PLC编程实例 西门子S7-200 SMART在污水厂的应用

滨河污水处理厂始建于上世纪80年代中期，是深圳最早的污水处理厂。污水处理工程在设计、建设及生产运行过程中，充分秉承了绿色环保的理念，体现了人与自然的和谐相处，为深圳市民奉献了一座园林景观式的大型污水处理厂，其在生物除臭、深度处理、中水回用、景观设计等方面的独具匠心，对于现代化城市污水处理、城市环境建设极具借鉴意义。本次选用西门子 S7-200 SMART PLC在污水厂干粉配制和投加系统，并配合新建污水除臭系统，解决污水处理厂周边地区环境的臭味问题改善深圳河的水质环境。

图1 污水厂干粉配制和投加系统配合污水除臭系统

图2 污水厂干粉配制和投加系统配合污水除臭系统

项目简介

1.干粉配制和投加系统用在污水厂里用于溶解固态的干粉（絮凝剂）并配制成溶液的全自动配制装置。系统采用Siemens S7-200 smart SR60 PLC作为控制器，控制整个配药系统的运行。Smart700IE触摸屏作为人机操作界面，用于显示系统运行状态，调节系统运行参数。控制柜内包含有供电单元和保险丝、电气控制和系统工作的其它控制设备。

2.干粉配制装置是由用于干粉的贮存、进料、浸湿、溶解和熟化件组装为一体的整体设备。整套设备包括封闭的3个溶液箱(a)，带有内冲洗装置的水管路(b)，干粉进料器(c)，搅拌器(d)和控制柜（e）。

3.SMART200 配置表如下：

图4 SMART200 配置表

图5 SMART 200 运行中

工艺流程

2.1 进水系统和浸湿设备

根据程序设置，当储液箱中一旦达到了低液位，电磁阀自动打开，经过预冲洗后，给配药装置供应必要的溶液用水，调节阀控制进水流量，以保证水量浸没粉状絮凝剂，当储液箱达到最高液位时控制器切断干粉进料器的电源并投加停止进药，水流保持持续流动冲洗一段时间后，控制器切断干粉进料器的电源。

2.2 干粉进料器

电磁阀打开进水几秒后，c所示的干粉进料器通过 PLC 控制变频器驱动干粉进料器，按照预先设定的浓度，干粉进料器与水的流量成正比例输送干粉。干粉落入冲洗装置，经水溶解，浸湿的干粉和溶解水流入溶液箱。

2.3 三个溶液箱

a所示的三个溶液箱是隔成3个相对独立的箱体——保证了有充分的时间使絮凝剂的配制溶解、熟化和储液，同时防止了经过熟化的溶液与新配制的溶液发生混合。3个溶液箱里分别配有三个搅拌器，水和干粉在第一个溶液箱的配制，充分搅拌后进入到第二个熟化箱，经搅拌器充分搅拌后进入到第三个储液箱。第三个储液箱安装有液位传感器，由 PLC 监测液位传感器的信号，根据程序设置的“低液位”和“高液位”所对应的液位触点启动或停止自动配制溶液。同时PLC也控制三个搅拌器的启停，配制和熟化箱的搅拌器在配药过程中保持持续搅拌状态，储液箱的搅拌器根据液位启停，高液位用于防止溢流，并停止配药，低液位时启动配药装置。

设备调试

当设备处于设置模式中时，可以进入调试设备所有必要的配置。在此模式中，控制器屏蔽所有干扰设置的功能。

3.1 调节预冲洗和后冲洗时间

为了防止干粉在配制设备中堆积，设定进水的预冲洗时间5秒和后冲洗时间10秒，以确保任何情况下，干粉均充分地进入；

电磁阀打开后，经过数秒钟，充分地冲洗设备。几秒后，干粉给料器启动开始配药。在达到储药箱最大液位后，干粉进料器电源关断。电磁阀仍保持开通，经过后冲洗时间为止。

3.2 搅拌器

每次配置溶液过程开始，搅拌器均重新启动。一旦第3个储液箱达到了高液位，2个搅拌器仍持续搅拌。第3个搅拌器在每次配置溶液过程开始以液位的自动控制启停，并可选择适当的通—断间隔时间使药剂混合效果更好，而不会破坏经过熟化的大分子溶液。

