【正文】 入設(shè)備 (控制按鈕、開(kāi)關(guān)、傳感器等 )和輸出設(shè)備 (接觸器、繼電器 )。 (b) I/O 點(diǎn)數(shù)分配 點(diǎn)數(shù)分配就是規(guī)定 PLC 的 I/O 端子和輸入 /輸出設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，畫(huà)出 I/O 接線原理圖。 (e) 現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試 現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將 PLC 與現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備進(jìn)行調(diào)試，在這一步中可以發(fā)現(xiàn)程序存在的實(shí)際問(wèn)題，然后經(jīng)過(guò)修正后使其滿足控制要求。從進(jìn)水開(kāi)始到排水結(jié)束算作一個(gè)周期。鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)始曝氣，同時(shí)潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾眠\(yùn)行，可開(kāi)始反應(yīng)操作，如驅(qū)除 BOD、硝化、磷的吸收以及反硝化等。 (4) 排水 SBR 池水位到達(dá)最高水位，并經(jīng)過(guò)沉淀工藝以后，上清液 (上面的清液）由潷水器緩慢污水池 水泵 污水 處理后的污水 肥料 泥池 風(fēng)機(jī) SBR 池 10 排出池外。同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所控設(shè)備工作狀態(tài)，具有設(shè)備故障報(bào)警、參數(shù)打印等功能。正好可以 滿足控制系統(tǒng)的 I/O 需求。 （ 1）羅茨風(fēng)機(jī) 羅茨風(fēng)機(jī)在污水處理系 統(tǒng)中主要用于曝氣。特殊葉輪設(shè)計(jì)，高效率省能源。系統(tǒng)選用羅茨風(fēng)機(jī)： GRB100，風(fēng)量： 179。系統(tǒng)選用回流泵： CP5(T)，流量： 45m179。其特點(diǎn)有：高標(biāo)準(zhǔn)：符合IEC6094741 和 標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)通用性：具有 50Hz60Hz 通用線圈，可以全世界通用。粗格柵、細(xì)格柵各安裝了一臺(tái)超聲波液位差計(jì)，通過(guò)格柵機(jī)前后的液位差來(lái)反映格柵機(jī)阻塞程度，并傳輸?shù)?PLC 控制器，進(jìn)行分析計(jì)算。工作溫度： 20~60℃ ，工作電壓： AC220V 或 DC24V，工作壓力：常壓，差值精度：177。采用先進(jìn)的嵌入式微處理技術(shù)，使其測(cè)控儀器達(dá)到了高度的數(shù)字化和智能化。用傳統(tǒng)的化學(xué)方法（如碘量滴定 法）測(cè)定溶解液中的溶解氧是很費(fèi)時(shí)的，且成本很高，不能連續(xù)測(cè)量，而用滴汞電極（ DME）的極譜分析最為簡(jiǎn)單。這種電極利用膜可滲透氧但不能滲透水和有機(jī)及無(wú)機(jī)溶質(zhì)的原理，保護(hù)電極不與這類還原物質(zhì)緊密接觸，從而使傳感器的靈敏度不受影響。對(duì)結(jié)構(gòu)和透氧膜確定的傳感器而言，在一定溫度下，氧傳感器的電流只與試樣中的氧分壓成正比。 mV，溶解氧：（ 0~）mg/L(ppm)；（ 0~） % 溫度：（ 10~110）℃精確度： pH：177。 ℃，自動(dòng)溫度補(bǔ)償： pH：（ 0~100）℃ 溶解氧：（ 0~45）℃，其他參數(shù)：數(shù)據(jù)儲(chǔ)存： 900 組，通訊接口： RS232，電源： DC9V/300mA。新型的溶氧 電極有鹽度測(cè)試功能，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)鹽度補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償；儀器內(nèi)置氣壓傳 12 感器，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣壓補(bǔ)償。 總體流程設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制方式分為手動(dòng)和自動(dòng)。 