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(tǒng)整合到了以工業(yè)IT為基礎，針對目標技術的先進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先進的AC500系列，可為國內(nèi)的系統(tǒng)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(tǒng)及其在污水處理中的應用。

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(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。
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(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局域網(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。
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(shù)量的開關量輸入/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。
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(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。

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(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。

4 基于AC500的SBR自動化系統(tǒng)
污水處理廠的自動控制系統(tǒng)由三級分布式集散控制系統(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);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); 第三級—單機就地控制，由現(xiàn)場電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)。第一級采用工控計算機作為上位機,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。
第二級以AC500 PLC系統(tǒng)作為現(xiàn)場控制核心,從系統(tǒng)擴容及維護考慮,按場區(qū)配置分站PLC ,通過AC31網(wǎng)與所屬I/O子站通訊對流量、液位、pH 值、電機等參數(shù)進行采集、控制。
第三級采用ABB公司的AC31系統(tǒng)產(chǎn)品組成I/O子站,采集現(xiàn)場參數(shù),執(zhí)行上一級PLC主站的控制命令。系統(tǒng)可靠性高、通用性強、網(wǎng)絡聯(lián)接簡單方便,能夠較好地實現(xiàn)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(chǎn)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(tǒng),相互之間沒有聯(lián)系,無法對整個工廠進行整體監(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?？扇我庹{(diào)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(shù)據(jù)。同時，具有工藝流程畫面實時顯示、報表打印、歷史數(shù)據(jù)與趨勢數(shù)據(jù)等功能,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。下位控制系統(tǒng)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(shù)據(jù)通過Ethernet LAN上傳到上位工控計算機。本系統(tǒng)的Ethernet LAN是以ABB PLC提供的標準工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP通訊模塊(TB521-ETH)來實現(xiàn)的,傳輸速率為10Mbit/s ,介質(zhì)為屏蔽雙絞線,網(wǎng)絡無任何特殊要求,上位機只需一塊普通網(wǎng)卡即可實現(xiàn)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(tǒng)的遠程擴展模塊（ICMK14 N1-24DC）, I/ O子站置于污水控制現(xiàn)場, 就近控制所屬設備,形成分散控制的能力,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PLC主站與I/O子站為例的通訊網(wǎng)絡框圖如圖4。