火电厂污水处理控制系统的设计与实现

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火电厂污水处理控制系统的设计与实现

DesignandImplementationonWastewaterTreatmentControlSystemofPowerPlant

张刘

刚宁

张井岗（太原科技大学电子信息工程学院，山西太原030024)韩海伟（山西省自动化研究所，山西太原030012）

摘

要

针对某火电厂污水处理的工艺流程，设计了一套污水处理自动控制系统。该系统由上位监控站、西门子S7－300PLC及其通讯网络构成，使用西门子WinCC软件组态监控画面，实现对污水处理过程的实时远程监控。现场运行结果表明，该控制系统结构合理，运行稳定，满足生产控制要求。

关键词：水处理，PLC，WinCC

Abstract

Accordingtothetechnologicalprocessofwastewatertreatment,theautomationcontrolsystemofwastewatertreatmentisdesigned．Thissystemiscomposedofmonitoringcomputerstation,SiemensS7－300PLCandthecommunicationnetwork．ThemonitoringinterfaceisdesignedwithWinCC,thereal－timecontrolofwatertreatmentisrealizedbyusingthiscontrolsystem．Therunningresultonfieldshowsthatthestructureofsystemisreasonableandthecontrolsystemisstable．

Keywords:water

treatment,PLC,WinCC

本文以山西某焦化工业园区火电厂污水处理为背景，介绍一种使用西门子S7－300PLC和WinCC6．2组态软件的先进污水处理控制系统。该控制系统实现了对污水处理过程的稳定控制和实时监控。

1污水处理工艺简介

设计火电厂污水处理站的污水处理能力为20000m3／d，其

中生产废水15000m3／d，生活污水5000m3／d。生产废水和生活污水在前期处理时使用不同的管道，工艺流程如图1所示，经过深度处理后，水质达到净化标准，可以回用。

图2控制系统硬件结构图

的导轨上，控制柜内另设有一个ET200M分站。考虑到系统有较多的控制点数和各处理车间现场位置相对分散，因此在加药间和曝气池附近再分别各配置两个ET200M分站，分别分散控制就近的设备。为了进一步提高控制系统的稳定性，增设一台

UPS（不间断电源）给PLC供电。

3）通讯设备。工控机和PLC通过以太网连接，通讯设备采

图1

污水处理工艺流程图

用网卡和菲尼克斯工业交换机。为了保证通讯效果，距离超过

2控制系统硬件结构

用工控机、PLC、不间断电源、通讯设备、现场仪表及放置

PLC和相关电气设备的控制柜等构成硬件系统。控制系统硬件网络结构如图2所示。

1）工控机。为处于系统管理层的主控室配置2台DiggCom

工控机，一用一备，互为冗余。为处于车间级的鼓风机房远程操作员控制站配置一台DiggCom工控机。

100m时以太网使用光纤进行通讯。各ET200M分站和CPU317－2DP通过Profibus－DP总线连接。

4）现场仪表。水处理控制系统使用30余个现场仪表，包括一体化超声波液位计、压力仪表、流量仪表、PH仪表、温度仪等

多种仪表。

3控制系统软件设计3．1上位机组态软件

污水处理控制系统的上位机使用西门子的WinCC（Win-

2）PLC及不间断电源。采用西门子S7－300系列PLC作为系统的下位机，该PLC可以使用MMC（微存储卡）存储数据及程序，维护方便，可靠性好［2］，在污水处理控制中采用S7－300PLC可以获得较高性价比的系统。电源模块使用PS307、CPU模块采用CPU317－2DP、将它们和用于连接工业以太网的CP343－1通讯卡及DI、DO、AI、AO模块依次连接在控制柜内

dowsControlCenter）组态软件，WinCC可以实现变量记录、

报警、数据归档、显示趋势曲线及生成报表等基本功能，还可以方便的通过OPC等开放性功能与外部软件连接，且具有Web浏览器功能，其数据处理基于MicrosoftSQLServer数据库，非常稳定［3］。