以上工作過(guò)程并不是順序控制方式，而是按 照 PLC 檢 測(cè)到傳感器狀態(tài)進(jìn)行啟動(dòng)，如圖所示： 啟 動(dòng) 曝 氣 沉 砂系 統(tǒng)自 動(dòng) 控 制啟 動(dòng) 潛 水 泵啟 動(dòng) 粗 格 柵 系統(tǒng)啟 動(dòng) 細(xì) 格 柵 系統(tǒng)啟 動(dòng) 污 泥 回 流系 統(tǒng)啟 動(dòng) 污 泥 脫 水系 統(tǒng)啟 動(dòng) 潛 水 攪 拌器 和 刮 泥 機(jī) 自動(dòng)操作模式流程圖 在自動(dòng)控制模式流程圖中，調(diào)用了各個(gè)控制系統(tǒng)的程序，主要包括粗格柵系統(tǒng)程序、潛水泵程序、細(xì)格柵系統(tǒng)程序、曝氣沉砂系統(tǒng)程序、污泥回流泵系統(tǒng)程序以及污泥脫水系統(tǒng)程序。 15 潛水泵工作流程圖如圖所示： 潛 水 泵 控 制啟 動(dòng) 潛 水 泵啟 動(dòng) 定 時(shí) 2 S低 于 最 低 要求 液 面 ？高 于 高 位 液面延 時(shí) 到 ？報(bào) 警啟 動(dòng) 定 時(shí) 2 S延 時(shí) 到 ？停 止 潛 水 泵YNYNNYNY 潛水泵工作流程圖 細(xì)格柵系統(tǒng)程序與粗格柵系統(tǒng)程序相似，主要控制細(xì)格柵機(jī)和清污機(jī)的運(yùn)行，其工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面： （ 1）自動(dòng)過(guò)程開(kāi)始，啟動(dòng)細(xì)格柵機(jī) ，定時(shí) 20min； （ 2）定時(shí)到，停止運(yùn)行細(xì)格柵機(jī) 2h； （ 3） 2h 定時(shí)到，運(yùn)行細(xì)格柵機(jī) 20min，循 環(huán)進(jìn)行； （ 4）同時(shí)檢測(cè)液 位差，若超過(guò)設(shè)定值則啟動(dòng)清污機(jī)； （ 5）液位差低于設(shè)定值，停止清污機(jī)的運(yùn)行。 第 6 章 組態(tài)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn) 組態(tài)王 的特點(diǎn) 組態(tài)王 是運(yùn)行在 Windows98/NT/2020 上的一種組態(tài)軟件 ， 使用組態(tài)王，用戶可以方便地構(gòu)造適應(yīng)自己需要的 “監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。 (2) 使用圖形化的控制按鈕實(shí)現(xiàn)單任務(wù)和多任務(wù) 。 21 (6) 監(jiān)控和記錄所有報(bào)警信息 。 (10) 設(shè)計(jì)多級(jí)安全控制和訪問(wèn)權(quán) 限 。 組態(tài)王 還 支持多種圖形格式，如 Gif、 Jpg、 Bmp 等，并 通過(guò)可視化圖形操作，直接完成移動(dòng) 、旋轉(zhuǎn) 、縮放、閃爍等 動(dòng)畫(huà)連接定義 ，這樣 用戶可以充分利用已有的資源，輕松構(gòu)造自己功能強(qiáng)大且美觀的應(yīng)用系統(tǒng) 。利用遠(yuǎn)程撥號(hào)能實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀 況，隨時(shí)打印，報(bào)警和歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳等功能。 PPI 和 MPI 協(xié)議通過(guò) PROFIBUS令牌環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，令牌環(huán)網(wǎng)時(shí)遵循 IEC61158 和歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN50170 的過(guò)程現(xiàn)場(chǎng) 總線。 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口協(xié)議 (PPI)PPI(PointtoPoint)是主從協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上是 S7200 CPU 均為從站，其它 CPU、 SIMATIC 編程器或 TD200 為主站。 在 污水處理 控制系統(tǒng)中，控制器 S7200 PLC 將利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn) PPI(PointtoPoint)協(xié)議與安裝在上位計(jì)算機(jī)中的工業(yè)控制組態(tài)軟件進(jìn)行通信。 數(shù)據(jù)交換存儲(chǔ)區(qū)的定義 在 S7200 系列 PLC 中，不同的 CPU 模塊有不同長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。這一指定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，我們把它稱為“數(shù)據(jù)交換存儲(chǔ)區(qū)”。