电气工程设计任务书(11.10.18)

电气工程设计任务书

题目：SBR法污水处理实验装置PLC控制系统设计

工艺简介：

SBR是序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。SBR法污水处理实验装置如下图所示，1、5、12均为水箱，2为水泵，3、11为电磁阀，4为水流量计（用于检测注水流量情况，产生模拟量电流信号），6为搅拌电机，7为曝气头（有三个），8为充气泵，9为气体流量计（用于检测充气流量情况，产生模拟量电流信号），10为排水斗。

主要工艺过程简介如下：

1、注水。此时3打开，2工作，将1内的污水泵入5（内有活性污泥），4可以检测水流量，其余装置均处于不工作状态，注水过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，3闭合，2停止工作。下面进入曝气阶段。

2、曝气。此时8工作，通过7将空气泵入5， 9可以检测空气流量，其余装置均处于不工作状态，曝气过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，8停止工作。下面进入搅拌阶段。

3、搅拌。此时6工作对5中物质进行搅拌，其余装置均处于不工作状态，搅拌过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，6停止工作。下面进入沉淀阶段。

4、沉淀。此时所有装置均处于不工作状态，让5水中的杂质沉淀，沉淀过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束。下面进入排水阶段。

5、排水。此时11打开， 5上部的清水可由10排入12，然后再排向别处，其余装置均处于不工作状态，排水过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，11闭合。下面又进入注水阶段，开始新的循环。

设计内容：

一、使用可编程控制器（选用西门子S7-300）作下位控制站/下位机，使用微计算机（PC）作上位控制站/上位机，组成控制系统，实现对SBR法污水处理实验装置运行的控制。

二、使用step7编程软件对下位机编程，使下位机能够根据对外界输入信息及来自上位机的指令的处理结果（本设计中主要是通过上位机的指令）来对实验装置进行控制；使用wincc组态软件对上位机编程，编制监控画面实现对下位机及实验装置的监控。

三、下位机PLC输入信号及输出信号：输入信号有水流量计的4~20mA模拟量电流信号和气体流量计的4~20mA模拟量电流信号（其余控制信号均由上位机给出，不需通过PLC输入端子输入）；输出信号有:电磁

阀3控制信号、电磁阀11控制信号（均为数字量信号，经PLC输出端子输出控制相应装置）；泵2控制信号、搅拌电动机6控制信号、泵8控制信号（既有数字量信号又有模拟量信号，均经PLC输出端子输入变频器，数字量信号控制起停，模拟量信号控制变频器输出，进而控制相应装置电机转速）。

四、控制要求：要实现自动控制与手动控制两种控制方式。

1、自动控制方式下，在上位机监控界面上按下起动按钮后（预先在上位机设定好时间参数），实验装置即按上述工艺流程自动循环，无须人为干预，但在上位机监控界面上能对其进行监测（比如可随时改变每一不活动工艺阶段的时间设置），并可随时按下停止按钮停止实验装置的运行。

2、手动控制方式下，在上位机监控界面上监测实验装置工艺流程，并可人为实时的控制工艺流程各个阶段的运行与停止（即可以任意控制实验装置中泵、电动机、电磁阀的工作状态,但要有必要的联锁）。

3、手动控制方式与自动控制方式之间须存在互锁关系，即在一种控制方式处于工作状态下时，另一种控制方式被屏蔽。

4、对水流量计与气体流量计发出模拟量电流信号的处理：由下位机采集（此时硬件须加入模拟量输入模块），在下位机内通过程序将其转换为实际的物理量值，并在上位机监控画面中显示出来。

5、变频器输出频率的控制信号（即电机的转速控制信号）在上位机上输入（预先设定好或由人实时输入），下位机据此通过模拟量模块输出模拟量信号（使用电压或电流模拟量信号均可）控制变频器输出频率。

