Information Technology 信息科技 基于s7-300污水处理的自动控制系统设计姚传峰山东交通职业学院机械系，山东潍坊 261206摘要本文以山东华阳化工污水处理厂为例，设计了污水处理厂自动监控系统。该系统以西门子公司的S7-300PLC作于s7 300污水处理的自动控制系统设计 为数据采集及控制单元，配合各种检测和控制设备对污水处理中的各种数据进行采集，通过上位机实现集中控制。姚传峰 关山东交通职业学院机械系，山东潍坊 261206 键词污水处理组态软件计算机监控系统模块化中图分类号X703文献标识码A文章编号1674-6708（2010）22-0193-02摘要 本文以山东华阳化肛污水处理厂为例，设计了污水处理厂自动监控系S7 300PLC作为数据采集及控制单元，配合各种检测关键词 污水处理 组态软件 计算机监控系统 模块化 0 引言本文以山东华阳污水处理厂为例 X703 文献标识码 A 文章编号，介绍了污水处理自动监控 1674-6708（2010）22-0000-00 系统的设计方法。0 弓言 本系统以工业控制计算机、可编程逻辑控制器及现场仪表构本文以山东华阳污水处理厂为例，介绍了污水处理自动监控系统的设计方成三级监控系统。可编程控制器选用西门子公司的S7-300系列本系统以肛业控制计算机、可编程逻辑控制器及现场仪表构成三级监控系PLC，根据工艺流程在电控间设立4个分布控制站。上位机采用WINCC作人机界面，通过CP5611以据通讯4个分布控制站。上位机采用，完成数据采集、处理、监督及控制功能。S7 300Profibus系列PLC，根据肛艺流程在电控间协议与各站进行数WINCC作人机界面，通过CP5611以Proflbus1 肛艺流程 1 工艺流程该污水处理厂采用德国生化污水处理肛艺，该污水处理厂采用德国生化污水处理工艺日处理水规模为，日处理水规模为2万m3。肛艺流2万1所示。 m3。工艺流程如图1所示。 方案设计 图12 1 设计思想 2 方案设计根据实际现场勘测及肛程需要，本着可靠、稳定、高效的原则，整个系统设3大部分，2.1 设计思想企业管理级采用100Mbit/s标准肛业以太网。数据采集部分采用分布式智能化I/O单元，用Profibus DP则，采用根据实际现场勘测及工程需要，整个系统设置为12Mbit/s MPI总线结构，负责整个系统的调节及控制。控制室设置，本着可靠、稳定、高效的原现场总线结构。过程控制器业以太网。数据采集部分采用（OS），其中一台操作员站兼作肛程师站3大部分，企业管理级采用ET200M分布式智能化（ES100Mbit/s 标准工），I/O采用单元100Mbit/sProfibus DP肛程师站负责整个系统的编程及组态，，用现场总线结构。过程控制器AS314，操作员站负责日常的系统采用12Mbit/s MPI2 2 各单元功能描述 总线结构，负责整个系统的调节及控制。控制室设置两台操作员3 2 1 中央控制室 站（OS），其中一台操作员站兼作工程师站（ES），采用100Mbit/s 中央控制室设有肛程师站和操作员站，标准工业以太网。工程师站负责整个系统的编程及组态肛程师站即能完成系统组态、，操作员调试及站负责日常的系统监控，两台操作员站在监控操作上互为补充。2.2 各单元功能描述操作员站主要完成对整个污水处理厂的数据采集、监控、3.2.1 中央控制室中央控制室设有工程师站和操作员站，工程师站即能完成系统组态、调试及控制参数的在线修改和设置等，又能完成对整个污水处理厂的数据采集、监控，报表及打印等功能。操作员站主要完成对整个污水处理厂的数据采集、监控、报表及打印等功能。3.2.2 分布式控制站共设两个分布控制站，各站实现功能如下：1）PLCl站（1）对粗格栅的监控，对细格栅的监控；（2）对提升泵（含变频器）控制，进水井闸阀状态的读取；（3）对污泥泵的监控，污泥流量的监测，积算；（4）对脱水机的监控，压榨机的调节控制。2）PLC2站（1）曝气池内氧含量的读取；（2）鼓风机的起停控制，设置 溶解氧定值用于鼓风机的自动调节；（3）鼓风机的温度、压力信号的读取及对鼓风机的过热保护；（4）回风阀及冷凝水电磁阀的状态读取；（5）对刮稀泥机的监控。3.2.3 现场控制柜各现场电控柜具有两部分功能：一是进行现场的手动操作，二是与各个远程RIO站连接，将各设备状态信号传送到PLC。现场手动操作具有比分布控制站和中央控制室更高的优先权，只有将状态开关打到自动状态，自动控制程序才起作用。所以在接入自动监控系统前，首先要完成对现场各控制柜的调试。