基于s7-300污水處理的自動控制系統設計

姚傳峰

山東交通職業學院機械系，山東濰坊 261206

基于s7-300污水處理的自動控制系統設計

姚傳峰

山東交通職業學院機械系，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控系統。該系統以西門子公司的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 組態軟件 計算機監控系統 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控系統的設計方法。

本系統以工業控制計算機、可編程邏輯控制器及現場儀表構成三級監控系統?？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協議與各站進行數據通訊，完成數據采集、處理、監督及控制功能。

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、穩定、高效的原則，整個系統設置為3大部分，企業管理級采用100Mbit/s 標準工業以太網。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，負責整個系統的調節及控制。控制室設置兩臺操作員站（OS），其中一臺操作員站兼作工程師站（ES），采用100Mbit/s標準工業以太網。工程師站負責整個系統的編程及組態，操作員站負責日常的系統監控，兩臺操作員站在監控操作上互為補充。

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組態、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）對粗格柵的監控，對細格柵的監控；（2）對提升泵（含變頻器）控制，進水井閘閥狀態的讀??；（3）對污泥泵的監控，污泥流量的監測，積算；（4）對脫水機的監控，壓榨機的調節控制。

2）PLC2站

（1）曝氣池內氧含量的讀取；（2）鼓風機的起停控制，設置溶解氧定值用于鼓風機的自動調節；（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讀取；（5）對刮稀泥機的監控。

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，將各設備狀態信號傳送到PLC?，F場手動操作具有比分布控制站和中央控制室更高的優先權，只有將狀態開關打到自動狀態，自動控制程序才起作用。所以在接入自動監控系統前，首先要完成對現場各控制柜的調試。

4 控制系統實現

4.1 系統硬件實現

4.1.1 中央監控室

中央監控室設兩臺中央監控計算機、彩色噴墨打印機等。兩臺監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，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停控制。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停控制、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 系統軟件設計

整個系統軟件分為上位機監控軟件和PLC現場控制軟件。

上位監控軟件采用1024點的西門子WINCC組態軟件對系統進行監控。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。監控系統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，然后開始編制PLC程序。

5 結論

本系統已于2009年8月投入實際運行，自投入運行以來，控制系統運行穩定可靠，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，使出水指標穩定達到國家二級排放標準，同時節約能源、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.

X703

A

1674-6708（2010）22-0193-02