姚傳峰

山東交通職業(yè)學院機械系，山東濰坊 261206

基于s7-300污水處理的自動控制系統(tǒng)設計

姚傳峰

山東交通職業(yè)學院機械系，山東濰坊 261206

本文以山東華陽化工污水處理廠為例，設計了污水處理廠自動監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以西門子公司的S7-300PLC作為數據采集及控制單元，配合各種檢測和控制設備對污水處理中的各種數據進行采集，通過上位機實現集中控制。

污水處理 組態(tài)軟件 計算機監(jiān)控系統(tǒng) 模塊化

0 引言

本文以山東華陽污水處理廠為例，介紹了污水處理自動監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法。

本系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機、可編程邏輯控制器及現場儀表構成三級監(jiān)控系統(tǒng)?？删幊炭刂破鬟x用西門子公司的S7-300系列PLC，根據工藝流程在電控間設立4個分布控制站。上位機采用WINCC作人機界面，通過CP5611以Profibus協(xié)議與各站進行數據通訊，完成數據采集、處理、監(jiān)督及控制功能。

1 工藝流程

該污水處理廠采用德國生化污水處理工藝，日處理水規(guī)模為2萬m3。工藝流程如圖1所示。

圖1

2 方案設計

2.1 設計思想

根據實際現場勘測及工程需要，本著可靠、穩(wěn)定、高效的原則，整個系統(tǒng)設置為3大部分，企業(yè)管理級采用100Mbit/s 標準工業(yè)以太網。數據采集部分采用ET200M分布式智能化I/O單元，用Profibus DP現場總線結構。過程控制器AS314，采用12Mbit/s MPI總線結構，負責整個系統(tǒng)的調節(jié)及控制?？刂剖以O置兩臺操作員站（OS），其中一臺操作員站兼作工程師站（ES），采用100Mbit/s標準工業(yè)以太網。工程師站負責整個系統(tǒng)的編程及組態(tài)，操作員站負責日常的系統(tǒng)監(jiān)控，兩臺操作員站在監(jiān)控操作上互為補充。

2.2 各單元功能描述

3.2.1 中央控制室

中央控制室設有工程師站和操作員站，工程師站即能完成系統(tǒng)組態(tài)、調試及控制參數的在線修改和設置等，又能完成對整個污水處理廠的數據采集、監(jiān)控，報表及打印等功能。操作員站主要完成對整個污水處理廠的數據采集、監(jiān)控、報表及打印等功能。

3.2.2 分布式控制站

共設兩個分布控制站，各站實現功能如下：

1）PLCl站

（1）對粗格柵的監(jiān)控，對細格柵的監(jiān)控；（2）對提升泵（含變頻器）控制，進水井閘閥狀態(tài)的讀取；（3）對污泥泵的監(jiān)控，污泥流量的監(jiān)測，積算；（4）對脫水機的監(jiān)控，壓榨機的調節(jié)控制。

2）PLC2站

（1）曝氣池內氧含量的讀??；（2）鼓風機的起?？刂?，設置溶解氧定值用于鼓風機的自動調節(jié)；（3）鼓風機的溫度、壓力信號的讀取及對鼓風機的過熱保護；（4）回風閥及冷凝水電磁閥的狀態(tài)讀??；（5）對刮稀泥機的監(jiān)控。

3.2.3 現場控制柜

各現場電控柜具有兩部分功能：一是進行現場的手動操作，二是與各個遠程RIO站連接，將各設備狀態(tài)信號傳送到PLC。現場手動操作具有比分布控制站和中央控制室更高的優(yōu)先權，只有將狀態(tài)開關打到自動狀態(tài)，自動控制程序才起作用。所以在接入自動監(jiān)控系統(tǒng)前，首先要完成對現場各控制柜的調試。

4 控制系統(tǒng)實現

4.1 系統(tǒng)硬件實現

4.1.1 中央監(jiān)控室

中央監(jiān)控室設兩臺中央監(jiān)控計算機、彩色噴墨打印機等。兩臺監(jiān)控計算機均為戴爾工控機酷睿雙核 1G內存，320G硬盤，并帶CP5611卡以實現與Profibus總線的通訊，分為工程師站和操作員站，配windowsxp Sever/Rrofessional操作系統(tǒng)，并配有STEP7 V5.3 SP3和WINCC6.0軟件。通過上位機，操作人員可以遠程控制現場各設備的運行。

4.1.2 分布式控制站

1）PLC1站負責對粗格柵、進水泵房、細格柵、壓榨機及等設備的數據采集和現場控制柜的操作。對剩余污泥泵的啟停控制及狀態(tài)檢測，并設有一臺液位開關，當泥位到達下限時停泵并報警。對污泥流量的測量及流量值的累計、對排放水投藥量的控制以及對脫水機房脫水機及其他電機的啟?？刂?。主要配備CPU模塊314-1AG13、307-1KA00電源模塊各1塊，4塊32點DI模塊SM321，2塊16點DO模塊SM322，2塊8路AI模塊SM33l和2塊8路AO模塊SM332。

2）PLC2站

PLC2站主要完成曝氣池的含氧量的測量，根據測量到的含氧量對鼓風機的起?？刂?、曝氣池溫度、液位的測量以及對刮稀泥機的控制。主要配備CPU模塊314-1AG13、307-1KA00電源模塊各1塊，2塊32點DI模塊SM321，2塊16點DO模塊SM322。

4.2 系統(tǒng)軟件設計

整個系統(tǒng)軟件分為上位機監(jiān)控軟件和PLC現場控制軟件。

上位監(jiān)控軟件采用1024點的西門子WINCC組態(tài)軟件對系統(tǒng)進行監(jiān)控。主畫面顯示整個污水處理廠的工藝流程。通過主畫面的各按鍵進入不同的分畫面，分畫面是按照各個遠程RIO來設計的。監(jiān)控系統(tǒng)還具備了實時故障報警和歷史數據歸檔的功能。

PLC的編程使用STEP 7 V5.3 SP3編寫，實現PLC對過程數據的初步處理。在STEP7中，有3種編程語言可用來編程，分別是梯型圖（LAD）、語句表（STL）、功能塊（FBD）。

首先建立新項目，插入PLC站，插入各模塊的順序完成硬件組態(tài)，然后開始編制PLC程序。

5 結論

本系統(tǒng)已于2009年8月投入實際運行，自投入運行以來，控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，設備工作狀況良好，使用維護方便，各項指標均達到設計要求，解決了污水處理廠設備分散、復雜、難以控制的難題，使出水指標穩(wěn)定達到國家二級排放標準，同時節(jié)約能源、降低能耗，受到了廠方的好評。

[1]高碑店污水處理.提升泵站工程開工[N].北京科技報，2000.

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1674-6708（2010）22-0193-02