太原西门子PLC模块CPU供应商

一,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为现进的AC500系列，可为国内的系统集成和OEM等应用提供多的选择。本文将介绍此系统及其在污水处理中的应用。

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。

CPU

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。

通讯模块

除了CPU上集成的通讯接口外，每一个CPU上还可多扩展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。

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，可大扩展到7个输入/输出模块。AC500还可以提供每一点都可以根据用户的需求及可设置为输入又可设置为输出的开关量模块。

FBP 的接口模块

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的标准，可支持五种不同的编程语言：
－功能块（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系统的全部设置，包括所有的总线接口，而且还有的自诊断功能、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,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.

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，并对他进行了加深入的研究与改进，自1985年我国座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，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，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。

四，AC500在SBR控制中的具体实现

SBR污水处理厂的自动控制系统由三级分布式控制系统组成,级—监控管理，由控制室的操作站实现。选用工控计算机，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。

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。以AC500 PLC系统作为现场控制 ,按场区配置分站 ,通过CS31网与所属分布I/O通讯对流量、液位、pH值、电机等参数进行采集、控制。

三级—单机就地控制，由现场电气控制系统实现。采用ABB公司的AC31系列产品组成分布I/O,采集现场参数,执行上一级PLC主站的控制命令。

监控组态设计及与PLC主站的通讯

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,则需要使用大量导线，在长距离传输过程中非常受到干扰,所以本系统采用分布式集散控制系统,将管理与控制分离。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。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提供的基本绘图工具与元件库创建图形块并进行组态设计，污水处理系统工艺流程组态画面。

鼓风机，水泵，运行阀的工作状态可以通过动画实时显示；污水，污泥，药水，空气的流动方向及流量表的数据也能根据现场的情况随时新。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，工艺图以图形的方式显示各个工段的工艺流程和数据，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）。此外，系统还可以提供故障报警查询，工作报表生成等功能。MCGS中的实时数据库是监控系统的，而数据变量是构成实时数据库的基本单元。将用户界面中的图形对象与实时数据库中的数据变量建立联系，现场的运行情况就可以通过动画实时的显示在监控界面上了。

工控计算机只需一块普通的网卡就可以通过Ethernet LAN接收到来自PLC主站的数据。PLC主站由1台AC500系列PLC及相应的外围设备组成,置于控制室。PLC主站从分布I/O接收数据，进行相关的处理与控制，同时通过标准工业以太网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主站与分布I/O的通信。

PLC主站通过CPU(PM581)上保留的CS31通讯接口、CS31通讯总线与分布I/O（AC31远程扩展模块）构成高速通讯网络,随时采集现场设备的运行状况和故障信息,并上传工控计算机 ,形成分布控制。

本系统共设8个分布I/O。从经济角度考虑，由于AC500系统可以兼容AC31的远程扩展模块， 1#～8# 分布I/O分别选用AC31系统的远程扩展模块（ICMK14 N1-24DC）。分布I/O置于污水控制现场, 就近控制所属设备,形成分布控制的能力,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大31个从站组成。通讯距离不加中继为500米，加中继大可达到2000米。通讯介质为:屏蔽双绞线。

地址%MX0.0.0至%MX0.0.7是ICMK14N1-M的系统保留区域，不能使用。地址%MX0.1.0至%MX0.1.7作为此远程扩展模块自带的开关量输入，分别对应进水泵房及沉砂池的相应设备。依照同样的方法，可以继续定义1＃分布I/O的（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的所有模块。

在完成所有I/O地址表的设定后，就可以通过AC500的Control Builder软件来编写PLC的内部通信程序。由于AC500的Control Builder软件可以提供现成的MODBUS功能块，编程十分简单。以1#分布I/O的读指令为例，　　只需设定好MODBUS功能块的（COM,SLAVE,FCT,ADDR,NB等）参数，PLC主站就可以顺利的从1#I/O子站读取数据。其中FCT，NB的参数可根据实际情况依照表2确定 。

运用MODBUS功能块依次完成1～8＃分布I/O的读，写指令的编程，PLC主站与分布I/O之间的通信就建立完成了。在实际调试中，发现还需通过软件的PLC组态选项，将MODBUS的参数：RTS control设置为“bbbegram”, Parity设置为“none”，Operation Mode设置为：“Master”。至此，PLC的主站已经可以对I/O从站中的各种参数进行采集与控制，并通过以太网显示在工控计算机的监控界面上。

