基于PROFIBUS总线的污水处理系统---下位机(PLC)系统设计

河北工程大学毕业设计（论文）任务书题目：基于PROFIBUS总线的污水处理系统---下位机（PLC）系统设计学生姓名：学号：专业班级：学院：信息与电气工程学院设计起止日期：技术要求及原始数据：针对现有根据污水处理工艺特点，构筑物的分布及整体控制要求，下位机要求使用S7-200系列PLC，对整个污水处理系统进行控制。

该污水处理控制可满足用户对系统安全性、可靠性、可维护性和灵活性的要求。

主要任务：学习可编程控制器S7-200的基本编程方法和原理、网络与工业现场总线技术的有关知识，确定下位机污水处理整个系统的控制方案，根据生产工艺过程，编制PLC的控制程序；与外围设备I/O的数据交换控制程序；进行系统的传感器、变送器、继电器等硬件选型设计，供电电源的设计，并设计与上位机进行通讯的程序和硬件配置；设计PLC的电气控制线路图和系统的电气控制线路图；绘制相应的图纸（至少一张手工绘制的图纸）。

学生（签字）：系主任（签字）：指导教师（签字）：院长（签字）：摘要现场总线技术具有数字化、全分散性、开放性和互操作性等特点，代表了今后工业控制网络发展的方向，是当前自动控制领域中倍受关注的技术之一。

本文首先在理论上对现场总线控制系统进行了全面的探讨和阐述，并且尤为深入的对ProfiBUS现场总线进行了阐述。

然后全面的分析了国内污水处理行业的工艺和自动控制需求，从综合自动化控制系统的完整性、可靠性、开放性及可扩充性几个方面，比较分析了DCS、现场总线、工业以太网等工业应用网络的连接方式，提出了基于ProfiBUS 现场总线网络的通信方案。

自动控制系统设置3个现场PLC监控站和1个中心操作站。

下位机系统采用PLC，上位机系统采用PC。

考虑到污水处理控制对系统安全性、可靠性、可维护性和灵活性的要求，本系统硬件组成为：现场控制站选择西门子公司S7-300系列的模块结构PLC，上位机选择工控机IPC，现场总线产品选择西门子PROFIBUS-DP开放式工业现场总线。

下位机编程采用STEP-7 V5.0软件包进行PLC软件设计。

关键词：污水处理；氧化沟； PLC； ProfiBUS；现场总线AbstractThe field bus technology. Which is one of the best compelling technologies in the current automatic control domain, possesses the characteristics of digitization, full-decentralization．Openness and interoperability etc…and indicates the direction of industrial control network development in future．In this paper．Firstly the field bus control system is discussed in theory．and the ProfiBUS field bus is elaborated especially．Then the domestic craft of sewage treatment and demand of automatic control are analyzed comprehensively．Finally the communications project base on ProfiBUS field bus-net is proposed through comparing the connected method of DCS．field bus．industrial Ethemet etc industrial applied network from integrality, reliability．openness and extensibility of integrated automatic control system．The automatic control system establishes 3 scene PLC monitoring stations and 1entral operating station. The lower position machine system uses PLC, on the position machine system uses PC. Considering the sewage treatment controls the request to the system security, the reliability, the maintainability and the flexible. This system’s hardware composition is: The scene control station chooses Siemens S7-300 series modular structures PLC, on position machine chooses labor controlling machine IPC. The field bus product chooses Simens the PROFIBUS-DP open style industry field bus. The lower position machine programming adoptes STEP-7 V5.0 software package to design the PLC software.Keywords：swage treatment; oxidation ditch; PLC; ProfiBUS; field bus目录摘要 (I)Abstract ................................................................ I I 1 绪论 . (1)1.1污水处理的现状 (1)1.2污水处理方法 (3)2 PLC与现场总线技术 (4)2.1PLC简介 (4)2.1.1西门子PLC的特点 (7)2.1.2西门子PLC与ProfiBUS现场总线 (8)2.2 ProfiBUS现场总线 (8)2.2.1 PROFIBUS-DP的设备类型 (10)2.2.2 PROFIBUS-DP的通信协议 (11)3 污水处理流程及其控制设计 (12)3.1污水处理工艺流程 (12)3.2污水一级处理(污水预处理) (13)3.3污水二级处理(生物处理) (14)3.4污水处理工艺介绍 (18)3.4.1污水预处理段 (19)3.4.2生物处理段 (20)3.4.3污水处理网络通信设计 (21)4 软件系统开发与设计 (22)4.1 PLC软件系统实现功能 (22)4.2预处理段PLC软件系统 (23)4.3生物处理段PLC软件系统 (29)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)附录 (37)附录A 科技文章摘译 (38)1 绪论随着经济的飞速发展和世界人口数量的持续增加，对水的需要量也在不断增大，但是可用的水资源却在逐渐萎缩，特别是在城市周边，可以开发利用的淡水资源由于污染的原因正急剧减少。

