基于S7-300的SBR污水處理工藝自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(shè)計

貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(yán)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(shí)際運(yùn)行中，由于其自動化程度不高，運(yùn)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(shù)，應(yīng)用于處理間歇排放工業(yè)污水領(lǐng)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(shè)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(luò)和計算機(jī)自動控制技術(shù)，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(jī)，實(shí)現(xiàn)自動采集生產(chǎn)現(xiàn)場各個設(shè)備數(shù)據(jù)。PC計算機(jī)是上位監(jiān)控機(jī)，采用的是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫與TCP/IP協(xié)議，與以太網(wǎng)相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)集成管理功能。

1.自動控制系統(tǒng)在SBR工藝中的應(yīng)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(shè)施造價比較低。在這樣的基礎(chǔ)上，SBR污水處理工藝實(shí)現(xiàn)了大范圍的推廣。隨著科學(xué)信息技術(shù)逐漸發(fā)展，自動控制系統(tǒng)在多個領(lǐng)域中的應(yīng)用產(chǎn)生了較好的效果，與自動化控制系統(tǒng)相關(guān)的檢測設(shè)備應(yīng)運(yùn)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(shù)中的應(yīng)用，使得污水處理工藝實(shí)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(jī)自動控制系統(tǒng)可以被分為以下幾種：

計算機(jī)+PLC。該種控制系統(tǒng)中計算機(jī)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(shí)際開發(fā)，時間比較短，編程比較簡潔，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)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(jī)和現(xiàn)場的各種設(shè)備相互連接。優(yōu)勢為系統(tǒng)的響應(yīng)時間比較短，實(shí)時性比較好。能夠在系統(tǒng)控制中對設(shè)備進(jìn)行分散性的控制，對于設(shè)備的危害性比較小，系統(tǒng)運(yùn)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(yuǎn)程終端和主控系統(tǒng)。該系統(tǒng)比較容易實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的集成，充分的應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)，應(yīng)用前景比較好。但是該系統(tǒng)的實(shí)時性比較差，難以在復(fù)雜的系統(tǒng)中實(shí)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(biāo)、多控制設(shè)備的復(fù)雜控制系統(tǒng)。在實(shí)際的系統(tǒng)控制中，要想實(shí)現(xiàn)對污水處理系統(tǒng)的控制，傳統(tǒng)的設(shè)備控制技術(shù)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的連接、資源共享，進(jìn)而使得原本比較先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng)比較孤立。伴隨著科技信息技術(shù)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(yīng)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(shè)備的自動化和處理效果準(zhǔn)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(jìn)水閥、鼓風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)、出水閥、排泥閥等控制系統(tǒng)。在現(xiàn)場上，所需要的設(shè)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(jī)WINCC監(jiān)控軟件結(jié)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、顯示、管理以及人機(jī)界面等多項(xiàng)功能。

2.2控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

對BSR污水處理工藝控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jié)構(gòu)。在這樣的結(jié)構(gòu)體系下，能夠達(dá)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(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行綜合化管理，管理更加的到位。當(dāng)設(shè)備發(fā)生危險的時候，能夠?qū)L(fēng)險降低。同時在故障發(fā)生之后，也能夠針對設(shè)備的實(shí)際情況進(jìn)行處理。而集中管理實(shí)際上是針對控制系統(tǒng)的信息，促進(jìn)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(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，與下一級的PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。對設(shè)備的監(jiān)控故障報警顯示進(jìn)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(shè)備進(jìn)行控制，控制室控制級可以被視為監(jiān)控室監(jiān)控機(jī)。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(shè)備級?，F(xiàn)場設(shè)備級主要應(yīng)用于現(xiàn)場，實(shí)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(shí)際上控制系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。

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(qiáng)，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(shí)際應(yīng)用中能夠滿足中等性能要求的設(shè)計應(yīng)用。模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，優(yōu)勢在于擴(kuò)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(fù)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(shè)計

3.1PlC 系統(tǒng)整體設(shè)計

在SBR污水處理工藝自動控制系統(tǒng)中，設(shè)計PLC控制系統(tǒng)至關(guān)重要。該P(yáng)LC控制系統(tǒng)的流程如下：首先開啟SBR池進(jìn)水電動閥門，當(dāng)水位達(dá)到上限時，需要開啟鼓風(fēng)機(jī)。對鼓風(fēng)機(jī)中氣體進(jìn)行分析，當(dāng)暴氣達(dá)到一定的要求時，需要停止鼓風(fēng)機(jī)。此時污水中的雜質(zhì)開始沉淀，當(dāng)沉淀達(dá)到一定的要求時，PLC系統(tǒng)中需要開啟排水泵，直到水位達(dá)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(jìn)行判斷，當(dāng)污泥濃度超過標(biāo)準(zhǔn)液位時，需要開啟排泥泵，直到污泥濃度過關(guān)時，停止排泥泵。

3.2網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計

SBR污水處理工藝網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)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(quán)，都是通過令牌傳遞順序來實(shí)現(xiàn)?？删幊炭刂破髋cPROFIBUS網(wǎng)絡(luò)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(shè)置PROFIBUS-DP口連接，該種網(wǎng)絡(luò)連接方式最大的優(yōu)勢在于借助DP口進(jìn)行直接化連接，或者也可以利用通訊模塊進(jìn)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(shè)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(shè)置EM277通信模塊［6］。

3.3PC上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計

在PC上位機(jī)中，用WinCC進(jìn)行監(jiān)控軟件和控制界面的設(shè)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(qiáng)大的特點(diǎn)。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(jié)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(jìn)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(jī)自動控制系統(tǒng)可以被分為：計算機(jī)+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(shù)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(yīng)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(shù)、PC上位機(jī)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(shè)計［D］.電子科技大學(xué)，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(xué)，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(xué)，2009.

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

［5］寧利.實(shí)驗(yàn)型造紙污水處理自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用［D］.華南理工大學(xué)三，2012.

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