西門子PLC控制系統在污水處理控制中的應用

虞哲良

摘 要：以實際化工廠的污水處理站為例，說明污水處理控制系統的組成和實現，并總結了西門子PLC和WINCC畫面組態軟件在污水控制系統中的應用。

關鍵詞：西門子PLC；污水處理；控制系統；監控系統

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0080-02

本公司污水處理站的控制系統采用的是Siemens S7-300型PLC，操作界面采用Wincc組態軟件對整個污水處理流程進行監視和控制。經過幾年的使用，系統運行狀況依然良好，出水指標、控制可靠性、安全性等也都符合設計要求。

1 控制系統組成

1.1 系統硬件組成

系統硬件主要包括：①控制單元。本系統硬件采用Siemens 6ES7 315 2AG10 0AB0型號的CPU，下帶四個遠程I/0站；其中模擬量輸入卡件11塊，模擬量輸出卡件1塊，數字量輸入卡件8塊，數字量輸出卡件6塊。各個遠程I/O單元通過Siemens Profibus-DP總線和CPU通訊。②人機接口單元。人機接口單元采用兩臺工控計算機，并安裝了MPI通信卡，以實現上位機與PLC之間的通信。計算機操作系統上安裝了Wincc監控軟件包來實現對過程數據的實時監控。兩臺上位機的權限是相同的，操作員可以進行平行操作，PLC控制單元執行人機接口單元最新下達的控制指令。

1.2 系統軟件構成

系統軟件主要包括：①計算機操作系統采用windows xp professional中文版操作系統。windows xp professional中文版為用戶提供了一個快速、高效的多用戶、多任務操作的系統環境，是目前使用廣泛的工控操作系統。②歷史數據庫采用Microsoft SQLServer 2005中文版軟件。在數據庫服務器上安裝Microsoft SQL2005中文版數據庫軟件，用來儲存整個污水廠重要的歷史數據，通過Wincc6.2與Microsoft SQL 2005的通訊來讀取歷史數據。另外，單獨設計一個數據庫服務器可以避免因系統局部故障導致歷史數據丟失現象的發生。③上位機監控軟件采用Wincc6.2組態軟件來實現。Wincc6.2監控組態軟件是一個集成的人機界面（HMI）系統和監控管理系統，它包括變量管理、結構變量、圖形編輯器、報警記錄、變量記錄、全局腳本、文本庫、用戶管理等功能，使其具有高性能的過程耦合、快速的畫面更新和可靠的數據管理功能，從而實現了對整個系統的開關量、狀態量、模擬量的采集和處理，并顯示在操作站的界面上，便于操作員及時掌握系統的運行情況。④STEP 7編程軟件可以實現對PLC系統的組態和編程。

2 控制系統的方式

本公司廢水處理站在設計上采用本地、自動兩級控制方式，實現全廠范圍內污水處理工藝流程的監測和相關工藝設備運行狀態的監控。具體包括兩種控制方式：①現場手動控制。在各電氣站點設置就地控制箱，可單獨啟、停各操控設備和各執行機構。②PLC自動控制。由PLC根據現場各測試設備采集的數據和系統設備運行的邏輯關系，自動控制各站點內的電氣設備運行狀態。

3 系統結構特點

系統供電安全可靠，系統機柜內220 V交流電源和24 V直流電源都接入UPS電源系統，外部電源故障斷電后可維持60 min不間斷供電，不會對PLC系統供電產生影響。在PLC控制程序編寫上采用結構化編程方式，其最大的優點就是有利于整套控制系統的調試和維護，并根據生產的實際需要增加或減少部分控制功能，從而大大地提高了系統的可維護性和可擴展性。

4 控制系統工藝流程

控制系統工藝流程畫面如圖1所示。

4.1 報警信息欄

在操作畫面中最上端設有報警信息欄，信息欄中可以顯示最近的三條系統報警記錄。

4.2 按鈕

操作畫面中按照按鈕的功能劃分共有三種按鈕：①A按鈕用于調出畫面，例如“PH趨勢”“定時設定”“報警一覽”“電機總覽”等；②B為系統公用按鈕，例如“Reset”“Mute”“Reset”按鈕是系統所有設備的復位按鈕，“Mute”按鈕是系統蜂鳴器的靜音按鈕；③C為“Alarm”，此按鈕用于指示系統的信息，當有新的報警出現的時候，按鈕的背景色變成紅色并且以約1 Hz的頻率閃爍。

4.3 設備操作面板

以閥門為例，如圖2所示，“打開”“關閉”“異常”分別用來指示閥門的狀態，“自動/手動”轉換開關，用來改變閥門的控制方式，不同的控制方式系統顯示不同的顏色；當閥門的控制方式在“手動”控制的時候，閥門的開關受“開”“關”按鈕的完全控制；當閥門的控制方式處于“自動”的控制方式的時候，“開”“關”按鈕只是閥門開或者關的條件之一。

