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,、功能、主要特點,同時論述了該系統(tǒng)在SBR污水處理中的應用,。
關(guān)鍵詞：可編程控制器 控制系統(tǒng) 污水處理
一 引言
ABB公司在收購了貝利（Bailey）公司后,，將它旗下的多款控制系統(tǒng)整合到了以工業(yè)IT為基礎，針對目標技術(shù)的800XA系列控制系統(tǒng)中,。在繼續(xù)為國內(nèi)的電力,，冶金，石化,，造紙等行業(yè)提供整體的解決方案以外,，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。目前在此基礎上推出更為現(xiàn)進的AC500系列,，可為國內(nèi)的系統(tǒng)集成和OEM等應用提供更多的選擇,。本文將介紹此系統(tǒng)及其在污水處理中的應用。
二 AC500控制系統(tǒng)介紹
AC500系統(tǒng)由CPU,，通訊模塊,，CPU底板，I/O模塊和端子板,，F(xiàn)BP接口模塊和端子板,，CPU底板等組成,如圖1所示。
CPU
CPU有PM571,、PM581 和PM591三個不同的等級,。均帶有：LCD顯示,、操作按鍵、一個SD卡的擴展口和兩個集成的串行通訊口,。 CPU可直接插在CPU底板上,，底板可選擇集成以太網(wǎng)或者ARCNET網(wǎng)絡接口。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,。
通訊模塊
除了CPU上集成的通訊接口外，每一個CPU上還可最多擴展4個通訊接口,。這4個通訊接口可擴展為任意的標準總線協(xié)議,。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)絡接口外，通過通訊擴展接口還能擴展 : ProfibusDP-V1,、DeviceNet,、 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,。每個輸入/輸出模塊均可直接插到端子板上,，CPU本地和通過FBP分布式擴展的子站，可最大擴展到7個輸入/輸出模塊,。AC500還可以提供每一點都可以根據(jù)用戶的需求及可設置為輸入又可設置為輸出的開關(guān)量模塊,。
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,。這個分布模塊后面又可最大擴展7個輸入/輸出模塊,。
AC500 Control Builder 編程
AC500 Control Builder 編程是一套可對所有系列AC500 CPU進行編程的工程工具，這套編程軟件符合IEC61131-3的國際標準,，可支持五種不同的編程語言：
?。δ軌K（FBD）
－語句表（IL）
?。菪螆D（LD）
?。Y(jié)構(gòu)文本（ST）
－順控圖（SFC）
這套軟件可完成AC500系統(tǒng)的全部設置,，包括所有的總線接口,，而且還有全面的自診斷功能、報警處理,、可視化調(diào)試工具和開放的數(shù)據(jù)接口,。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 （Sequence Batch Reactor）法，是早期充排式反應器的一種改進,。隨著自動控制水平的提高,，SBR法引起人們的重新重視，并對他進行了更加深入的研究與改進,，自1985年我國第一座SBR處理設備在的投產(chǎn),，目前已經(jīng)廣泛的應用在工業(yè)污水和城市污水的處理中 ,。
SBR工藝的基本操作流程由進水，反應,，沉淀,，出水和閑置等五個基本過程組成，從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個周期,，在每個周期里上述過程都是在一個設有曝氣或攪拌裝置的反應器內(nèi)依次進行的,。
SBR工藝系統(tǒng)組成簡單（如圖2），不設二沉池,，曝氣池兼具二沉池的功能,，無污泥回流設備。SBR具有效率高,，脫氫除磷效果好,，防止污泥膨脹性能強，耐沖擊負荷和處理能力強等優(yōu)點,。
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）,。
第一級—監(jiān)控管理，由中央控制室的操作站實現(xiàn),。選用工控計算機,，以TCP/ IP工業(yè)以太網(wǎng)與PLC系統(tǒng)通訊,實行集中控制。通過工控軟件實時監(jiān)視全廠工藝參數(shù)變化,、設備運行,、故障發(fā)生等情況，同時負責日常報表打印,、事故打印和數(shù)據(jù)記錄等。
第二級—過程控制,，由現(xiàn)場的各分系統(tǒng)或成套設備的控制系統(tǒng)實現(xiàn),。以AC500 PLC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、液位,、pH值,、電機等參數(shù)進行采集、控制,。
第三級—單機就地控制,，由現(xiàn)場電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)。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,。
監(jiān)控組態(tài)設計及與PLC主站的通訊