3.3 浓度设置

设置溶液浓度一般在0.05%-10%范围内，现场设定的浓缩液浓度为0.4%时，调节合适的进水流量配制所需的浓度。

3.4 流量设置

将过滤减压阀设定为3bar输出压力（电磁阀关闭）在“Calibration”（调节进水流量）菜单中按动输入键切换到 valve 开关，设置进水流 量为5000 L/h。在相应的菜单中按动了测试键之后，电磁阀打开，显示屏显示实际的流量。按实际需要的流量去调整调节阀。可以在显示屏上看到实际的流量。再次按“Calibration”键退出设置。

3.5 校正干粉进料器

在校正干粉进料器时，松开螺丝，先拆开冲洗设备，使供水电磁阀保持关闭。干粉给料可以独立于水流工作。在设定水流量时，干粉进料器电源保持断开。在“Calibration”菜单中校正干粉进料器，菜单中选择（干粉进料器）。手持PE（聚乙烯）容器（最低盛装体积 500g）置于进料器螺旋管下面，按动测试键。干粉进料器将以最大速度工作。当手持的容器盛装的干粉量足够时，立即按动测试键停止干粉进料器。称重容器中的干粉，算出单位时间内的重量 1800g/min，写入“Calibration”中保存该 数值。校正完成干粉进料器以后，重新装好冲洗设备。

搅拌器，干粉进料器的调试

搅拌器和干粉进料器可以手动操作启动和停止，选择相应的菜单测试搅拌器、干粉进料器的启停，亦可用时间间隔的方式设置搅拌器。

PLC I/O 信号地址表

应用体会

1.SMART主要的指令延续了S7-200，使用方便；一些常用指令，比如常开常闭，可以直接在编程窗口双击然后选择使用。

2.S7-200 SMART的软件自带下列库，而S7-200需要安装。

3.保留了Micro/WIN编程软件中的数据块编辑，状态分页监控，高级指令向导等功能十分方便。

4.每个网络能插入的指令行数，列数大概只有10多行/列，我在编程过程中就试过，超出之后，直接弹出一个错误警告， 然后退出了程序，没保存；V 存储区不能掉电保存，希望后期西门子会改进；

5.SMART 200只有一个串口，如需2个口需要另外买一个信号板；以太网只能和触摸屏和SMARTPLC通讯不能和其他第三方设备进行通讯。

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PLC编程大项目很难？掌握了这一点就很简单

PLC结构化编程 是对应于典型的控制要求，将过程要求中的类似或相关的任务归类，在功能或功能块中编写通用的程序块，这些程序块可以反复被调用，以控制不同的目标，形成通用的解决方案。这些的通用的程序块就称为结构，利用各种结构组成程序就称为结构化编程。可以通过不同的参数调用相同的功能或通过不同的背景数据块调用相同的功能块。结构化编程过程中通用的数据和代码可以共享，其特点是，编写通用程序块，对不同的控制任务代入不同的地址和数据，使更多的控制任务可以使用此通用程序块，因此具有很高的编程和编程调试效率，并且编程结构清晰，适合于复杂的控制任务。

在块调用时，调用者可以是各种逻辑块，包括用户编写的组织块(OB)、FB、FC和系统提供的SFB和SFC，被调用的块是除OB1外的所有逻辑块。调用功能块时需要为其指定一个背景数据块，背景数据块在功能块调用的同时被打开，在调用结束时被关闭。

在给功能块编程时使用的是形参，调用它时需要使用实参来为形参赋值。在一个项目中，可以多次调用同一个块，如在调用控制电动机的块时，将不同的实参赋值给形参，就可以实现对类似但不完全相同的被控对象（如直流电动机和交流电动机）的控制。

