姚傳峰

山東交通職業(yè)學(xué)院機(jī)械系，山東濰坊 261206

基于s7-300污水處理的自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姚傳峰

山東交通職業(yè)學(xué)院機(jī)械系，山東濰坊 261206

本文以山東華陽化工污水處理廠為例，設(shè)計(jì)了污水處理廠自動監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以西門子公司的S7-300PLC作為數(shù)據(jù)采集及控制單元，配合各種檢測和控制設(shè)備對污水處理中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)集中控制。

污水處理 組態(tài)軟件 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 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(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

本系統(tǒng)以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器及現(xiàn)場儀表構(gòu)成三級監(jiān)控系統(tǒng)?？删幊炭刂破鬟x用西門子公司的S7-300系列PLC，根據(jù)工藝流程在電控間設(shè)立4個分布控制站。上位機(jī)采用WINCC作人機(jī)界面，通過CP5611以Profibus協(xié)議與各站進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，完成數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)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(guī)模為2萬m3。工藝流程如圖1所示。

圖1

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思想

根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場勘測及工程需要，本著可靠、穩(wěn)定、高效的原則，整個系統(tǒng)設(shè)置為3大部分，企業(yè)管理級采用100Mbit/s 標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)。數(shù)據(jù)采集部分采用ET200M分布式智能化I/O單元，用Profibus DP現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)。過程控制器AS314，采用12Mbit/s MPI總線結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及控制?？刂剖以O(shè)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(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)。工程師站負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的編程及組態(tài)，操作員站負(fù)責(zé)日常的系統(tǒng)監(jiān)控，兩臺操作員站在監(jiān)控操作上互為補(bǔ)充。

2.2 各單元功能描述

3.2.1 中央控制室

中央控制室設(shè)有工程師站和操作員站，工程師站即能完成系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)試及控制參數(shù)的在線修改和設(shè)置等，又能完成對整個污水處理廠的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，報(bào)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(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、報(bào)表及打印等功能。

3.2.2 分布式控制站

共設(shè)兩個分布控制站，各站實(shí)現(xiàn)功能如下：

1）PLCl站

（1）對粗格柵的監(jiān)控，對細(xì)格柵的監(jiān)控；（2）對提升泵（含變頻器）控制，進(jìn)水井閘閥狀態(tài)的讀??；（3）對污泥泵的監(jiān)控，污泥流量的監(jiān)測，積算；（4）對脫水機(jī)的監(jiān)控，壓榨機(jī)的調(diào)節(jié)控制。

2）PLC2站

（1）曝氣池內(nèi)氧含量的讀取；（2）鼓風(fēng)機(jī)的起停控制，設(shè)置溶解氧定值用于鼓風(fēng)機(jī)的自動調(diào)節(jié)；（3）鼓風(fēng)機(jī)的溫度、壓力信號的讀取及對鼓風(fēng)機(jī)的過熱保護(hù)；（4）回風(fēng)閥及冷凝水電磁閥的狀態(tài)讀?。唬?）對刮稀泥機(jī)的監(jiān)控。

3.2.3 現(xiàn)場控制柜

各現(xiàn)場電控柜具有兩部分功能：一是進(jìn)行現(xiàn)場的手動操作，二是與各個遠(yuǎn)程RIO站連接，將各設(shè)備狀態(tài)信號傳送到PLC?，F(xiàn)場手動操作具有比分布控制站和中央控制室更高的優(yōu)先權(quán)，只有將狀態(tài)開關(guān)打到自動狀態(tài)，自動控制程序才起作用。所以在接入自動監(jiān)控系統(tǒng)前，首先要完成對現(xiàn)場各控制柜的調(diào)試。

4 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

4.1.1 中央監(jiān)控室

中央監(jiān)控室設(shè)兩臺中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)、彩色噴墨打印機(jī)等。兩臺監(jiān)控計(jì)算機(jī)均為戴爾工控機(jī)酷睿雙核 1G內(nèi)存，320G硬盤，并帶CP5611卡以實(shí)現(xiàn)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(tǒng)，并配有STEP7 V5.3 SP3和WINCC6.0軟件。通過上位機(jī)，操作人員可以遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場各設(shè)備的運(yùn)行。

4.1.2 分布式控制站

1）PLC1站負(fù)責(zé)對粗格柵、進(jìn)水泵房、細(xì)格柵、壓榨機(jī)及等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場控制柜的操作。對剩余污泥泵的啟?？刂萍盃顟B(tài)檢測，并設(shè)有一臺液位開關(guān)，當(dāng)泥位到達(dá)下限時停泵并報(bào)警。對污泥流量的測量及流量值的累計(jì)、對排放水投藥量的控制以及對脫水機(jī)房脫水機(jī)及其他電機(jī)的啟?？刂?。主要配備CPU模塊314-1AG13、307-1KA00電源模塊各1塊，4塊32點(diǎn)DI模塊SM321，2塊16點(diǎn)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(jù)測量到的含氧量對鼓風(fēng)機(jī)的起停控制、曝氣池溫度、液位的測量以及對刮稀泥機(jī)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(diǎn)DI模塊SM321，2塊16點(diǎn)DO模塊SM322。

4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個系統(tǒng)軟件分為上位機(jī)監(jiān)控軟件和PLC現(xiàn)場控制軟件。

上位監(jiān)控軟件采用1024點(diǎn)的西門子WINCC組態(tài)軟件對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)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(jìn)入不同的分畫面，分畫面是按照各個遠(yuǎn)程RIO來設(shè)計(jì)的。監(jiān)控系統(tǒng)還具備了實(shí)時故障報(bào)警和歷史數(shù)據(jù)歸檔的功能。

PLC的編程使用STEP 7 V5.3 SP3編寫，實(shí)現(xiàn)PLC對過程數(shù)據(jù)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(xiàng)目，插入PLC站，插入各模塊的順序完成硬件組態(tài)，然后開始編制PLC程序。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)已于2009年8月投入實(shí)際運(yùn)行，自投入運(yùn)行以來，控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，設(shè)備工作狀況良好，使用維護(hù)方便，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，解決了污水處理廠設(shè)備分散、復(fù)雜、難以控制的難題，使出水指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)，同時節(jié)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(bào)，2000.

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1674-6708（2010）22-0193-02