《工业控制计算机》2013年第26卷第1期

上位机组态步骤包括组态变量、创建过程画面、过程值归档、组态报警、报表设置、编写脚本、设置通讯等内容。使用图形编辑器来编辑上位机WinCC画面，污水处理的WinCC图形编辑器中包含了大小不同的60多个画面，其中主界面如图3所示，主界面里左边是按钮区，包括24个按钮，可以分别弹出控制状态、工艺流程、车间分布、归档、历史趋势曲线、参数设定、报警、系统登录、退出运行以及污水处理中15个流程车间的运行画面。主界面左上角有3个彩灯，对应画面中每个设备的手／自动、故障、运行状态。左下角为短期报警界面，可以显示当前的报警。考虑到系统运行后，操作人员会在监控界面前连续工作较长时间，所以界面色彩不宜设计得太鲜艳。

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址。S7程序是块结构化的程序，在FC块中编写系统中各部分的控制程序，然后由操作系统调用OB1，由OB1调用各FC，开始用户程序的运行，实现控制。OB1之外的其他OB块大多对应不同的中断处理程序，SFC块对应系统时间的设置和读取等系统功能，DB块用来提供数据，可以被OB、FC、FB块读取，DB块还可以作为上下位机数据的传输中介。

二次提升泵房配有三台潜污泵，两用一备，当池内水位位于正常水位和最高水位之间时，两台工作水泵启动，工作时三台水泵自动倒换运行。编写梯形图程序时加入定时器实现控制。

3．3上下位机通讯设置

1）WinCC与STEP7信息传输。基于西门子公司的全集成自动化理念，可以将STEP7符号表中的变量直接传输到WinCC，节省了在WinCC中重新定义和输入变量的工作，也可减少组态时发生错误。集成后另一项重要应用是使用DB块作

为中间变量，在上位机中为下位机中需要保存数值的变量赋值，从而使不具备编程能力的现场操作人员日后可以方便地在监控界面上对下位机各种参数进行修改设置，极大地减少了系统运行后设计工程师的维护工作量。在STEP7项目中插入新对象

OS，在符号表中，对需要传输到上位机的变量进行属性设置，在

特殊对象属性的操作员监控弹出窗口中选择操作员监控。设置

图3污水处理WinCC主界面

随着现场环境的变化，控制系统的一些参数需要重新设置，这可以在组态界面的“参数设定”中实现，但是由于参数的改变会直接影响工业生产，因此有必要对“参数设定”按钮设定操作权限，使用用户管理器创建多个不同操作权限的用户，在操作画面中选择需要授权的单位，在其对象属性中“其他”的“授权”栏设置操作权限。组态画面正常运行后，操作员可以实时监视每个设备的累计运行时间和手／自动、故障、运行情况，还可以查看各车间的现场仪表测量值如液位、压力、流量、pH值、温度等。在画面中点击每个设备，都会弹出相应的控制画面、操作员可以随时启动或关停设备。设备故障或液位等模拟量超过警戒值时，主界面中的左下角报警界面会弹出红色闪烁字体的故障报警描述文本，并伴随有声光报警。

DB块的特殊对象属性为操作员监控，打开DB块，选择需要传输的变量，把其属性和数值设置为“S7＿m＿c”和“true”。在STEP7中对OS项目进行编译，选择通讯协议为TCP／IP，把STEP7符号表和DB块中设置好的变量传输到WinCC。

2）设置WinCC与PLC通讯。在STEP7中打开硬件组态，设置CP343－1参数，新建一个以太网络，设置IP地址和子网掩码，组态好后下载到PLC中。当WinCC与S7－300PLC进行通讯时，PC通讯卡使用CP1613，打开Windows控制面板的“SetthePG／PCInterface”，选择应用程序访问点为CP1613。打开WinCC，在变量管理中设置以太网的系统参数，在单元中选择 …… 此处隐藏：2861字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……