基于S7-300的SBR污水处理工艺自动控制系统的设计

贵州工业职业技术学院　徐广允

基于S7-300的SBR污水处理工艺自动控制系统的设计

贵州工业职业技术学院徐广允

随着社会环境逐渐恶化，污水到处排放对人们的生活环境造成了严重的影响，污水处理厂的建立有效缓解污水排放的问题。但是在污水处理厂实际运行中，由于其自动化程度不高，运行效果不佳。SBR序批式活性污泥法，是一种新型的污水处理技术，应用于处理间歇排放工业污水领域，其取得的效果显著。基于此，在本文分析SBR污水处理工艺的自动控制系统，研究其控制系统电路设计。

S7-300；SBR污水处理工艺；自动控制系统

前言

SBR污水处理系统在全自动控制系统支持下，采用多层次网络和计算机自动控制技术，完成污水处理生产全过程中的内容。将PLC作为其下位机，实现自动采集生产现场各个设备数据。PC计算机是上位监控机，采用的是标准数据库与TCP/IP协议，与以太网相互结合，实现集成管理功能。

1.自动控制系统在SBR工艺中的应用

SBR污水处理工艺与传统的污水处理工艺相比，其处理效率比较高，系统设施造价比较低。在这样的基础上，SBR污水处理工艺实现了大范围的推广。随着科学信息技术逐渐发展，自动控制系统在多个领域中的应用产生了较好的效果，与自动化控制系统相关的检测设备应运而生。而这些不同功能的自动控制系统在SBR污水处理技术中的应用，使得污水处理工艺实现了自动控制。目前，大多数的污水处理厂所使用的计算机自动控制系统可以被分为以下几种：

计算机+PLC。该种控制系统中计算机和可编程程序控制器分别为污水处理系统中的中央控制室工程师站和操作员。该系统的实际开发，时间比较短，编程比较简洁，系统网络在实际连接上比较方便［1］。

2）DSC系统为集散控制系统，该系统中能够将微机和现场的各种设备相互连接。优势为系统的响应时间比较短，实时性比较好。能够在系统控制中对设备进行分散性的控制，对于设备的危害性比较小，系统运行更加的安全可靠。

3）SCADA系统又叫做监视控制和数据采集系统，包含远程终端和主控系统。该系统比较容易实现与其他系统的集成，充分的应用现代技术，应用前景比较好。但是该系统的实时性比较差，难以在复杂的系统中实现控制［2］。

2.SBR污水处理工艺自动控制系统硬件选择

污水处理系统是一个具有多参数、多目标、多控制设备的复杂控制系统。在实际的系统控制中，要想实现对污水处理系统的控制，传统的设备控制技术难以满足工艺需求，国内大部分的控制系统都采用的是PLC、DCS控制，这些系统的功能虽比较完善，但是却不容易实现网络之间的连接、资源共享，进而使得原本比较先进的自动化控制系统比较孤立。伴随着科技信息技术的逐渐研发，开放使用的的互联协议和TCP/IP协议被广泛的应用于工业生产工程中，在该协议内部的数字滤波支持下，产生了很多比较新的控制模式［3］。

2.1控制策略的选择

SBR污水处理工艺自动控制系统的研究，最为主要的就是在污水处理环节中能够实现设备的自动化和处理效果准确化。在SBR污水处理控制系统中，涉及到了很多内容，包含进水阀、鼓风机、搅拌机、出水阀、排泥阀等控制系统。在现场上，所需要的设备为DO测定仪、ORP检测仪、MLSS计、液位传感器、流量传感器、PH计、温度传感器等。主要的控制系统为S7-300PLC，与工业控机WINCC监控软件结合，组成SBR污水处理工艺自动控制系统。这些系统的共同作用，能够实现各个工艺的控制，实现数据的传输、显示、管理以及人机界面等多项功能。

2.2控制系统的结构

对BSR污水处理工艺控制系统结构进行分析，在本系统中包含三层控制体系，采用的是分布式控制系统结构。在这样的结构体系下，能够达到“分散控制，集中管理”的效果。其中分散控制能够针对分散的设备系统进行综合化管理，管理更加的到位。当设备发生危险的时候，能够将风险降低。同时在故障发生之后，也能够针对设备的实际情况进行处理。而集中管理实际上是针对控制系统的信息，促进信息的综合集中［4］。

