【導(dǎo)讀】套電氣自控系統(tǒng)。首先先為水處理站進(jìn)行工藝系統(tǒng)設(shè)計和控制方案設(shè)計。主站采用西門子ET200S作為控制核心，兩個現(xiàn)場控制子站用于控制現(xiàn)場。設(shè)備、采集動態(tài)工藝參數(shù)和設(shè)備工作情況。計算機(jī)和PLC主站位于中心控制室，現(xiàn)場子站。計算機(jī)和PLC主站之間通過MPI協(xié)議通訊，PLC主。充分證明自動化控制系統(tǒng)對提高生產(chǎn)效率和安全性具有良好效果。

　　

【正文】 的簡單安裝 ； ? 集成的電壓總線，最小的接線成本，使用廣泛 ； ? 獨(dú)特的分段電源管理機(jī)制 ； ? 通用電勢組的單獨(dú)連接 ； ? 支持螺釘式、彈簧式或快速連接端子 ； ? 強(qiáng)健的外殼設(shè)計達(dá)到 5 g 防震 (電動機(jī)起動器 r: 2 g)； ? 支持熱插拔：操作中模塊插拔 (包括電動機(jī)起動器 )； ? 通道級診斷 ； PLC 性能特點(diǎn)： 1） CPU 硬件組態(tài)系統(tǒng)模塊數(shù)量： 63 存儲卡 ： 128K 電源電壓范圍： ～ 第一接口： MPI 第二接口： 6ES7 1384HA000AB0 DP 主站 2）電源模塊 電壓額定值： 24VDC 電流載流能力： 10A 3）接口模塊 I/O 模板最大數(shù)量： 63 最大站寬： 2m DP 接口類型： RS485 第四章 污水處理站的電氣自控系統(tǒng)設(shè)計 20 4） 數(shù)字量輸入模塊（ DI） 輸入點(diǎn)數(shù)： 4 點(diǎn) 輸入電壓 ： 24VDC 輸入電流： 7mA 連接方式： 采用彈簧型端子模塊，省去接線端子，提高工作量，減少元器件安裝空間。 5） 數(shù)字量輸出模塊（ DO） 輸入點(diǎn)數(shù)： 2 點(diǎn)繼電器 觸點(diǎn)開關(guān) 能力： AC250V/DC24V， 5A 連接方式： 采用彈簧型端子模塊，省去接線端子，提高工作量，減少元器件安裝空間。 6） 數(shù)字量輸出模塊（ DO） 輸入點(diǎn)數(shù)： 4 點(diǎn) 晶體管 觸點(diǎn)開關(guān) 能力： DC24V， 連接方式： 采用彈簧型端子模塊，省去接線端子，提高工作量，減少元器件安裝空間。 7） 模擬量輸入模塊（ AI）： 輸入點(diǎn)： 2 路 輸入范圍： 4～ 20mA 分辨率： 13 位 積分時間： 20ms 連接方式： 采用彈簧型端子模塊，省去接線端子，提高工作量，減少元器件安裝空間。 8） 模擬量輸出模塊（ AO）： 輸出點(diǎn)數(shù)： 2 路 輸出范圍： 4～ 20mA 分辨率： 13 位 連接方式： 采用彈簧型端子模塊，省去接線端子，提高工作量，減少元器件安裝空間。 儀表選型 在儀表選型上，介于監(jiān)測儀表的重要性，在儀表選型上應(yīng)遵循： 準(zhǔn)確全面反映 各環(huán)節(jié)水質(zhì)情況；參與控制的水質(zhì)和物理參數(shù)；盡量選用國內(nèi)可靠成熟的儀表產(chǎn)品，以節(jié)約投資，也方便維修； 對關(guān)鍵的現(xiàn)場儀表，則考 慮引進(jìn)國外設(shè)備。 1） 電磁流量計 電磁流量計是測量和指示導(dǎo)電液體的流量，由傳感器、變送器及 顯示界面 組成，傳感南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 器形式為 法蘭連接，帶接地環(huán)，轉(zhuǎn)換器具備微處理器信號功能 。 型號： SE11FH40SC7C1T02G00 SINIER 電源： 220VAC 信號： 4~20mA 2）壓力變送器 壓力變送器是測量流體的壓力，有傳感器、變送器組成，傳感器形式為螺紋連接。 型號： MPM489[0~1MPa]E22B1C5G 麥克 信號： 4~20mA 3）液位變送器 液位變送器是測量水池或水罐中液體的液位的，有傳感器、變送器 組成，傳感器形式為螺紋連接。 