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基于S7-300PLC的连铸结晶器液位控制系统 外文翻译


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基于 S700-PLC 连铸结晶器液位控制系统

学 专 班 学 姓

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指导教师: 填表日期: 2013 年 3 月 28 日

基于 S7–300PLC 污水

处理自动控制 系统的设计与实现
白京京 ? 赵子贤 ? 鲍春红 ? 冯仕广 内蒙古大学电子工程学院 ? 呼和浩特 ? 中国

摘要
随着县级城市家庭污水处理的需求, 市政污水处理自动化系统中的分散控制 系统应运而生, 通过 WinCC 组态软件和西门子 S7-300PLC 来监控每个子系统市政 污水处理情况,这个系统主要特征如下:收集 PLC 数据、协议转换、光纤传输数 据、组态软件的实现、实时数据在数据库中的存储以及显示各类报表、曲线及警 报等。本报刊介绍这个系统设计思路以及详细的特征。 关键字:污水处理;分散控制系统;西门子 S7-300PLC;WinCC 组态软件

1.引言
随着中国经济的快速发展,环境保护成为日益突出的话题,污水处理是环境 保护中最重要的一部分。由于计算机技术和污水处理技术的快速发展,很有必要 采用先进的控制技术和设备来监控污水处理过程。 内蒙古呼和浩特土黑特左旗的 污水处理工程就是呼和浩特市政级城市典型的一种, 它通过使用循环活性污泥系 统来处理污水。 这个工程中, 我实际用了一个基于西门子 S7-300PLC 和 WinCC6.2 的监控软件的 DCS 系统。

2.循环活性污泥系统工程
循环活性污泥微生物处理系统是一种多参数(如液位、水质、流动速率、压 力等) 、多任务(进水、通风、沉淀、排水等)、多设备(沉降器、鼓风机、校准 器等)的复杂系统,它是整个微生物处理系统的核心。循环活性污泥系统池主要 反应区通过“通风—静止—沉淀—排水”的循环过程。而在其中,循环活性污泥 池的氧气溶解控制,厌氧段控制,好氧段控制是核心。

表格 1 污水处理流程图

3.控制系统的结构
污水处理自动控制系统的结构是集中式管理控制和分散式控制。 此控制系统 采用了结合远程控制自动控制、远程人工控制和字段自动控制方法。 为了保证污水处理系统的有效运行,PLC 的主控制器必须是独立的。如果其 中任何一个子系统破坏,它不会影响其它正常运行的设备。即使整个系统出现了 故障,它也能调整至字段人工控制模式来及时保证污水处理的正常运转,控制中 的 PC 采用双冗余模式来实现实时控制。两个备用的服务器彼此共同完成监控任 务。如果其中一个服务器失效,另外一个可以完成监控任务,自动的保证了系统 可以在万一没有人工干预的前提下继续提供服务。

表格 2 控制系统结构

4.数据通信
S7 系列的 PLC 通信网络主要包括以下:数据通信多点接口协议、现场总线 工业以太网、点点连接、通信传感器接口过程。本控制过程包含有现场总线、工 业以太网的使用及点点连接。 A.S7-300PLC 和 WinCC 之间的通信 PLC 和 PC 之间的通信通过工业以太网,实现 PLC 数据域 PC 组态软件实时数 据库通信。通过光纤,PC 可以监控远程现场设备。PLC 选择了具有融合工业以太 网接口的 315-2 PN DP 的 CPU。 S7-300PLC 和 WinCC 之间的通信使用了 TCP IP 网 络协议,而 TCP IP 网络协议是在 IT 设备通信协议的一种标准。虽然反应时间在 100ms 数量级,但对于工厂中的控制,此反应时间足够了。

B.PLC 主站和从站间的通信
PLC 主站使用西门子 S7-300PLC, ClO2 的 PLC 车间使用西门子 S7-200PLC,

PLC 主站和从站的通信使用现场总线。现场总线是国际化的、开放的,但不依赖 于现场总线设备制造水平。这是一个用于自动化车间层控制、数据通信和现场设 备控制的现场总线。现场总线传输速率在 9600 波特至 1.2× 107 波特,当主系统 启动时,所有连接主线的设备应该置于相同速率。这可以实现从现场设备到工作 室的分散化的数字控制和现场网络沟通, 以便能为工厂提供随时可变的方法来实 现综合自动化及现场设备智能化。西门子 S7-300 的 PLC 的处理器模块是 CPU-315-2 PN DP , 它有自己现场总线接口。 S7-300PLC 现场总线用来作为主站, S7-200PLC 现场总线作为从站,而 S7-200PLC 没有自己的现场总线通信接口,所 以它必须通过 EM277 与主站进行通信。