其一，管理控制级。管理控制级能够对系统的现场设备进行参数设定，与下一级的PLC进行数据传输。对设备的监控故障报警显示进行处理。

其二，控制室控制级。对SBR污水处理工艺自动控制系统的现场设备进行控制，控制室控制级可以被视为监控室监控机。同时该控制级也整个控制系统的的核心环节。

其三，现场设备级。现场设备级主要应用于现场，实现控制信号与动作信号之间的转换，现场数据的回传以及控制，实际上控制系统功能的基础。

2.3控制系统S7-300PLC介绍

S7-300PLC是西门子公司所生产的中小型PLC系统，该系统的可编程程序控制器的功能比较强，是SBR污水处理工艺控制系统的核心系统。该控制系统在实际应用中能够满足中等性能要求的设计应用。模块化的结构设计，优势在于扩展比较方便，模块之间能够实现广泛性的组合。 S7-300PLC系列主要包含以下几个单元：中央处理单元CPU、信号模块SM、通信处理器CP、功能模块FM、接口模块IM、负载电源模块PS［5］。

3.SBR污水处理工艺自动控制系统电子电路设计

3.1PlC 系统整体设计

在SBR污水处理工艺自动控制系统中，设计PLC控制系统至关重要。该PLC控制系统的流程如下：首先开启SBR池进水电动阀门，当水位达到上限时，需要开启鼓风机。对鼓风机中气体进行分析，当暴气达到一定的要求时，需要停止鼓风机。此时污水中的杂质开始沉淀，当沉淀达到一定的要求时，PLC系统中需要开启排水泵，直到水位达到了下限。此时系统停止排水泵工作。对污水中污泥浓度进行判断，当污泥浓度超过标准液位时，需要开启排泥泵，直到污泥浓度过关时，停止排泥泵。

3.2网络通信系统设计

SBR污水处理工艺网络通信系统设计，采用的PROFIBUS工业总线多主站控制模式，主站之间对于总线控制使用权，都是通过令牌传递顺序来实现。可编程控制器与PROFIBUS网络连接方式主要两种：

第一种，PLC可编程控制器CPU处理器内部设置PROFIBUS-DP口连接，该种网络连接方式最大的优势在于借助DP口进行直接化连接，或者也可以利用通讯模块进行连接。类似该种连接方式有：S7-400系列、S7-300系列。第二种，PLC可编程程序控制器CPU处理器无内置的PROFIBUS-DP连接方式。该种连接方式的最大优势在于，能够设置通信处理器，并且该处理器只能作为从站。例如，S7-200系列中需要设置EM277通信模块［6］。

3.3PC上位机监控软件设计

在PC上位机中，用WinCC进行监控软件和控制界面的设计，可采用的脚本编程语言为VBS。该种语言在对SBR污水处理工艺自

动控制系统内部软件编程中，具有编程过程简单、功能强大的特点。同时借助VBS能够实现获取可编程程序控制器DB数据管理功能模块中的数字量，以及系统中所需要的模拟量。

4.结论

综上所述，在本文中对SBR污水处理工艺的自动控制系统进行研究，分析其电子电路组成。目前，大多数的污水处理厂所使用的计算机自动控制系统可以被分为：计算机+PLC、DSC集散控制系统、监视控制和数据采集系统。伴随着科技信息技术的逐渐研发，开放使用的的互联协议和TCP/IP协议被广泛的应用于工业生产工程中，在该协议内部的数字滤波支持下，产生了很多比较新的控制模式。包含PLC技术、PC上位机监控软件等。

［1］卢飞.基于SBR污水处理工艺的自动控制系统的设计［D］.电子科技大学，2011.

［2］马小丽.SBR污水处理工艺自动控制系统研究［D］.太原理工大学，2006.

［3］张翔.基于模糊PID控制的SBR污水处理系统［D］.武汉科技大学，2009.

［4］季建功.基于WinCC污水处理集散控制系统的设计［D］.北京工业大学，2008.

［5］宁利.实验型造纸污水处理自动监控系统的设计与应用［D］.华南理工大学三，2012.

［6］李志强.SBR污水处理工艺模糊控制器设计及仿真［D］.重庆大学，2008.