摘要：介紹了AC500系列PLC控制系統(tǒng)及基于其的三級分布式污水處理自控系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)構(gòu)成擦囊、功能塔橡、主要特點,同時論述了該系統(tǒng)在SBR污水處理中的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：可編程控制器霜第；控制系統(tǒng)葛家；污水處理

　　一，引言

　　ABB公司在收購了貝利（Bailey）公司后泌类，將它旗下的多款控制系統(tǒng)整合到了以工業(yè)IT為基礎(chǔ)癞谒，針對目標(biāo)技術(shù)的800XA系列控制系統(tǒng)中。在繼續(xù)為國內(nèi)的電力刃榨，冶金弹砚，石化，造紙等行業(yè)提供整體的解決方案以外寺斟，已將它旗下的一款已有十幾年發(fā)展歷史的中小型控制系統(tǒng)AC31作為產(chǎn)品引入中國虫棚。目前在此基礎(chǔ)上推出更為現(xiàn)進(jìn)的AC500系列，可為國內(nèi)的系統(tǒng)集成和OEM等應(yīng)用提供更多的選擇溪胖。本文將介紹此系統(tǒng)及其在污水處理中的應(yīng)用黔琢。

　　AC500系統(tǒng)由CPU，通訊模塊肤不，CPU底板寻癌，I/O模塊和端子板，F(xiàn)BP接口模塊和端子板豌腮，CPU底板等組成,如圖1所示绪封。

　　CPU

　　CPU有PM571、PM581和PM591三個不同的等級椰骇。均帶有：LCD顯示历扭、操作按鍵、一個SD卡的擴(kuò)展口和兩個集成的串行通訊口膨吼。CPU可直接插在CPU底板上棺氢，底板可選擇集成以太網(wǎng)或者ARCNET網(wǎng)絡(luò)接口距痪。此外，保留的CS31的通訊接口是考慮到了和AC31等ABB公司其他系列PLC的兼容性简软。

　　通訊模塊

　　除了CPU上集成的通訊接口外，每一個CPU上還可最多擴(kuò)展4個通訊接口述暂。這4個通訊接口可擴(kuò)展為任意的標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議痹升。CPU上集成的兩個Modbus通訊接口和可選集成的以太網(wǎng)或ARCNET網(wǎng)絡(luò)接口外，通過通訊擴(kuò)展接口還能擴(kuò)展:ProfibusDP-V1畦韭、DeviceNet疼蛾、CANopen和以太網(wǎng)等總線接口。

　　I/O模塊

　　輸入/輸出模塊有模擬量和開關(guān)量兩大種類艺配。每個輸入/輸出模塊均可直接插到端子板上察郁，CPU本地和通過FBP分布式擴(kuò)展的子站，可最大擴(kuò)展到7個輸入/輸出模塊转唉。AC500還可以提供每一點都可以根據(jù)用戶的需求及可設(shè)置為輸入又可設(shè)置為輸出的開關(guān)量模塊皮钠。

　　FBP的接口模塊

　　這種模塊集成了一定數(shù)量的開關(guān)量輸入/輸出，并且通過它實現(xiàn)和CPU的通訊和分布I/O赠法。這個分布模塊后面又可最大擴(kuò)展7個輸入/輸出模塊麦轰。

　　AC500ControlBuilder編程

　　AC500ControlBuilder編程是一套可對所有系列AC500CPU進(jìn)行編程的工程工具，這套編程軟件符合IEC61131-3的國際標(biāo)準(zhǔn)猴宾，可支持五種不同的編程語言：

　∨宋－功能塊（FBD）

　　－語句表（IL）

　∑崧瘛－梯形圖（LD）

　÷鼻恕－結(jié)構(gòu)文本（ST）

　　－順控圖（SFC）

　　這套軟件可完成AC500系統(tǒng)的全部設(shè)置您窒，包括所有的總線接口柄楼，而且還有全面的自診斷功能、報警處理翻萨、可視化調(diào)試工具和開放的數(shù)據(jù)接口殴据。此外還可以提供離線仿真,變量跟蹤功能,配方管理和監(jiān)視列表,可視化的調(diào)試工具,通訊接口的設(shè)置,開放的數(shù)據(jù)接口,工程接口.