4.4 工藝管線

操作畫面中工藝管線的顏色主要有三種顏色組成，“紫色”表示的是“空氣”管線；“淡藍色”表示的是“加藥”管線；“綠色”表示的是“污水”管線。

5 系統報警畫面

系統報警畫面就是用來顯示系統報警的表格，它使用的是wincc自帶的一個控件。當有新的報警出現時，該條目位于表格中最下面的一行，顯示紅色并閃爍；如果報警出現之后又消失，該條目顯示綠色；如果經過人工確認，該條目顯示藍色。

系統報警畫面有如下的工具欄，從左到右依次是“消息列表”“短期歸檔”“長期歸檔”“鎖定列表”“確認”“自動滾動激活/取消激活”“選擇對話框”“打印消息列表”“顯示第一條報警”“顯示最后一條報警”“顯示下一條報警”“顯示上一條報警”“打開消息文本對話框”“報警回路”“鎖定”“排序”“時間基準”。

6 結束語

用西門子S7-300 PLC設計的自控系統在本公司污水處理站投入使用以來，至今都在穩定、可靠地運行著，設備具有調試簡單、操作方便、使用安全、故障率低的特點，提高了勞動生產率。同時由于軟硬件均采用模塊化結構，方便了工程技術人員的安裝、調試和維修，因此該自控系統有著廣泛的應用和發展前景。

〔編輯：王霞〕

摘 要：以實際化工廠的污水處理站為例，說明污水處理控制系統的組成和實現，并總結了西門子PLC和WINCC畫面組態軟件在污水控制系統中的應用。

關鍵詞：西門子PLC；污水處理；控制系統；監控系統

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0080-02

本公司污水處理站的控制系統采用的是Siemens S7-300型PLC，操作界面采用Wincc組態軟件對整個污水處理流程進行監視和控制。經過幾年的使用，系統運行狀況依然良好，出水指標、控制可靠性、安全性等也都符合設計要求。

1 控制系統組成

1.1 系統硬件組成

系統硬件主要包括：①控制單元。本系統硬件采用Siemens 6ES7 315 2AG10 0AB0型號的CPU，下帶四個遠程I/0站；其中模擬量輸入卡件11塊，模擬量輸出卡件1塊，數字量輸入卡件8塊，數字量輸出卡件6塊。各個遠程I/O單元通過Siemens Profibus-DP總線和CPU通訊。②人機接口單元。人機接口單元采用兩臺工控計算機，并安裝了MPI通信卡，以實現上位機與PLC之間的通信。計算機操作系統上安裝了Wincc監控軟件包來實現對過程數據的實時監控。兩臺上位機的權限是相同的，操作員可以進行平行操作，PLC控制單元執行人機接口單元最新下達的控制指令。

1.2 系統軟件構成

系統軟件主要包括：①計算機操作系統采用windows xp professional中文版操作系統。windows xp professional中文版為用戶提供了一個快速、高效的多用戶、多任務操作的系統環境，是目前使用廣泛的工控操作系統。②歷史數據庫采用Microsoft SQLServer 2005中文版軟件。在數據庫服務器上安裝Microsoft SQL2005中文版數據庫軟件，用來儲存整個污水廠重要的歷史數據，通過Wincc6.2與Microsoft SQL 2005的通訊來讀取歷史數據。另外，單獨設計一個數據庫服務器可以避免因系統局部故障導致歷史數據丟失現象的發生。③上位機監控軟件采用Wincc6.2組態軟件來實現。Wincc6.2監控組態軟件是一個集成的人機界面（HMI）系統和監控管理系統，它包括變量管理、結構變量、圖形編輯器、報警記錄、變量記錄、全局腳本、文本庫、用戶管理等功能，使其具有高性能的過程耦合、快速的畫面更新和可靠的數據管理功能，從而實現了對整個系統的開關量、狀態量、模擬量的采集和處理，并顯示在操作站的界面上，便于操作員及時掌握系統的運行情況。④STEP 7編程軟件可以實現對PLC系統的組態和編程。

2 控制系統的方式

本公司廢水處理站在設計上采用本地、自動兩級控制方式，實現全廠范圍內污水處理工藝流程的監測和相關工藝設備運行狀態的監控。具體包括兩種控制方式：①現場手動控制。在各電氣站點設置就地控制箱，可單獨啟、停各操控設備和各執行機構。②PLC自動控制。由PLC根據現場各測試設備采集的數據和系統設備運行的邏輯關系，自動控制各站點內的電氣設備運行狀態。

