基于S7-300的SBR污水處理工藝自動控制系統(tǒng)的設計

貴州工業(yè)職業(yè)技術學院　徐廣允

基于S7-300的SBR污水處理工藝自動控制系統(tǒng)的設計

貴州工業(yè)職業(yè)技術學院徐廣允

隨著社會環(huán)境逐漸惡化，污水到處排放對人們的生活環(huán)境造成了嚴重的影響，污水處理廠的建立有效緩解污水排放的問題。但是在污水處理廠實際運行中，由于其自動化程度不高，運行效果不佳。SBR序批式活性污泥法，是一種新型的污水處理技術，應用于處理間歇排放工業(yè)污水領域，其取得的效果顯著。基于此，在本文分析SBR污水處理工藝的自動控制系統(tǒng)，研究其控制系統(tǒng)電路設計。

S7-300；SBR污水處理工藝；自動控制系統(tǒng)

前言

SBR污水處理系統(tǒng)在全自動控制系統(tǒng)支持下，采用多層次網(wǎng)絡和計算機自動控制技術，完成污水處理生產(chǎn)全過程中的內(nèi)容。將PLC作為其下位機，實現(xiàn)自動采集生產(chǎn)現(xiàn)場各個設備數(shù)據(jù)。PC計算機是上位監(jiān)控機，采用的是標準數(shù)據(jù)庫與TCP/IP協(xié)議，與以太網(wǎng)相互結合，實現(xiàn)集成管理功能。

1.自動控制系統(tǒng)在SBR工藝中的應用

SBR污水處理工藝與傳統(tǒng)的污水處理工藝相比，其處理效率比較高，系統(tǒng)設施造價比較低。在這樣的基礎上，SBR污水處理工藝實現(xiàn)了大范圍的推廣。隨著科學信息技術逐漸發(fā)展，自動控制系統(tǒng)在多個領域中的應用產(chǎn)生了較好的效果，與自動化控制系統(tǒng)相關的檢測設備應運而生。而這些不同功能的自動控制系統(tǒng)在SBR污水處理技術中的應用，使得污水處理工藝實現(xiàn)了自動控制。目前，大多數(shù)的污水處理廠所使用的計算機自動控制系統(tǒng)可以被分為以下幾種：

計算機+PLC。該種控制系統(tǒng)中計算機和可編程程序控制器分別為污水處理系統(tǒng)中的中央控制室工程師站和操作員。該系統(tǒng)的實際開發(fā)，時間比較短，編程比較簡潔，系統(tǒng)網(wǎng)絡在實際連接上比較方便［1］。

2）DSC系統(tǒng)為集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)中能夠?qū)⑽C和現(xiàn)場的各種設備相互連接。優(yōu)勢為系統(tǒng)的響應時間比較短，實時性比較好。能夠在系統(tǒng)控制中對設備進行分散性的控制，對于設備的危害性比較小，系統(tǒng)運行更加的安全可靠。

3）SCADA系統(tǒng)又叫做監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包含遠程終端和主控系統(tǒng)。該系統(tǒng)比較容易實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的集成，充分的應用現(xiàn)代技術，應用前景比較好。但是該系統(tǒng)的實時性比較差，難以在復雜的系統(tǒng)中實現(xiàn)控制［2］。

2.SBR污水處理工藝自動控制系統(tǒng)硬件選擇

污水處理系統(tǒng)是一個具有多參數(shù)、多目標、多控制設備的復雜控制系統(tǒng)。在實際的系統(tǒng)控制中，要想實現(xiàn)對污水處理系統(tǒng)的控制，傳統(tǒng)的設備控制技術難以滿足工藝需求，國內(nèi)大部分的控制系統(tǒng)都采用的是PLC、DCS控制，這些系統(tǒng)的功能雖比較完善，但是卻不容易實現(xiàn)網(wǎng)絡之間的連接、資源共享，進而使得原本比較先進的自動化控制系統(tǒng)比較孤立。伴隨著科技信息技術的逐漸研發(fā)，開放使用的的互聯(lián)協(xié)議和TCP/IP協(xié)議被廣泛的應用于工業(yè)生產(chǎn)工程中，在該協(xié)議內(nèi)部的數(shù)字濾波支持下，產(chǎn)生了很多比較新的控制模式［3］。

2.1控制策略的選擇

SBR污水處理工藝自動控制系統(tǒng)的研究，最為主要的就是在污水處理環(huán)節(jié)中能夠?qū)崿F(xiàn)設備的自動化和處理效果準確化。在SBR污水處理控制系統(tǒng)中，涉及到了很多內(nèi)容，包含進水閥、鼓風機、攪拌機、出水閥、排泥閥等控制系統(tǒng)。在現(xiàn)場上，所需要的設備為DO測定儀、ORP檢測儀、MLSS計、液位傳感器、流量傳感器、PH計、溫度傳感器等。主要的控制系統(tǒng)為S7-300PLC，與工業(yè)控機WINCC監(jiān)控軟件結合，組成SBR污水處理工藝自動控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的共同作用，能夠?qū)崿F(xiàn)各個工藝的控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、顯示、管理以及人機界面等多項功能。

2.2控制系統(tǒng)的結構

對BSR污水處理工藝控制系統(tǒng)結構進行分析，在本系統(tǒng)中包含三層控制體系，采用的是分布式控制系統(tǒng)結構。在這樣的結構體系下，能夠達到“分散控制，集中管理”的效果。其中分散控制能夠針對分散的設備系統(tǒng)進行綜合化管理，管理更加的到位。當設備發(fā)生危險的時候，能夠?qū)L險降低。同時在故障發(fā)生之后，也能夠針對設備的實際情況進行處理。而集中管理實際上是針對控制系統(tǒng)的信息，促進信息的綜合集中［4］。