型號： MPM489[0~100KPa]E22B1C5G 麥克 信號： 4~20mA 4）溫度變送器 溫度變送器是測量水池、水罐或設(shè)備中液體的溫度的，傳感器形式為螺紋連接。 型號： PT100 0~100℃ 上海自動化儀表廠 信號： PT100 熱電阻 5）溶解氧檢測儀 溶解氧檢測儀是測量液體的溶解氧含量的，有傳感器、變送器、現(xiàn)場顯示組成。 量程： 0~20mg/L 信號： 4~20mA 儀表動力配置 由 相應(yīng)的配電室提供，控制室、各子供電要求，交流電壓： 220VAC177。 10% 50Hz177。 5%，直流電壓： 24V5%～ +10%。 控制室 電源裝設(shè)防雷器和 UPS，計算機(jī)不得與空調(diào)等大容量電器共回路。 PLC 子站電源取自 主站控制柜 SITOP 電源。 PLC 具體配置 根據(jù) 現(xiàn)場 具體情況，本監(jiān)控系統(tǒng)的 PLC 分成 DP 主站、前處理區(qū) DP 子站、陶瓷膜設(shè)備區(qū) DP 子站 。根據(jù) 現(xiàn)場儀表以及電氣設(shè)備的分布 ，對 PLC 分別配置如下 （圖 42）： 第四章 污水處理站的電氣自控系統(tǒng)設(shè)計 22 圖 42 硬件組態(tài) 1）主站配置：（見圖 43） 中央處理模塊 (CPU)： 選用 IM1517 CPU； 接口模塊： 6ES7 1384HA000AB0； 存儲卡： 128K； MPI 地址： 2； PROFIBUSDP 地址： 2； 電源模塊： 6ES7 1384CA010AA0； 數(shù)字量輸出模塊 (DO)： 6ES7 1324HB010AB0(2 點(diǎn) /塊 )，共 4 塊 ； 數(shù)字量輸出模塊 (DO)： 6ES7 1324BD010AA0(4 點(diǎn) /塊 )，共 4 塊 ； 數(shù)字量輸入模塊 (DI)： 6ES7 1314BD010AA0(4 點(diǎn) /塊 )，共 2 塊 ； 模擬 量輸出模塊 (AO)： 6ES7 1354GB010AB0(2 點(diǎn) /塊 )，共 2 塊 ； 模擬 量輸 入 模塊 (AI)： 6ES7 1344GB110AB0(2 點(diǎn) /塊 )，共 2 塊 ； 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 圖 43 PLC 主站硬件組態(tài) 2）前處理區(qū)子站配置：（見圖 44） 接口模塊： 6ES7 1511AA050AB0； PROFIBUSDP 地址： 4； 電源模塊： 6ES7 1384CA010AA0； 數(shù)字量輸出模塊 (DO)： 6ES7 1324HB010AB0(2 點(diǎn) /塊 )，共 2 塊 ； 數(shù)字量輸入模塊 (DI)： 6ES7 1314BD010AA0(4 點(diǎn) /塊 )，共 2 塊 ； 模擬 量輸 入 模塊 (AI)： 6ES7 1344GB010AB0(2 點(diǎn) /塊 )，共 1 塊 ； 模擬 量輸 入 模塊 (AI)： 6ES7 1344GB110AB0(2 點(diǎn) /塊 )，共 1 塊 ； 44 前處理區(qū)子站硬件組態(tài) 3）陶瓷膜設(shè)備區(qū)子站配置：（見圖 45） 第四章 污水處理站的電氣自控系統(tǒng)設(shè)計 24 接口模塊： 6ES7 1511AA050AB0； PROFIBUSDP 地址： 3； 電源模塊： 6ES7 1384CA010AA0； 數(shù)字量輸入模塊 (DI)： 6ES7 1314BD010AA0(4 點(diǎn) /塊 )，共 8 塊 ； 模擬 量輸 入 模塊 (AI)： 6ES7 1344GB010AB0(2 點(diǎn) /塊 )，共 3 塊 ； 模擬 量輸 入 模塊 (AI)： 6ES7 1344GB110AB0(2 點(diǎn) /塊 )，共 2 塊 ； 圖 45 陶瓷膜設(shè)備區(qū)子站硬件組態(tài) 模塊連接圖 在做硬件連接圖前，應(yīng)在 PLC 用戶手冊上查出所用各模塊的接線圖，嚴(yán)格按照接線圖接線，各所用模塊端子分配圖如圖 46 所示。