　　三，SBR污水處理工藝介紹

　　序批式活性污泥法簡稱SBR(SequenceBatchReactor)法精者，是早期充排式反應(yīng)器的一種改進(jìn)又信。隨著自動控制水平的提高，SBR法引起人們的重新重視杰笛，并對他進(jìn)行了更加深入的研究與改進(jìn)抛冗，自1985年我國第一座SBR處理設(shè)備在的投產(chǎn)，目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在工業(yè)污水和城市污水的處理中最岗。

　　SBR工藝的基本操作流程由進(jìn)水帕胆，反應(yīng)朝捆，沉淀，出水和閑置等五個基本過程組成懒豹，從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個周期芙盘，在每個周期里上述過程都是在一個設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行的。

                                         圖2 SBR污水處理工藝流程圖

　　SBR工藝系統(tǒng)組成簡單（如圖2）脸秽，不設(shè)二沉池儒老，曝氣池兼具二沉池的功能，無污泥回流設(shè)備记餐。SBR具有效率高驮樊，脫氫除磷效果好，防止污泥膨脹性能強片酝，耐沖擊負(fù)荷和處理能力強等優(yōu)點囚衔。

　　四，AC500在SBR控制中的具體實現(xiàn)

　　SBR污水處理廠的自動控制系統(tǒng)由三級分布式控制系統(tǒng)組成（如圖3）雕沿。

                                             圖3 污水處理控制系統(tǒng)圖

　　第一級—監(jiān)控管理练湿，由中央控制室的操作站實現(xiàn)。選用工控計算機(jī)荡西，以TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)與PLC系統(tǒng)通訊,實行集中控制惧仪。通過工控軟件實時監(jiān)視全廠工藝參數(shù)變化、設(shè)備運行蹲楷、故障發(fā)生等情況蠕艳，同時負(fù)責(zé)日常報表打印、事故打印和數(shù)據(jù)記錄等茬蒿。

　　第二級—過程控制磺则，由現(xiàn)場的各分系統(tǒng)或成套設(shè)備的控制系統(tǒng)實現(xiàn)。以AC500PLC系統(tǒng)作為現(xiàn)場控制核心,按場區(qū)配置分站,通過CS31網(wǎng)與所屬分布I/O通訊對流量附扭、液位牧俩、pH值、電機(jī)等參數(shù)進(jìn)行采集叔寓、控制妨迈。

　　第三級—單機(jī)就地控制，由現(xiàn)場電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)穷窃。采用ABB公司的AC31系列產(chǎn)品組成分布I/O,采集現(xiàn)場參數(shù),執(zhí)行上一級PLC主站的控制命令呈枉。

　　監(jiān)控組態(tài)設(shè)計及與PLC主站的通訊

　　由于污水處理控制對象多且分散,生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜,如果采用集中控制方式,則需要使用大量導(dǎo)線，在長距離傳輸過程中非常容易受到干擾,所以本系統(tǒng)采用分布式集散控制系統(tǒng),將管理與控制分離埃碱。計算機(jī)選用HP工業(yè)PC機(jī),預(yù)裝北京昆侖通態(tài)公司的MCGS5.5通用版猖辫。MCGS監(jiān)控組態(tài)設(shè)計包含監(jiān)控界面設(shè)計，定義數(shù)據(jù)變量，組態(tài)設(shè)計啃憎，動畫等方面芝囤。用MCGS提供的基本繪圖工具與元件庫創(chuàng)建圖形塊并進(jìn)行組態(tài)設(shè)計，污水處理系統(tǒng)工藝流程組態(tài)畫面（如圖4）：

      圖4 污水處理工藝流程組態(tài)圖

　　　鼓風(fēng)機(jī)辛萍，水泵悯姊，運行閥的工作狀態(tài)可以通過動畫實時顯示；污水贩毕，污泥悯许，藥水，空氣的流動方向及流量表的數(shù)據(jù)也能根據(jù)現(xiàn)場的情況隨時更新耳幢。操作人員在登陸并輸入用戶名和密碼后，可任意調(diào)入各局部工藝圖欧啤、運行表痪僵、設(shè)定表和控制表，工藝圖以圖形的方式顯示各個工段的工藝流程和數(shù)據(jù)倍挚，并能根據(jù)控制的需要直接設(shè)定現(xiàn)場的相應(yīng)參數(shù)（例如暮诫，泵站的變頻器的恒定水位，報警水位绪忙，停泵水位的設(shè)定参唆，排泥時間的設(shè)定等）。此外肘渔，系統(tǒng)還可以提供故障報警查詢躯殷，工作報表生成等功能。MCGS中的實時數(shù)據(jù)庫是監(jiān)控系統(tǒng)的核心繁莲，而數(shù)據(jù)變量是構(gòu)成實時數(shù)據(jù)庫的基本單元独府。將用戶界面中的圖形對象與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)變量建立聯(lián)系，現(xiàn)場的運行情況就可以通過動畫實時的顯示在監(jiān)控界面上了拢胆。

　　工控計算機(jī)只需一塊普通的網(wǎng)卡就可以通過EthernetLAN接收到來自PLC主站的數(shù)據(jù)婆沟。PLC主站由1臺AC500系列PLC及相應(yīng)的外圍設(shè)備組成,置于中央控制室。PLC主站從分布I/O接收數(shù)據(jù)猛计，進(jìn)行相關(guān)的處理與控制唠摹，同時通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP通訊模塊(TB521-ETH)傳輸給工控計算機(jī),傳輸速率為10Mbit/s,介質(zhì)為屏蔽雙絞線。

