基于s7-300plc污水处理系统中的应用毕业论文设计(编辑修改稿)

基于s7-300plc污水处理系统中的应用毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

道，用来连接传感器和执行器（调节阀）。 I/O 单元：通常，一个过程控制站由几个机架组成，每一个机架可以摆放一定数量的模块。 CPU 所在的机架被称为 CPU单元，同在一个过程站中只能有一个CPU单元，其他只用来摆放 I/O 模块的机架就是 I/O单元。 第三章 硬件部分设计 PLC 工作原理及特点 国际电工委员会 IEC 对对 PLC 的定义：是一种数字运算操作的电子系统，是专门为在工业环境下应用而设计的。 不仅可以进行逻辑控制，也可以对模拟量进行控制。 它采用一类可编程的存储器，由于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数与算数操作等 面向用户的指令，并通过数字量或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩冲其功能的原则设计。 PLC 分为停止和运行模式 (1)停止模式：当处于停止工作模式时 PLC 只进行内部处理和通信服务等内容。 (2)运行模式：分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段。 的工作方式 集中采样、集中输出、周期性循环扫描，“串行”工作方式。 (1)扫描周期： PLC 是以循环扫描来工作的，每一次扫描所用的时间称为扫描周期。 与 CPU 的运算速度、 I/O点的情况、程序的长短等有关。 一般 110ms/K。 (2)输出滞后：指从 PLC 的外部输入信号发生变化至它所控制的外部信号发生变化的时间间隔。 一般由输入模块的滤波时间、输出模块的滞后时间、扫描方式引起。 (3)由于 PLC 是集中采样，在程序处理阶段即使发生了变化，输入映像寄存器中的内容也不会变化，要到下一个周期的输入采样阶段才会发生改变。 的特点 (1)高可靠性：大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，另外还采取了屏蔽 和滤波等抗干扰措施，平均故障时间 35 万小时。 (2)丰富的 I/O 借口：对不同的工业信号（如交流、直流、电压、电流、开关量、模拟量、脉冲等）都有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备（如按钮、行程开关、接近开关、传感器、变送器、电磁线圈、电机的启动等）直接连接。 (3)灵活性：不必为每套设备配置专用的控制装置，只需改变程序就可。 (4)采用模块化结构 (5)便于改进和修正 (6)节点利用率高 (7)模拟调试 (8)对现场进行监视 (9)快速动作 (10)体积小、质量轻、功耗低 (11)编程简单、使用方便 西门子 S7300PLC 西门子 S7 可编程主要包括 300/400 两个系列， S7300 是中型的 PLC， S7400是大型的 PLC。 S7300PLC 功能强、速度快、扩展灵活，它具有紧凑的无槽位限制的模块化结构。 S7300 采用 U下背板总线将各个模块连接起来，可利用 MPI、PROFIBUS 和工业以太网组成网络。 的系统结构 S7300PLC 是模拟是中小型的 PLC，电源 CPU 盒其他模块都是独立的，可以通过 U形总线把电源（ PS）、 CPU 和其他模块紧密的固定在 S7300 的标准导轨上。 每一个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后。 电源模块总是在最左边然后紧跟 CPU 过后是 IM 接口模块（如果只用主架导轨就不用选择 IM模块） 模块 CPU 模块是控制系统的核心，负责系统的中央控制责任，存储并执行程序，实现通信功能，为 U形总线提供 5V 电源。 CPU 有 4种操作模式： STOP（停机），STARUP(启动 ),RUN(运行 )和 HOLD(保持 )。 在所有的模式中，都可以通过 MPI 接口与其他设备通信。 选用 s7300 的优势 本设计选用的是西门子的 SIMATIC 系统 PLC 的 S7300。 SIMATIC 控制器提供了面向未来的投资，可以做到主动、柔性、经济的响应新挑战，能给用户带来如下好处： CPU 和强大的工艺功能可以带来更高的生产率。 