基于西门子s7—300 PLC污水处理系统的设计

王晓鹏

摘要：本文结合一家污水处理厂的污水处理项目，设计了一套基于西门子s7-300 PLC污水处理自动控制系统，其中包括PLC控制系统、Profibus现场总线系统、上位机组态画面监控及各设备之间的通讯装置，采用西门子s7-300 PLC作为主站，分布式I/O做从站，Profubus-DP完成总线控制，通过运行编制好的程序使工业污水按照规定的流程进行处理和净化，上位机选择WinCC工控组态软件进行组态和监控。

关键词：PLC；现场总线；Wincc

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0012-01

1 PLC及总线介绍

PLC英文名称为Programmable logic controller，中文名为可编程逻辑控制器，专门应于工业流程控制及自动化生产线等领域，其主要结构包括CPU（中央处理器）、电源模块、输出输入模块、通信模块等，可以实现开关量、步进控制、数据分析处理、模拟量接收、通讯联网等功能。通过CPU完成逻辑运算、时序判定、计数、定时等功能，所编指令以程序的形式存储于RAM中，通过输出、输入接口电路完成外界信号的接收和对外部负载的控制，实现对工业设备生产流程的自动控制，主要特点是控制能力强、容易学会、操作方便、可靠性高，目前已经完全替代现有的继电接触控制系统。Profibus 现场总线也是西门子公司出品的产品，常用的标准如6Es7315等，该总线实时响应性好、对环境要求低，适合工业环境下组网。

2 污水处理流程

污水处理的过程主要是使用种种方法将污水中的有害物质或飘浮物质去掉或分离，使水质得到净化处理，然后供给工业企业或其它建筑物，污水主要的处理工艺流程如图1所示。

污水处理主要是通过控制三台提升泵的运行来实现，可以手动也可以自动控制，通过组态界面实时显示液位值，再根据液位的高低来确定启动水泵的个数，即液位低时启动一台水泵，水位升高至一定液面时启动第二台，水位再升高时启动第三台水泵，如果液位高于一定值则会报警，当然液位较低时也会有报警提示。液位由超声波液位计来检测，计量范围为0-20m，输出4-20mA模拟电流信号，该电信号被送至PLC后经处理通过以太网送至中控室并在组态界面上显示出液位值，该超声波液位计采用机械波反射击原理，由传感器探头向液体表面发射超声波，碰到液面后反射回来，传感器接收端接收该声波，从发送和到接收的总时间为T，再利用超声波的传播速度C乘以时间T，就可以求出探头跟液面的距离，即D=（C×T）/2，总高度L与距离D之差就是液位值，即E=L-D。

3 通讯协议介绍

Profibus总线具有开放性，可以连接不同厂家的元器件，也可以挂载多个站点，传输速率较大，距离较远，如果采用中继电器可达10KM以上，具有较高的性价比，以太网由于是一种非确定的通讯方式，總线控制权总是到站点抢位，有可能在确定时间内重要的信息没有到达指定的用户或设备，但由于其技术是公开化的、开放式结构，成本也越来越低，在工业上逐渐成为主流，为人们所熟悉，其传输速度高、低耗、易于安装，几乎支持所有的网络协议，如IEEE802.3这种开放的、具有多供应商、高性能区域的单元级网络。

4 监控组态控制模块

监控组态软件Wincc 是集人机界面生成和监控管理的设计软件，所设计的监控画面具有良好的动态效果，可以对现场设备运行状态进行仿真模拟，对于操作员级的工程师，可以通过该软件进行数据的设定、记录、存档、历史数据查询等，其主要步骤是：创建一个空白项目后输入名称、保存、然后建立数据链接、建立Wincc与SIMATTC PLC的数据通讯、然后在变量管理器中再设置相应变量；利用Wincc和STEP7一起使用来完成上位机的监控、现场数据采集和控制，发挥不同设备的优势，使各系统做到有机结合。

5 结语

本文基于西门子PLC设计出一套污水处理系统，介绍了污水处理的工艺方法及流程，且针对流程进行简单的介绍，对污水处理的各个环节所需要的I/O点做出说明，使该污水处理系统按要求完成控制。该处理系统包括PLC控制系统、现场总线技术等，使用西门子公司的WinCC 组态软件对上位机进行监控和组态界面设计，此控制系统经过数次实验，净水效果良好，可以借鉴。

参考文献

[1]雷霖.现场总线控制网络技术[M].北京：电子工业出版社，2004：69-72.

[2]吴亦峰.可编程控制器应用系统设计[M].北京：人民邮电出版社，2002：3-14.

[3]冯正进.基于Profibus的污水处理控制系统[J].机电一体化，2003（03）.