控制系统及其在污水处理中的应用样本.doc

ABB AC500控制系统及其在污水处理中应用

ABB企业在收购了贝利（Bailey）企业后，将它旗下多款控制系统整合到了以工业IT为基础，针对目标技术800XA系列控制系统中。在继续为中国电力，冶金，石化，造纸等行业提供整体处理方案以外，已将它旗下一款已经有十几年发展历史中小型控制系统AC31作为产品引入中国。现在在此基础上推出更为现进AC500系列，可为中国系统集成和OEM等应用提供更多选择。本文将介绍此系统及其在污水处理中应用。

　　二，AC500控制系统介绍
　　　　AC500系统由CPU，通讯模块，CPU底板，I/O模块和端子板，FBP接口模块和端子板，CPU底板等组成,图1所表示。

　　CPU
　　　　CPU有PM571、PM581 和PM591三个不一样等级。均带有：LCD显示、操作按键、一个SD卡扩展口和两个集成串行通讯口。CPU可直接插在CPU底板上，底板可选择集成以太网或ARCNET网络接口。另外，保留CS31通讯接口是考虑到了和AC31等ABB企业其它系列PLC兼容性。
　　通讯模块
　　　　除了CPU上集成通讯接口外，每一个CPU上还可最多扩展4个通讯接口。这4个通讯接口可扩展为任意标准总线协议。CPU上集成两个Modbus通讯接口和可选集成以太网或ARCNET网络接口外，经过通讯扩展接口还能扩展 : ProfibusDP-V1、DeviceNet、CANopen和以太网等总线接口。
　　I/O 模块
　　　　输入/输出模块有模拟量和开关量两大种类。每个输入/输出模块均可直接插到端子板上，CPU当地和经过FBP分布式扩展子站，可最大扩展到7个输入/输出模块。AC500还能够提供每一点全部能够依据用户需求及可设置为输入又可设置为输出开关量模块。
　　FBP 接口模块
　　　　这种模块集成了一定数量开关量输入/输出，而且经过它实现和CPU 通讯和分布I/O。这个分布模块后面又可最大扩展7个输入/输出模块。
　　AC500 Control Builder 编程
　　　　AC500 Control Builder 编程是一套可对全部系列AC500 CPU进行编程工程工具，这套编程软件符合IEC61131-3国际标准，可支持五种不一样编程语言：
　　　　－功效块（FBD）
　　　　－语句表（IL）
　　　　－梯形图（LD）
　　　　－结构文本（ST）
　　　　－顺控图（SFC）
　　　　这套软件可完成AC500系统全部设置，包含全部总线接口，而且还有全方面自诊疗功效、报警处理、可视化调试工具和开放数据接口。另外还能够提供离线仿真,变量跟踪功效,配方管理和监视列表,可视化调试工具,通讯接口设置,开放数据接口,工程接口.

　　三，SBR污水处理工艺介绍
　　　　序批式活性污泥法简称SBR (Sequence Batch Reactor)法，是早期充排式反应器一个改善。伴随自动控制水平提升，SBR法引发大家重新重视，并对她进行了愈加深入研究和改善，自1985年中国第一座SBR处理设备在投产，现在已经广泛应用在工业污水和城市污水处理中 。
　　　　SBR工艺基础操作步骤由进水，反应，沉淀，出水和闲置等五个基础过程组成，从污水流入到闲置结束组成一个周期，在每个周期里上述过程全部是在一个设有曝气或搅拌装置反应器内依次进行。

　　图2 SBR污水处理工艺步骤图

　　SBR工艺系统组成简单（图2），不设二沉池，曝气池兼具二沉池功效，无污泥回流设备。SBR含有效率高，脱氢除磷效果好，预防污泥膨胀性能强，耐冲击负荷和处理能力强等优点。

　　四，AC500在SBR控制中具体实现
　　　　SBR污水处理厂自动控制系统由三级分布式控制系统组成（图3）。

　　图3 污水处理控制系统图

　　第一级—监控管理，由中央控制室操作站实现。选择工控计算机，以TCP/ IP工业以太网和PLC系统通讯,实施集中控制。经过工控软件实时监视全厂工艺参数改变、设备运行、故障发生等情况，同时负责日常报表打印、事故打印和数据统计等。
　　　　第二级—过程控制，由现场各分系统或成套设备控制系统实现。以AC500 PLC系统作为现场控制关键 ,按场区配置分站 ,经过CS31网和所属分布I/O通讯对流量、液位、pH值、电机等参数进行采集、控制。
　　　　第三级—单机就地控制，由现场电气控制系统实现。采取ABB企业AC31系列产品组成份布I/O,采集现场参数,实施上一级PLC主站控制命令。
　　监控组态设计及和PLC主站通讯
　　　　因为污水处理控制对象多且分散,生产工艺步骤复杂,假如采取集中控制方法,则需要使用大量导线，在长距离传输过程中很轻易受到干扰,所以本系统采取分布式集散控制系统,将管理和控制分离。计算机选择HP工业PC机,预装北京昆仑通态企业MCGS 5.5通用版。MCGS监控组态设计包含监控界面设计，定义数据变量，组态设计，动画等方面。用MCGS提供基础绘图工具和元件库创建图形块并进行组态设计，污水处理系统工艺步骤组态画面（图4）：