CPU和超大的内存容量可以集成新的功能。 ，大量的集成功能和无机柜操作可以减小机器体积。 ，全集成自动化带来的集成性和应用程序的可重用性可以带来更低的市场响应时间。 强大的诊断功能可以提高机器和工厂的可靠。 190 个国家和全面的 SIMATIC 支持可以增加机器和工程的出口机会。 S7300 属于模块式 PLC，主要由机架、 CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成。 SIMATIC S7300 是一种中型的 PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，其模块化，无风扇结构，易于实现分布式的配置以及易于掌握等特性，使得 S7300 在实施各种控制任务时，成为一种即经济又切合实际的解决方案。 它的主要特点有： ：极其快速的指令处理大大缩 短循环周期。 ：极强的计算性能、强劲的内部集成功能、全面的故障诊断功能、用户程序的多级口令保护、采用不同性能级别的 CPU，广泛的适用于应用场合。 ：一个系统除一个主机架外，根据需要最多可扩展至 3个扩展机架，最多可以安装 32 个模块，每个机架可以插入 8 个模块；主机架与扩展机架之间通过接口模块连接；每个机架可以远距离独立安装，两个机架之间最长距离可达 10米。 ：可以通过通讯处理器连接 AS－ 1 接口、 PROFIBUS和工业以太网总线系统和点到点的通讯 系统，或通过集成在 CPU 中的多点接口(MPI)连接编程器、 PC 机、人机界面系统及其它 SIMATIC S7/M7/C7 等自动化系统。 S7300 可以支持过程通讯和数据通讯两种通讯形式。 ，便利的连接系统，易于安装维护。 s7300 与 s7200s7400 和三菱的比较 西门子 S7300 与 S7200 和 S7400 相比： S7200 系列 PLC 是一种小型 PLC，适用于对性能要求不高的场合，通讯功能比较弱，不利于上、下位机的通讯，同 时功能比较简单，不能满足要求； S7400 是大型的 PLC，可以挂接 300 多个模块，H系列和 HF 系列可以完成硬件的冗余，具有极高的处理速度和卓越的通讯性能，可以应用与一些特殊要求的领域，它主要应用于大型集散控制系统中。 由于S7300 是模块中小型 PLC，在一个系统中最多可扩展 32 个不同的应用模块，可以满足绝大多数的应用场合，甚至能完成冗余，可以满足工艺控制要求，所以不必选择 S7400 来增加成本。 西门子 S7300 与日本三菱相比：过程控制与通信控制西门子是强项，西门子的模拟量模块价格便宜，程序简单，而三菱的模拟量模块价格昂贵，程序复杂，西门子做通信 也容易，程序简单，三菱在这块功能较弱。 例如某设备只是些动作控制，如机械手，可选择三菱的 PLC，某设备有伺服或步进要进行定位控制，也选三菱的 PLC。 像中央空调，污水处理，温度控制等这类有很多模拟量要处理的就要选西门子的 PLC 比较合适，某设备现场有很多仪表的数据要用通信进行采集，选西门子的好控制。 所以经对比从实用性、经济性等各个方面来看，选用德国西门子的 S7300完成本次课题设计。 传感器的选择 传感器（ transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并按一定的规律变换 为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制要求。 它是实现自动控制和检测的重要环节。 超声波液位计是一种非接触式液体液位测量仪。 可用于测量各种容器或管道内液体的液位高低和流量大小，也可用于水泵、水库、江河的水位测量尤其适用于污水、有腐蚀性的场合。 本系统选择西门子 7ML52111DA11 液位传感器（量程 15米），作为沉淀池、反应池、污泥处理池的液位高度测量仪器。 一方面这个量程可以避免由于盲区导致测量误差，同时可以满足工艺要求。 PH 传感器的选择 本系统 PH 传感器主要用于检测反应池以及污泥处理池中污水浓度。 因为 PH值得大小会严重的影响反应程度以及污泥的效果。 因此这里选用 MTTERTOLEDO 生产的 PH 传感器型号为 PH2100PA。 该 PH传感器可直接与 PROFIBUSDP 网络通信可以很方便的实现与集散控制系统的挂接。 DO 仪的选择（含氧量） 污水处理反应池中的氧气的浓度直接影响反应程度以及决定出水质量。 