Wincc-300PLC的污水处理控制系统设计
改革开放以来，我国经济取得了飞速的发展。然而伴随着经济快速的发展，我国水资源状况令人堪忧。本系统以某污水处理厂为背景，依据该污水处理厂污水处理项目的控制要求，设计了一套集PLC控制、Wincc监控、网络通信为一体的自动控制系统。本课题主要包含污水处理中的总提升泵房、格栅、平流沉砂池和三沟式氧化沟几部分控制系统设计。为了保证污水处理过程中污水流速的稳定以提高污水处理的效果，本系统采用PID控制保持集水池中液位的恒定。本论文基于西门子Wincc设计上位机监控系统，下位机采用PLC-300作为主控制器，结合相应的输入输出模块构成污水处理控制系统。通过对系统硬件和软件的设计，污水处理控制系统具有现场手动控制和中央控制室远程控制，并且设计实现了通过Wincc进行Web发布和数据报表打印等多种功能。 M000201
关键词：污水处理 300PLC Wincc PID控制
Since the reform and opening up, China has achieved rapid economic development. However, with the rapid economic development, China's situation of water resources is worrying.
Taking a sewage treatment plant as example, this paper designed an automatic control system which is a coalition of PLC control, Wincc Nonitoring and network communication, according to the control requirements of the sewage treatment project of the plant. The project mainly includes several control system designs, as the total upgrade pumping house, grilling, advection grit chamber and three-channel oxidation ditch. In order to guarantee the stability of the sewage flow rate of the sewage treatment process to improve the effectiveness of sewage treatment, the system will adopt PID control to maintain a constant liquid level in the sump. Based on the Wincc upper-computer monitor system designed by Siemens, this paper adopts PLC-300 as the main controller of the lower-computer, and forms a sewage treatment control system combined with the corresponding input and output modules. Through the design of system hardware and software, the sewage treatment control system possesses on-site manual control and remote control of the central control room. And the system designs and implements a variety of functions for Web publishing and data report printing through wincc.
Keywords: Sewage treatment；300PLC；Wincc；PID control
目录 查看完整请+Q:* 351916072
1 引言 1
1.1 污水处理系统的研究现状和发展 1
1.2 可编程逻辑控制器和组态软件应用现状 2
1.3 课题研究的目的和意义 2
1.4 本课题主要研究的内容 2
2 污水处理控制系统总体设计方案 4
2.1 污水处理工艺过程分析 4
2.2 控制系统总体结构设计 5
2.3 液位闭环控制结构设计 6
3 PLC硬件选型和控制系统程序设计 7
3.1 PLC硬件选型 7
3.1.1 CPU 模块选型 7
3.1.2扩展模块选型 7
3.1.3 其它硬件选型 7
3.2 污水处理控制系统硬件设计 8
3.3.1 PLC工程创建 9
3.3.2 I/O口分配 10
3.3.3 长定时程序设计 13
3.3.4 粗格栅控制程序设计 14
3.3.5 细格栅控制程序设计 15
4 液位控制算法及实现 18
4.1 PID控制算法 18
4.2 PID控制程序设计 18
4.2.1激活循环中断程序设计 19
4.2.2 信号采集与转化程序设计 19
4.2.3 PID控制程序设计 19
5 上位机监控界面设计 22
5.1组态软件简介 22
5.2 Wincc通信参数配置 22
5.3 Wincc组态设计 23
5.3.1变量建立 23
5.3.2 Wincc登录界面设计 24
5.3.3 系统转动界面设计 25
5.4 数据归档和报警设计 27
5.4.1 数据归档设计 27