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 46 模塊端子分配圖 PLC 程序 設(shè)計 PLC 硬件電路連接完畢后，控制功能的完成還要依靠軟件程序的運(yùn)行，兩者缺一不可。PLC 系統(tǒng)的組態(tài)和編程都采用 STEP7Micro/WIN32 軟件平臺完成 , 本系統(tǒng) 采用模塊化程第四章 污水處理站的電氣自控系統(tǒng)設(shè)計 26 序設(shè)計 , 將系統(tǒng)中相對獨(dú)立的功能編成功能模塊 , 然后在主程序中進(jìn)行調(diào)用 , 這樣既增加了程序的可讀性 , 又減少了編寫重復(fù)部分的工作量 [28]。 STEP7 為設(shè)計程序提供了三種編程方法：線性化編程、模塊化編程、結(jié)構(gòu)化編程。 線性化編程：所有的指令都在一個塊（ OB1）內(nèi)。 模塊化編程：每個設(shè)備的控制指令都在各自的塊內(nèi)， OB1 按順序調(diào)用每個塊。 結(jié)構(gòu)化編程：不同的塊調(diào)用可重復(fù)利用的代碼。 OB1 (或其他塊 ) 調(diào)用這些塊并傳遞相應(yīng)的參數(shù)。 本污水處理站的 PLC 程序采用結(jié)構(gòu)化編程，在循環(huán)程序 OB1 中調(diào)用閥門 控制功能（ FC1） 、電機(jī)控制功能（ FC2） 、儀表信號換算功能（ FC3） 、報警功能（ FC7） 、自動程序功能（ FC8） ，在中斷程序 OB35 中調(diào)用流量計功能（ FC4） 、計時功能（ FC5） 、氣動調(diào)節(jié)閥功能（ FC6） 。程序結(jié)構(gòu)圖見 附錄一 。 在程序的編寫中，主要涉及符號的定義 （附錄二） 、閥門的控制、電機(jī)的控制、模擬量的換算，具體設(shè)計如下： 1）閥門的控制 在控制室的操作界面上設(shè)置手動、自動。當(dāng)“手動”時，單擊“打開閥門”時閥門開啟，單擊“關(guān)閉閥門”時閥門關(guān)閉；當(dāng)“自動”時，閥門只能在自動程序中開啟關(guān)閉，無手動操作權(quán)限。 界面如圖 47，程序如圖 48 圖 47 氣動開關(guān)閥操作界面 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 48 氣動開關(guān)閥子程序 2）電機(jī)的控制 在控制室的操作界面上設(shè)置手動、自動。當(dāng)“手動”時，單擊“起動電機(jī)”時泵起動，單擊“停止電機(jī)”時泵停止；當(dāng)“自動”時，電機(jī)只能在自動程序中開啟關(guān)閉，無手動操第四章 污水處理站的電氣自控系統(tǒng)設(shè)計 28 作權(quán)限。界面如圖 49，程序如圖 410。 圖 49 電機(jī)操作界面 圖 410 電機(jī)子程序 3）模擬量信號的換算 儀表信號經(jīng)過模擬量通道采集后，經(jīng)過換算得出實(shí)際數(shù)值，在控制室操作界面上顯示南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 出液位、流量、壓 力等值，并且顯示數(shù)值的歷史趨勢。界面如圖 411，程序如圖 412。 圖 411 現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)界面 第四章 污水處理站的電氣自控系統(tǒng)設(shè)計 30 圖 412 現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)換算子程序 監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計 計算機(jī)操作系統(tǒng)采用 Microsoft Windows XP Professional 中文版操作系統(tǒng)。歷史數(shù)據(jù)庫采用 Microsoft SQL Server 2020 for Wincc 中文版軟件。