因此检测反应池中氧气的浓度是十分必要的，以便保证反应池中的有氧和无氧反应的进行彻底，提高出水质量。 本系统选择上海宇策电子有限公司代理的 YC6308DTF溶氧仪。 该 DO 仪具有一个 RS485 接口可以方便的实现 PLC 进行连接，实现在线的检测。 污水处理生产监控系统总体设计 本文的集散控制系统上位机采用 PC 机作为操作员站，主要实现监控功能和对现场设备状态调整的功能。 下位机采用 PLC 作为现场控制站，主要实现对现场设备的控制、数 据采集和反馈功能。 上位机采用普通的 PC 机加 CP5613 通信卡，通过插在 PCI 插槽的 CP5613 通信卡实现与下位机的通讯。 由于监控室没有强的干扰源，以此采用普通的 PC 机可以保证与下位机的通讯稳定。 同时由于数据传输量不是很大可以满足通讯处理要求。 由于 PC 机配置比较高，可以及时处理控制过程中产生的数据，可以满足工艺要求。 根据本系统 SBR 工艺的具体要求工艺流程的控制要求，污水处理系统主要分为三个区，即预处理区、反应池区、污泥处理区，其中预处理区主要实现机械处理阶段，过滤较大的杂质，同时调节水质。 反应 池区主要是生化处理阶段。 污泥处理区主要针对水处理产生的污泥进行处理，由于工艺是独立的所以单独划分为一个区。 因此采用三台 PLC 作为下位机，实现对现场设备的控制。 同时 PLC 可以适应严酷的工作环境，同时还能保证工作的稳定性。 其中对预处理区的控制主要包括粗格栅、细格栅、提升泵、沉淀池四个主要工艺设备的自动控制。 反应池区主要包括两个 SBR 反应池。 污泥处理区主要包括对输送机、浓缩脱水一体机以及一些经出水阀门。 第四章 PLC程序设计 STEP7 软件的介绍 1. STEP7 编程软件 STEP7 编程软件是一个用于 SIMATIC 可编程逻辑控制器的组态和编程的标 准软件包。 STEP7 标准软件包中提供一系列的应用工具，如： SIMATIC 管理器、 符号编辑器、硬件诊断、编程语言、硬件组态、网络组态等。 STEP7 编程软件可 以对硬件和网络实现组态，具有简单、直观、便于修改等特点。 该软件提供了在 线和离线编程的功能，可以对 PLC 在线上载或下载。 利用 STEP7 可以方便地创 建一个自动化解决方案。 如图 所示。 STEP7 中集成三种编程语言：（ LAD）梯形图语言， STL 语言， FBD 语言。 编程时可以自 由选择。 本课题现场控制站（下位机） PLC 控制程序主要包括三个区：预处理区、反应池区、污泥处理区。 其中预处理区里包括粗格栅、提升泵、细格栅和沉淀池这四个子控制区。 反应池区主要是根据 SBR 工艺要求实现对搅拌机、鼓风机、滗水器以及污泥回流泵等设备的自动控制。 污泥处理区也按照污泥处理的工艺要求实现对污泥脱水机、输送机的控制。 栅 栅 栅 栅栅 栅 栅 栅 栅 栅 栅栅 栅 栅 栅栅 栅 栅 栅 栅 栅 栅 栅 栅栅 栅 栅 栅 栅栅 栅 栅 栅 栅 栅 栅 栅 栅栅 栅 S T T P 7 栅 栅 栅 栅 栅 栅栅 栅 栅 栅 栅 栅 栅 栅 栅 栅 栅栅 栅 栅 栅 栅 栅 栅栅 栅 栅 栅 栅栅 栅 栅 栅 图 2. PLC 控制系统设计的基本步骤 PLC 控制系统设计的一般步骤与传统的继电器相比较，组件的选择代替了原来的器件选择，程序设计代替了原来的逻辑电路设计。 PLC 控制系统设计的基本步骤为： （ 1）系统规划：根据工艺流程分析控制要求和任务书中的技术条件来明确控制任务；确定所需要的用户输入设备（按钮、开关、传感器等）和输出设备（继电器、接触器、信号灯等）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），估算 PLC 的 I/O 点数；选择合适的 PLC 类型；特殊模块的选择，包括机型的选择、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择等。 （ 2）硬件设计：根据总体方案完成电气控制原理图、连接图等基本图样的设计工作。 （ 3）软件设计：分配、定义 PLC 的 I/O 口；根据状态流程图和电气控制原理图进行编程 预处理区 PLC 控制程序 本系统预处理区 PLC 控制程序主要包括粗栅格区、提升区、细栅格区和沉淀区四个子区域的自动控制程序。 首先在 STEP7 软件中进行预处理区 PLC 的 I/O地址分配。 这只是进行。