基于S7-300PLC的城市污水處理工藝流程控制系統設計

引言

對CAST污水處理工藝的研究，以可編程控制器為控制主體，以計算機為系統編程、組態、維護、監控和管理的一體化平臺，實現了污水處理生產現場與計算機控制系統的集成，建立一套完整的城市污水處理系統。

本文的主要內容是在對污水處理工藝分析基礎上，開發西門子S7-300的城市污水處理控制系統，完成STEP7編程和人機界面地開發，并進行模擬仿真和現場調試。

控制系統的結構

根據全集成自動化 (Totally Integrated Automation)的思想，將污水廠控制系統分為管理級、控制級和現場級。

該系統中主要工藝設備采用三種控制模式，即就地設備控制箱手動控制、自動控制和遠程PLC控制。現場的泵類和設備開啟、關閉等開關信號、曝氣池的溶解氧和PH等模擬信號，全部經過PLC在上位機上顯示。現場各監控點的物理參數，均通過 Profibus總線與PLC主站相連，PLC通過Profibus總線采樣各個模擬量、數字量信號；控制信號同樣由PLC輸出，以 Profibus總線送到各控制站控制從站通過各種模塊來控制執行機構的動作。

通常PLC上位機與下位機有三種連接方式：MPI通信、MPI卡和以太網卡通信。當系統只有一個PLC站點時，采用MPI通信，構造簡單、成本較低，缺點是為半雙工通信。當系統有多個PLC站點時，可采用MPI卡，在上位機上安裝MPI網卡，下位機安裝通信模塊；也可采用工業以太網，也需要在上位機上安裝以太網卡，下位機安裝通信模塊。在本系統中只有一個PLC站點，綜合考慮采用MPI通信。所搭建的控制系統結構如圖1所示。

圖1 控制系統框架圖

控制系統硬件設計

硬件配置

根據系統工藝控制點數的要求和PLC的基本概述，西門子S7-300 PLC總體配置如下：

• 電源模塊PS307 5A

• 中央處理模塊(CPU)選用CPU315-2DP

• 數字量輸入模塊（DI）選用SM321(DI16XDC24V)，共16塊（16點/塊），處理16點輸入信號。

• 數字量輸出模塊（DO）選用SM322(DO16XDC24V/ 0.5A)，共7塊（16點/塊），處理16點輸出信號。

• 模擬量輸入模塊（AI）選用SM331(AI8X12bit)，共5塊（8點/塊），處理8點輸入信號。

• 模擬量輸出模塊（AO）無模擬量輸入信號，因此不選擇AO模塊