5.4.2 报警设计 28
5.5 组建Web navigator 28
6 调试与转动分析 31
6.1 PLC程序调试 31
6.1.1 PLC开关量仿真调试 31
6.1.2 PLC模拟量调试 32
6.2 控制系统调试 33
6.2.1 Wincc登录界面调试 33
6.2.2 氧化沟界面调试 33
6.2.3 PID调试 33
6.3 Web发布调试及转动结果 33
结语 33
参考文献 33
附录 33
致谢 33
1 引言
1.1 污水处理系统的研究现状和发展
（1）污水处理功能和意义
随着我国经济的迅速发展，工业化进程不断加深，使得城市人口急聚增加，城市的水资源受到了极大的挑战，许多城市的生活用水出现了严重的短缺。这就需要我们从原来简单的“取水—用水—排水”的用水方式到现在的节能用水的模式“有节制的取水—合理的用水—水资源再循环”。提高水资源的循环再利用率是实现这种模式重大转变的关键。
如何提高城市生活污水的循环利用率？第一是减少生活污水的直接排放，生活污水经过处理以后达到污水的排放标准后再排放到自然水体中，然后通过自然净化，从而完成生活污水到生活用水的转换。第二，节约用水。城市生活污水处理后再循环利用，可以在减少污水排放的同时替代部分清洁的淡水资源，可以有效的减少人类活动对自然水体的破坏。
（2）污水处理工艺
污水处理厂采用的工艺流程与当地污水进水水质、污水出水水质要求、污水厂的日处理污水量、所需投资资金等因数的息息相关，工艺流程的选择关系到经过处理后的污水是否能够达到相应的污水处理标准。一般常用到的污水处理的工艺，传统工艺以及其改进型A/O、A²/O工艺；AB工艺；SBR工艺以及改进工艺；氧化沟工艺以及改进型工艺。
随着人们不断对以往的一些污水处理工艺的应用，使得人们对污水处理工艺认知不断的加深，不断的完善污水处理过程中工艺暴露的不足，使其更加符合人们对污水处理的要求，此类的工艺流程称为污水处理工艺的改进型。或者是将几种污水处理工艺流程的优点相结合，比着以前单一的工艺有着更好的处理，这种工艺流程称为污水处理工艺的复合型。目前，国内污水处理发展趋势是生物处理法及活性污泥处理工艺。通过微生物的新陈代谢，可以将污水中N、P、S等污染物质，转化为污染程度较小或者无毒的物质，二次污染较小。
污水处理作为一种高耗能的行业，在未来的发展中，将会是提高污水处理水质的同时，降低污水处理所需的能耗，使得污水处理费用成为一般企业就可以承受的，这样对于我们污水处理才会起到非常重大的意义。国外污水处理中，通过合理利用污水中污泥中的能量来达到降低能耗的地步。例如奥地利Strass污水处理厂，在05年实现了污水处理厂能量自给。通过与国外先进的污水处理技术对比，零消耗的污水处理系统才是未来污水处理系统发展的定位。中国在污水处理上还有很长的路要走。
1.2 可编程逻辑控制器和组态软件应用现状
可编程逻辑控制器为PLC，具有很高的可靠性和灵活性，已经成为现代工业自动化控制系统中重要支柱之一。伴随着计算机等技术的快速发展，PLC已经不再是简单逻辑控制，已经在工业领域中表现出非常高的可靠性。
组态软件作为自动化控制系统中常用的监控软件，可以对工业自动化系统数据进行实时监控和管理。组态软件已经被广泛的应用于电力系统、化工等工业领域，对现场设备实时监控和数据采集。
1.3 课题研究的目的和意义
随着社会的发展，生活污水也日益增多，使得仅仅依靠传统的人工手动控制已经不能适应现代污水处理的需要。需要采用更先进的控制方式来替代人工手动控制，并且能够保证污水处理厂24小时不间断的处理污水，同时也降低污水处理厂的处理成本，污水处理自动控制系统应运而生。然而，我国污水处理起步很晚，对污水处理方面的研究和使用经验，比着同时代的西方发达国家还是非常落后的。对于我国这样一个水资源受到严重污染、人均水资源短缺的国家，设计一套适合我国国情的污水处理自动控制系统有着十分重大的现实意义。
现代工业系统的控制中，多是采用计算机、PLC、工业组态软件、以及网络通信等技术，本次课题主要是通过对污水处理厂的参观学习，了解污水处理的整个工艺，然后通过西门子300PLC、组态软件Wincc来设计出一套“上位机监控，下位机控制”的自动控制系统。该系统可以实时监控整个系统的转动状态，此控制系统是基于污水厂的实际流程，因此非常具有实际意义。
1.4 本课题主要研究的内容
本系统污水处理工艺采用三沟式氧化沟处理工艺。本系统通过对污水处理分析，设计出一套 “上位机Wincc监控，下位机300PLC控制”的控制系统。本课题主要完成工作如下：
（1）学习并应用S7-300编程软件，并能应用模拟量输入/输出以及PID控制。
（2）依据污水处理的工艺流程，完成污水处理系统中硬件设计。
（3）依据设计的硬件完成PLC的程序设计。污水处理中采用PID控制维持集水池液位的恒定。
（4）依据污水处理的工艺流程，使用组态软件Wincc 设计监控画面，完成Wincc控制系统监控画面的设计，实现对现场进行动画模拟。并在监控画面中设计污水处理系统中的动画，并设计实时监控画面、报警等画面和历史、报警报表打印。
（5）使用Wincc的Web发布功能，制作污水处理过程Web发布，可以实时远程监控污水处理的运行情况。 查看完整请+Q:* 351916072
关键词：污水处理 300PLC Wincc PID控制
Since the reform and opening up, China has achieved rapid economic development. However, with the rapid economic development, China's situation of water resources is worrying.
