基于S7-300PLC的城市污水处理工艺流程控制系统设计

引言

对CAST污水处理工艺的研究，以可编程控制器为控制主体，以计算机为系统编程、组态、维护、监控和管理的一体化平台，实现了污水处理生产现场与计算机控制系统的集成，建立一套完整的城市污水处理系统。

本文的主要内容是在对污水处理工艺分析基础上，开发西门子S7-300的城市污水处理控制系统，完成STEP7编程和人机界面地开发，并进行模拟仿真和现场调试。

控制系统的结构

根据全集成自动化 (Totally Integrated Automation)的思想，将污水厂控制系统分为管理级、控制级和现场级。

该系统中主要工艺设备采用三种控制模式，即就地设备控制箱手动控制、自动控制和远程PLC控制。现场的泵类和设备开启、关闭等开关信号、曝气池的溶解氧和PH等模拟信号，全部经过PLC在上位机上显示。现场各监控点的物理参数，均通过 Profibus总线与PLC主站相连，PLC通过Profibus总线采样各个模拟量、数字量信号；控制信号同样由PLC输出，以 Profibus总线送到各控制站控制从站通过各种模块来控制执行机构的动作。

通常PLC上位机与下位机有三种连接方式：MPI通信、MPI卡和以太网卡通信。当系统只有一个PLC站点时，采用MPI通信，构造简单、成本较低，缺点是为半双工通信。当系统有多个PLC站点时，可采用MPI卡，在上位机上安装MPI网卡，下位机安装通信模块；也可采用工业以太网，也需要在上位机上安装以太网卡，下位机安装通信模块。在本系统中只有一个PLC站点，综合考虑采用MPI通信。所搭建的控制系统结构如图1所示。

图1 控制系统框架图

控制系统硬件设计

硬件配置

根据系统工艺控制点数的要求和PLC的基本概述，西门子S7-300 PLC总体配置如下：

• 电源模块PS307 5A

• 中央处理模块(CPU)选用CPU315-2DP

• 数字量输入模块（DI）选用SM321(DI16XDC24V)，共16块（16点/块），处理16点输入信号。

• 数字量输出模块（DO）选用SM322(DO16XDC24V/ 0.5A)，共7块（16点/块），处理16点输出信号。

• 模拟量输入模块（AI）选用SM331(AI8X12bit)，共5块（8点/块），处理8点输入信号。

• 模拟量输出模块（AO）无模拟量输入信号，因此不选择AO模块