　　　图4 污水处理工艺步骤组态图

　　鼓风机，水泵，运行阀工作状态能够经过动画实时显示；污水，污泥，药水，空气流动方向及流量表数据也能依据现场情况随时更新。操作人员在登陆并输入用户名和密码后，可任意调入各局部工艺图、运行表、设定表和控制表，工艺图以图形方法显示各个工段工艺步骤和数据，并能依据控制需要直接设定现场对应参数（比如，泵站变频器恒定水位，报警水位，停泵水位设定，排泥时间设定等）。另外，系统还能够提供故障报警查询，工作报表生成等功效。MCGS中实时数据库是监控系统关键，而数据变量是组成实时数据库基础单元。将用户界面中图形对象和实时数据库中数据变量建立联络，现场运行情况就能够经过动画实时显示在监控界面上了。
　　　　工控计算机只需一块一般网卡就能够经过Ethernet LAN接收到来自PLC主站数据。PLC主站由1台AC500系列PLC及对应外围设备组成,置于中央控制室。PLC主站从分布I/O接收数据，进行相关处理和控制，同时经过标准工业以太网TCP/IP通讯模块(TB521-ETH)传输给工控计算机,传输速率为10Mbit/s ,介质为屏蔽双绞线。
　　PLC主站和分布I/O通信
　　　　PLC主站和分布I/O通讯网络框图，图5所表示。

　　图5 CS31通讯网络图

　　PLC主站经过CPU(PM581)上保留CS31通讯接口、CS31通讯总线和分布I/O（AC31远程扩展模块）组成高速通讯网络,随时采集现场设备运行情况和故障信息,并上传工控计算机 ,形成份布控制。
　　　　本系统共设8个分布I/O。从经济角度考虑，因为AC500系统能够兼容AC31远程扩展模块， 1#～8# 分布I/O分别选择AC31系统远程扩展模块（ICMK14 N1-24DC）。分布I/O置于污水控制现场, 就近控制所属设备,形成份布控制能力,并采集现场设备运行情况和故障信息,经过CS31总线联接到PLC主站 。CS31总线是一个点对多点RS485串行通讯。每个通讯系统由一个主站和最大31个从站组成。通讯距离不加中继为500米，加中继最大可达成米。通讯介质为:屏蔽双绞线。
　　　　以1＃分布I/O远程扩展模块为例，定义它地址表，如表1：

　　地址%MX0.0.0至%MX0.0.7是ICMK14N1-M系统保留区域，不能使用。地址%MX0.1.0至%MX0.1.7作为此远程扩展模块自带开关量输入，分别对应进水泵房及沉砂池对应设备。依据一样方法，能够继续定义1＃分布I/O（XI16E1,XC32L,HE10-20,…等）开关量及模拟量输入/输出模块，然后依次是2＃～8＃分布I/O全部模块。
　　　　在完成全部I/O地址表设定后，就能够经过AC500Control Builder软件来编写PLC内部通信程序。因为AC500Control Builder软件能够提供现成MODBUS功效块，编程十分简单。以1#分布I/O读指令为例，图6：

　　图6 AC500 程序图

　　只需设定好MODBUS功效块（COM,SLAVE,FCT,ADDR,NB等）参数，PLC主站就能够顺利从1#I/O子站读取数据。其中FCT，NB参数可依据实际情况依据表2确定 。

　　利用MODBUS功效块依次完成1～8＃分布I/O读，写指令编程，PLC主站和分布I/O之间通信就建立完成了。在实际调试中，发觉还需经过软件PLC组态选项，将MODBUS参数：RTS control设置为“telegram”, Parity设置为“none”，Operation Mode设置为：“Master”。至此，PLC主站已经能够对I/O从站中多种参数进行采集和控制，并经过以太网显示在工控计算机监控界面上。

　　五，结语
　　　　以本文研究结果为基础技术方案,在浙江某生活污水处理厂具体实施。实际运行结果表明,其设计合理,安全可靠,控制精度高，满足了生产实际需要，性价比高。AC500 PLC系统除了有外形美观，性能可靠，价格适中等特点，在项目具体实施中还含有以下优点：可设置输入/输出开关量模块，为备用点数设置提供了方便并能深入降低成本；模拟量每个输入通道全部能够设定电流，电压或热电阻等输入信号，使用方便；编程软件中集成MODBUS功效块，很实用，易于操作，大大节省了编程时间；另外，CS31总线连接只需要一般屏蔽双绞线就能够完成，成本低廉，操作灵活简单。