西门子6ES7368-3BB01-0AA0接线图形

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一．引言

 人类对纯净水需求的不断增加，以及纯净水资源的短缺和污水处理及回收利用的压力不断加重。目前，节约能源越来越成为人们关注的焦点。这就需要的共同努力来保护水和能源这些宝贵的自然资源。几十年的经验证明，在水资源管理控制和节能方面对交流电机实现变频调速控制是行之有效的手段。
 
二．系统介绍
 
    一般的污水处理主要采用二级处理方式：级为机械处理，一般采用格栅等机械设备过滤污水中漂浮物或颗粒较大的物质；二级为生化处理，根据不同处理要求，处理污水中含有的各种标的硅物质或金属元素，使处理后的水能满足后续用水设备的要求，如生活用纯净水、工业锅炉软化与除盐水等。
    污水集水池中的污水经两台污水泵1#污水泵2#将水送入沉淀池，为防止沉淀池水溢出发生事故，沉淀池中设置有水位检测装置，当实际水位过报警水位时控制系统自动关闭格栅前的电动蝶阀以防止发生溢水事故。沉淀池中的污水再由生化水泵送入生化处理池，生化处理池也设有水位上限检测，通过控制生化水泵控制生化处理池水位。
 
三．控制系统构成
 
1、 沉淀池两台水泵由一台变频器采用一拖二控制；
2、 采用性较高的PLC+变频器的方式；

四．运行原理及功能：
    沉淀池内设置有上限、下限水位及上、下限报警水位检测。其控制过程为当水位达到下，水位检测将信号送给PLC，PLC启动变频器并将频率上升信号输出给变频器，当变频器频率达到50Hz时若此时水位仍处于下限位置，PLC发出切换信号将污水泵1#切换到工频运行，延时一段时间后由变频器启动污水泵2#。相反，当水位达到上限位置时则停止污水泵1，PLC发出变频器频率下降信号，若因水泵或其它原因造成水位下限或上限水位报警时，水位检测器将报警信号送给PLC，由PLC输出启动报警电路（报警指灯与响铃），以提示操作人员查看原因。
    曝气机和潜水泵是污水处理的设备，需要用变频器对曝气机的鼓风机（罗茨风机）和潜水泵速、鼓风机变频控制：污水处理好氧部分溶解氧浓度对处理结果有很大影响，溶解氧浓度太低，污水不能达标；溶解浓度太高，不仅浪费电能还可能使活性污泥上浮使出水也不能达标，鼓风机加变频器就是为了控制CASS池溶解氧的浓度稳定在恒定 。
 