彈出“新建工程向?qū)е睂?duì)話框，如圖所示： 新建工程向?qū)ФD 在工程路徑文本框中輸入一個(gè)有效的工程路徑，或 單擊“瀏覽 … ”按鈕，在彈出的路徑選擇對(duì)話框中選擇一個(gè)有效的路徑。單擊“完成”完成工程的新建。 同時(shí)支持畫(huà)面之間的圖形對(duì)象拷貝，可重復(fù)使用以前的開(kāi)發(fā)結(jié)果。外部設(shè)備包括：下位機(jī) (PLC，儀表，模塊，板卡，變頻器等 )，它們一般通過(guò)串行口和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)；其他 Windows 25 應(yīng)用程序，它們之間一般通過(guò) DDE 交換數(shù)據(jù)；外部設(shè)備還包括網(wǎng) 絡(luò)上其他的計(jì)算機(jī)。在 TouchVew 運(yùn)行時(shí)，它含有全部數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值?！敖M態(tài)王”提供了 21 種動(dòng)畫(huà)連接方式，如圖所示： 動(dòng)畫(huà)連接圖 單擊“確定”，再單擊“確定”返回組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 (6) 運(yùn)行和調(diào)試 組態(tài)王工程已經(jīng)初步建立起來(lái)，進(jìn)入到運(yùn)行和調(diào)試階段。 變量和數(shù)據(jù)的定義 變量和數(shù)據(jù)定義如下圖所示： 29 數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn) 為了實(shí)現(xiàn)在上位計(jì)算機(jī)上進(jìn)行對(duì)污 水處理控制現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控，在 PLC 與組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)通信中，對(duì) PLC 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集或刷新。 污水處理控制系統(tǒng)監(jiān)控程序 監(jiān)控軟件的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行界面如下圖所示 : 污水處理現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行主界面圖 30 第 7 章 調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果 系統(tǒng)的 調(diào)試 在 STEP7Micro/WIN32 軟件中，通過(guò)編程，將編好的程序下載到 PLC 中進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，檢查程序是否有錯(cuò)誤，是否能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能控制。啟動(dòng)電源后按下手動(dòng)或自動(dòng)模式選擇按鈕。基本上達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)要求。在這個(gè)過(guò)程中，使我學(xué)到了很多知識(shí)，積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，鍛煉了自己的獨(dú)立思考能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。在 PLC 的外圍硬件連線方面，主要是增加一些保護(hù)設(shè)備。 本課題利用組態(tài)王 使用 Siemens 的 PPI 協(xié)議通過(guò) PPI/PC 電纜與 PLC 進(jìn)行通 信，將污水處理控制系統(tǒng)的控制器 S7200 PLC 的各種數(shù)據(jù)采集到上位計(jì)算機(jī)，現(xiàn)場(chǎng) 操作人員和管理人員都可以看到各種數(shù)據(jù)。軟件方面主要問(wèn)題在于程序編寫(xiě)完畢后，需要首先在電腦上對(duì)程序進(jìn)行軟件仿真，主要檢查是否存在各種錯(cuò)誤，可利用西門(mén)子公司配套的仿真軟件。熟悉了 PLC 硬件的工作原理，完成了整個(gè)系統(tǒng)的模擬調(diào)試，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的不斷修改和調(diào)試，基本上達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。