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1 引言

　　随着计算机、控制、通信、网络等技术的发展，作为工业控制数字化、智能化与网络化典型代表的现场总线（fieldbus）技术发展迅速、影响巨大，引起了工程技术界的普遍应用。fieldbus技术使计算机控制系统逐步从集散控制系统（distributed control system dcs）走向以现场总线为基础的分布式现场总线控制系统（fieldbus control system，fcs），被视为工业自动化领域具有革命性的新技术。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点。本文以实际日处理量为5万m3的污水处理厂自动化项目为例，详细说明了modbus和profibus两种现场总线控制系统在污水处理厂的应用。

2 污水处理工艺

　　污水处理主要通过生物处理来完成，本污水处理采用奥贝尔氧化沟工艺，具体流程如图1所示。

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。