1 导言
近年来在城市污水处理的工艺中，出资少、运转灵敏的SBR处理工艺得到广泛的运用。SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)序批式活性污泥工艺早在1904年就被开发，并取得了较好的作用,仅仅因为其时的主动化水平缓设备制作工艺的约束，所以没有得到推广运用。而近年来跟着主动化技能及在线监测技能的飞速开展，为SBR工艺的开展和运用供给了前提条件，因为对污水处理工艺进行主动化监测和实时操控是进步污水处理功率、下降处理能耗的要害，所以SBR工艺也是各种污水处理工艺中对主动化体系要求较高的一种工艺。SBR反响进程首要是在生物反响池内进行的，该工艺首要由进水、曝气、沉积、排水和搁置等五个阶段组成。SBR工艺的处理作用首要取决于其运转参数，其间首要参数包含各反响段时刻以及曝气强度。一般选用以PLC为中心的工艺进程主动监控体系，实时操控鼓风机、水泵、电动阀等设备及各反响段时刻，使水质到达国家规则的排放规范。
由此可见，SBR污水处理工艺是一个多参量(如液位、流量、压力、生物目标等)、多任务(如污水运送、风量操控、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 、时变性和耦合性的杂乱体系。因而，应由安稳牢靠的数据信息交流网络与归纳办理体系来进行主动化的办理，使之安全牢靠地运转。
2 工业以太网Profinet技能运用
所谓工业以太网，一般来讲是指技能上与商用以太网(即IEEE802.3规范)兼容，但在产品规划时，在原料的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、牢靠性、抗干扰性和实质安全等方面能满意工业现场的需求。
Profinet是Process Field Net的缩写，它是Profibus客户、生产商与体系集成联盟协会推出的在Profibus与以太网间全敞开的通讯协议。Profinet是一种依据实时工业以太网的主动化处理计划，它以一整套完好高性能并可晋级的办法，可认为Profibus及其他各种现场总线网络供给以太网移植服务;Profinet规范的敞开性确保了其久远的兼容性与扩展性，然后能够保护用户的出资与利益。 Profinet能够使工程与组态、试运转、操作和保护更为快捷，并且能够与Profibus以及其它现场总线网络完结无缝集成与衔接。
这种跨过供货商的敞开式规范建立在工业以太网根底之上，覆盖了工厂主动化的一切范畴。依赖于现行的IT规范，并且无条件地支撑TCP/IP协议，然后确保了公司范围内从作业区域到现场级的集成通讯。 它首要包含3方面的技能： ① 依据通用目标模型(COM)的分布式主动化体系; ② 规则了Profibus和规范以太网之间的敞开、通明通讯; ③ 供给了一个包含设备层和体系层、独立于制作商的体系模型。
Profinet选用规范以太网作为衔接介质，选用TCP/IP协议加上运用层的RPC/DCOM来完结节点之间的通讯和网络寻址。它能够一起挂接传统Profibus体系和新式的智能现场设备。现有的Profibus网段能够经过一个署理设备(proxy)衔接到Profinet网络傍边，使整套Profibus设备和协议能够原封不动地在Profinet中运用。传统的Profibus设备可经过署理proxy与Profinet上面的COM目标进行通讯，并经过OLE主动化接口完结COM目标之间的调用。
与其他现场总线比较，工业以太网运用首要有以下特色：
1) 实时通讯 选用以太网交流技能、全双工通讯、流量操控等技能，以及确定性数据通讯调度操控战略、简化通讯栈软件层次、现场设备层网络微网段化等针对工业进程操控的通讯实时性办法，进步了以太网通讯的实时性。
2) 总线供电 选用直流电源耦合、电源冗余办理等技能，规划了能完结网络供电或总线供电的以太网集线器，处理了以太网总线的供电问题。
3) 远距离传输 选用网络分层、操控区域微网段化、网络超小时滞中继以及光纤等技能完结了以太网的远距离传输。
4) 网络安全 选用操控区域微网段化，各操控区域经过具有网络阻隔和安全过滤的现场操控器与体系骨干相连，完结各操控区域与其他区域之间的逻辑上的网络阻隔。
5) 牢靠性 选用涣散结构化规划、EMC规划、冗余、自确诊等牢靠性规划技能等，进步依据以太网技能的现场设备牢靠性。
6) 一网究竟 即它能够一向延伸到企业现场设备操控层，所以被人们遍及认为是未来操控网络的最佳处理计划，工业以太网已成为现场总线中的干流技能。
工程实践证明，在组成企业工控网络时选用Profinet通讯技能能够节约近15%的硬件出资。
3 操控体系组成及功用规划 现代化的污水处理体系需求完结办理与操控一体化，完结作业主动化。
操控体系不只与基层操控设备有杰出的接口，并且具有与上层办理体系集成的接口，一起具有可扩展性。所以本体系选用的工业以太网PRIFINET或现场总线Profibus等技能，习惯了当时的这种需求。为了加强体系的牢靠性，使整个体系能够长时刻无毛病地运转，上位监控体系还选用容错(冗余)技能。