本文詳細(xì)闡述了污水處理工藝 流程、監(jiān)控系統(tǒng)總體方案以及具體的軟硬件實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)在自動(dòng)模式時(shí)，在自動(dòng)方式下進(jìn)行閉環(huán)控制，系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到外部傳感器的狀態(tài)對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟停控制。 在該控制程序中，需要根據(jù)外界輸入的狀態(tài)來(lái)控制清污機(jī)、潛水泵，以及污泥回流泵的啟停，因此需要按照超聲波液位差計(jì)反饋來(lái)的信息進(jìn)行判斷處理，然后再進(jìn)行輸出控制。 為實(shí)現(xiàn)對(duì) PLC“數(shù)據(jù)交換存儲(chǔ)區(qū)中”數(shù)據(jù)的采集，在組態(tài)王 中定義了 2 個(gè) I/O 整型變量，它們分別是 QB0 和 IB0，它們采集的數(shù)據(jù)分別是來(lái)自從站 PLC 用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中的 VB100 和 VB105 兩個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)單元。然后在組態(tài)運(yùn)行系統(tǒng)中選擇“畫(huà)面 /打開(kāi)”命令，從“打開(kāi)畫(huà)面”窗口選擇“ Test”畫(huà)面。 在編輯筐內(nèi)輸入命令語(yǔ)言。數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的 `數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。為方便定義外部設(shè)備，組態(tài)王設(shè)計(jì)了“設(shè)備配置向?qū)А保龑?dǎo)用戶一步步完成設(shè)備的連接。 選擇“文件 /全部存”命令保存現(xiàn)有畫(huà)面。“組態(tài)王”采用面向?qū)ο蟮木庉嫾夹g(shù)，使用戶可以方便地建立畫(huà)面圖形界面。彈出“新建工程向?qū)е睂?duì)話框，如圖所示： 新建工程向?qū)龍D 在工程名稱文本框中輸入工程的名稱，該工程名稱同時(shí)將被作為當(dāng)前工程的路徑名稱?！皵?shù)據(jù)交換存儲(chǔ)區(qū)”中存放的數(shù)據(jù)和其存放的地址如表所示。用戶可以自由使用這一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，存放用戶程序中涉及到的數(shù)據(jù)、參數(shù)等。在 PLC 控制程序中，將 污水處理 控制系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)參數(shù)放入用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的指定區(qū)域中，通過(guò)組 態(tài)王 中的 I/O 變量采集或刷新 22 這些存放在 PLC 用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)。 S7200 CPU 作 PPI 主站時(shí)，還可以作為從站響應(yīng)來(lái)自其他主站的通信申請(qǐng)。通信幀由起始和結(jié)束字符、源和目的站地址、幀長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)和組成。 S7200 系列 PLC 的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 S7200 系列 PLC 支持多種通信協(xié)議 ， 如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口 (PPI)、多點(diǎn)接口 (MPI)和PROFIBUS。 (4) 通信系統(tǒng) 組態(tài)王 支持與遠(yuǎn)程設(shè)備間通過(guò)撥號(hào)方式進(jìn)行通訊。組態(tài)王工程管理器的主要作用就是為用戶集中管理本機(jī)上的所有組態(tài)王工程。 (8) 使用多樣而靈活的方式查詢歷史數(shù)據(jù) 。 (4) 顯示生產(chǎn)過(guò)程的文字信息和圖形信息 。無(wú)論您的應(yīng)用場(chǎng)合如何，您都 可以使用組態(tài)王 構(gòu)造有效的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 18 污泥回流系統(tǒng)工作流程圖如圖所示： 污 泥 回 流泵 房檢 測(cè) 污 泥池 水 位液 面 低 于 低位 值 ？開(kāi) 始 定時(shí)延 時(shí)到 ？停 止 污 泥回 流 泵液 面 高 于 高位 值 ？