3 系統結構特點

系統供電安全可靠，系統機柜內220 V交流電源和24 V直流電源都接入UPS電源系統，外部電源故障斷電后可維持60 min不間斷供電，不會對PLC系統供電產生影響。在PLC控制程序編寫上采用結構化編程方式，其最大的優點就是有利于整套控制系統的調試和維護，并根據生產的實際需要增加或減少部分控制功能，從而大大地提高了系統的可維護性和可擴展性。

4 控制系統工藝流程

控制系統工藝流程畫面如圖1所示。

4.1 報警信息欄

在操作畫面中最上端設有報警信息欄，信息欄中可以顯示最近的三條系統報警記錄。

4.2 按鈕

操作畫面中按照按鈕的功能劃分共有三種按鈕：①A按鈕用于調出畫面，例如“PH趨勢”“定時設定”“報警一覽”“電機總覽”等；②B為系統公用按鈕，例如“Reset”“Mute”“Reset”按鈕是系統所有設備的復位按鈕，“Mute”按鈕是系統蜂鳴器的靜音按鈕；③C為“Alarm”，此按鈕用于指示系統的信息，當有新的報警出現的時候，按鈕的背景色變成紅色并且以約1 Hz的頻率閃爍。

4.3 設備操作面板

以閥門為例，如圖2所示，“打開”“關閉”“異常”分別用來指示閥門的狀態，“自動/手動”轉換開關，用來改變閥門的控制方式，不同的控制方式系統顯示不同的顏色；當閥門的控制方式在“手動”控制的時候，閥門的開關受“開”“關”按鈕的完全控制；當閥門的控制方式處于“自動”的控制方式的時候，“開”“關”按鈕只是閥門開或者關的條件之一。

4.4 工藝管線

操作畫面中工藝管線的顏色主要有三種顏色組成，“紫色”表示的是“空氣”管線；“淡藍色”表示的是“加藥”管線；“綠色”表示的是“污水”管線。

5 系統報警畫面

系統報警畫面就是用來顯示系統報警的表格，它使用的是wincc自帶的一個控件。當有新的報警出現時，該條目位于表格中最下面的一行，顯示紅色并閃爍；如果報警出現之后又消失，該條目顯示綠色；如果經過人工確認，該條目顯示藍色。

系統報警畫面有如下的工具欄，從左到右依次是“消息列表”“短期歸檔”“長期歸檔”“鎖定列表”“確認”“自動滾動激活/取消激活”“選擇對話框”“打印消息列表”“顯示第一條報警”“顯示最后一條報警”“顯示下一條報警”“顯示上一條報警”“打開消息文本對話框”“報警回路”“鎖定”“排序”“時間基準”。

6 結束語

用西門子S7-300 PLC設計的自控系統在本公司污水處理站投入使用以來，至今都在穩定、可靠地運行著，設備具有調試簡單、操作方便、使用安全、故障率低的特點，提高了勞動生產率。同時由于軟硬件均采用模塊化結構，方便了工程技術人員的安裝、調試和維修，因此該自控系統有著廣泛的應用和發展前景。

〔編輯：王霞〕

摘 要：以實際化工廠的污水處理站為例，說明污水處理控制系統的組成和實現，并總結了西門子PLC和WINCC畫面組態軟件在污水控制系統中的應用。

關鍵詞：西門子PLC；污水處理；控制系統；監控系統

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0080-02

本公司污水處理站的控制系統采用的是Siemens S7-300型PLC，操作界面采用Wincc組態軟件對整個污水處理流程進行監視和控制。經過幾年的使用，系統運行狀況依然良好，出水指標、控制可靠性、安全性等也都符合設計要求。

1 控制系統組成

1.1 系統硬件組成

系統硬件主要包括：①控制單元。本系統硬件采用Siemens 6ES7 315 2AG10 0AB0型號的CPU，下帶四個遠程I/0站；其中模擬量輸入卡件11塊，模擬量輸出卡件1塊，數字量輸入卡件8塊，數字量輸出卡件6塊。各個遠程I/O單元通過Siemens Profibus-DP總線和CPU通訊。②人機接口單元。人機接口單元采用兩臺工控計算機，并安裝了MPI通信卡，以實現上位機與PLC之間的通信。計算機操作系統上安裝了Wincc監控軟件包來實現對過程數據的實時監控。兩臺上位機的權限是相同的，操作員可以進行平行操作，PLC控制單元執行人機接口單元最新下達的控制指令。

