西门子S7-200PLC在污水处理系统的应用

一、工艺流程

      污水处理系统的主要功能是完成对污水的净化的作用，污水通过该系统处理后，净化输出符合国家标准的水质。污水由进水系统通过粗格栅和清污机，进行初步排除污水中的大块杂质物体，并流经到除砂池。在除砂池中通过细格栅和转鼓清污机进一步净化污水中的细小颗粒物体，将污水中的细小沙粒滤除后进入氧化沟反应池。在该氧化沟中进行生化处理，分解污水中的有害物质，此环节需要用到化学药剂来加强生化处理效果，如复合碱、氯气、油絮凝剂等。

      经处理的污水进入沉淀池中，在刮泥机的作用下进行物理沉淀，为了加强沉淀效果，同时加入混凝剂和絮凝剂利用高分子助凝剂的强烈吸附架桥作用更加容易沉降。污水经沉淀池处理最后到达脱水环节，离心式脱水机作用下进行脱水处理后排出清水。

二、功能要求

      PLC作为污水处理系统的控制系统使得整套设备的控制过程变得更加简单、快捷。

      利用PLC作为控制器的污水处理系统主要涉及两个方面：一类是输入信号；另一类是输出信号。

      污水处理系统信号输入检测方面主要有四类信号的监测，主要包括：按钮的输入检测、液位差的输入检测、液位高低的输入检测、曝气池中含氧量的输入检测。

      (1)按钮输入检测。大多数为人工方式控制的输入检测，主要有自动按钮、手动按钮、格栅机启动按钮、清污机启动按钮、潜水泵启动按钮、潜水搅拌机启动按钮、污泥回流泵按钮、变频器启停按钮以及变频器加速、减速按钮等。

      (2)液位差输入检测。检测粗细格栅两侧液位差，用来控制清污机的启动与停止。

      (3)液位高低输入检测。检测进水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用来控制潜水泵或污泥回流泵的启动和停止，以及投入运行的潜水泵的数量。

      (4)含氧量输入检测。以上三种都为数字量输入，该输入为模拟量输入。曝气过程是污水处理系统中最重要的环节，为了保证微生物活性所需要的氧气，必须检测污水中的含氧量，并通过曝气机的运行强度来增加或减少其含氧量。通过将溶解氧仪设置在适当位置上，将检测值反馈到PLC中，通过运算输出控制曝气机的转速信号。当溶解氧值偏低时，降低了微生物分解的效果，延长了处理时间，严重时甚至导致处理失效，因此需要增加曝气机转速以增加供氧量；当溶解氧值偏高时，导致微生物过氧化，降低了其活性，也不利于后期处理，因此减小曝气机转速以减少供氧量，最终使污水中的溶解氧保持在一定的范围内。

      信号输出部分主要包括两个方面：一个是数字量输出，即各类设备的接触器、继电器等；另外一个是模拟量输出，用来控制曝气机变频器。

      (1)数字量输出。控制各类设备的启动和停止，包括：格栅机启停、清污机启停、潜水泵启停、潜水搅拌器启停、污泥回流泵等设备。

      (2)模拟量输出通过PLC中PID运算后的数据，通过其功能模块输出控制信号，该控制信号输入到变频器的控制端子上，改变变频器的输出频率，从而控制曝气机的转速，最后达到控制污水中含氧量的目的。

三、系统配置

1.1、PLC选型

     根据污水处理系统的电气控制系统的功能要求，以及其复杂程度，从经济性、可靠性等方面来考虑，选择西门子S7-200系列PLC作为污水处理系统的电气控制部分的控制PLC。由于工业污水处理电气控制系统涉及较多的输入输出接口，其控制过程相对复杂，因此采用西门子型号为CPU224作为该控制系统的PLC。

     CPU224在污水处理系统中使用的数字量输入点和输出点都比较多，因此除了PLC主机自带的I/O通道外，还需要扩展一定数量的I/O扩展模块，在此采用EM223输入/输出混合扩展模块，8点DC输入8点输出型，正好可以满足控制系统对I/O点数的需求。

     在污水处理系统中，还需要采集模拟量并利用模拟量控制的功能要求，因此需要在扩展一个模拟量输入输出扩展模块。西门子公司专门为S7-200系列PLC配置了模拟量输入输出模块EM235，该模块具有较高的分辨率和较强的输出驱动能力，可满足控制系统的功能要求。

3.2 软件构成

     STEP7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的SIMATIC S7-200 PLC编程软件，适用于所有SIMATIC S7-200 PLC机型软件编程，能够解决复杂的自动化任务。STEP7-Micro/WIN提供软件工具调试和测试程序，包括：监视S7-200正在执行的用户程序状态，为S7-200指定运行程序的扫描次数，强制变量值等。支持TD400C文本显示器。

     STEP7-Micro/WIN提供了一套集成工具用于TD400C的组态。在S7-200CPU的数据存储区中配置参数块和消息，在完成选项设备和创建消息后，TD400C组态向导自动将参数块和消息文本写入数据块编辑器，然后该数据块就可以被下载到CPU中。整个组态保存在S7-200CPU中，从而不需要重新组态就可替换TD400C，通过使用Keypad Designer和“文本显示向导”对TD400C进行文本显示消息和其它数据组态，编程人员只需把组态好的信息下载到S7-200 CPU中，组态结果就会在TDTD400C中生效。极大方便了维护人员后期对TD400C的维护和更换。

3.3 通信

     文本显示器TD400C与S7-200 PLC通信采用西门子专用PPI通信协议。通信过程中，TD400C作为主站，向作为从站的S7-200 PLC发送申请，从站进行响应。S7-200  PLC利用CPU模块的端口Port 1与TD400C通信，通信波特率设置为9600b/s。

四、软件系统的调试

     在STEP7-Micro/WIN32软件中，通过编程，将编好的程序下载到PLC中进行运行调试，检查程序是否有错误，是否能够实现相应的功能控制。调试时，可根据功能模块分类分别调试，最后进行总体调试。在该控制程序中，需要根据外界输入的状态来控制清污机、潜水泵，以及污泥回流泵的启停，因此需要按照液位传感器和液位差计反馈来的信息进行判断处理，然后再进行输出控制。

     污水处理系统程序编写采用梯形图的方式，方便维护人员解读和后期升级。系统上电后，西门子S7-200 PLC自动检测各个信号状态，并进行逻辑判断，确保整个设备处于正常状态下运行

五、结束语

     在实际应用中，基于西门子S7-200 PLC的在污水处理系统，其系统运行可靠、操作方便、易于监测与维护。