。

采用上述方案完成改造后，profibus网络运行可靠和稳定，即使是雷雨季节，网络的故障率极低，能经受时间的考验。