AC500在污水處理中的應用

分類：技術教程日期：2007-12-24 00:00:00

1 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整合到了以工業IT為基礎，針對目標技術的先進800XA系列控制系統中。在繼續為國內的電力，冶金，石化，造紙等行業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展歷史的中小型控制系統AC31作為產品引入中國。目前在此基礎上推出更為先進的AC500系列，可為國內的系統集成和OEM等通用的應用提供更多的選擇。本文將介紹此系統及其在污水處理中的應用。

2 AC500控制系統介紹
AC500系統由CPU主模塊、通訊模塊、CPU底板、I/O模塊和端子板、FBP遠程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或者ARCNET網絡接口。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。
2.2 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議。CPU上集成的兩個Modbus通訊接口和可選集成的以太網或ARCNET局域網絡接口外，通過通訊擴展接口還能擴展 ProfibusDP-V1、DeviceNet、CANopen和以太網等總線接口。
2.3 I/O 模塊
輸入/輸出模塊有模擬量和開關量兩大種類。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。
2.4 FBP 遠程I/O接口模塊
這種模塊集成了一定數量的開關量輸入/輸出，并且通過它實現和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。
2.5 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：
（1）功能塊（FBD）
（2）語句表（IL）
（3）梯形圖（LD）
（4）結構文本（ST）
（5）順控圖（SFC）
這套軟件可完成AC500系統的全部設置，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、可視化調試工具和開放的數據接口。此外還可以提供離線仿真,變量跟蹤功能,配方管理和監視列表,可視化的調試工具,通訊接口的設置,開放的數據接口,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，目前已經廣泛的應用在工業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束構成一個周期，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依次進行的。

SBR工藝系統組成簡單（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點。

4 基于AC500的SBR自動化系統
污水處理廠的自動控制系統由三級分布式集散控制系統組成（如圖3）。

第一級—監控管理，由中央控制室的操作站實現;第二級—過程控制，由現場的各分系統或成套設備的控制系統實現; 第三級—單機就地控制，由現場電氣控制系統實現。第一級采用工控計算機作為上位機,以TCP/ IP工業以太網與PLC 系統通訊,實行集中控制。通過工控軟件實時監視全廠工藝參數變化、設備運行、故障發生等情況，同時負責日常報表打印、事故打印和數據記錄等。
第二級以AC500 PLC系統作為現場控制核心,從系統擴容及維護考慮,按場區配置分站PLC ,通過AC31網與所屬I/O子站通訊對流量、液位、pH 值、電機等參數進行采集、控制。
第三級采用ABB公司的AC31系統產品組成I/O子站,采集現場參數,執行上一級PLC主站的控制命令。系統可靠性高、通用性強、網絡聯接簡單方便,能夠較好地實現對污水處理工藝過程的控制,達到工程應用的要求。
4.1上位計算機與PLC的主站通信
由于污水處理控制對象多且分散,生產工藝流程復雜,如果采用集中控制方式,則必須采用多套系統,相互之間沒有聯系,無法對整個工廠進行整體監控,并且投資大,所以本系統采用分布式集散控制系統,將管理與控制分離。上位計算機選用HP工業PC機,預裝北京昆侖通態公司的MCGS 5.5通用版。可任意調入各工藝圖、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據。同時，具有工藝流程畫面實時顯示、報表打印、歷史數據與趨勢數據等功能,并能根據控制的需要直接設定現場的相應參數。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。下位控制系統由1臺AC500系列PLC及其相應外圍設備組成,它們置于中央控制室。PLC主站把從I/O子站接收到的數據通過Ethernet LAN上傳到上位工控計算機。本系統的Ethernet LAN是以ABB PLC提供的標準工業以太網TCP/IP通訊模塊(TB521-ETH)來實現的,傳輸速率為10Mbit/s ,介質為屏蔽雙絞線,網絡無任何特殊要求,上位機只需一塊普通網卡即可實現通訊。

4.2 PLC主站與遠程I/O子站的通信
1#～8# I/O子站分別選用AC31系統的遠程擴展模塊（ICMK14 N1-24DC）, I/ O子站置于污水控制現場, 就近控制所屬設備,形成分散控制的能力,并采集現場設備的運行狀況和故障信息,通過CS31總線聯接到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。通訊介質為屏蔽雙絞線。以PLC主站與I/O子站為例的通訊網絡框圖如圖4。