PROFINET工业以太网的SBR工艺污水处理自动控制系统

近年来在城市污水处理的工艺中，投资少、运行灵活的SBR处理工艺得到广泛的应用。SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)序批式活性污泥工艺早在1904年就被开发，并取得了较好的效果,只是由于当时的自动化水平和设备制造工艺的限制，所以没有得到推广应用。而近年来随着自动化技术及在线监测技术的飞速发展，为SBR工艺的发展和应用提供了前提条件，因为对污水处理工艺进行自动化监测和实时控制是提高污水处理效率、降低处理能耗的关键，所以SBR工艺也是各种污水处理工艺中对自动化系统要求较高的一种工艺。SBR反应过程主要是在生物反应池内进行的，该工艺主要由进水、曝气、沉淀、排水和闲置等五个阶段组成。SBR工艺的处理效果主要取决于其运行参数，其中主要参数包括各反应段时间以及曝气强度。一般采用以PLC为核心的工艺过程自动监控系统，实时控制鼓风机、水泵、电动阀等设备及各反应段时间，使水质达到国家规定的排放标准。

由此可见，SBR污水处理工艺是一个多参量(如液位、流量、压力、生物指标等)、多任务(如污水输送、风量控制、水泵的启停等)、多设备(如格栅机、水泵、鼓风机、阀门等) 且具有随机性 、时变性和耦合性的复杂系统。因此，应由稳定可靠的数据信息交换网络与综合管理系统来进行自动化的管理，使之安全可靠地运行。

2 工业以太网Profinet技术应用

所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网(即IEEE802.3标准)兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。

Profinet是Process Field Net的缩写，它是Profibus客户、生产商与系统集成联盟协会推出的在Profibus与以太网间全开放的通信协议。Profinet是一种基于实时工业以太网的自动化解决方案，它以一整套完整高性能并可升级的方式，可以为Profibus及其他各种现场总线网络提供以太网移植服务;Profinet标准的开放性保证了其长远的兼容性与扩展性，从而可以保护用户的投资与利益。 Profinet可以使工程与组态、试运行、操作和维护更为便捷，并且能够与Profibus以及其它现场总线网络实现无缝集成与连接。

这种跨越供应商的开放式标准建立在工业以太网基础之上，覆盖了工厂自动化的所有领域。依赖于现行的IT标准，并且无条件地支持TCP/IP协议，从而确保了公司范围内从办公区域到现场级的集成通讯。 它主要包含3方面的技术： ① 基于通用对象模型(COM)的分布式自动化系统; ② 规定了Profibus和标准以太网之间的开放、透明通信; ③ 提供了一个包括设备层和系统层、独立于制造商的系统模型。

Profinet采用标准以太网作为连接介质，采用TCP/IP协议加上应用层的RPC/DCOM来完成节点之间的通信和网络寻址。它可以同时挂接传统Profibus系统和新型的智能现场设备。现有的Profibus网段可以通过一个代理设备(proxy)连接到Profinet网络当中，使整套Profibus设备和协议能够原封不动地在Profinet中使用。传统的Profibus设备可通过代理proxy与Profinet上面的COM对象进行通信，并通过OLE自动化接口实现COM对象之间的调用。

与其他现场总线相比，工业以太网应用主要有以下特点：

1) 实时通信 采用以太网交换技术、全双工通信、流量控制等技术，以及确定性数据通信调度控制策略、简化通信栈软件层次、现场设备层网络微网段化等针对工业过程控制的通信实时性措施，提高了以太网通信的实时性。

2) 总线供电 采用直流电源耦合、电源冗余管理等技术，设计了能实现网络供电或总线供电的以太网集线器，解决了以太网总线的供电问题。

3) 远距离传输 采用网络分层、控制区域微网段化、网络超小时滞中继以及光纤等技术实现了以太网的远距离传输。

4) 网络安全 采用控制区域微网段化，各控制区域通过具有网络隔离和安全过滤的现场控制器与系统主干相连，实现各控制区域与其他区域之间的逻辑上的网络隔离。

5) 可靠性 采用分散结构化设计、EMC设计、冗余、自诊断等可靠性设计技术等，提高基于以太网技术的现场设备可靠性。

6) 一网到底 即它可以一直延伸到企业现场设备控制层，所以被人们普遍认为是未来控制网络的最佳解决方案，工业以太网已成为现场总线中的主流技术。

工程实践证明，在组建企业工控网络时采用Profinet通讯技术可以节省近15%的硬件投资。

3 控制系统组成及功能设计 现代化的污水处理系统需要实现管理与控制一体化，实现办公自动化。

控制系统不仅与下层控制设备有良好的接口，而且具有与上层管理系统集