五，结语

以本文的研究结果为基础的技术方案,在浙江某生活污水处理厂具体实施。实际的运行结果表明,其设计合理,,控制精度高，满足了生产的实际需要，。AC500 PLC系统除了有外形美观，性能，价格适中等特点，在项目具体实施中还具有如下优点：可设置输入/输出的开关量模块，为备用点数的设置提供了方便并能进一步降；模拟量的每个输入通道都可以设定电流，电压或者热电阻等输入信号，使用方便；编程软件中集成的MODBUS功能块，非常实用，易于操作，大大节省了编程时间；此外，CS31总线的连接只需要普通的屏蔽双绞线就可以完成，廉，操作灵活简单。

摘要:通过中小型水泥厂采用的基于PLC的DCS生产控制系统，从施工图设计、软件设计、软硬件安装调试方面，结合自己的工作经历，通过实例总结经验，提出了在中小型水泥厂推广PLC控制系统的必要性。

1　现状

近十几年来，随着计算机技术的迅猛发展，PLC的功能和结构不断改进，应用范围从原来的逻辑控制发展到连续和分批量过程控制，以高、的特点，深受广大用户，特别是以PLC为基础的DCS发展快，目前PLC与DCS相互渗透，相互融合，相互竞争，已成为当今工业控制系统的生力军。

全国现有的大部分水泥企业生产设备落后，能源消耗高，污染较严重，自动化控制水平低，仍然采用常规的继电器、接触器加模拟仪表控制方式，影响了产品质量的提高。

目前由于纯DCS控制系统侧重于多种PID算法、比值控制、串级调节等功能，成本较高，而基于PLC的DCS控制系统(下称PLC控制系统)侧重于顺序控制等功能，成本相对较低。对于整个控制过程中以开关量输入、输出约占80%的中小型水泥厂来讲，从节省投资的角度来考虑，选择PLC控制系统是比较合理的。例如:目前700t/d的水泥厂控制系统采用DCS的投资大约需要250万元，而采用PLC控制系统只需190万元，节约投资约24%。表1列出了江西珠山水泥厂PLC计算机控制系统I/O点数分布情况，该厂PLC计算机控制系统开关量输入、输出占79.6%，投资为180万元。

水泥厂从项目立项开始到建成投产，通常要经过可行性研究、初步设计、施工图设计、软件设计、工程施工、单机试车、软件调试、联动试车、试生产等各阶段工作，其中施工图设计和软件设计阶段对整体控制水平起着决定性作用，软件调试阶段是通过对设计的修正和完善，达到设计目标。同样，若采用PLC控制系统，也做好这些工作，才能实现水泥厂各阶段的过程衔接，使工程项目有条不紊地进行下去，从而保证顺利建成投产。下面我们结合实例，从施工图设计、软件设计、软硬件安装调试方面进行分析和探讨。

2　施工图设计

2.1　控制方式及设备选型

水泥厂生产过程自动化控制包括顺序控制和过程控制两方面。顺序控制主要是实现对全厂进入PLC的电动机、电控设备进行成组起动、停车以及设备运行时的相互联锁等；过程控制主要是实现对全厂进入PLC的温度、压力、速度、流量、料位等工艺参数进行采集，并通过对诸如阀门开度、速度给定等对生产过程进行调节和控制。

2.1.1　控制方式选择

水泥厂的电动机控制方式有两种，集中控制方式和机旁控制方式。
选择集中控制方式时，计算机根据工艺流程图及保护要求，将按预先安装好的程序，由操作员对需要的分组进行起停控制。
选择机旁控制方式时，人工在机旁单开、停机，以利于单机试车。
选择零位控制方式时，集中和机旁均不能开车，以确保检修人员的。
设备出现严重异常或伤害事故时，机旁可以立刻停车；同样，中控室可以进行一个子系统范围内的紧急停车。

2.1.2　电气设备选型

本着技术成熟、运行、指标、经济合理的原则，又充分考虑到国内电气设备的制造水平及现状，主要电气设备及元器件采用进口产品或引进技术生产制造的产品。对要求调速的场合，目前较多采用交流变频调速装置，滑差电磁调速装置已逐步趋于淘汰。少数容量大且对起动力矩要求较高的地方，如窑主传动、冷却机等可采用直流调速装置。

为了提高性，随设备配带的控制箱、控制柜，如稀油站、除尘器、水电阻柜以及高压开关柜等均采用小PLC或常规的继电器完成其自身必要的顺序控制和过程控制，并安装控制方式选择开关，提供给计算机远方控制方式接口，以尽量减少主控系统的开销，并可就地试车。

