基于西門子s7—300 PLC污水處理系統的設計

王曉鵬

摘要：本文結合一家污水處理廠的污水處理項目，設計了一套基于西門子s7-300 PLC污水處理自動控制系統，其中包括PLC控制系統、Profibus現場總線系統、上位機組態畫面監控及各設備之間的通訊裝置，采用西門子s7-300 PLC作為主站，分布式I/O做從站，Profubus-DP完成總線控制，通過運行編制好的程序使工業污水按照規定的流程進行處理和凈化，上位機選擇WinCC工控組態軟件進行組態和監控。

關鍵詞：PLC；現場總線；Wincc

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）02-0012-01

1 PLC及總線介紹

PLC英文名稱為Programmable logic controller，中文名為可編程邏輯控制器，專門應于工業流程控制及自動化生產線等領域，其主要結構包括CPU（中央處理器）、電源模塊、輸出輸入模塊、通信模塊等，可以實現開關量、步進控制、數據分析處理、模擬量接收、通訊聯網等功能。通過CPU完成邏輯運算、時序判定、計數、定時等功能，所編指令以程序的形式存儲于RAM中，通過輸出、輸入接口電路完成外界信號的接收和對外部負載的控制，實現對工業設備生產流程的自動控制，主要特點是控制能力強、容易學會、操作方便、可靠性高，目前已經完全替代現有的繼電接觸控制系統。Profibus 現場總線也是西門子公司出品的產品，常用的標準如6Es7315等，該總線實時響應性好、對環境要求低，適合工業環境下組網。

2 污水處理流程

污水處理的過程主要是使用種種方法將污水中的有害物質或飄浮物質去掉或分離，使水質得到凈化處理，然后供給工業企業或其它建筑物，污水主要的處理工藝流程如圖1所示。

污水處理主要是通過控制三臺提升泵的運行來實現，可以手動也可以自動控制，通過組態界面實時顯示液位值，再根據液位的高低來確定啟動水泵的個數，即液位低時啟動一臺水泵，水位升高至一定液面時啟動第二臺，水位再升高時啟動第三臺水泵，如果液位高于一定值則會報警，當然液位較低時也會有報警提示。液位由超聲波液位計來檢測，計量范圍為0-20m，輸出4-20mA模擬電流信號，該電信號被送至PLC后經處理通過以太網送至中控室并在組態界面上顯示出液位值，該超聲波液位計采用機械波反射擊原理，由傳感器探頭向液體表面發射超聲波，碰到液面后反射回來，傳感器接收端接收該聲波，從發送和到接收的總時間為T，再利用超聲波的傳播速度C乘以時間T，就可以求出探頭跟液面的距離，即D=（C×T）/2，總高度L與距離D之差就是液位值，即E=L-D。

3 通訊協議介紹

Profibus總線具有開放性，可以連接不同廠家的元器件，也可以掛載多個站點，傳輸速率較大，距離較遠，如果采用中繼電器可達10KM以上，具有較高的性價比，以太網由于是一種非確定的通訊方式，總線控制權總是到站點搶位，有可能在確定時間內重要的信息沒有到達指定的用戶或設備，但由于其技術是公開化的、開放式結構，成本也越來越低，在工業上逐漸成為主流，為人們所熟悉，其傳輸速度高、低耗、易于安裝，幾乎支持所有的網絡協議，如IEEE802.3這種開放的、具有多供應商、高性能區域的單元級網絡。

4 監控組態控制模塊

監控組態軟件Wincc 是集人機界面生成和監控管理的設計軟件，所設計的監控畫面具有良好的動態效果，可以對現場設備運行狀態進行仿真模擬，對于操作員級的工程師，可以通過該軟件進行數據的設定、記錄、存檔、歷史數據查詢等，其主要步驟是：創建一個空白項目后輸入名稱、保存、然后建立數據鏈接、建立Wincc與SIMATTC PLC的數據通訊、然后在變量管理器中再設置相應變量；利用Wincc和STEP7一起使用來完成上位機的監控、現場數據采集和控制，發揮不同設備的優勢，使各系統做到有機結合。

5 結語

本文基于西門子PLC設計出一套污水處理系統，介紹了污水處理的工藝方法及流程，且針對流程進行簡單的介紹，對污水處理的各個環節所需要的I/O點做出說明，使該污水處理系統按要求完成控制。該處理系統包括PLC控制系統、現場總線技術等，使用西門子公司的WinCC 組態軟件對上位機進行監控和組態界面設計，此控制系統經過數次實驗，凈水效果良好，可以借鑒。

參考文獻

[1]雷霖.現場總線控制網絡技術[M].北京：電子工業出版社，2004：69-72.

[2]吳亦峰.可編程控制器應用系統設計[M].北京：人民郵電出版社，2002：3-14.

[3]馮正進.基于Profibus的污水處理控制系統[J].機電一體化，2003（03）.