AC500在污水處理中的應(yīng)用

1 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)的先進(jìn)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)上推出更為先進(jìn)的AC500系列，可為國(guó)內(nèi)的系統(tǒng)集成和OEM等通用的應(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。

2 AC500控制系統(tǒng)介紹
AC500系統(tǒng)由CPU主模塊、通訊模塊、CPU底板、I/O模塊和端子板、FBP遠(yuǎn)程I/O接口模塊和端子板，CPU等組成。如圖1所示。

2.1 CPU主模塊
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。
2.2 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(xiàn)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局域網(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(xiàn)接口。
2.3 I/O 模塊
輸入/輸出模塊有模擬量和開(kāi)關(guān)量?jī)纱蠓N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。
2.4 FBP 遠(yuǎn)程I/O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。
2.5 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：
（1）功能塊（FBD）
（2）語(yǔ)句表（IL）
（3）梯形圖（LD）
（4）結(jié)構(gòu)文本（ST）
（5）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(xiàn)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(xiàn)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。

3 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)。

4 基于A(yíng)C500的SBR自動(dòng)化系統(tǒng)
污水處理廠(chǎng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)由三級(jí)分布式集散控制系統(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);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); 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)。第一級(jí)采用工控計(jì)算機(jī)作為上位機(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(chǎng)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)以AC500 PLC系統(tǒng)作為現(xiàn)場(chǎng)控制核心,從系統(tǒng)擴(kuò)容及維護(hù)考慮,按場(chǎng)區(qū)配置分站PLC ,通過(guò)AC31網(wǎng)與所屬I(mǎi)/O子站通訊對(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)采用ABB公司的AC31系統(tǒng)產(chǎn)品組成I/O子站,采集現(xiàn)場(chǎng)參數(shù),執(zhí)行上一級(jí)PLC主站的控制命令。系統(tǒng)可靠性高、通用性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接簡(jiǎn)單方便,能夠較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理工藝過(guò)程的控制,達(dá)到工程應(yīng)用的要求。
4.1上位計(jì)算機(jī)與PLC的主站通信
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,則必須采用多套系統(tǒng),相互之間沒(méi)有聯(lián)系,無(wú)法對(duì)整個(gè)工廠(chǎng)進(jìn)行整體監(jiān)控,并且投資大,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。上位計(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。可任意調(diào)入各工藝圖、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)。同時(shí)，具有工藝流程畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示、報(bào)表打印、歷史數(shù)據(jù)與趨勢(shì)數(shù)據(jù)等功能,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。下位控制系統(tǒng)由1臺(tái)AC500系列PLC及其相應(yīng)外圍設(shè)備組成,它們置于中央控制室。PLC主站把從I/O子站接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)Ethernet LAN上傳到上位工控計(jì)算機(jī)。本系統(tǒng)的Ethernet LAN是以ABB PLC提供的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP通訊模塊(TB521-ETH)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,傳輸速率為10Mbit/s ,介質(zhì)為屏蔽雙絞線(xiàn),網(wǎng)絡(luò)無(wú)任何特殊要求,上位機(jī)只需一塊普通網(wǎng)卡即可實(shí)現(xiàn)通訊。

4.2 PLC主站與遠(yuǎn)程I/O子站的通信
1#～8# I/O子站分別選用AC31系統(tǒng)的遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊（ICMK14 N1-24DC）, I/ O子站置于污水控制現(xiàn)場(chǎng), 就近控制所屬設(shè)備,形成分散控制的能力,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(xiàn)聯(lián)接到PLC主站 ,CS31總線(xiàn)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(xiàn)。以PLC主站與I/O子站為例的通訊網(wǎng)絡(luò)框圖如圖4。

PLC主站通過(guò)CPU(PM581)上保留的CS31通訊接口、CS31通訊總線(xiàn)與I/O子站（AC31遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊）構(gòu)成高速對(duì)等通訊網(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,并上傳上位工控機(jī) ,形成集散控制。

5 結(jié)束語(yǔ)
以本文的研究結(jié)果為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的技術(shù)方案,在浙江某生活污水處理廠(chǎng)具體實(shí)施。實(shí)際的運(yùn)行結(jié)果表明,其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理,安全可靠,控制精度等技術(shù)性能指標(biāo)滿(mǎn)足了生產(chǎn)的實(shí)際需要，性?xún)r(jià)比很高。