其一，管理控制級。管理控制級能夠?qū)ο到y(tǒng)的現(xiàn)場設備進行參數(shù)設定，與下一級的PLC進行數(shù)據(jù)傳輸。對設備的監(jiān)控故障報警顯示進行處理。

其二，控制室控制級。對SBR污水處理工藝自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)場設備進行控制，控制室控制級可以被視為監(jiān)控室監(jiān)控機。同時該控制級也整個控制系統(tǒng)的的核心環(huán)節(jié)。

其三，現(xiàn)場設備級。現(xiàn)場設備級主要應用于現(xiàn)場，實現(xiàn)控制信號與動作信號之間的轉(zhuǎn)換，現(xiàn)場數(shù)據(jù)的回傳以及控制，實際上控制系統(tǒng)功能的基礎。

2.3控制系統(tǒng)S7-300PLC介紹

S7-300PLC是西門子公司所生產(chǎn)的中小型PLC系統(tǒng)，該系統(tǒng)的可編程程序控制器的功能比較強，是SBR污水處理工藝控制系統(tǒng)的核心系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)在實際應用中能夠滿足中等性能要求的設計應用。模塊化的結構設計，優(yōu)勢在于擴展比較方便，模塊之間能夠?qū)崿F(xiàn)廣泛性的組合。 S7-300PLC系列主要包含以下幾個單元：中央處理單元CPU、信號模塊SM、通信處理器CP、功能模塊FM、接口模塊IM、負載電源模塊PS［5］。

3.SBR污水處理工藝自動控制系統(tǒng)電子電路設計

3.1PlC 系統(tǒng)整體設計

在SBR污水處理工藝自動控制系統(tǒng)中，設計PLC控制系統(tǒng)至關重要。該PLC控制系統(tǒng)的流程如下：首先開啟SBR池進水電動閥門，當水位達到上限時，需要開啟鼓風機。對鼓風機中氣體進行分析，當暴氣達到一定的要求時，需要停止鼓風機。此時污水中的雜質(zhì)開始沉淀，當沉淀達到一定的要求時，PLC系統(tǒng)中需要開啟排水泵，直到水位達到了下限。此時系統(tǒng)停止排水泵工作。對污水中污泥濃度進行判斷，當污泥濃度超過標準液位時，需要開啟排泥泵，直到污泥濃度過關時，停止排泥泵。

3.2網(wǎng)絡通信系統(tǒng)設計

SBR污水處理工藝網(wǎng)絡通信系統(tǒng)設計，采用的PROFIBUS工業(yè)總線多主站控制模式，主站之間對于總線控制使用權，都是通過令牌傳遞順序來實現(xiàn)。可編程控制器與PROFIBUS網(wǎng)絡連接方式主要兩種：

第一種，PLC可編程控制器CPU處理器內(nèi)部設置PROFIBUS-DP口連接，該種網(wǎng)絡連接方式最大的優(yōu)勢在于借助DP口進行直接化連接，或者也可以利用通訊模塊進行連接。類似該種連接方式有：S7-400系列、S7-300系列。第二種，PLC可編程程序控制器CPU處理器無內(nèi)置的PROFIBUS-DP連接方式。該種連接方式的最大優(yōu)勢在于，能夠設置通信處理器，并且該處理器只能作為從站。例如，S7-200系列中需要設置EM277通信模塊［6］。

3.3PC上位機監(jiān)控軟件設計

在PC上位機中，用WinCC進行監(jiān)控軟件和控制界面的設計，可采用的腳本編程語言為VBS。該種語言在對SBR污水處理工藝自

動控制系統(tǒng)內(nèi)部軟件編程中，具有編程過程簡單、功能強大的特點。同時借助VBS能夠?qū)崿F(xiàn)獲取可編程程序控制器DB數(shù)據(jù)管理功能模塊中的數(shù)字量，以及系統(tǒng)中所需要的模擬量。

4.結論

綜上所述，在本文中對SBR污水處理工藝的自動控制系統(tǒng)進行研究，分析其電子電路組成。目前，大多數(shù)的污水處理廠所使用的計算機自動控制系統(tǒng)可以被分為：計算機+PLC、DSC集散控制系統(tǒng)、監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。伴隨著科技信息技術的逐漸研發(fā)，開放使用的的互聯(lián)協(xié)議和TCP/IP協(xié)議被廣泛的應用于工業(yè)生產(chǎn)工程中，在該協(xié)議內(nèi)部的數(shù)字濾波支持下，產(chǎn)生了很多比較新的控制模式。包含PLC技術、PC上位機監(jiān)控軟件等。

［1］盧飛.基于SBR污水處理工藝的自動控制系統(tǒng)的設計［D］.電子科技大學，2011.

［2］馬小麗.SBR污水處理工藝自動控制系統(tǒng)研究［D］.太原理工大學，2006.

［3］張翔.基于模糊PID控制的SBR污水處理系統(tǒng)［D］.武漢科技大學，2009.

［4］季建功.基于WinCC污水處理集散控制系統(tǒng)的設計［D］.北京工業(yè)大學，2008.

［5］寧利.實驗型造紙污水處理自動監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用［D］.華南理工大學三，2012.

［6］李志強.SBR污水處理工藝模糊控制器設計及仿真［D］.重慶大學，2008.