Taking a sewage treatment plant as example, this paper designed an automatic control system which is a coalition of PLC control, Wincc Nonitoring and network communication, according to the control requirements of the sewage treatment project of the plant. The project mainly includes several control system designs, as the total upgrade pumping house, grilling, advection grit chamber and three-channel oxidation ditch. In order to guarantee the stability of the sewage flow rate of the sewage treatment process to improve the effectiveness of sewage treatment, the system will adopt PID control to maintain a constant liquid level in the sump. Based on the Wincc upper-computer monitor system designed by Siemens, this paper adopts PLC-300 as the main controller of the lower-computer, and forms a sewage treatment control system combined with the corresponding input and output modules. Through the design of system hardware and software, the sewage treatment control system possesses on-site manual control and remote control of the central control room. And the system designs and implements a variety of functions for Web publishing and data report printing through wincc.
Keywords: Sewage treatment；300PLC；Wincc；PID control
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1 引言 1
1.1 污水处理系统的研究现状和发展 1
1.2 可编程逻辑控制器和组态软件应用现状 2
1.3 课题研究的目的和意义 2
1.4 本课题主要研究的内容 2
2 污水处理控制系统总体设计方案 4
2.1 污水处理工艺过程分析 4
2.2 控制系统总体结构设计 5
2.3 液位闭环控制结构设计 6
3 PLC硬件选型和控制系统程序设计 7
3.1 PLC硬件选型 7
3.1.1 CPU 模块选型 7
3.1.2扩展模块选型 7
3.1.3 其它硬件选型 7
3.2 污水处理控制系统硬件设计 8
3.3.1 PLC工程创建 9
3.3.2 I/O口分配 10
3.3.3 长定时程序设计 13
3.3.4 粗格栅控制程序设计 14
3.3.5 细格栅控制程序设计 15
4 液位控制算法及实现 18
4.1 PID控制算法 18
4.2 PID控制程序设计 18
4.2.1激活循环中断程序设计 19
4.2.2 信号采集与转化程序设计 19
4.2.3 PID控制程序设计 19
5 上位机监控界面设计 22
5.1组态软件简介 22
5.2 Wincc通信参数配置 22
5.3 Wincc组态设计 23
5.3.1变量建立 23
5.3.2 Wincc登录界面设计 24
5.3.3 系统转动界面设计 25
5.4 数据归档和报警设计 27
5.4.1 数据归档设计 27
5.4.2 报警设计 28
5.5 组建Web navigator 28
6 调试与转动分析 31
6.1 PLC程序调试 31
6.1.1 PLC开关量仿真调试 31
6.1.2 PLC模拟量调试 32
6.2 控制系统调试 33
6.2.1 Wincc登录界面调试 33
6.2.2 氧化沟界面调试 33
6.2.3 PID调试 33
6.3 Web发布调试及转动结果 33
结语 33