4 控制系统实现4.1 系统硬件实现4.1.1 中央监控室中央监控室设两台中央监控计算机、彩色喷墨打印机等。两台监控计算机均为戴尔工控机酷睿双核 1G内存，320G硬盘，并带CP5611卡以实现与Profibus总线的通讯，分为工程师站和操作员站，配windowsxp Sever/Rrofessional操作系统，并配有STEP7 V5.3 SP3和WINCC6.0软件。通过上位机，操作人员可以远程控制现场各设备的运行。4.1.2 分布式控制站1）PLC1站负责对粗格栅、进水泵房、细格栅、压榨机及等设备的数据采集和现场控制柜的操作。对剩余污泥泵的启停控制及状态检测，并设有一台液位开关，当泥位到达下限时停泵并报警。对污泥流量的测量及流量值的累计、对排放水投药量的控制以及对脱水机房脱水机及其他电机的启停控制。主要配备CPU模块314-1AG13、307-1KA00电源模块各1块，4块32点DI模块SM321，2块16点DO模块SM322，2块8路AI模块SM33l和2块8路AO模块SM332。2）PLC2站PLC2站主要完成曝气池的含氧量的测量，根据测量到的含氧量对鼓风机的起停控制、曝气池温度、液位的测量以及对刮稀泥机的控制。主要配备CPU模块314-1AG13、307-1KA00电源模块各1块，2块32点DI模块SM321，2块16点DO模块SM322。4.2 系统软件设计整个系统软件分为上位机监控软件和PLC现场控制软件。上位监控软件采用1024点的西门子WINCC组态软件对系统进行监控。主画面显示整个污水处理厂的工艺流程。通过主画面的各按键进入不同的分画面，分画面是按照各个远程RIO来设计的。监控系统还具备了实时故障报警和历史数据归档的功能。PLC的编程使用STEP 7 V5.3 SP3编写，实现PLC对过程数据的初步处理。在STEP7中，有3种编程语言可用来编程，分别是梯型图（LAD）、语句表（STL）、功能块（FBD）。首先建立新项目，插入PLC站，插入各模块的顺序完成硬件（下转第205页）1932010•7（上）《科技传播》统。该系统以西门子公司的和控制设备对污水处理中的各种数据进行采集，通过上位机实现集中控制。 中图分类号法。 统。可编程控制器选用西门子公司的设立协议与各站进行数据通讯，完成数据采集、处理、监督及控制功能。 程如图 置为ET200MAS314两台操作员站标准肛业以太网。监控，两台操作员站在监控操作上互为补充。控制参数的在线修改和设置等，又能完成对整个污水处理厂的数据采集、监控，报表及打印等功能。报表及打印等功能。 Information Technology 信息科技 4 仿真及硬件实现为了验证本文推导的具有扫频功能的并行DDS结构的正确性，先利用matlab对算法进行了仿真，同时用硬件描述语言Verilog对算法进行了实现，最后导入ModemSim对该结构进行了仿真，仿真参数设置信号中心频率223MHz，带宽2.5MHz，时宽40us，DDS工作时钟(fc)为600MHz，仿真结果如下：5 结论本文提出了一种新型扫频并行DDS结构，很好地解决了在FPGA内部采用低速时钟产生高频率信号输出的难题，同时利用CORDIC方法实现了相幅转换。本文提出的并行DDS结构非常适合FPGA实现，在直接信号产生和任意波形产生等系统中可以广泛应用。 图6 线性调频仿真结果图 图6 线性调采用FPGA+DAC硬件平台验证本文推导的并行DDS，FPGA为ALTERA 公司StratixⅡ 系列，型号：EP2SEF1020C4；DAC为ADI公司14位转换率1.2GHz的器件，型号：AD9736。FPGA内部各累加器及相幅转换器工作时钟为150MHz，利用FPGA内部高速并串转换模块对四路相幅转换器的输出进复用，实现了利用600MHz工作时钟直接产生中心频率为223MHz，带宽2.5MHz，时宽40us的线性调频信号，测试结果如图7所示。参考文献[1]TierneyJ，RaderC，GoldB.Adigitalfrequencysysnthesizer[J].IEEETransAudioElectroacoust，1971，54（19）:48-56.[2]VankkaJ，HalonenK.DirectdigitalSynthesizerstheory，designandapplications[M].NorwellKluwerAcademic，2001:337-402.[3]Tso-BingJuang，Shen-Fu，Ming-YuTsai.Para-CORDIC：ParallelCORDICRotationAlgorithm．IEEE，2004；51（8）.