2.1.3　自动化设备选型

压力变送器尽量选用测量范围大的产品，减少型号种类，以方便日常维护或备件准备。一般场合的温度测点选用热电阻、热电偶监测元件，大型机械设备或大型电动机的保护热电阻温度信号，如回转窑托轮、主电动机绕组温度等热电阻信号，全部进入计算机由中控室集中监视。窑筒体测温装置、窑尾预热器一级筒出口处气体分析仪、生料质量控制系统、窑头和篦冷机用监控工业电视系统通常为立完整的监控系统，其部分必要的信号应进入计算机。

2.2　计算机控制系统

计算机系统应选用开放性集散型控制系统。目前PLC控制系统已经能够实现集散控制的功能。

表2例举了PLC集散控制系统在水泥工业中一些实际应用情况，这些厂现均已正式投产，计算机控制系统运行状况良好。
由于各厂的系统构成很相似，下面以某700t/d水泥厂为例作简要介绍。

系统采用美国Modicon公司的Quantum系列可编程控制器组成集散控制系统，对主要工艺流程生产线的设备进行控制。结合本厂工艺流程及生产特点，全厂共设四个现场站和4个操作站(含工程师站)，控制范围从工艺生产线的原料调配站、生料制备、烧成系统、煤粉制备至水泥制成车间，各现场站及中控室均配有UPS备用电源。

2.2.1　计算机运行环境及系统配置

操作系统:Microsoft bbbbbbsNT中文版
组态软件:Monitor Pro开发版
运行软件:Monitor Pro运行版
系统配置:Pentium-II400，64M内存，4.3G硬盘，3.5″软驱，32速光驱，
Philips 21″彩色显示器
通讯网络:Modbus+(Modbus Plus)
下位机软件:Concept Version2.1 XL

2.2.2　控制管理级

控制管理级是由1个控制室和1个局部控制室的多台操作站、工程师站等组成。
控制室:设置3台操作站，分别作为生料粉磨、烧成窑尾及烧成窑头工艺过程的监视、控制用，操作站间互为备用。其中1台操作站兼作工程师站，可用于软件开发和调试之用。

局部控制室:由于水泥粉磨车间位置距离控制室较远，且工艺上立性较强，因此单设置一台操作站，作为水泥粉磨工艺过程的监视、控制用操作站，该操作站于本车间操作之用，控制室的工程师站作为备用，经授权能够实现该操作站的操作、软件开发和调试任务。

2.2.3　过程控制级

过程控制级包括生料粉磨控制站、烧成窑尾控制站、烧成窑头控制站和水泥粉磨控制站，实现对所辖设备的过程控制和顺序控制。

2.2.4　通讯网络

计算机网络系统将过程控制站、操作站以及工程师站相连，达到集散控制系统的分散控制、集中监视和操作管理的目的。

3　软件设计

计算机系统的软件应具有以下功能:
1)开关量和模拟量数据的采集和处理；
2)电动机和成套电控装置的顺序起动、顺序停车、故障复位以及设备联锁等；
3)PID回路的控制及参数修改；
4)阀门控制及各种给定操作回路的控制；
5)具有动态参数和动态符号的工艺流程图画面的显示；
6)实时趋势曲线和历史趋势曲线画面的显示；
7)异常工况的报警窗口显示及报警报告打印；
8)工厂日、月、季、年及随机报告打印。

计算机系统的需要安装的软件通常分为两部分:上位机组态监控运行软件和下位机运行软件，一般由计算机制造商负责提供。软件的编制设计也就相应分为上位机和下位机两部分进行。1)～3)项通过下位机软件编制实现，4)～8)项由上位机软件设计完成，这两部分应充分衔接。

该计算机控制系统的软件功能及特点如下:操作员通过操作站上显示的工艺流程及控制画面，可随时监视全厂的电气设备运行情况，在起动画面内对各车间的电气设备分组进行集中起停控制，必要时可由工程师站在线监控、强制电气设备运行和修改有关设定参数；对全厂的热工参数和电气设备的运行状况进行监视、控制，并可以通过打印机输出各种生产报表和报警信息。

3.1　流程画面

流程画面是操作的主要界面，操作员可在流程画面上对每一个过程参数进行实时监控，并作出相应操作以保正常生产。画面上部分设备具有动态显示效果，操作员可在操作站上对全厂生产过程进行监控。画面的切换方式是通过用鼠标点按相应的流程画面切换按钮，或利用功能键来快速切换。