为了应对水体污染，最近几年越来越多的城市污水处理厂、城市垃圾无害化处理厂正在如火如荼的建设、投运。

为了提高污水处理效率和降低运行成本，将自动控制新技术引入污水处理厂，提高其自动化水平是非常关键的。

应用现场总线技术、PLC、控制仪表、执行装置、上位机监控设备等可以组成一个高效、实时、可靠的网络化全集成自动化系统。

由于现场总线多项先进性，注定了这套系统有较好的维护性和实施性。

将其应用于污水处理厂的自动控制系统，将带来良好的社会效益和可观的经济效益。

1.1污水处理的现状水资源是指可以直接被人类利用、能不断更新的天然淡水，主要是陆地上的地表水和地下水的浅层部分。

全球水的总储量是比较巨大的，约为1．386*10km。

，但是可供人类使用的淡水资源只占到2．5％，其中绝大多数分布在高原冰川、两极冰盖、冰冻地带以及750m以下的地层深处，方便取用的河水、湖水以及浅层地下水只占全球总储量的0．26％。

在全球淡水资源的分布也是非常不均衡的，65％以上的淡水集中分布在9～10个国家，如美国、哥伦比亚和加拿大等。

占世界人口总数量的40％以上的80多个国家为水资源缺乏国家，有近30个国家为严重缺水国家。

我国水资源的现状可以用这样的一句话来形容：“局部有所改善，整体仍在恶化”。

水资源的短缺与粗放低效利用的状态并存，水资源及其安全性已经成为中国社会经济发展的瓶颈，是国家安全的重要支持因素之一。

我国的污水处理开始于上世纪七十年代。

那时已经开始利用废弃的河道、沼泽以及城市周边洼地构筑成稳定塘，对生活污水和工业废水进行简单的处理。

据当时的文献资料介绍，这样的稳定塘共计38座，日处理生活污水173万吨。

八十年代，国家政策开始向环保倾斜，推动了一大批城市污水处理设施的兴建，我国第一座大型的城市污水处理厂——日处理26万吨的天津纪庄子污水处理厂也于1984年4月投入运行。

“八五”期间，随着城市环境综合治理的深化以及各流域水污染治理力度的加大，城市污水处理设施的建设经历了一个发展高潮时期。

“九五”期间，我同正式启动对“河”(淮河、海河和辽河)、“湖”(太湖、巢湖、滇池)流域和“环渤海”地区的水污染治理，国家给予相应资金和技术上的支持。

据统计，到2000年底，全同已建设城市污水处理厂427座，其中二级处理厂282座，二级处理率约为15％。

由此可见，我国的污水处理现状并不理想，城市污水处理率还很低。

2002年之后，国家大力扶持污水处理厂的建设，特别是山西、河北、河南、陕西等中西部地区，每年都有数十座污水处理厂开工建设。

拿山东省为例，截至2007年底，绝大多数县级以上城市都拥有了正常运行的污水处理厂，有的城市还建成了中水厂并已投运。

我国是一个发展中国家，经济发展水平相对落后．而面对我国日益严重的环境污染，国家正加大力度来进行污水的治理．而解决城市污水污染的根本措施是建设以生物处理为主体工艺的二级城市污水处理厂，但是，建设大批的二级城市污水处理厂需要大量的投资和高额运行费，这对我国来说是一个沉重的负担。

目前我国的污水处理厂建设工作，则因为资金的缺乏很难开展，部分已建成的污水处理厂由于运行费用高昂或者缺乏专业的运行管理人员等原因而一直不能正常运行，因此我国的城市污水处理发展趋势应该围绕以下两个方面：第一，未来的城市污水处理必须是高自动化、高可靠性的。