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基于S7


2007 年 第 6期

仪 表 技 术 与 传 感 器
Instrument Technique and Sensor

2007 No 6

基于 S7- 300 PLC 与 WinCC6. 0 的污水处理自控系统
欧阳维灿1 , 马 硕2 , 李山春3
430081; ( 1. 珠海联邦制药有限公司, 广东珠海 519040; 2. 湖北武汉科技大学, 湖北武汉 3. 珠海思特自动化系统工程有限公司, 广 东珠海 519000) 摘要: 阐述了污水控制系统的结构和 主要监控功能, 介绍了系统所用的上/ 下位机编程软件 WinCC 和 Step7, 详 细说明 了好氧池( CASS 池) 自动控制的过程, CASS 池控制 是整个污水控制系统的关键点。 关键词: 污水控制; 检测编程; S7- 300 PLC 中图分类号:TH765. 2 文献标识码: A 文章编号: 1002- 1841( 2007) 06- 0077- 02

Sewage Treatment Automatic Control System Based on S7- 300 PLC and WinCC6. 0
OUYANG Wei can 1, MA Shuo2 , LI Shan chun3 ( 1. Zhuhai United Laboratories Co. Ltd, Zhuhai 519040, China; 2. Wuhan Science and Teclhonogy University, Wuhan 450000, China; 3. Zhuhai Automatic System Engineering Ltd, Zhuhai 519000 China) Abstract: Elaborated the sewage control system structure and monitor functions mainly, simply introduced epigynious machine soft ware WinCC and programs software S7- 300 PLC on the system and have explained good oxygen pond that is the CASS pond automatic control process in detail. The good oxygen pond automatic control emphasis of the entire sewage control in the whole system. Key words: sewage control; CASS pond; S7- 300 PLC 0 引言 污水处理自控系 统由 3 个 主要部分组成: 上位机( 含 WinCC 人机界面) 、 下位机 Siemens S7- 300、 现场传 感器与执 行部件等。 其主要功能有: 工艺过程与工艺参数的监控、 泵运行控制与状态 监视、 报警记录与报表、 数据历史 趋势与报表等。系统实现了全 厂废水收集、 综合调节、 酸化水解、 厌氧、 氧及排水和污泥处理 好 等过程的实时监控, 其中好氧池( CASS 池) 控制是 整个污水系统 自动化控制的核心, 其控制效果直接影响到污水处理品质。 1 系统结构 污水系统中有多个 泵/ 电机、 调节阀、 滗水 器以及 变频风机 设备, 它们分散分布在不同位置, 其中有些 只要求计算机监视运 行, 另一 些还 要 求计 算机 实 现控 制或 调 节( 如 变频 器、 节阀 调 等) 。为方便值班人员及时了解运行情况和实施 操作, 选用西门 子控制技术进行总方案设计, 采用以 S7- 300 PLC 为核心部件构 筑上下层分布式计算机控制系统的结构。系统结构如图 1 所示。 其中 上 位 机 选 用 Dell 品 牌 计 算 机, 内 置 Siemens 5611 Profibus 通讯卡, 负责提供系 统全部 监控 界面、 报警 机制与 数据 记录分析的功能。上位机通讯通过 Profibus 总线与 PLC 控制器 实现周期性地数据交换, Profibus 通讯保证了现场系统 网络的数 据传输抗干扰能力和高可靠性。上位机 系统预留 有网络 接口, 以备将来进一步扩充。 下位机选用 S7- 315- 2DP PLC 与 ET200M 远程 模块和 I/ O 模块集成。S7- 315- 2DP 具有简 单实 用的分 散式 结构和 多界 面网络能力, 使得 S7- 315- 2DP 应 用十分 灵活, 控制任 务增加
收稿日期: 2006- 11- 19 收修改稿日期: 2007- 01- 08 图1 污水处理系统结构框图

时可自由扩展。下 位机 PLC 实现 整个污 水处 理系统 的数 据采 集、 逻辑控制与自动调节功能。

1. 1 系统硬件

污水处理系统配备 了溶氧分析仪、 超声 波液位计、 度/ 流 温 量计等检测装 置, 通 过这 些传感 器采 样现 场数据, 提 供计 算机 来实现阀门和 变频器的控制调节功能。 1. 2 系统软件 软件编程分为上 位机 软件 和下位 机软 件。上位 机以 Win dows XP 为系统平 台, 用 Siemens WinCC 软件集成, WinCC 除完成 一般监控组态 软件的功能外, 还可加入各 种控件和 C 脚 本编程 实现复杂功能 。为 能及 时地掌 握整 个污 水处理 系统 的运 行情 况, 方便、 准确 地 实施 运行 控 制, 上位 机 软件 中 建立 了 工艺 总 貌、 综合调节、 化水解、 氧、 酸 厌 好氧及 排水 和污泥 处 理等 一系 列监控画面, 其中好氧池( CASS 池) 控制是整个污水控制的关键 点。上位机软件 实现全 部泵 的运行 监控、 池液 位监 控、 水 曝气 监控、 工艺测点温度/ pH 值/ 流 量监视 等, 并实现报 警记录 报表 及历史趋势与 报表。 系统下位 机是用 Siemens STEP7 V5. 3 的 LAD 与 STL 结合方

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Instrument Technique and Sensor