1.2 系統軟件構成

系統軟件主要包括：①計算機操作系統采用windows xp professional中文版操作系統。windows xp professional中文版為用戶提供了一個快速、高效的多用戶、多任務操作的系統環境，是目前使用廣泛的工控操作系統。②歷史數據庫采用Microsoft SQLServer 2005中文版軟件。在數據庫服務器上安裝Microsoft SQL2005中文版數據庫軟件，用來儲存整個污水廠重要的歷史數據，通過Wincc6.2與Microsoft SQL 2005的通訊來讀取歷史數據。另外，單獨設計一個數據庫服務器可以避免因系統局部故障導致歷史數據丟失現象的發生。③上位機監控軟件采用Wincc6.2組態軟件來實現。Wincc6.2監控組態軟件是一個集成的人機界面（HMI）系統和監控管理系統，它包括變量管理、結構變量、圖形編輯器、報警記錄、變量記錄、全局腳本、文本庫、用戶管理等功能，使其具有高性能的過程耦合、快速的畫面更新和可靠的數據管理功能，從而實現了對整個系統的開關量、狀態量、模擬量的采集和處理，并顯示在操作站的界面上，便于操作員及時掌握系統的運行情況。④STEP 7編程軟件可以實現對PLC系統的組態和編程。

2 控制系統的方式

本公司廢水處理站在設計上采用本地、自動兩級控制方式，實現全廠范圍內污水處理工藝流程的監測和相關工藝設備運行狀態的監控。具體包括兩種控制方式：①現場手動控制。在各電氣站點設置就地控制箱，可單獨啟、停各操控設備和各執行機構。②PLC自動控制。由PLC根據現場各測試設備采集的數據和系統設備運行的邏輯關系，自動控制各站點內的電氣設備運行狀態。

3 系統結構特點

系統供電安全可靠，系統機柜內220 V交流電源和24 V直流電源都接入UPS電源系統，外部電源故障斷電后可維持60 min不間斷供電，不會對PLC系統供電產生影響。在PLC控制程序編寫上采用結構化編程方式，其最大的優點就是有利于整套控制系統的調試和維護，并根據生產的實際需要增加或減少部分控制功能，從而大大地提高了系統的可維護性和可擴展性。

4 控制系統工藝流程

控制系統工藝流程畫面如圖1所示。

4.1 報警信息欄

在操作畫面中最上端設有報警信息欄，信息欄中可以顯示最近的三條系統報警記錄。

4.2 按鈕

操作畫面中按照按鈕的功能劃分共有三種按鈕：①A按鈕用于調出畫面，例如“PH趨勢”“定時設定”“報警一覽”“電機總覽”等；②B為系統公用按鈕，例如“Reset”“Mute”“Reset”按鈕是系統所有設備的復位按鈕，“Mute”按鈕是系統蜂鳴器的靜音按鈕；③C為“Alarm”，此按鈕用于指示系統的信息，當有新的報警出現的時候，按鈕的背景色變成紅色并且以約1 Hz的頻率閃爍。

4.3 設備操作面板

以閥門為例，如圖2所示，“打開”“關閉”“異常”分別用來指示閥門的狀態，“自動/手動”轉換開關，用來改變閥門的控制方式，不同的控制方式系統顯示不同的顏色；當閥門的控制方式在“手動”控制的時候，閥門的開關受“開”“關”按鈕的完全控制；當閥門的控制方式處于“自動”的控制方式的時候，“開”“關”按鈕只是閥門開或者關的條件之一。

4.4 工藝管線

操作畫面中工藝管線的顏色主要有三種顏色組成，“紫色”表示的是“空氣”管線；“淡藍色”表示的是“加藥”管線；“綠色”表示的是“污水”管線。

5 系統報警畫面

系統報警畫面就是用來顯示系統報警的表格，它使用的是wincc自帶的一個控件。當有新的報警出現時，該條目位于表格中最下面的一行，顯示紅色并閃爍；如果報警出現之后又消失，該條目顯示綠色；如果經過人工確認，該條目顯示藍色。

系統報警畫面有如下的工具欄，從左到右依次是“消息列表”“短期歸檔”“長期歸檔”“鎖定列表”“確認”“自動滾動激活/取消激活”“選擇對話框”“打印消息列表”“顯示第一條報警”“顯示最后一條報警”“顯示下一條報警”“顯示上一條報警”“打開消息文本對話框”“報警回路”“鎖定”“排序”“時間基準”。

6 結束語

用西門子S7-300 PLC設計的自控系統在本公司污水處理站投入使用以來，至今都在穩定、可靠地運行著，設備具有調試簡單、操作方便、使用安全、故障率低的特點，提高了勞動生產率。同時由于軟硬件均采用模塊化結構，方便了工程技術人員的安裝、調試和維修，因此該自控系統有著廣泛的應用和發展前景。

〔編輯：王霞〕