基于s7-300污水处理的自动控制系统设计

姚传峰

山东交通职业学院机械系，山东潍坊 261206

基于s7-300污水处理的自动控制系统设计

姚传峰

山东交通职业学院机械系，山东潍坊 261206

本文以山东华阳化工污水处理厂为例，设计了污水处理厂自动监控系统。该系统以西门子公司的S7-300PLC作为数据采集及控制单元，配合各种检测和控制设备对污水处理中的各种数据进行采集，通过上位机实现集中控制。

污水处理 组态软件 计算机监控系统 模块化

0 引言

本文以山东华阳污水处理厂为例，介绍了污水处理自动监控系统的设计方法。

本系统以工业控制计算机、可编程逻辑控制器及现场仪表构成三级监控系统。可编程控制器选用西门子公司的S7-300系列PLC，根据工艺流程在电控间设立4个分布控制站。上位机采用WINCC作人机界面，通过CP5611以Profibus协议与各站进行数据通讯，完成数据采集、处理、监督及控制功能。

1 工艺流程

该污水处理厂采用德国生化污水处理工艺，日处理水规模为2万m3。工艺流程如图1所示。

图1

2 方案设计

2.1 设计思想

根据实际现场勘测及工程需要，本着可靠、稳定、高效的原则，整个系统设置为3大部分，企业管理级采用100Mbit/s 标准工业以太网。数据采集部分采用ET200M分布式智能化I/O单元，用Profibus DP现场总线结构。过程控制器AS314，采用12Mbit/s MPI总线结构，负责整个系统的调节及控制。控制室设置两台操作员站（OS），其中一台操作员站兼作工程师站（ES），采用100Mbit/s标准工业以太网。工程师站负责整个系统的编程及组态，操作员站负责日常的系统监控，两台操作员站在监控操作上互为补充。

2.2 各单元功能描述

3.2.1 中央控制室

中央控制室设有工程师站和操作员站，工程师站即能完成系统组态、调试及控制参数的在线修改和设置等，又能完成对整个污水处理厂的数据采集、监控，报表及打印等功能。操作员站主要完成对整个污水处理厂的数据采集、监控、报表及打印等功能。

3.2.2 分布式控制站

共设两个分布控制站，各站实现功能如下：

1）PLCl站

（1）对粗格栅的监控，对细格栅的监控；（2）对提升泵（含变频器）控制，进水井闸阀状态的读取；（3）对污泥泵的监控，污泥流量的监测，积算；（4）对脱水机的监控，压榨机的调节控制。

2）PLC2站

（1）曝气池内氧含量的读取；（2）鼓风机的起停控制，设置溶解氧定值用于鼓风机的自动调节；（3）鼓风机的温度、压力信号的读取及对鼓风机的过热保护；（4）回风阀及冷凝水电磁阀的状态读取；（5）对刮稀泥机的监控。

3.2.3 现场控制柜

各现场电控柜具有两部分功能：一是进行现场的手动操作，二是与各个远程RIO站连接，将各设备状态信号传送到PLC。现场手动操作具有比分布控制站和中央控制室更高的优先权，只有将状态开关打到自动状态，自动控制程序才起作用。所以在接入自动监控系统前，首先要完成对现场各控制柜的调试。

4 控制系统实现

4.1 系统硬件实现

4.1.1 中央监控室

中央监控室设两台中央监控计算机、彩色喷墨打印机等。两台监控计算机均为戴尔工控机酷睿双核 1G内存，320G硬盘，并带CP5611卡以实现与Profibus总线的通讯，分为工程师站和操作员站，配windowsxp Sever/Rrofessional操作系统，并配有STEP7 V5.3 SP3和WINCC6.0软件。通过上位机，操作人员可以远程控制现场各设备的运行。

4.1.2 分布式控制站

1）PLC1站负责对粗格栅、进水泵房、细格栅、压榨机及等设备的数据采集和现场控制柜的操作。对剩余污泥泵的启停控制及状态检测，并设有一台液位开关，当泥位到达下限时停泵并报警。对污泥流量的测量及流量值的累计、对排放水投药量的控制以及对脱水机房脱水机及其他电机的启停控制。主要配备CPU模块314-1AG13、307-1KA00电源模块各1块，4块32点DI模块SM321，2块16点DO模块SM322，2块8路AI模块SM33l和2块8路AO模块SM332。

2）PLC2站

PLC2站主要完成曝气池的含氧量的测量，根据测量到的含氧量对鼓风机的起停控制、曝气池温度、液位的测量以及对刮稀泥机的控制。主要配备CPU模块314-1AG13、307-1KA00电源模块各1块，2块32点DI模块SM321，2块16点DO模块SM322。

4.2 系统软件设计

整个系统软件分为上位机监控软件和PLC现场控制软件。

上位监控软件采用1024点的西门子WINCC组态软件对系统进行监控。主画面显示整个污水处理厂的工艺流程。通过主画面的各按键进入不同的分画面，分画面是按照各个远程RIO来设计的。监控系统还具备了实时故障报警和历史数据归档的功能。

PLC的编程使用STEP 7 V5.3 SP3编写，实现PLC对过程数据的初步处理。在STEP7中，有3种编程语言可用来编程，分别是梯型图（LAD）、语句表（STL）、功能块（FBD）。

首先建立新项目，插入PLC站，插入各模块的顺序完成硬件组态，然后开始编制PLC程序。

5 结论

本系统已于2009年8月投入实际运行，自投入运行以来，控制系统运行稳定可靠，设备工作状况良好，使用维护方便，各项指标均达到设计要求，解决了污水处理厂设备分散、复杂、难以控制的难题，使出水指标稳定达到国家二级排放标准，同时节约能源、降低能耗，受到了厂方的好评。

[1]高碑店污水处理.提升泵站工程开工[N].北京科技报，2000.

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1674-6708（2010）22-0193-02