设计方案要求：

一、硬件方面：下位机使用西门子S7-300系列PLC实现控制，电源模块选PS307，CPU模块选CPU314，数字量输入/输出模块及模拟量输入/输出模块由自己确定，通讯选用MPI、Industrial Etherent、PROFIBUS 三种方式中的一种。上位机使用普通PC机即可。变频器可选用西门子、富士或其他品牌。

二、列出I/O分配表，画出PLC外部连接电路图，并设计出三个电动机主电路（泵2、搅拌电动机6及泵8）。

三、编程要求：

step7方面：创建一个项目对下位机编程（该项目以创建者名字的汉语拼音命名，如创建者叫“王刚”，则项目名为“wanggang”），在其中进行硬件组态及程序编写，要求：

1、定义好全局符号与局部符号（即要有完整定义全局符号的符号表Symbols，并在各程序块内完整定义局部符号，符号名要求直观易懂）。

2、进行结构化编程，程序中只允许有组织块OB1，功能FC1、FC2，功能块FB1、FB2、FB3，共六个程序块及若干相应的数据块；OB1为主程序，其内程序语句不要过多； FC1用来控制SBR实验装置内的所有开关量和模拟量输出信号（即泵和搅拌电机的起动停止、转速，及电磁阀的开关）；FC2用来处理模拟量输入信号，将水流量计和气体流量计输入下位机的模拟量信号其转换为实际对应的流量物理值，如”10L/min”（“10升每分钟”的意思），供上位机显示； FB1为定时器模块实现定时功能；FB2为起停模块实现对开关量的控制功能（包括起动、保持、停止）；FB3用来处理模拟量输出信号，将在上位机上设置的变频器输出频率控制信号转换为下位机实际需输出的模拟量电压或电流值，供下位机输出控制变频器用；数据块用来为FB1、FB2、FB3提供参数。在保证结构化编程前提下，也可不按上述要求自己设计程序结构。

3、做好注释，在各个块中适当位置标注详尽的注释。

4、使用PLCSIM仿真功能对程序进行仿真验证。

5、在设计报告中用文字说清程序设计思路。

wincc方面：建立一个新项目，对其进行开发和组态（项目名与step7项目名相同），具体要求如下：

1、分别定义内部变量和外部变量，并为外部变量分配与PLC中相对应的地址，变量名要求直观易懂。

2、熟悉工艺流程和控制要求，创建过程画面（包括SBR工艺流程图，自动控制画面，手动控制画面），并实现画面之间的切换。

3、使用一些简单的C脚本来组态对象的动作。

4、使用变量模拟器测试过程画面。

5、设计报告后面需附有运行的过程画面。

补充说明：

本次设计下位机也可选用西门子S7-200系列PLC（主模块可选用实验室中有的CPU226,模拟量模块可选用EM235），使用STEP7-MicroWIN编程软件对下位机编程，并使用仿真软件S7-200 simulator进行仿真。使用wincc、MCGS、组态王、力控等组态软件之一对上位机编程，上下位机通讯选用PC/PPI电缆通讯方式，其他要求等与前相同。

注意事项：

一、可自由组合成立设计小组共同研究，每组2人，最终上交一份纸质设计报告及程序。

二、设计参考资料来源提示：教材、老师提供的资料，图书馆藏书，书店图书，网上相关网站、论坛、QQ 群等（推荐开始时看《深入浅出西门子s7-300PLC》和《深入浅出西门子WINCC V6》两本书并结合上机实践来学习）。

三、设计报告及程序按老师指定时间上交（由学委收齐后交至8号楼216室），设计报告用A4纸打印，每人的程序（压缩后）均存入以其姓名（中文）命名的文件夹（设计报告的电子文档也存入其中），由学委使用U盘或移动硬盘收齐后拷给老师。