五.应用体会
 
    污水处理厂经过变频改造后不仅提高了自动化程度和控制精度，同时在节能降耗上也大大获益，综合节电率达35%，企业效益和社会效益同步大幅提升。

  水系统又包括软水循环处理系统、净环水处理系统、浊环水处理系统、层流冷却水处理循环系统、污泥处理系统。
    1   软水循环处理系统主要是用来供炼铸使用，主要有一套软水制备装置及软水池组成，形成一个密封的循环系统。
    2   净环水处理系统是主要是供1580加热炉，液压站冷却以及主电机冷却水循环系统，现场的水经过两套过滤装置，然后经过风机冷却以后送到冷水池中，再由水泵把水达到现场。
    3   浊环水处理系统是给现场的一些轧辊冷却水，机架间的冷却水以及辊道的外冷水供水的，现场的水通过冲渣沟进入到旋流井里进行一次沉淀，再通过高压提升泵将水提升到带有刮油刮渣机的平流池进行二次沉淀，然后经过过滤器过滤，风机冷却以后送到浊环冷水池中，由高压泵和低压泵把水打到现场，一个水循环系统结束。
    4    层流冷却水循环系统是给层冷的高位水箱，测喷以及层冷辊道的外冷水提供供水，它拥有自己的冲渣沟和热水池，现场的水通过冲渣沟流到热水池内，再由两台水泵送到过滤器过滤，风机冷却以后送到自己的冷水池。
    5    污泥处理系统主要将过滤器反洗出来的水和污泥进行进一步处理，经过过滤器反洗出来的水和污泥入调节池，然后由提升泵将水和污泥一块提升到浓缩池里浓缩。污泥会被气动隔膜泵送到板框压滤机上，将污泥压缩成板由汽车拉出去。而从浓缩池里出来的水会送到滤液回收池内，再由泵送到调节池里。
    由于水处理系统得庞大，经过多次招标后决定采用的西门子的PCS76.0作为水处理的一级控制系统。对水处理的稳定性工作要求非常高，一旦水处理出现问题现场将无法再生产，所以CPU采用的是西门子冗余系统417-4H，可以说是当时西门子S7系列中一个CPU型号。水处理的I/O总计在3600个左右，总共使用了35个ET200站来实现对现场的控制。根据现场环境的差别对一些水位的测量采用了西门子不同类型的液位计，如：西门子的声波液位计主要应用在冷水池，软水池；射频导纳液位计用在事故水塔，平流池；雷达液位计主要应用在漩流井，污泥滤液池和调节池。现场管路的压力测量均采用HONLLWELL的压力变送器。
    水处理生产过程自动控制系统采用分散控制集中管理的原则，由管理层、现场控制层、现场设备层三层组成，控制系统选用可编程序控制器作为各现场站控制器；控制系统的结构采用分布式现场PLC站方式，上位机与各现场PLC站的通信采用工业以太网连接方式，采用工业交换机。管理层由2台奔腾4型电脑，19寸高分辨率液晶显示器，用于管理整个水处理系统的监视与操作，对实时采集的数据进行处理，控制操作以及分析统计等，并相互做为热备份。

    系统自调试开始运行到现在，一直运行良好。 

1.消息概述： 
   通过组态消息可使我们对生产过程中发生的故障状态及报警事件进行快速监测、定位与处置。西门子自动化系统（SIMATIC S7 300/400及HMI）实现基于应用的、用户可组态的消息的方法主要包括位消息（Bit Messaging）方法和消息号（Message Numbering）方法两种，二者就其特点、性能、应用范围及实现机理等方面各有不同。

    位消息方法通过在S7-300/400 PLC中编程置位消息位、操作屏循环查询消息位状态来触发消息的方法实现，消息的全部组态〔如消息触发、消息文本等〕均在操作屏的组态软件〔WinCC/WinCC flexible/ProTool〕中实现。显然这是HMI系统主动查询并产生消息的方法，而且这也是大多数HMI系统实现消息功能所采用的方法。西门子自动化系统还提供了消息功能实现的另一种方法，即消息号方法，它是在S7-300/400 PLC的组态软件STEP 7中对消息进行组态，在STEP 7中编程触发消息的产生并调用系统功能发送消息，而且消息文本等的消息组态也在STEP 7中进行，因此这是一种S7-300/400 PLC主动发送消息并在操作屏接收和显示的方法。

    就二者的性能比较而言，位消息方法实现的消息是与过程控制异步的，也就是说它在消息中提供的信息只能来自消息在操作屏中产生时的操作屏中的信息，如消息的时间标签及附加的过程值等，而且其采用的通过通讯循环查询消息位状态产生消息的机理，加重了通讯系统的负荷，降低了通讯系统的效率，使控制系统的总体性能受到影响。而消息号方法实现的消息可以与过程控制程序执行相同步，即消息可以由S7-300/400 PLC实时产生，这样消息的相关属性也就可以具有实时性，如消息的时间标签能的反映出消息的真实发生时间，而且通过组态过程值还可获得消息发生时刻的过程状态值。而且显然消息号方法通过通讯实现消息显示的通讯效，通讯负荷低，从而可以确保和提升系统的总体性能。

    由此也可看出上述实现消息功能的两种方法的应用范围，对于消息的实时性要求不高且实现消息而对通讯的影响能满足系统要求的可以采用消息的位消息方法实现，反之则应采用消息的消息号方法来实现。