以不同颜色的头线表示气流、料流的方向；储库与料仓剖面图形中的色显示料位的变化，并设有料位报警；参数的位号及量程范围实时显示；阀门操作面板可显示现场测量值和开度设定，并具有时报警和复位功能；转速操作面板可显示测量值和速度设定值。

3.2　配料控制

生料和熟料配料系统均可完成系统起停、选秤、显示运行状态、瞬时流量、设定流量等功能。

3.3　设备起停

通过工艺流程画面，打开相应的“设备起停”控制面板，可实现对各车间的设备进行分组起动和停止，并通过电动机上的指示灯来显示各设备电动机的运行状态。按工艺要求的不同每个操作站分为若干组进行起停操作，并且开停机均设有必要的时间间隔。

3.4　电气联锁

设备控制方式分为机旁单机控制和集中联锁控制两种。正常生产时，每组电气设备均须切换至集中联锁控制方式，程序中设有设备状态检查、设备组状态检查、起动及运行中设备过程联锁控制等。参加联锁控制的某台电气设备在起动或停机出现误操作时，该组设备均不能起动或停机。

3.5　紧急停机

可按车间实现紧急停机，先弹出一个确认子窗口，按确认键使操作生效，或按取消键取消该操作。

3.6　报警窗口

报警窗口位于各流程画面的底部，显示当前报警信息。报警窗口包括报警显示、报警信息确认键及报警综合画面切换键。

3.7　报警一览画面

包括报警设备名称、工艺编号、电气编号及日期时间，分为报警信息显示区、报警信息筛选区和信息确认区。可实现对报警信息选择、确认、滚动查找，按故障类型或区域筛选和排序。对新到、已确认、已消失的报警信息条采用不同的颜色显示。

3.8　实时趋势和历史趋势曲线

可观测到相应测点的实时趋势曲线。在相应车间的历史趋势模式下，可对以前15d的测量数据按日期和时间进行查询，可实现曲线平移、曲线放缩、用显示网格方式观察曲线上某点的测量值大小。

3.9　分解室喂煤量自动调节回路

该调节回路通过对窑尾分解室、混合室及五级预热器出口温度的监测来控制分解室喂煤量，从而使窑系统工作于正常温度范围内，节省用煤量，提高热效率，稳定熟料质量。该调节回路还通过对煤粉仓煤粉密度的给定来计算给煤量，显示有关参数的趋势曲线图，并设有手动方式。

3.10　系统功能画面

系统任务分为共享和用户两种。共享任务包括:共享任务运行指令、数据保留、计时器、解释性程序、报警登录、报表打印、EDI(外部设备接口)、计数器、数据库和打印机等；用户任务包括:用户任务运行指令、图形运行、数据保留、报警一览、解释性程序、计数器、趋势记录和数据库等。
此外还有屏幕打印和报表打印功能。

4　软、硬件安装调试步骤

1)按设计选型及配置要求检查到货硬件；
2)按规范和计算机自身要求处理系统接地和屏蔽接地，以避免对系统干扰；
3)按规范和计算机自身要求完成接线工作并核对接线的正确性；
4)对计算机系统硬件进行通电测试检查，发现问题及时处理；
5)安装系统软件，进行网络通讯调试；
6)安装已编制好的工控应用软件，并进行组态和下装；
7)采用在线监控和强制方式进行开关量和模拟量数据采集回路的测试，发现问题及时查找原因和处理；
8)如条件允许可全部或部分进行模拟控制运行试验；
9)系统投入运行，进行联动试车，并对其技术性能进一步和完善；
10)系统验收交接，由厂方操作人员立进行日常操作和维护。
在现场实际施工过程中，电气设备单机试车与计算机系统的安装调试大多同步进行，要求在软件编制过程中，熟练掌握好软件编制的方法，以便完成现场调试过程中的修改和完善工作。

5　结束语

对于国内许多新建或准备改造的中小型水泥厂，采用基于PLC的DCS控制系统，对生产线上的主要车间进行集中管理、分散控制，可降低一次性投资，减少管理环节，提高生产线运行的性，降低企业产品综合成本，提高产品在市场上的竞争能力。另外，随着PLC技术水平的提高，其计算能力、响应速度、联网能力、灵活性和可维护性已经达到或过了传统的DCS，性能价格比有了大的提高，从而进一步推动了PLC控制系统在中小型水泥厂的应用。