　　PLC主站與分布I/O的通信

　　PLC主站與分布I/O的通訊網(wǎng)絡(luò)框圖奉瘤，如圖5所示：    

                                             圖5 CS31通訊網(wǎng)絡(luò)圖

　　PLC主站通過CPU(PM581)上保留的CS31通訊接口勾拉、CS31通訊總線與分布I/O（AC31遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊）構(gòu)成高速通訊網(wǎng)絡(luò),隨時采集現(xiàn)場設(shè)備的運行狀況和故障信息,并上傳工控計算機(jī),形成分布控制。

　　本系統(tǒng)共設(shè)8個分布I/O盗温。從經(jīng)濟(jì)角度考慮望艺，由于AC500系統(tǒng)可以兼容AC31的遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊，1#～8#分布I/O分別選用AC31系統(tǒng)的遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊（ICMK14N1-24DC）。分布I/O置于污水控制現(xiàn)場,就近控制所屬設(shè)備,形成分布控制的能力,并采集現(xiàn)場設(shè)備的運行狀況和故障信息,通過CS31總線聯(lián)接到PLC主站找默。CS31總線是一種點對多點的RS485串行通訊艇劫。每個通訊系統(tǒng)由一個主站和最大31個從站組成。通訊距離不加中繼為500米惩激，加中繼最大可達(dá)到2000米店煞。通訊介質(zhì)為:屏蔽雙絞線。

　　　　以1＃分布I/O遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊為例风钻，定義它的地址表顷蟀，如表1：

　　地址%MX0.0.0至%MX0.0.7是ICMK14N1-M的系統(tǒng)保留區(qū)域，不能使用缎选。地址%MX0.1.0至%MX0.1.7作為此遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊自帶的開關(guān)量輸入展管，分別對應(yīng)進(jìn)水泵房及沉砂池的相應(yīng)設(shè)備。依照同樣的方法否胜，可以繼續(xù)定義1＃分布I/O的（XI16E1,XC32L,HE10-20,…等）開關(guān)量及模擬量輸入/輸出模塊瓣老，然后依次是2＃～8＃分布I/O的所有模塊忽愧。

　　在完成所有I/O地址表的設(shè)定后崇已，就可以通過AC500的ControlBuilder軟件來編寫PLC的內(nèi)部通信程序。由于AC500的ControlBuilder軟件可以提供現(xiàn)成的MODBUS功能塊脑苫，編程十分簡單贱起。

　　以1#分布I/O的讀指令為例，如圖6：

                                                圖6 AC500 程序圖

　　只需設(shè)定好MODBUS功能塊的（COM,SLAVE,FCT,ADDR,NB等）參數(shù)舱踊，PLC主站就可以順利的從1#I/O子站讀取數(shù)據(jù)迫扫。其中FCT，NB的參數(shù)可根據(jù)實際情況依照表2確定 膳膝。

　　運用MODBUS功能塊依次完成1～8＃分布I/O的讀刻渔，寫指令的編程，PLC主站與分布I/O之間的通信就建立完成了让腹。在實際調(diào)試中远剩，發(fā)現(xiàn)還需通過軟件的PLC組態(tài)選項，將MODBUS的參數(shù)：RTScontrol設(shè)置為“telegram”,Parity設(shè)置為“none”骇窍，OperationMode設(shè)置為：“Master”瓜晤。至此，PLC的主站已經(jīng)可以對I/O從站中的各種參數(shù)進(jìn)行采集與控制腹纳，并通過以太網(wǎng)顯示在工控計算機(jī)的監(jiān)控界面上痢掠。

　　五，結(jié)語

　　以本文的研究結(jié)果為基礎(chǔ)的技術(shù)方案,在浙江某生活污水處理廠具體實施嘲恍。實際的運行結(jié)果表明,其設(shè)計合理,安全可靠,控制精度高足画，滿足了生產(chǎn)的實際需要雄驹，性價比高。AC500PLC系統(tǒng)除了有外形美觀淹辞，性能可靠医舆，價格適中等特點，在項目具體實施中還具有如下優(yōu)點：可設(shè)置輸入/輸出的開關(guān)量模塊象缀，為備用點數(shù)的設(shè)置提供了方便并能進(jìn)一步降低成本彪饺；模擬量的每個輸入通道都可以設(shè)定電流，電壓或者熱電阻等輸入信號促弯，使用方便通冕；編程軟件中集成的MODBUS功能塊，非常實用诲厚，易于操作创炉，大大節(jié)省了編程時間；此外蔽曙，CS31總線的連接只需要普通的屏蔽雙絞線就可以完成尺那，成本低廉，操作靈活簡單肢钙。

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