AC500在污水处理中的应用_技术教程

1 引言
ABB公司在收购了贝利（Bailey）公司后，将它旗下的多款控制系统整合到了以工业IT为基础，针对目标技术的先进800XA系列控制系统中。在继续为国内的电力，冶金，石化，造纸等行业提供整体的解决方案以外，已将它旗下的一款已有十几年发展历史的中小型控制系统AC31作为产品引入中国。目前在此基础上推出更为先进的AC500系列，可为国内的系统集成和OEM等通用的应用提供更多的选择。本文将介绍此系统及其在污水处理中的应用。

2 AC500控制系统介绍
AC500系统由CPU主模块、通讯模块、CPU底板、I/O模块和端子板、FBP远程I/O接口模块和端子板，CPU等组成。如图1所示。

2.1 CPU主模块
CPU有PM571、PM581 和PM591三个不同的等级。均带有：LCD显示、操作按键、一个SD卡的扩展口和两个集成的串行通讯口。CPU可直接插在CPU底板上，底板可选择集成以太网或者ARCNET网络接口。此外，保留的CS31的通讯接口是考虑到了和AC31等ABB公司其他系列PLC的兼容性。
2.2 通讯模块
除了CPU上集成的通讯接口外，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的标准总线协议。CPU上集成的两个Modbus通讯接口和可选集成的以太网或ARCNET局域网络接口外，通过通讯扩展接口还能扩展 ProfibusDP-V1、DeviceNet、CANopen和以太网等总线接口。
2.3 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本地和通过FBP分布式扩展的子站，可最大扩展到7个输入/输出模块。
2.4 FBP 远程I/O接口模块
这种模块集成了一定数量的开关量输入/输出，并且通过它实现和CPU 的通讯和分布I/O。这个分布模块后面又可最大扩展7个输入/输出模块。
2.5 AC500 Control Builder 编程
AC500 Control Builder 编程是一套可对所有系列AC500 CPU进行编程的工程工具，这套编程软件符合IEC61131-3的国际标准，可支持五种不同的编程语言：
（1）功能块（FBD）
（2）语句表（IL）
（3）梯形图（LD）
（4）结构文本（ST）
（5）顺控图（SFC）
这套软件可完成AC500系统的全部设置，包括所有的总线接口，而且还有全面的自诊断功能、报警处理、可视化调试工具和开放的数据接口。此外还可以提供离线仿真,变量跟踪功能,配方管理和监视列表,可视化的调试工具,通讯接口的设置,开放的数据接口,工程接口。

3 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的一种改进。随着自动控制水平的提高，SBR法引起人们的重新重视，并对他进行了更加深入的研究与改进，自1985年我国第一座SBR处理设备在的投产，目前已经广泛的应用在工业污水和城市污水的处理中。
SBR工艺的基本操作流程由进水，反应，沉淀，出水和闲置等五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的。

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

4 基于AC500的SBR自动化系统
污水处理厂的自动控制系统由三级分布式集散控制系统组成（如图3）。

第一级—监控管理，由中央控制室的操作站实现;第二级—过程控制，由现场的各分系统或成套设备的控制系统实现; 第三级—单机就地控制，由现场电气控制系统实现。第一级采用工控计算机作为上位机,以TCP/ IP工业以太网与PLC 系统通讯,实行集中控制。通过工控软件实时监视全厂工艺参数变化、设备运行、故障发生等情况，同时负责日常报表打印、事故打印和数据记录等。
第二级以AC500 PLC系统作为现场控制核心,从系统扩容及维护考虑,按场区配置分站PLC ,通过AC31网与所属I/O子站通讯对流量、液位、pH 值、电机等参数进行采集、控制。
第三级采用ABB公司的AC31系统产品组成I/O子站,采集现场参数,执行上一级PLC主站的控制命令。系统可靠性高、通用性强、网络联接简单方便,能够较好地实现对污水处理工艺过程的控制,达到工程应用的要求。
4.1上位计算机与PLC的主站通信
由于污水处理控制对象多且分散,生产工艺流程复杂,如果采用集中控制方式,则必须采用多套系统,相互之间没有联系,无法对整个工厂进行整体监控,并且投资大,所以本系统采用分布式集散控制系统,将管理与控制分离。上位计算机选用HP工业PC机,预装北京昆仑通态公司的MCGS 5.5通用版。可任意调入各工艺图、运行表、设定表和控制表，工艺图以图形的方式显示各个工段的工艺流程和数据。同时，具有工艺流程画面实时显示、报表打印、历史数据与趋势数据等功能,并能根据控制的需要直接设定现场的相应参数。例如，泵站的变频器的恒定水位，报警水位，停泵水位的设定，排泥时间的设定等。下位控制系统由1台AC500系列PLC及其相应外围设备组成,它们置于中央控制室。PLC主站把从I/O子站接收到的数据通过Ethernet LAN上传到上位工控计算机。本系统的Ethernet LAN是以ABB PLC提供的标准工业以太网TCP/IP通讯模块(TB521-ETH)来实现的,传输速率为10Mbit/s ,介质为屏蔽双绞线,网络无任何特殊要求,上位机只需一块普通网卡即可实现通讯。

4.2 PLC主站与远程I/O子站的通信
1#～8# I/O子站分别选用AC31系统的远程扩展模块（ICMK14 N1-24DC）, I/ O子站置于污水控制现场, 就近控制所属设备,形成分散控制的能力,并采集现场设备的运行状况和故障信息,通过CS31总线联接到PLC主站 ,CS31总线是一种点对多点的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，加中继最大可达到2000米。通讯介质为屏蔽双绞线。以PLC主站与I/O子站为例的通讯网络框图如图4。