C、PLC 与电源设备间的通信
基于设计的需求,需要建立起 PLC 与电源设备间的通信,到目前为止,它应 该能够监控供电系统的电压和功率, 西门子 PLC 与电源设备点与点间的通信连接 是通过 CP341 通信模块。供电设备提供了 RS485 半双工异步串行通信接口,以及 使用了 MODBUS RTU 通信协议。由不同制造商生产的控制设备可以通过 MODBUS 协 议来连接。连接在不同网络的设备可进行数据通信。MODBUS 在一条线上可以连 接多个设备,而且每个设备可以设置它自己的通信地址,每个控制器通过此地址 来区分这些设备。 同样, 由地址发出的信息决定设备做什么。 如果响应为需要的, 控制器将会创建反馈信息并通过 MODBUS 协议将其发出。在其它网络中,有许多 通信协议信息转换的框架和包结构。 此转换也拓展了解决其它地址以及在特定网 络环境下的通信途径及错误识别问题的方法。

5.西门子 S7-300 硬件
S7-300 是 PLC 模块化,它包括架层、CPU 模块、信号模块、功能模块、接口 模块、通信处理模块、电源模块和程序模块。PLC 系统包括三个架层,主架与扩 展架通过 IM 360 361通信。 污水处理阶段的阶段 I 有 23 个模拟量输入点, 个模 3 拟量输出点,222 数字输入点和 68 个数字输出点。PLC 硬件配置中留有 15%的储 备硬件配置,用来留给阶段 II 使用。S7-300PLC 硬件图如表格三。

表格三 S7-300PLC 硬件表

6.PC 监控系统构成
此报刊将汉化版的 WinCC 6.2 作为系统配置软件来实现监控功能模块。它提 供了各种各样 PLC 驱动器, 这使得 PLC 与 PC 间的连接简易多了, 且当 PLC 与 WinCC 连接时,在 STEPT 中变量列表可以直接使用。PC 监控系统功能模块图如图表 4.

表四 PC 监控系统功能模块表

“PC 监控系统的构成” 1)控制功能:为实现在主控制器中线上设备的实时控制,如设备开始/暂停、模 块输出调节、PLC 操作参数在线设置等。 2)显示功能:通过图形和动画显示被控设备的运行状态,显示现场设备实时运 行参数。

3)档案管理:根据变化速率、运行参数的重要性、实时和历史的运行状态来设 立一个产生数据库并且存储用于计算和分析的生产原始数据。 4)报警功能:当模拟值(如电流、压力、水位、浓度等)测量超出给定的范围, 或者数字值(如电动机开始/暂停、阀门开/关)出现故障时,根据不同的要求实 现不同的报警等级。 5)打印功能:实现记录、表格、各种事件和报警的实时打印,打印种类可以划 分为定时打印、事件引发打印和用户自定义打印。 6)登陆管理:其目的记录用户登陆和退出的信息,搜寻不同用户的使用间距。 7)权限管理:给不同用户设置相同的访问保护功能,阻止未经授权的用户访问 监控系统。

6.PLC 控制程序
用户通过 STEP7 软件,使用模块化设备来实现 PLC 系统的编程。程序流程图 如表格 5。 控制系统采用模块化程序, 根据整个技术程序工作室将其分为 10 个子程序。 在主程序中,它可以用正确的命令来调用子程序。首先,在组织块 35 中写了一 个模拟采集子程序,而且模拟数据每 100ms 刷新一次。然后,控制程序分为远程 人工控制和远程自动控制,它可以通过位标志来实现两种方式的切换。远程人工 控制可以人工地控制设备启动/暂停,而远程自动控制可以通过现场参数的变化 自动调节设备状态。因此,此程序可以自动和及时执行每个周期。当出现连续障 碍时, 所有设备会自动停止。 网络通信协议采用轮流多站点方式与电表进行通信。

表 5.PLC 程序控制流程图

7.结论
污水处理中的自动控制系统是值得普及的, 它不仅可以适用于现代污水处理 要求, 减少每天维护管理工作量, 降低污水处理费用, 还可以保证污水处理质量。 随着工程技术的发展。此自动控制系统在污水处理领域必将展现其显著的优势。 此工程在 2010 年 10 月实验,其结果证明此系统是一种先进的、可靠的、简易的 操作系统。它能够更好的解决如自动化水平低、可靠性低、延时大以及在污水处 理中存在的其它问题。


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