参考文献 33
附录 33
致谢 33
1 引言
1.1 污水处理系统的研究现状和发展
（1）污水处理功能和意义
随着我国经济的迅速发展，工业化进程不断加深，使得城市人口急聚增加，城市的水资源受到了极大的挑战，许多城市的生活用水出现了严重的短缺。这就需要我们从原来简单的“取水—用水—排水”的用水方式到现在的节能用水的模式“有节制的取水—合理的用水—水资源再循环”。提高水资源的循环再利用率是实现这种模式重大转变的关键。
如何提高城市生活污水的循环利用率？第一是减少生活污水的直接排放，生活污水经过处理以后达到污水的排放标准后再排放到自然水体中，然后通过自然净化，从而完成生活污水到生活用水的转换。第二，节约用水。城市生活污水处理后再循环利用，可以在减少污水排放的同时替代部分清洁的淡水资源，可以有效的减少人类活动对自然水体的破坏。
（2）污水处理工艺
污水处理厂采用的工艺流程与当地污水进水水质、污水出水水质要求、污水厂的日处理污水量、所需投资资金等因数的息息相关，工艺流程的选择关系到经过处理后的污水是否能够达到相应的污水处理标准。一般常用到的污水处理的工艺，传统工艺以及其改进型A/O、A²/O工艺；AB工艺；SBR工艺以及改进工艺；氧化沟工艺以及改进型工艺。
随着人们不断对以往的一些污水处理工艺的应用，使得人们对污水处理工艺认知不断的加深，不断的完善污水处理过程中工艺暴露的不足，使其更加符合人们对污水处理的要求，此类的工艺流程称为污水处理工艺的改进型。或者是将几种污水处理工艺流程的优点相结合，比着以前单一的工艺有着更好的处理，这种工艺流程称为污水处理工艺的复合型。目前，国内污水处理发展趋势是生物处理法及活性污泥处理工艺。通过微生物的新陈代谢，可以将污水中N、P、S等污染物质，转化为污染程度较小或者无毒的物质，二次污染较小。
污水处理作为一种高耗能的行业，在未来的发展中，将会是提高污水处理水质的同时，降低污水处理所需的能耗，使得污水处理费用成为一般企业就可以承受的，这样对于我们污水处理才会起到非常重大的意义。国外污水处理中，通过合理利用污水中污泥中的能量来达到降低能耗的地步。例如奥地利Strass污水处理厂，在05年实现了污水处理厂能量自给。通过与国外先进的污水处理技术对比，零消耗的污水处理系统才是未来污水处理系统发展的定位。中国在污水处理上还有很长的路要走。
1.2 可编程逻辑控制器和组态软件应用现状
可编程逻辑控制器为PLC，具有很高的可靠性和灵活性，已经成为现代工业自动化控制系统中重要支柱之一。伴随着计算机等技术的快速发展，PLC已经不再是简单逻辑控制，已经在工业领域中表现出非常高的可靠性。
组态软件作为自动化控制系统中常用的监控软件，可以对工业自动化系统数据进行实时监控和管理。组态软件已经被广泛的应用于电力系统、化工等工业领域，对现场设备实时监控和数据采集。
1.3 课题研究的目的和意义
随着社会的发展，生活污水也日益增多，使得仅仅依靠传统的人工手动控制已经不能适应现代污水处理的需要。需要采用更先进的控制方式来替代人工手动控制，并且能够保证污水处理厂24小时不间断的处理污水，同时也降低污水处理厂的处理成本，污水处理自动控制系统应运而生。然而，我国污水处理起步很晚，对污水处理方面的研究和使用经验，比着同时代的西方发达国家还是非常落后的。对于我国这样一个水资源受到严重污染、人均水资源短缺的国家，设计一套适合我国国情的污水处理自动控制系统有着十分重大的现实意义。
现代工业系统的控制中，多是采用计算机、PLC、工业组态软件、以及网络通信等技术，本次课题主要是通过对污水处理厂的参观学习，了解污水处理的整个工艺，然后通过西门子300PLC、组态软件Wincc来设计出一套“上位机监控，下位机控制”的自动控制系统。该系统可以实时监控整个系统的转动状态，此控制系统是基于污水厂的实际流程，因此非常具有实际意义。
1.4 本课题主要研究的内容
本系统污水处理工艺采用三沟式氧化沟处理工艺。本系统通过对污水处理分析，设计出一套 “上位机Wincc监控，下位机300PLC控制”的控制系统。本课题主要完成工作如下：
（1）学习并应用S7-300编程软件，并能应用模拟量输入/输出以及PID控制。
（2）依据污水处理的工艺流程，完成污水处理系统中硬件设计。
（3）依据设计的硬件完成PLC的程序设计。污水处理中采用PID控制维持集水池液位的恒定。
（4）依据污水处理的工艺流程，使用组态软件Wincc 设计监控画面，完成Wincc控制系统监控画面的设计，实现对现场进行动画模拟。并在监控画面中设计污水处理系统中的动画，并设计实时监控画面、报警等画面和历史、报警报表打印。
（5）使用Wincc的Web发布功能，制作污水处理过程Web发布，可以实时远程监控污水处理的运行情况。 查看完整请+Q:* 351916072
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