摘要：介紹了AC500系列PLC控制系統(tǒng)及基于其的三級(jí)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(diǎn),同時(shí)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；控制系統(tǒng),；污水處理

一,、引言

ABB公司在收購(gòu)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(chǔ),，針對(duì)目標(biāo)技術(shù)的800XA系列控制系統(tǒng)中,。在繼續(xù)為國(guó)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(guó),。目前在此基礎(chǔ)上推出更為現(xiàn)進(jìn)的AC500系列,，可為國(guó)內(nèi)的系統(tǒng)集成和OEM等應(yīng)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(yīng)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(gè)不同的等級(jí),。均帶有：LCD顯示,、操作按鍵、一個(gè)SD卡的擴(kuò)展口和兩個(gè)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(luò)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(gè)CPU上還可最多擴(kuò)展4個(gè)通訊接口,。這4個(gè)通訊接口可擴(kuò)展為任意的標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議,。CPU上集成的兩個(gè) 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(guò)通訊擴(kuò)展接口還能擴(kuò)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(kāi)關(guān)量兩大種類(lèi),。每個(gè)輸入/輸出模塊均可直接插到端子板上,，CPU本地和通過(guò)FBP分布式擴(kuò)展的子站，可最大擴(kuò)展到7個(gè)輸入/輸出模塊,。AC500還可以提供每一點(diǎn)都可以根據(jù)用戶(hù)的需求及可設(shè)置為輸入又可設(shè)置為輸出的開(kāi)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(kāi)關(guān)量輸入/輸出，并且通過(guò)它實(shí)現(xiàn)和CPU 的通訊和分布I/O,。這個(gè)分布模塊后面又可最大擴(kuò)展7個(gè)輸入/輸出模塊,。
AC500 Control Builder 編程
　　AC500 Control Builder 編程是一套可對(duì)所有系列AC500 CPU進(jìn)行編程的工程工具，這套編程軟件符合IEC61131-3的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),，可支持五種不同的編程語(yǔ)言：
　?。δ軌K（FBD）
　　－語(yǔ)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(shè)置,，包括所有的總線接口,，而且還有全面的自診斷功能、報(bào)警處理,、可視化調(diào)試工具和開(kāi)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(shè)置,開(kāi)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(jiǎn)稱(chēng)SBR （Sequence Batch Reactor）法，是早期充排式反應(yīng)器的一種改進(jìn),。隨著自動(dòng)控制水平的提高,，SBR法引起人們的重新重視，并對(duì)他進(jìn)行了更加深入的研究與改進(jìn),，自1985年我國(guó)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 。
SBR工藝的基本操作流程由進(jìn)水,，反應(yīng),，沉淀，出水和閑置等五個(gè)基本過(guò)程組成,，從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個(gè)周期,，在每個(gè)周期里上述過(guò)程都是在一個(gè)設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行的。

SBR工藝系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單（如圖2）,，不設(shè)二沉池,，曝氣池兼具二沉池的功能，無(wú)污泥回流設(shè)備,。SBR具有效率高,，脫氫除磷效果好，防止污泥膨脹性能強(qiáng),，耐沖擊負(fù)荷和處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),。

四、AC500在SBR控制中的具體實(shí)現(xiàn)

SBR污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)由三級(jí)分布式控制系統(tǒng)組成（如圖3）,。

　　第一級(jí)—監(jiān)控管理,，由中央控制室的操作站實(shí)現(xiàn)。選用工控計(jì)算機(jī),，以TCP/ IP工業(yè)以太網(wǎng)與PLC系統(tǒng)通訊,實(shí)行集中控制,。通過(guò)工控軟件實(shí)時(shí)監(jiān)視全廠工藝參數(shù)變化、設(shè)備運(yùn)行,、故障發(fā)生等情況,，同時(shí)負(fù)責(zé)日常報(bào)表打印、事故打印和數(shù)據(jù)記錄等,。
　　第二級(jí)—過(guò)程控制,，由現(xiàn)場(chǎng)的各分系統(tǒng)或成套設(shè)備的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。以AC500 PLC系統(tǒng)作為現(xiàn)場(chǎng)控制核心 ,按場(chǎng)區(qū)配置分站 ,通過(guò)CS31網(wǎng)與所屬分布I/O通訊對(duì)流量,、液位,、pH值、電機(jī)等參數(shù)進(jìn)行采集,、控制,。
　　第三級(jí)—單機(jī)就地控制,，由現(xiàn)場(chǎng)電氣控制系統(tǒng)實(shí)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(chǎng)參數(shù),執(zhí)行上一級(jí)PLC主站的控制命令,。
監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)及與PLC主站的通訊
　　由于污水處理控制對(duì)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(zhǎng)距離傳輸過(guò)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(jì)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MCGS 5.5通用版,。MCGS監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)包含監(jiān)控界面設(shè)計(jì)，定義數(shù)據(jù)變量,，組態(tài)設(shè)計(jì),，動(dòng)畫(huà)等方面。用MCGS提供的基本繪圖工具與元件庫(kù)創(chuàng)建圖形塊并進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì),，污水處理系統(tǒng)工藝流程組態(tài)畫(huà)面（如圖4）：