块及子程序的调用，可以嵌套调用，即被调用的块同时还可以调用其他的块。嵌套调用的嵌套深度与CPU的型号相关。

嵌套调用的深度同时还与局部数据堆栈（L堆栈）有关。每个OB需要至少20 B的L内存。当块A调用块B时，块A的临时变量将被压入L堆栈进行现场保护。

程序被分为不同的逻辑块，每个块包含了完成部分控制任务所需的逻辑指令。 组织块OB1（主程序）中的指令决定在什么情况下调用哪一个块，功能和功能块（子程序）用来完成不同的过程任务。被调用的块执行完后，返回到OB的调用点，继续执行OB1。模块化编程，将一个较大的程序分成若干块，易于实现多人同时对一个项目编程。由于只在需要时执行相关的指令，因此提高了CPU的执行效率。

线性化编程是将整个系统的控制程序放在主循环控制组织块OB1（主程序）中，每一次循环扫描都要不断地顺序执行OB1中的全部指令。 这种方法的程序结构简单，不涉及功能、功能块、数据块、局部变量和中断等比较复杂的概念。

由于所有的指令都集中在一个块中，即使程序中的某些部分在大多数时候都不需要执行，但每个扫描周期都需要执行所有指令，CPU的执行效率比较低。此外如果需要多次执行相同或相似的程序就需要重复编写程序。因此，这种编程方法，一般只在编写简单的控制系统程序时使用。

模块化程序的执行

模块化编程中OB1起着主程序的作用，FC或FB控制着不同的过程任务，相当于主循环程序的子程序。模块化编程中被调用块不向调用块返回数据。

模块化编程实例

1.模块化编程实例1 - 液位监视

• 监视一个慢变得过程不需要每次扫描都进行。如果过程每隔一定时间或根据需要进行处理，程序将更有效。• 在OB1循环扫描处理时，可以按照一定的周期对液位进行监视。

设计方法：

• 确定液位监视的组成部分和它们的关系；

• 设计完成所要求控制任务的功能；

• 规划从OB中调用块完成功能的程序执行

过程；

• 对程序块的每个段加上文字注释和标题。

解决方案：

• 建立一个功能FC，可以监视和控制任务；

• 建立一个OB，其中每隔一定时间调用块

（功能）。

2.模块化编程实例2

有两台电动机，控制模式是相同的，按下启动按钮（电动机1为I0.0，电动机2为I1.0），电动机起动运行（电动机1为Q4.0，电动机2为Q4.1）；按下停止按钮（电动机1为I0.1，电动机2为I1.1），电动机停止运行。

分析：

这是典型的起保停电路，采用模块化编程的思想，分别在FC1和FC2中编写电机的控制程序，在主程序OB1中进行FC1和FC2的调用。

结构化编程

Ø 将复杂的任务分解成一些能够反映过程的工艺、功能或可以反复使用的单独解决的小任务，这些任务由相应的程序块来表示；

Ø 某些程序块可以用来实现相同或相似的功能；

Ø 调用者可以是各种逻辑块，包括用户编写的OB、FB、FC和系统提供的SFB与SFC；

Ø 被调用的块是OB之外的逻辑块；

Ø 通用的数据和代码可以共享。

结构化编程

结构化编程的优点：

1各单个任务块的创建和测试可以相互独立地进行；

2通过使用参数，可将块设计得十分灵活；

3块可以根据需要在不同的地方以不同的参数数据记录进行调用；

4在预先设计的库中，能够提供用于特殊任务的“可重用”块。

结构化编程实例-油漆调制

1选择产品添加剂，需要决定哪个罐的成分要加到混合罐内。

2在选择开关的选择基础上，组织块调用相应的程序块，分配当前的参数，控制混合罐的流入量。

设计方法：

1. 确定哪些部件和操作可以应用于所有的罐和相关的控制；

2. 建立功能或功能块，完成所要求的控制；

3. 建立块的变量定义表，以便于对要操作的罐和控制进行地址分配；

4. 设计一个程序来根据选择开关调用功能或功能块。

解决方案：

1. 建立一个功能块或功能控制罐的流出量；

2. 为相关的块建立变量定义表；

3. 建立一个OB块来根据选择开关调用功能或功能块。

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