PROFIBUS-DP现场总线在反渗透水处理中的应用

1PROFIBUS现场总线介绍

　　现场总线是应用于工业现场、连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络。其中PROFIBUS现场总线标准是开放的、不依赖生产厂家通信系统标准。所以，在各种工业控制中得到了广泛的应用。

　　PROFIBUS是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。由分散和外围设备PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery）、报文规范PROFIBUS-FMS（FieldbusmessagePeriphery）、过程自动化PROFIBUS-PA（ProcessAutomation）组成了PROFIBUS系列。

　　其中，PROFIBUS-DP用于设备级的高速数据传送，中央控制器（如PLC,PC）,通过高速串行线同分散的现场设备（如I/O，驱动器，阀门等）进行通信。PROFIBUS-DP具有快速、即插即用、高效低成本等优点。在用于现场层的高速数据传送时，主站周期地读取从设备的输入信息并周期地向从站设备发送输出信息。除周期性数据传输外，PROFIBUS-DP还提供了智能化设备所需要的非周期性通讯以进行组态、诊断和报警处理。

　　根据国际标准化组织ISO7498标准，PROFIBUS的协议结构以开放系统互联网络OSI为参考模型,采用了该模型的物理层、数据链路层，隐去了第3～7层，而增加了直接数据连接拟合，作为用户接口。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能。

2反渗透水处理系统的组成

　　反渗透是采用膜分离的水处理技术,利用压力差为动力,使溶液中的溶剂通过反渗透分离出来。随着膜科学研究和制造工艺的进步,新膜品种的出现,以及该法具有节能、无环境污染、易于自动控制、占地面积小、运行费用经济、运行维护和设备维修工作量极少等突出的优点,反渗透法处理技术得到了迅速的发展。然而反渗透装置的膜组件是一种精细元件,极易受机械损伤、污染和堵塞,对进水水质要求较高,因此用户必须根据水源的水质特点进行合理的预处理。图1为反渗透工艺流程图。本系统的反渗透预除盐技改工程即将投入使用。它采用海德能CPA系列低压反渗透膜,同时使用3套装置，设计产水能力为360t/h，3套设备也可以单独操作运行。目前此项目为西北最大的反渗透水处理系统。

　　整个装置可分为两个部分：预处理部分和反渗透部分。

　　预处理的好坏直接影响反渗透运行的成效，因此需通过多介质过滤才能进入反渗透装置，首先通过一台变频器来控制3台原水水泵（两用一备）采水，原水通过叠片式过滤器即超滤装置进行一次过滤，原水在进入超滤之前应满足水温要求，利用换热器对水加热，通过加热器的出口温度，调节蒸汽的气量，将出水温度自动控制在25度左右。

　　超滤装置是一种中空纤维超滤膜组件，可有效地除去所有悬浮物和微生物，积累在膜上的污染物采用周期性的逆向清洗，一般有普通水反洗、加酸反洗、加碱反洗、杀菌反洗、加气反洗、化学清洗以及完整性检测。反洗过程包括前正冲、底顶反冲、浸泡漂洗、后正冲。超滤可将原水处理为饮用水。出水存放到超滤水箱。

图1反渗透水处理工艺流程图

　　反渗透部分，同样通过一台变频器控制3台超滤水泵采水，为防止预处理漏过的杂质进入高压泵和反渗透膜元件而造成机械损坏。进而采用保安过滤器再进行深层过滤。高压泵为进入反渗透膜元件的原水提供足够的压力，以克服渗透压和运行阻力，满足装置达到额定的流量。反渗透过程包括正常运行，低压冲洗，高压冲洗和排放。

3反渗透水处理系统的网络结构

　　图2是反渗透系统的网络结构。由于系统比较复杂，涉及的操作点、控制点

图2反渗透水处理系统网络结构图

　　比较多，如果选用传统的控制方式电缆数量将非常的多，很不经济，而且维护和调试的难度都很大。因此我们采用分散控制、集中监控的PLC分布式控制系统，选用了现场总线PROFIBUS，通过网络实现工作现场，控制柜以及主控台之间的复杂控制。

　　整个系统设为上位机操作站，下位机控制主站及控制从站，上位机采用IBM西门子工控机和WINCC监控软件实现工艺流程显示。为了提高系统的可靠性，下位机主站采用双冗余的西门子S7-400系统进行实时控制，选用功能强大的CPU414-2DP作为PROFIBUS-DP的网络主站，3套具有硬件冗余的ET200M作为从站，每个从站包括2个IM153-2接口模块和若干个I/O模块。ET200M通过PROFIBUS专用电缆和S7-400进行通讯，上位机与下位机通过以太网通讯，我们使用一对CP通讯卡（CP443-1）,完成数据的采集和相互传送。

通过图2，我们可以看到，冗余系统由两套PLC控制系统组成。正常工作时，A（MASTERPROFIBUS）系统为主，B（RESERVEPROFIBUS）系统为备用，当主系统A中的任何一个组件出错，控制任务会自动切换到备用系统B当中执