上位機(jī)監(jiān)控軟件采用當(dāng)前流行的 德國西門子 Windows Control Center 組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)。 （ 1） 操作系統(tǒng)軟件 Windows XP Professional 中文版操作系統(tǒng)提供了一個快速、高效的多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境，是目前使用廣泛的工控操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用Windows XP Professional 中文版配合 Microsoft SQL 2020 for Wincc 使用，用來保存歷史數(shù)據(jù)。 （ 2） Windows Control Center 監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)了對整個系統(tǒng)的開關(guān)量、模擬量的采集和處理，并顯示在主工作站的界面上 ； 對一些污水 處理站重要的物理量如供料 泵的頻率、出口壓力等都實(shí)時顯示在主工作站的主 界面上，便于調(diào)度員及時掌握系統(tǒng)的運(yùn)行情況 ，并可以在操作界面上操作現(xiàn)場動力設(shè)備以及氣動閥的開關(guān)動作。 （ 3） 數(shù)據(jù)庫軟件數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上安裝 Microsoft SQL 2020 for Wincc，用來儲存整個 污水站 重要的歷史數(shù)據(jù)，通過 Windows Control Center 與 Microsoft SQL 2020 for Wincc 的通訊來讀取歷史數(shù)據(jù)。 （ 4） STEP7 可以利用 IEC1131 標(biāo)準(zhǔn)中八種編程語言中的六種 (STL、 LAD、 FBD、CFC、 SFC 和 SCL)進(jìn)行編程。本系統(tǒng)利用 STEP7 對西門子可編程序控制器進(jìn)行 硬件 配置、通道地址分配、程序編寫 。 污水處理系統(tǒng)的水位監(jiān)測，過程切換，閥門開關(guān)等功能必須依靠上位機(jī)監(jiān)控軟件來對對象景象實(shí)時監(jiān)控和設(shè)置參數(shù)。根據(jù) 節(jié)中所述的 WinCC 使用步驟， WinCC 監(jiān)控系統(tǒng)南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 的設(shè)計包括變量管理、通訊設(shè)置以及畫面設(shè)計等步驟，以下將對其詳細(xì)介紹。 變量管理和通訊設(shè)置 如圖 413 所示，在 WinCC 變量管理器中添加由 STEP7 程序所確定的 PLC 變量地址，利用 MPI（ Multi Point Interface， 支持多用戶的通訊鏈接 ） 通訊方式即可實(shí)現(xiàn) PLC 和 WinCC的數(shù)據(jù)共享和交換處理。 圖 413 WinCC 變量管理器 WinCC 創(chuàng)建 PLC 變量地址之前，需在變量管理器中添加 SIMATIC S7 Protocol Suite通訊協(xié)議來構(gòu)建 WinCC 與 PLC 的數(shù)據(jù)通訊接口。由于電石爐控制系統(tǒng)利用 MPI 通訊方式來實(shí)現(xiàn) PLC 與 WinCC 的通訊，因而在創(chuàng)建完協(xié)議后即可在 MPI 變量管理欄中創(chuàng)建所需監(jiān)控的 PLC 變量地址和類型。最后對 WinCC 的 MPI 通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，即完成 WinCC 與PLC 的變量和通訊處理 。 WinCC 人機(jī)畫界面設(shè)計 該水處理控制系統(tǒng)的人機(jī) 界面的設(shè)計包含：界面設(shè)計，數(shù)據(jù)的顯示和記錄，閥門的開關(guān)控制，