基于S7－400 PLC的污水处理控制系统

祁生珠

（青海盐湖海纳化工有限公司，青海西宁810000）

基于S7－400 PLC的污水处理控制系统

祁生珠

（青海盐湖海纳化工有限公司，青海西宁810000）

摘要：以某污水处理控制系统为例，讨论了S7－400 PLC在污水处理领域的应用，分别对系统硬件选型、网络结构及监控界面组态进行了说明。该系统由于自动化程度高，节约了污水处理成本，提高了污水处理效率。关键词：AB法PLC工业以太网Profibus－DP

1　引言

随着人们环保意识的日益提高，国家对企业废水排放标准也日趋严格，污水处理越来越受到企业的重视。污水的循环利用是节约用水的有效途径，既是保护环境的好办法，又是减少生产成本的重要举措。本文以某污水处理工程为例来说明基于S7－400 PLC的自动控制系统在污水处理工程中的应用，为PLC在污水处理工程中的使用提供一个实例。

2　工艺简介

AB工艺由德国亚琛工业大学宾克（Bohnke）教授于20世纪70年代中期开创，80年代初应用于实践。目前，国内已有多家城市污水处理厂采用了AB法工艺。与传统活性污泥法相比，AB法主要有下列特征：①未设初沉池，由吸附池和中间沉淀池组成的A段为一级处理系统；②B段由曝气池和二次沉淀池组成；③A、B两段各自拥有独立的污泥回流系统，两段完全分开，各自具有独特的微生物群体，有利于功能的稳定［1］，工艺流程如图1所示。

3　自控系统结构

3.1硬件选择

本控制系统采用S7－400系列PLC产品，主控制站CPU采用S7－400中的414H，S7－400的主要有极高的处理速度、强大的通讯性能和卓越的CPU资源裕量等特色。Simatic S7－400是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。模块化及无风扇的设计、坚固耐用、容易扩展和广泛的通讯能力、容易实现的分布式结构以及用户友好的操作使Simatic S7－400成为中、高档性能控制领域中首选的理想解决方案［2］。

远程站采用ET200系列通讯模块，I／O模块采用S7－300系列产品。典型应用包括：控制连网与互锁、数据采集、程序上传／下载、远程在线编程、操作员接口之间的连接以及主机数据采集等。

图1　AB法典型工艺流程

图2　网络结构图

3.2网络结构

整个控制系统为三层结构、二级网络。系统网络结构如图2所示。

三层结构包括就地控制层、现场控制层、中心控制层。其中，就地控制层由设置在各单体电控设备内的就地控制模块和部分工艺机组自带的控制器组成；现场控制层由污水泵房分控站、鼓风机房分控站、污泥脱水机房分控站和加氯加药间分控站组成；中心控制层由设置在中控制室内的3套中央监控计算机、投影仪及打印机等外设组成。

二级网络包括管理信息网和实时控制网。其中，管理信息网采用工业以太网的形式，用来实现现场控制单元的PLC系统与上位机之间的数据采集、监视及管理；实时控制网是现场控制单元与中心控制单元之间的通讯与数据传输，传输介质为光缆，实时控制网网络采用Profibus－DP形式，用来实现现场控制单元与就地控制单元之间的通讯和数据传输。

3.3控制方式

系统采用3种控制模式，即就地设备机旁控制、控制柜远程控制和PLC控制站上位机控制。其中，PLC控制站上位机控制又分为集中手动控制和集中自动控制。就地设备控制箱操作具有最高优先权，控制柜远程控制次之，最后为PLC控制站上位机控制。

3.3.1机旁控制

在各设备现场控制盘上设有转换开关，将其转换至“本地”控制位置，在手动方式下，装置的各个设备由现场机旁操作箱上的操作按钮分别控制；PLC不参与控制，此时设备运行无任何连锁条件，一般用于试车、单机维修保养。

3.3.2控制柜远程控制

本装置设计为独立控制，带有一整套完整的工艺控制系统，采用先进、可靠的现场仪表，将主要工艺参数、设备运行参数、运行状态等数据采集、变送至PLC控制站，在分控站控制柜上安装有触摸屏，当就地控制盘上的转换开关转换至“远程”控制位时，可通过PLC控制站触摸屏对设备操作进行自动控制。

