唐思炜
广州市自来水公司西洲水厂
摘要：根据生物预处理工艺的需求，以以太网技术为基础的分布式控制系统在生物预处理自动化系统中的应用。
关键词：以太网技术；PLC；分布式控制
1以太网技术
以太网（Ethernet）是一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE 802.3标准给出了以太网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网技术是当今带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）技术规定了多台电脑共享一个信道的方法。工业以太网重点在于利用交换式以太网技术为控制器和操作站，各种工作站之间的相互协调合作提供一种交互机制并和上层信息网络无缝集成。目前工业以太网开始在监控层网络上逐渐占据主流位置，正在向现场设备层网络渗透。以太网技术在工业上应用的优点有以下：
（一）以太网网卡的价格较之现场总线网卡要便宜得多。另外，以太网已经应用多年，人们对以太网的设计、应用等方面有很多经验，具有相当成熟的技术。大量的软件资源和设计经验可以显著降低系统的开发和培训费用，降低系统的整体成本，并大大加快系统的开发和推广速度。
（二）随着Internet/ Intranet的发展，以太网已渗透到各个角落，网络上的用户已解除了资源地理位置上的束缚，在联人互联网的任何一台计算机上就能浏览工业控制现场的数据，实现“控管一体化”，这是其他任何一种现场总线都无法比拟的。
（三）以太网的引人将为控制系统的后续发展提供可能性，用户在技术升级方面无需独自的研究投人，对于这一点，任何现有的现场总线技术都是无法比拟的。同时，机器人技术、智能技术的发展都要求通信网络具有更高的带宽和性能，通信协议有更高的灵活性，这些要求以太网都能很好地满足。
2分布式控制系统
分布式控制系统在国内自控行业又称之为集散控制系统（DCS），是相对于集中式控制系统而言的一种新型控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。
分布式控制的骨架就是系统网络，它是DCS的基础和核心。由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用。对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。
从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统。
3西洲水厂生物预处理系统
自控系统在生物预处理部分新建专用控制系统，并通过现有的通讯网络与现有中心控制室通信。为了提高系统的安全性和可靠性并考虑到成本控制，工程中的PLC控制器主要选用带以太网端口的小型PLC对每个滤池进行控制并使用以太网进行通讯，这使生物预处理网络分成工业以太网和办公以太网，工程中的PLC均选用支持以太网的PLC，在办公网内的计算机通过服务器可以简单地对PLC的数据进行采集和分析。网络结构如下图：
生物预处理网络拓扑图
生物预处理系统以以太网为基础可以把自控系统分为3层结构：
（一）水厂监控操作中心：由运行数据服务器、历史数据服务器、工程师站、操作员站等组成。
（二）PLC主站：在新建生物预处理鼓风机房内设置现场PLC监控主站，鼓风机房主站主要控制功能包括：鼓风机、出风阀、旁通阀联动一步化控制；
曝气鼓风机根据生物滤池进水流量（原有设备通过通讯提供信号）比例曝气总强度，参考进出水溶解氧值，自动或手动进行比例值调节，总管流量信号反馈控制；
曝气鼓风机根据运行时间及工况自动切换；气囊冲洗鼓风机根据运行时间及工况自动切换；空压系统根据压力限值自动运行并保持；进行生物滤池滤格的冲洗排队，在排水池液位允许的条件下，协调各滤格自动气冲；
（三）各滤格子PLC站，滤格子站主要控制功能包括：根据滤格进水堰后水位限高、过滤时间，确定是否进行反冲洗，并向鼓风机房的PLC主站发出反冲洗请求。在冲洗流程：开气囊冲洗阀；待气囊冲洗管压力达到限值时关闭气囊冲洗阀；关闭进水阀；开排气阀；根据排水槽液位限值控制排气阀关闭；开排泥阀；根据时间控制排泥阀关闭；冲洗过程结束；开进水阀（排泥时机及次数可根据运行一段时间后的经验调整）
4基于以太网的分布式控制方式的前景
可以预计把以太网的高速、廉价、技术成熟、通用性强和分布式系统的高可靠性、开放性、控制功能齐全、易于维护的特点相结合，基于以太网的分布式控制系统的解决方案将通过紧密地整合现代工厂的程序，真正使工厂变得更加高效，帮助用户根据精确实时的信息做出决策，从而满足了面向未来的现代制造业的需求。
参考文献：
[1] 周明.现场总线控制.北京：中国电力出版社，2003
[2] 韩兵 于飞.现场总线控制系统应用实例.北京：化学工业出版社，2006
[3] 广州市自来水公司西洲水厂技术改造工程土建施工及安装工程技术要求
作者简介：
唐思炜、男、1984年7月、本科、广州大学、2007年7月、工程硕士、广州市自来水公司西洲水厂、自动化技术员、助理工程师、广州市增城市新塘镇西洲乡西洲水厂、511340、13760667091、JY01750320@126.COM。
论文作者:唐思炜
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/15
标签：以太网论文; 控制系统论文; 分布式论文; 系统论文; 技术论文; 生物论文; 水厂论文; 《基层建设》2015年22期供稿论文;