　　鼓風(fēng)機(jī),，水泵，運(yùn)行閥的工作狀態(tài)可以通過(guò)動(dòng)畫(huà)實(shí)時(shí)顯示,；污水,，污泥，藥水,，空氣的流動(dòng)方向及流量表的數(shù)據(jù)也能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況隨時(shí)更新,。操作人員在登陸并輸入用戶(hù)名和密碼后，可任意調(diào)入各局部工藝圖,、運(yùn)行表,、設(shè)定表和控制表，工藝圖以圖形的方式顯示各個(gè)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(shè)定現(xiàn)場(chǎng)的相應(yīng)參數(shù)（例如,，泵站的變頻器的恒定水位，報(bào)警水位,，停泵水位的設(shè)定,，排泥時(shí)間的設(shè)定等）。此外,，系統(tǒng)還可以提供故障報(bào)警查詢(xún),，工作報(bào)表生成等功能。MCGS中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是監(jiān)控系統(tǒng)的核心,，而數(shù)據(jù)變量是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元,。將用戶(hù)界面中的圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)變量建立聯(lián)系，現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況就可以通過(guò)動(dòng)畫(huà)實(shí)時(shí)的顯示在監(jiān)控界面上了,。
　　工控計(jì)算機(jī)只需一塊普通的網(wǎng)卡就可以通過(guò)Ethernet LAN接收到來(lái)自PLC主站的數(shù)據(jù),。PLC主站由1臺(tái)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),，進(jìn)行相關(guān)的處理與控制,，同時(shí)通過(guò)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(jì)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，如圖5所示：

　　PLC主站通過(guò)CPU（PM581）上保留的CS31通訊接口,、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(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況和故障信息,并上傳工控計(jì)算機(jī) ,形成分布控制,。
　　本系統(tǒng)共設(shè)8個(gè)分布I/O。從經(jīng)濟(jì)角度考慮,，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（ICMK14 N1-24DC）。分布I/O置于污水控制現(xiàn)場(chǎng), 就近控制所屬設(shè)備,形成分布控制的能力,并采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況和故障信息,通過(guò)CS31總線聯(lián)接到PLC主站 ,。CS31總線是一種點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的RS485串行通訊,。每個(gè)通訊系統(tǒng)由一個(gè)主站和最大31個(gè)從站組成。通訊距離不加中繼為500米,，加中繼最大可達(dá)到2000米,。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,，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(yuǎn)程擴(kuò)展模塊自帶的開(kāi)關(guān)量輸入,，分別對(duì)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,，可以繼續(xù)定義1＃分布I/O的（XI16E1,XC32L,HE10-20,…等）開(kāi)關(guān)量及模擬量輸入/輸出模塊,，然后依次是2＃～8＃分布I/O的所有模塊,。
　　在完成所有I/O地址表的設(shè)定后,，就可以通過(guò)AC500的Control Builder軟件來(lái)編寫(xiě)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(jiǎn)單,。以1#分布I/O的讀指令為例，如圖6：

　　只需設(shè)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(shí)際情況依照表2確定 ,。

運(yùn)用MODBUS功能塊依次完成1～8＃分布I/O的讀,，寫(xiě)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(shí)際調(diào)試中,，發(fā)現(xiàn)還需通過(guò)軟件的PLC組態(tài)選項(xiàng)，將MODBUS的參數(shù)：RTS control設(shè)置為“telegram”, Parity設(shè)置為 “none”,，Operation Mode設(shè)置為：“Master”,。至此,，PLC的主站已經(jīng)可以對(duì)I/O從站中的各種參數(shù)進(jìn)行采集與控制，并通過(guò)以太網(wǎng)顯示在工控計(jì)算機(jī)的監(jiān)控界面上,。

五,、總結(jié)語(yǔ)

　　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(shí)施。實(shí)際的運(yùn)行結(jié)果表明,其設(shè)計(jì)合理,安全可靠,控制精度高,，滿(mǎn)足了生產(chǎn)的實(shí)際需要,，性?xún)r(jià)比高。AC500 PLC系統(tǒng)除了有外形美觀,，性能可靠,，價(jià)格適中等特點(diǎn)，在項(xiàng)目具體實(shí)施中還具有如下優(yōu)點(diǎn)：可設(shè)置輸入/輸出的開(kāi)關(guān)量模塊,，為備用點(diǎn)數(shù)的設(shè)置提供了方便并能進(jìn)一步降低成本,；模擬量的每個(gè)輸入通道都可以設(shè)定電流,，電壓或者熱電阻等輸入信號(hào),，使用方便；編程軟件中集成的MODBUS功能塊,，非常實(shí)用,，易于操作，大大節(jié)省了編程時(shí)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(jiǎn)單,。