四、设计报告格式要求：

1、封面，不要粘贴图案弄得太花哨，写清题目（电气工程设计报告+具体设计名）、姓名、班级、学号、同组人即可。

2、目录，标清设计报告内容安排及各部分对应页数。

3、设计方案，内容包括：a、硬件选择情况；b、I/O分配，PLC与外部连接情况，画出电动机主电路；c、下位机编程，包括程序设计思路、硬件组态、符号表Symbols、各程序块（包括数据块）中局部符号表、程序及注释；d、上位机编程，包括设计思路、变量组态情况、工程控制画面。

4、自我评定，可包括仿真调试效果评定、方案优缺点评定、设计心得等。

5、参考资料，写清资料名称、作者、出版社/出处等（按国家规定格式写）。

五、学习过程中如有问题可与老师（135********）一同研究：注意答疑时间安排，如想的话也可经老师安排进入实验室做实验，实验室内有S7-200系列PLC（主模块是CPU226,模拟量模块是EM235），变频器有西门子及富士的。

六、任务书、讲稿等电子文档及答疑时间安排在syictdq@https://www.wendangku.net/doc/a58786814.html,内，密码：dqgcjqzdh(“电气工程及其自动化”每个字汉语拼音的头一个字母的组合，为实现共享的目的请不要修改密码) 。相关软件和资料可以在网上找并下载，或向老师要。

附软件安装说明：

step7 v5.4安装说明：

1、首先要保证操作系统为microsoft Windows Xp Professional (至少需SP1，还不能是microsoft Windows Xp Home)或 microsoft Windows 2000 Professional (至少需SP3)。

2、将step7 5.4 steup.rar下载并解压到C盘根目录。进入step7 5.4 steup文件夹，双击Setup.exe，安装step7 5.4，按提示一直点“下一步”即可（但在出现“是否马上安装授权”的对话栏时，要选择“以后安装”选项，下面安装其它软件时如碰到这样情况同样处理，不一一说明了；如要求输入序列号，则输入以0打头的任意阿拉伯数字，如0111；安装类型选“典型安装”即可）。

3、step7 5.4安装完毕后，下载并解压Step 7 V5.4 英文授权.rar，进入解压后文件夹，双击SiemensEng.exe，出现一窗口，选其菜单栏中的“授权”中“安装所有授权”项，就是点菜单第一项后再点探出子菜单的第二项，安装step7 5.4的授权。

注：Wincc5.0和Wincc 6.0可任选其一安装使用。

Wincc5.0安装说明:

1、首先要保证操作系统为microsoft Windows Xp Professional(不能是microsoft Windows Xp Home)或microsoft Windows 2000 Professional (至少需SP2)。

2、将wincc5.0 steup.rar下载并解压到C盘根目录。进入wincc5.0 steup文件夹，双击START.EXE（如

无响应则进入AUTORUN文件夹双击autorun.exe），安装wincc5.0，按提示一直点“下一步”即可（但在出现“是否马上安装授权”的对话栏时，要选择“以后安装”选项，下面安装其它软件时如碰到这样情况同样处理，不一一说明了；如要求输入序列号，则输入以0打头的任意阿拉伯数字，如0111；安装类型选“典型安装”即可；安装过程中如出现错误提示栏”BAD-MAN-POINTER”的话，点击“确定”）。

3、wincc5.0安装完毕后，下载并解压Wincc 授权.rar，进入解压后文件夹中的AuthorsW子文件夹，双击SIEMENS-Chinese.exe，出现一窗口，选其菜单栏中的“授权”中“安装所有授权”项，安装wincc5.0的授权。

Wincc6.0安装详见《深入浅出西门子WINCC V6》一书，授权安装同wincc5.0。

MCGS安装说明:

1、将MCGS标准版_060310.rar下载并解压到D盘的根目录。进入解压后文件夹双击autorun安装通用版。安装界面还有多媒体教程选项，以后可点击观看进行学习。

2、安装MCGS标准版后，下载并解压mcgs62_128点破解.rar，将解压后文件夹中所有文件拷贝到D:\MCGS\Program下，覆盖原来的文件。