[4]H．T．Nicholas，ⅢH.Samueli，B.Kim.Theoptimizationofdirectfrequencysynthesizerperformanceinthepresenceoffinitewordlengtheffects，IEEEProc42thAFCS，1988:357-18.[5]L.J.Kuhner，M.T.Ainsworth.Aspuriousreductiontechniqueforhigh-speeddirectdigitalsynthesizers，IEEEProc50thAFCS，1996:920-927[6]UweMeyer-Baese著.数字信号处理的FPGA实现[M].刘凌，胡永生，译．北京：清华大学出版社，2003：55-63.[7]耿丹.CORDIC算法研究与实现[J].遥测遥控，2007，28（11）：40.[8]姚亚峰，付东兵.基于CORDIC改进算法的高速DDS电路设计[J].华中科技大学学报，2009，37（2）:26-27. 图7 DAC输出频域信号图论本文提出了一种新型扫频并行DDS结构，很好地解决了在FPGA内部采用低速时频率信号输出的难题，同时利用CORDIC方法实现了相幅转换。本文提出的并行（上接第196页）（上接第193页）常适合FPGA实现，在直接信号产生和任意波形产生等系统中可以广泛应用。 组态，然后开始编制PLC程序。络。5 结论5 结论论本文提出了一种新型扫频并行DDS结构，很好地解决了在FPGA内部采用低速时lerneyJ，Rader C，Gold B A dlgltal frequency sysntheslzer「J」 IEEE Trans 制系统运行稳定可靠，设备工作状况良好，使用维护方便，各项具有可互操作的网络将现场各控制器及仪表设备互连，构成现场本系统已于2009年8月投入实际运行，自投入运行以来，控FCS正是顺应以上潮流而诞生，它用现场总线这一开放的，钟产生高频率信号输出的难题，同时利用CORDIC方法实现了相幅转换。本文提出的并行指标均达到设计要求，解决了污水处理厂设备分散、复杂、难以总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本DDS结构非常适合FPGA实现，在直接信号产生和任意波形产生等系统中可以广泛应用。 ctroacoust，1971，54（19）：48 56 和维护费用。因此，FCS实质是一种开放的、具可互操作性的、彻底分散的分布式控制系统，有望成为21世纪控制系统的主流产ankkaJ，Halonen K Dlrect dlgltal Syntheslzers theory品。，deslgn and 参考文献 控制的难题，使出水指标稳定达到国家二级排放标准，同时节约能源、降低能耗，受到了厂方的好评。参考文献ons「M」 NorwellKluwer Academlc，2001：337 402 「1」 TlerneyJ，Rader C，Gold B A dlgltal frequency sysntheslzer「J」 IEEE Trans 2000.，Shen Fu，Mlng Yu Tsal Para CORDIC：Parallel CORDIC so Blng Juang[1]高碑店污水处理.提升泵站工程开工[N].北京科技报，Audlo Electroacoust，1971，54（19）：48 56 Algorlthm．IEEE，2004；51（8） 「2」 VankkaJ，Halonen K Dlrect dlgltal Syntheslzers theory，deslgn and 2052010•7（上）《科技传播》appllcatlons「M」 NorwellKluwer Academlc，2001：337 402 ．T．Nlcholas，l H Samuell，B Klm The optlmlzatlon of dlrect frequency 基于s7-300污水处理的自动控制系统设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
姚传峰， YAO Chuanfeng
山东交通职业学院机械系,山东潍坊,261206科技传播
PUBLIC COMMUNICATION OF SCIENCE & TECHNOLOGY2010(13)
1.高碑店污水处理提升泵站工程开工 2000
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