    消息号方法进一步又分为三类：即基于块的消息号方法、基于符号的消息号方法和自定义诊断消息号方法。其中，基于块的消息号方法用于实现与程序同步的消息，需调用相应的消息块，适用于S7-300/400及WinCC/WinCC flexible/ProTool组态的项目，其中对WinCC需要AS-OS连接组态，对WinCC flexible/ProTool只能用ALARM_S消息块来实现。基于符号的消息号方法用于实现与程序异步的消息，通过符号表（定义属性通过SDB下载方式）而调用消息块，仅适用于S7-400及WinCC组态的项目，其中对WinCC需要AS-OS连接组态。自定义诊断消息号方法用于将用户自定义的诊断消息显示在PLC中的诊断缓冲器中，它与程序执行同步并需调用WR_USMSG系统功能，实现与程序同步的消息，需调用相应的消息块，适用于S7-300/400，该消息并不给操作屏传输，而只显示在PG的诊断缓冲器中。

   SIMATIC S7 300/400提供了实现基于块的消息号方法所需的各种功能块，本文将以其中的ALARM_S消息块为例来介绍。其中ALARM_S消息块按确认方式分为SFC17 ALARM_SQ（需确认）与SFC18 ALARM_S（确认），均只有一个通道（即调用一次消息块只触发一个消息）,并只可附加一个过程值。

   下面将描述基于ProTool组态的操作屏采用ALARM_S消息块实现的消息号方法。

   定本系统由一套S7-300PLC及TP270通过MPI连接构成。

2.STEP7 的编程与组态步骤

2.1 完成SIMATIC S7 300站的硬件组态，包括S7-300与TP270通讯用的MPI网络参数组态，并编译下载。

 

2.2  ALARM_S消息块的实现要基于功能块FB并需对FB做相应的参数设定。

创建功能块FB1，打开该FB1，在变量声明区新建一bbbbb变量（如aa），其Data Type选择为双字并修改其Attributes如下图。从而可以在FB块中的背景数据块中产生一报警消息类别。

   

2.3 对FB1进行编程:在本例中调用SFC17 ALARM_SQ，定MW10作为实际过程值，当MW于50时，触发M0.2产生报警，即触发SFC17传输消息。其中SFC17形参＂ID＂为固定值W#16#EEEE，＂EV_ID＂即上面生成的＂aa＂变量，＂SD＂即附加的过程值源。

 

2.4 对OB1进行编程：在OB块中调用FB1，并为FB1自动建立一背景数据块DB1。其中FB1的形参变量＂aa＂值（即消息序列号）由STEP7自动生成。

 

2.5 组态消息文本: 

右键点击DB1,点击Special bbbbbb properties,选择Message，

 

组态消息文本:

如需附加过程值，应在消息文本中插入＂块＂,其结构为: @<过程值的通道号><元素类型><格式代码>@。其中＂过程值的通道号＂对ALARM_S块只能为1,元素类型及格式代码参见下表。

 

注: 格式代码中［i］为选项,可用于附加值的显示长度（如选择,应去掉［］）

 

在本例中，定过程值MW10为整数,插入块＂@1i-@＂则在报警信息中显示过程值，显示其中两位:

3.操作屏的组态。 

3.1 只有Protool与Step7进行集成组态时，才能实现ALARM_S消息功能。故应创建一个与Step7集成的Protool项目。

3.2 可在STEP7中为每个消息分配不同的显示等级,这样当在Protool中组态时,可以为操作单元选择特定的显示等级,用户可用这种方法在不同的操作设备之间有选择的分配消息。

为此,可从菜单中选择“系统”>“消息”>“设置,进行下述组态:

 

3.3. 组态一画面，设置一消息视图用于显示消息:
 

3.4 对项目保存、编译、下载

4.项目运行结果测试：

如设定MW10为80,从而触发消息,在操作屏上该消息被显示：

5.总结:

    西门子自动化系统为消息功能的实现提供了各种可能的实现方案，用户可以根据工程项目对消息系统的性能要求以及相应消息功能的不同实现方法对系统的不同影响等因素综合考虑来选择和确定具体的方案。其中本文介绍的西门子自动化系统基于消息号的消息功能的实现方法，提供了对消息系统有高实时性能要求的应用解决方案。

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