由于污水處理控制對象多且分散,生產(chǎn)工藝流程復雜,如果采用集中控制方式,則需要使用大量導線,，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。計算機選用HP工業(yè)PC機,預裝北京昆侖通態(tài)公司的MCGS 5.5通用版,。MCGS監(jiān)控組態(tài)設計包含監(jiān)控界面設計,，定義數(shù)據(jù)變量,，組態(tài)設計，動畫等方面,。用MCGS提供的基本繪圖工具與元件庫創(chuàng)建圖形塊并進行組態(tài)設計,，污水處理系統(tǒng)工藝流程組態(tài)畫面（如圖 4）：
鼓風機，水泵,，運行閥的工作狀態(tài)可以通過動畫實時顯示,；污水，污泥,，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。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,、運行表、設定表和控制表,，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),，并能根據(jù)控制的需要直接設定現(xiàn)場的相應參數(shù)（例如，泵站的變頻器的恒定水位,，報警水位,，停泵水位的設定，排泥時間的設定等）,。此外,，系統(tǒng)還可以提供故障報警查詢，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,，而數(shù)據(jù)變量是構(gòu)成實時數(shù)據(jù)庫的基本單元。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,。
工控計算機只需一塊普通的網(wǎng)卡就可以通過Ethernet LAN接收到來自PLC主站的數(shù)據(jù)。PLC主站由1臺AC500系列PLC及相應的外圍設備組成,置于中央控制室,。PLC主站從分布I/O接收數(shù)據(jù),，進行相關(guān)的處理與控制，同時通過標準工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP通訊模塊（TB521- ETH）傳輸給工控計算機,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)絡框圖,，如圖5所示。
PLC主站通過CPU（PM581）上保留的CS31通訊接口,、CS31通訊總線與分布I/O（AC31遠程擴展模塊）構(gòu)成高速通訊網(wǎng)絡,隨時采集現(xiàn)場設備的運行狀況和故障信息,并上傳工控計算機 ,形成分布控制,。
本系統(tǒng)共設8個分布I/O。從經(jīng)濟角度考慮，由于AC500系統(tǒng)可以兼容AC31的遠程擴展模塊,， 1#～8# 分布I/O分別選用AC31系統(tǒng)的遠程擴展模塊（ICMK14 N1-24DC）,。分布I/O置于污水控制現(xiàn)場, 就近控制所屬設備,形成分布控制的能力,并采集現(xiàn)場設備的運行狀況和故障信息,通過CS31總線聯(lián)接到PLC主站 。CS31總線是一種點對多點的RS485串行通訊,。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，加中繼最大可達到2000米,。通訊介質(zhì)為:屏蔽雙絞線,。
以1＃分布I/O遠程擴展模塊為例，定義它的地址表,，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。地址%MX0.1.0至%MX0.1.7作為此遠程擴展模塊自帶的開關(guān)量輸入,，分別對應進水泵房及沉砂池的相應設備,。依照同樣的方法，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,，然后依次是2?！?＃分布I/O的所有模塊。
在完成所有I/O地址表的設定后,，就可以通過AC500的Control Builder軟件來編寫PLC的內(nèi)部通信程序,。由于AC500的 Control Builder軟件可以提供現(xiàn)成的MODBUS功能塊，編程十分簡單,。以1#分布I/O的讀指令為例,，如圖6：
只需設定好MODBUS功能塊的（COM,SLAVE,FCT,ADDR,NB等）參數(shù)，PLC主站就可以順利的從1#I/O子站讀取數(shù)據(jù),。其中FCT,，NB的參數(shù)可根據(jù)實際情況依照表2確定 。
運用MODBUS功能塊依次完成1～8＃分布I/O的讀,，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。在實際調(diào)試中,，發(fā)現(xiàn)還需通過軟件的PLC組態(tài)選項，將MODBUS的參數(shù)：RTS control設置為“telegram”, Parity設置為 “none”,，Operation Mode設置為：“Master”,。至此，PLC的主站已經(jīng)可以對I/O從站中的各種參數(shù)進行采集與控制,，并通過以太網(wǎng)顯示在工控計算機的監(jiān)控界面上,。
五 結(jié)語
以本文的研究結(jié)果為基礎的技術(shù)方案,在浙江某生活污水處理廠具體實施。實際的運行結(jié)果表明,其設計合理,安全可靠,控制精度高，滿足了生產(chǎn)的實際需要,，性價比高,。AC500 PLC系統(tǒng)除了有外形美觀，性能可靠,，價格適中等特點,，在項目具體實施中還具有如下優(yōu)點：可設置輸入/輸出的開關(guān)量模塊，為備用點數(shù)的設置提供了方便并能進一步降低成本,；模擬量的每個輸入通道都可以設定電流,，電壓或者熱電阻等輸入信號，使用方便,；編程軟件中集成的MODBUS 功能塊,，非常實用，易于操作,，大大節(jié)省了編程時間,；此外，CS31總線的連接只需要普通的屏蔽雙絞線就可以完成,，成本低廉,，操作靈活簡單。