Jun 2007

式编写的 PLC 程序, 实现污水系统控制 层的功能如: 进水 模式/ 调节模式、 自动/ 手动 方式 选择 切换、 辑控 制与 PID 调节、 逻 数 据采集与调控输出功能等。这部分的程 序采用模 块化设 计, 其 中主体程序 OB1 块程序如下:
Network1: CALL FC200 Network2: CALL FC100 Network3: A M 0. 0 = DB2. dbx0. 0 连续进水 Network4: CALL FC4 Network5: CALL FC1 Network6: CALL FC6 Network7: CALL FC19 Network8: CALL FC111 Network9: CALL FC30 CASS 池 1/ 2 进水控制实施 自动控制逻辑实施 曝气风机 B01 FAN CONTROL!PID 控制计算 污水系统泵运行监视与控制 污水系统综合报警监视处理 控制输出处理 设置进水模式控制位: 0 为周期进水; 1 为 各路流量累计计算 现场工艺数据采集与变换

连续进水模式 。周期进 水是 2 个 CASS 互为 进水, 根 据时 间周 期自动完成曝气进水、 曝气、 淀、 水、 沉 排 等待 过程; 连续进 水是 2 个 CASS 池独立运行, 不间 断进水, 独立完成曝气、 沉淀、 水、 排 等待过程。图 3 所示为一个典型的周期进水模式的时序图。

PLC 周期性运行 OB1 块 来接 受上 位机 指令 并根 据不 同的 运行逻辑状况调 用不 同子 块来实 现整 个污水 处理 的自动 化控 制。 2 主要监控功能 系统开机后, 上位机的启动监视界面即为总 流程监控界面, 如图 2 所示。该界面提供了污水处理过程 主要参数的监视与动 态模拟, 包括废 液池监 控、 综合 池监控、 酸化/ 集水/ 平 衡池监视 与控制、 厌氧池监视 与控制、 CASS 池监视 与控制、 泥系统监视 排 等。 2. 1 流程监控

图3

进水时序图

点击 启动! 按钮, CASS1 开 始曝气进 水; 当 CASS1 完成 曝 气进水! 进入 曝气! 时, CASS2 开始 曝 气进水! , 同时 CASS1 将 继续作余下的 过程, 直到 等待! 过程; 同 样 CASS2 完 成 曝 气进 水! 进入 曝气! 时, CASS1 将结束其他 过程而进入 曝气进水! 过 程; 周期性模式时序搭配上将保 证 CASS1/ CASS2 处于互 补的工 况, 保证任何时段都有 CASS 池在接受源源不断 的污水。 运行中用户还可以点击 !使 CASS 操 作步骤直接 跳到下 一过程( 需要登陆用户) , 且当 一个 CASS 从 曝气 进水! 跳 转进 入 曝气!过程, 另一 CASS 将无条件立即 进入 曝气进水! 过 程。 运行中还可以点击 停 止! 按钮 ( 需要登 陆用 户) , 结 束 CASS 池 运行控制, 即停止所有被控对象控制输出。 CASS 控制对象 有: 滗 水器、 拌 器、 搅 进水 阀、 气阀、 泥 进 回 泵、 变频风机。这些被 控对 象都各 自设 有手 动和 自动 功能, 选 择手动控制, 即通过 计算 机界面 直接 控制 或调节 被控 设备, 选 择自动控制 PIC 系统运行自动 控制设备运行。 曝气调节阀自动控制比较复杂, 根据预设的自控 模式: 模式 1 指两个池不用气时, 则两个阀关闭; 模式 2 指单个池用气, 对应 阀全开, 不用气的阀全关; 模式 3、 模式 4 指 2 个池都用气, 液位高 池对应的阀门全开, 液位低 池对应阀门 开度按液 位差计 算获取 输出开度值。进气变频器自动控制采用 PID 控制方式, 可以自动 的选择池 1、 2 或二者的平均溶氧量值作为控制目标。 池

图2

污水处理流程图

3 结束 语 污水处理 控制系统具 有技 术先进、 制效 果良 好、 动化 控 自 水平高、 易于操作、 运行 稳定 可靠、 经济 效益 显著 等特 点, 具有 广阔的应用前 景。 参考文献:
[ 1] 苏昆哲, 何华. 西门子 Wincc V 6. 2 版. 北京: 北 京航空 航天大 学出 版社. [ 2] 徐德, 孙同景, 陈桂友. 可 编程控制 器( PLC) 应用技 术. 济南: 山东 科学技术出版社, 2003. [ 3] [ 4] siemens. S7 300 PLC 用户使用手册, 2004. 王常力, 罗安. 分布式控制系统( DCS) 设计与应用实例. 北京: 电子 工业出版社, 2004. 作者简介: 欧阳维灿( 1976 ? ) , 助理工程师, 研究方向为自动化应用。

监控画面分为 3 个 区: 顶端 为信息 栏, 指示 系统 最新 的报 警。中间为主画 面区, 显示 工艺 参数 和设备 运行 状态, 区 内黄 色背景指示监视参 数, 设 备状 态显 示绿色 为设 备运行, 不 显示 为停止。当 上位机与 PLC 通信中断 时, 所 有模拟变量 值显示成 灰色、 状态变量将 闪烁 且不 能确认, 即 指示通 信 故障。画 面底 端为按钮区, 实现 不同监 视界 面与 功能的 切换, 系统 设置 有用 户权限限制, 重点功能需要账号 登陆后才 能操作。为确 保系统 安全, PIC 运行控制时完全独立于上位机, 即使上位机 出现故障 或关机, PLC 可以继续完成系统控制。 2. 2 好氧池( CASS 池) 控制 点击控制画面按钮, 操作界面进 入 CASS 池 控制界面, 这是 污水处理控 制的核心部分, CASS 控 制分两 种模式: 周期 进水和



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