開(kāi) 始 定時(shí)延 時(shí)到 ？報(bào) 警啟 動(dòng) 污泥 回 流泵N NYYNYYN 污泥回流系統(tǒng)工作流程圖 污泥脫水系統(tǒng)程序主要控制離心式脫水機(jī)，啟動(dòng)定時(shí)： （ 1）自動(dòng)過(guò)程開(kāi)始首先啟動(dòng)離 心式脫水機(jī)，啟動(dòng)定時(shí)； （ 2）定時(shí)到，啟動(dòng)聚合物泵，啟動(dòng)定時(shí)； （ 3）定時(shí)到，啟動(dòng)污泥泵和切割機(jī)。 粗格柵系統(tǒng)程序主要控制粗格柵機(jī)和清污機(jī)的運(yùn)行，其工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面： （ 1） 自動(dòng)過(guò)程開(kāi)始啟動(dòng)粗格柵機(jī)，定時(shí) 20min； （ 2） 定時(shí)到，停止運(yùn)行粗格柵機(jī) 2h； （ 3） 2h 定時(shí)到，運(yùn)行粗格柵機(jī) 20min，循環(huán)進(jìn) 行 ； （ 4）同時(shí)檢查液位差，若超過(guò)設(shè)定值則啟動(dòng)清污機(jī)； （ 5）液位差值低于設(shè)定值，停止清污機(jī)運(yùn)行。每個(gè)設(shè)備可以單獨(dú)運(yùn)行，也可單獨(dú)調(diào)試每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，以測(cè)試設(shè)備的性能。 第 5 章 軟件部分的設(shè)計(jì) 采用西門(mén)子公司為 S7— 200 系列 PLC 開(kāi)發(fā)的 STEP7— Micro/WIN32 作為編程軟件，上面介紹了工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和電氣控制部分的結(jié)構(gòu)，硬件結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)基本完成后，就要開(kāi)始軟件部分的設(shè)計(jì)，根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和硬件部分的設(shè)計(jì)情況及 PLC 控制系統(tǒng) I/O 的分配情況，進(jìn)行軟件編程 設(shè)計(jì)。配用 2503 型 pH 電極，可用于離子強(qiáng)度較低、渾濁液體和膠體溶液的測(cè)量。 % FS 溶解氧：177。選用 PH/ 溶解氧測(cè)量?jī)x型號(hào) :SA29MP525。它是根據(jù)電池原理而設(shè)計(jì)的，本身就是個(gè)電池，不需要外加電壓，可通過(guò)測(cè)量電解電流來(lái)測(cè)量溶解氧濃度。金與鉑電極能克服 DME遇到的某些困難，但在一些生物介質(zhì)中就失效。超聲波液位差計(jì)具有精度高，壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定可靠，安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)。 / 6176。 超聲波液位差計(jì)精度較高，且有多種量程可供選擇，其輸出信號(hào)有一下三種：可編程繼電器輸出、高精度 4～ 20mA 模擬信號(hào)輸出、 RS485 通信口輸出，可根據(jù)需要的信號(hào)選擇輸出，作為 PLC 的輸入信號(hào)。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星 三角起動(dòng)器。強(qiáng)適應(yīng)性：“ TH”防護(hù)處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。 （ 3）接觸器 在控制系統(tǒng)中，所有設(shè)備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反饋值進(jìn)行動(dòng)作的，因此需要 PLC 根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來(lái)控制 所有設(shè)備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機(jī)接觸器、清污機(jī)接觸器、潛水泵接觸器、分離機(jī)接觸器、 11 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)接觸器、潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器、刮泥機(jī)接觸器等。 （ 2）回流泵 回流泵在系統(tǒng)中主要用于污泥回流。使用一級(jí)研磨齒輪，精度高、壽命長(zhǎng)、低噪音。主要特點(diǎn)有排出氣體不含油污。 硬件電路接線圖 根據(jù)實(shí)際 PLC 模塊， I