3.3.3集中手动控制

在计算机上设有“自动及手动”转换。“手动”有效时，可通过计算机单独启停各个设备，用于辅助操作及处理特殊情况。“自动“方式下，装置由PLC控制站的控制程序控制设备的自动运行；通过上位监控系统，可以修改工艺控制参数（限于有操作权限的人员）或进行设备主要工艺参数、设备运行参数的远程控制和操作。

3.3.4集中自动控制

系统将工程师站及操作员站集成在一套工控机上，控制系统PLC采用S7－400系列产品、监控组态软件采用Wincc上位组态软件，运行人员通过位于控制室内的上位机即可对现场设备进行监控，实现较高自动控制功能。当“自动”有效时，PLC控制站将现场的格栅、泵类、鼓风机、电磁阀等开关信号，以及曝气池溶解氧浓度等工艺参数、运行参数、运行状态等数据，通过Profibus－DP总线传送至位于控制室内上位监控（工控）机上，经PLC在上位机监控系统上显示工艺流程、工艺参数、设备状态，并可对设备进行远程操控，对工艺参数进行设置，可以记录运行参数、运行状态、报警、历史数据等，并打印报表；同时控制系统采集装置中各设备的运行／停止状态和故障信号。当设备故障时，触发上位监控的声光报警，生成报警信息。

4　监控界面组态

上位机为3台工业控制计算机，3台监控计算机互为备用，设在中央控制室。它们均可各自独立完成整个工艺过程的监控。任何一台均可担负全部监控工作。中央控制室上位机可显示整个厂区的模拟画面，监控生产作业过程，包括显示控制过程画面和实时数据，显示系统总体框图；绘制重要参数的变化趋势图；显示设备的工作状态；以及历史数据的统计分析和存储，为系统运行提供决策参考。现场控制站上位机除具有以上功能外，还可对污水处理厂数据采集及控制自动化系统的控制参数进行设置；完成数据采集及控制自动化系统的组态；进行在线、离线编程及设定参数的修改。

监控软件为基于Windows操作系统的开放型、全图形化人机操作界面，具有组态方便、操作简单的特点。监控软件的基本功能包括数据采集和数据管理，完成过程监视（工艺状况显示）；以及监视控制、报警、报表、数据存储归档。通过该监控软件能实现下列功能。

控制操作：在中心控制室内对全系统被控设备进行在线实时在线控制。

显示功能：用图形实时地显示各分控站被控设备的运行工况；动态显示水处理工艺流程图，并能在流程图上选择查看多级详图；动态显示各种模拟信号、数字信号、各类累加信号等的数值和范围清单。

数据管理：能建立生产数据库、操作信息库、故障信息库。

数据处理：利用实时数据和历史数据，计算主要生产指标，并进行成本分析。

报警功能：当某一测量值超出给定范围时，可根据不同的需要发出不同等级的报警。如输入到报警表、屏幕显示报警信息、打印机输出报警信息、声光报警，并可依据报警信息显示相应的动态画面。

报表功能：可自动生成即时报表、日报表、月报表、年报表。

安全功能：按不同操作级别分级加密，并记录操作人员信息及操作信息。

打印功能：可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。

5　结束语

本控制系统通过基于工业以太网的上位机和基于Profibus总线的S7－400 PLC对工艺流程及生产运行情况进行监控和管理，同时以太网和Profibus总线采用冗余结构降低了设备故障对生产运行的影响，从而保证了生产的正常高效运转，获得了良好的社会效益和经济效益。

参考文献：

［1］刘晓强、李亚新.AB法污水处理工艺［J］.科技情报开发与经济，2005（16）.

［2］廖常初.S7－300／400 PLC应用技术［M］.北京：机械工业出版社，2005.

中图分类号：TP273

文献标识码：A

文章编号：1005—7277（2015）06—0058—03

作者简介：

祁生珠（1978－），男，助理工程师，研究方向为电气及自动化设备的维护保养。就职于青海盐湖纳化工有限公司。

收稿日期：2015－07－14

Sewage treatment control system based on Siemens S7－400 PLC

QI Sheng－zhu
（Qinghai Salt Lake Haina Chemical Co.，Ltd.，Xining 810000，China）

Abstract：The application of sewage treatment control system based on Siemens S7－400 PLC is presented by example.The hardware selection，the network structure and the monitoring interface configuration of the system are discussed respectively.The system has high automation degree，and can save the cost and improve the processing efficiency of the sewage treatment.

Key words：AB method；PLC；industrial Ethernet；Profibus－DP