污水处理系统PLC硬件组态与软件开发

1.实验目的

1）通过组建污水处理系统PLC硬件模块，熟悉并掌握西门子S7-300PLC的常用模块型号、功能、特点和使用。

2）通过开发污水处理系统的PLC程序，熟悉并掌握西门子STEP7软件的使用方法，了解如何利用软件开发PLC程序。

3）熟悉并掌握梯形图的基本编程指令并了解开发工控PLC程序的过程及要点。

2.实验原理

污水处理系统自动控制方案如下：

首先起动污水泵将污水引入反应池和自由沉淀池，3min后关闭污水泵；接着采样反应池和沉淀池中污水的pH数据，如果pH≤6，开启加药阀1，直到pH≥7时关闭加药阀1；如果pH≥8，开启加药阀2，直到pH≤7时关闭加药阀2；如果6.5≤pH≤7.5，起动搅拌机；搅拌2min后，停止搅拌；污水在自由沉淀池中的自由沉淀时间设定为10min，然后开启排泥阀排除沉淀的污泥，时长1min；排泥的同时，污水进入接触氧化池，系统实时采样接触氧化池中溶解氧的数据，当DO≥1.5ppm（PartsPermillion，即百万分之一）时关闭曝气泵，当DO≤0.5ppm时开启曝气泵；10min后污水进入CASS池，回流泵同时开启；当浊度值TU≤10NTU（指散射浊度单位，表明仪器在与入射光成90°角的方向上测量散射光强度）时，停止回流泵和曝气泵；静止1min后，从高到低依次开启3个排水阀，每个排水阀开启的时间为10s；当低位排水阀关闭后，延时30s起动污水泵，进入下一个循环，重复上述流程。

3.实验设备

1）污水处理自动控制系统硬件组成见表4-10。

表4-10 项目5控制系统硬件组成

2）PLC系统硬件见表4-11。

表4-11 项目5PLC系统硬件

4.实验内容

（1）创建S7项目 根据实训项目1的内容创建一个新项目，命名为“laboratory”。项目包含组织块OB1，添加两个功能FC1、FC2以及一个数据块DB10，如图4-52所示。

（2）组态硬件 根据实验原理中介绍的控制点数要求，在项目中添加相应的硬件模块并完成组态，如图4-53所示。

图4-52 项目5创建项目的窗口

图4-53 项目5硬件组态窗口

（3）编辑符号表 为阅读程序方便，根据控制流程编辑程序需要的符号表，如图4-54所示。

完整的符号表内容见表4-12。

图4-54 项目5的符号表编辑窗口

表4-12 项目5的完整符号表

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（4）编辑程序 根据控制流程要求，编写PLC自动控制程序，放入FC1中；同时，为了能够在上位机组态王监控软件上面实现远程手动控制，编写键控程序，放入FC2中；在OB1中编辑程序，实现自动程序FC1和手动键控程序FC2的分别调用。项目5的OB1梯形图程序如图4-55所示。

下面给出FC1中的自动控制程序，如图4-56所示。

图4-55 项目5的OB1梯形图程序

图4-56 项目5的FC1自动控制梯形图程序

图4-56 项目5的FC1自动控制梯形图程序（续）

图4-56 项目5的FC1自动控制梯形图程序（续）

图4-56 项目5的FC1自动控制梯形图程序（续）

参考上述程序，按照流程的控制要求编写系统自动控制程序并输入到STEP7项目中，输入完毕后进行编译，找出语法错误进行修正。通过将梯形图转换成语句表进一步熟悉语句表的各种指令。

（5）下载、调试 连接好MPI通信电缆，电缆的一端连接在PLC的MPI通信端口上面，另一端连接到插在上位机PCI插槽上的CP5611卡的端口上面。按照第1章说明的通信连接方法，将PLC与上位机通过MPI电缆相连接。然后，将项目“labrotary”的内容下载到CPU314的内存中，如图4-57所示。

关闭S7-300PLC的电源。在上位机上运行PLCSIM软件，使仿真PLC切换至“RUN-P”状态，开始仿真调试程序。PLC主程序在OB1中的运行状态如图4-58所示，运行远程键控程序FC2，自动程序FC1当前是没有被起动的。

图4-57 项目5的程序下载界面

图4-58 项目5OB1仿真运行

强制将DB10.DBX0.0置“1”，则起动FC1中的自动控制程序，单击实时监控图标，查看FC1中程序的运行状态，实时监控并检测程序是否符合控制要求。FC1仿真运行如图4-59所示。

（6）实际运行 仿真调试没有问题后，关闭PLCSIM软件，打开S7-300PLC的电源，实际运行项目程序。这时，可以观察上位机组态软件画面的实时状态，以确定流程控制是符合要求的。实际运行界面如图4-60所示。

在上位机监控画面中，按照工艺流程绘制出全部可监控设备的平面或三维图像，设备之间的连接严格按照工艺流程的走向确定，所以在监控画面上可以一目了然地观察到整个污水处理项目的运行状态和设备状况。例如，对于污水泵，以一个青色的方块表示其是否出现故障，如果没有故障，则青色方块是显示的；而以一个红色的方块表示其是否正在运行，如果在运行，则红色方块是显示的。这样，在上面的画面中，可以清楚地看到曝气泵4上面没有显示青色方块，说明该设备出现了故障，需要立即检查、维修。

5.实训结束

结束本次实训后，退出工作软件并关闭全部设备的电源，整理电缆、接线，确认设备处于完好状态。

图4-59 项目5FC1仿真运行

图4-60 项目5的实际运行界面