3.1体系组成及特色 依据全集成主动化(Totally Integrated Automation)的思维，将污水厂 操控体系分为办理级、操控级、现场级。体系简图如下页图：
(1)办理级 办理级是体系的中心部分，完结对污水处理进程各部分的办理和操控 ，并完结厂级的作业主动化。办理级供给人机接口，是整个操控体系与外部信息交流的界面 。办理级的工业计算机具有彼此通讯的功用，完结数据交流或同享。考虑到办理层功用结构的层次性和可切割性，选用客户/服务器(Client/Server)的体系结构。服务器选用大型的网络联系数据库，满意敞开、分布式数据库办理办法的要求。服务器具有长途操控操作功用、情况显现功用、数据处理功用、报警功用、报表功用、通讯功用和冗余功用等。厂中心操控室中设备包含：两台装置Siemens公司WinCC监控组态软件的冗余服务器作为上位机 ，装置有WinCC组态软件的完全版以及冗余软件包，两台服务器互为备用，完结冗余，进步体系的牢靠性。装有WinCC运转版的PC机作为监控工程师操作站。这种装备的最首要的长处是确保数据的完好性和监控操作的连续性。假如一个WinCC服务器呈现毛病，该服务器的客户机(作业站)主动从产生毛病的服务器切换到备用的服务器上，使一切的客户机一直能够监控生产进程，修正后的服务器回到体系后，主动完结归档数据的匹配,办理级与操控级的数据交流均选用了工业以太网,真实表现了公司范围内从作业区域到现场级的集成通讯。
(2)操控级 操控级是完结体系功用的要害，也是办理级与现场级之间的纽带层。 其首要功用是承受办理层设置的参数或指令，对污水处理生产进程进行操控，一起将现场情况运送到办理层。操控器是整个体系的中心，所以在操控级中，首要选用三套Siemens公司S7_300(CPU315_2PN/DP)型PLC组成,选用光纤和交流组织建成数据交流网络, CPU315_2PN/DP配有集成的PROFINET接口,经过该接口衔接I/O现场设备,STEP7包含有所需的驱动,也能够延伸到低端PROFIBUS上的设备,而无需从头衔接编程器.现场设备也能够运用额定集成的PROFIBUS接口进行衔接,并且,PROFINET接口能够用于单元级的通讯.PRIFINET CPU 能够运用STEP7在工业以太网上经过编程器/PC进行编程.
(3)现场级 现场级是完结体系功用的根底。现场级首要由一次外表(如液位计、DO 传感器等)、操控设备等组成。其功用首要是对体系设备的情况、传感器参数进行监测，并把监测到的数据上传;承受操控级的指令对执行组织进行操控。因为操控设备比较涣散，在传统的工厂内，输入/输出设备衔接到一个会集的机架，在设备改动和体系扩展时，导致接线作业量大，本钱高，柔性度低。经过敞开的、规范化的现场总线PROFIBUS体系来衔接现场操控部件(一些操控设备或许是第三方厂商供给)，是处理这些问题的最佳计划。分布式装备意味着可编程序操控 、I/O模块和现场设备经过PROFIBUS_DP现场总线的信号电缆衔接。将输入/输出模块转化成就地监测器和执行器，可就地转化和处理进程信号。然后确保了操控级与现场级操控设备的独立和兼容 ，一起处理了与第三方设备(撇水器、脱水机等)通讯问题,本体系的第三方设备均运用了SIEMENS公司性价比较高的S7_200小型PLC,经过其附加通讯模块EM277可与PROFIBUS现场总线相衔接,然后方便了运转进程中的体系保护和修补。 污水处理进程中，需求实时地在线监测各种水质参数以确保精确的工艺运转参数和及时显现处理结果。
在本体系中传感器数量大、品种多，包含pH、SS(固体悬浮 物)、DO(溶解氧)、COD、液位传感器以及电磁流量计、压力计等。 传感器悉数选用德国Endress+Hauser公司的产品，这些传感器都带有PROFIBUS_DP接口，使用这些智能接口，这些外表能与主动化进程操控体系集成，这样取得的一切进程参数能够会集显现， 一起作为工艺的操控参数。
3.2 工艺操控规则
软件编程的首要依据为生产工艺供给的操控规则。同一种处理工艺或许会有不同的操控战略，依据现在的研讨情况，SBR工艺的操控能够分为三种：
第一种是生物浓度法。是指依据在线测得的水质参数与设定参数构成闭环操控;
第二种是反响时刻操控。关于时刻操控规则而言， 它是依据对SBR反响的五个阶段所需求的时刻进行主动操控的。
第三种是流量程序操控。是依据污水流量的改动来调整各个阶段所需时刻进行主动操控。
后两种操控办法都不是依据废水的水质改动来改动某些运转参数进行自习惯操控的。 生物浓度操控的基本思维是动态的操控SBR的反响时刻,使其间的有机物浓度(用COD或BOD表明)到达答应的排放规范，就中止曝气。在线测定有机物浓度的BOD或COD传感器比较贵 ，一般都在几十万元，现在还没有运用报导，并且实时性比较差，反响时刻慢。
