【導(dǎo)讀】城市污水處理控制系統(tǒng)是城市現(xiàn)代化建設(shè)的重要組成部分，對(duì)提高城市形象，改善人民生活，保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。本系統(tǒng)包括梯形圖設(shè)計(jì)和監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)兩。時(shí)監(jiān)控，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，完成SBR污水處理法的自動(dòng)運(yùn)行。

　　

【正文】 程序、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行程序等若干個(gè)運(yùn)行程序組成。 MCGS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 49 所示。 圖 49 MCGS軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 運(yùn)用 MCGS 制作所需運(yùn)行界面的一般過(guò)程： 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 25 1． 啟動(dòng) MCGS 組態(tài)環(huán)境，建立新工程。 2． 進(jìn)行設(shè)備配置。首先定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量，其目的是實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)通訊，即通過(guò)設(shè)備窗口配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與智能儀表之間的連接。 3． 定義數(shù)據(jù)庫(kù)。首先在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)窗口建立新的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，然后按要求定義不同類型和名稱的變量，必須與設(shè)備要求的數(shù)據(jù)庫(kù)完全一致，最后將 設(shè)備與數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)畫(huà)面的連續(xù)動(dòng)作。 4． 制作圖形畫(huà)面。此過(guò)程在用戶窗口實(shí)現(xiàn)，主要用于完成工程中人機(jī)交互的界面，如：水池水位變化的動(dòng)態(tài)顯示、高低水位報(bào)警輸出、水位歷史數(shù)據(jù)與曲線圖表等。 5． 建立主控窗口新工程。主控窗口可以調(diào)度和管理一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口的打開(kāi)或關(guān)閉。其主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫(huà)刷新周期，指定數(shù)據(jù)存盤(pán)文件和存盤(pán)時(shí)間等。 6． 鏈接。動(dòng)畫(huà)鏈接是將圖符與數(shù)據(jù)庫(kù)變量建立聯(lián)系，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)變量發(fā)生變動(dòng)時(shí)圖符就表現(xiàn)出來(lái)。即水位發(fā)生變化時(shí)，圖符會(huì) 以動(dòng)畫(huà)的形式適時(shí)顯示出來(lái)。 7． 調(diào)試。當(dāng)以上步驟完成以后，先進(jìn)行組態(tài)檢查通過(guò)后就可以進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行調(diào)試 [14]。 設(shè)計(jì) 要求及效果 1． 界面設(shè)計(jì)要求 (1) 污水處理遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它采用 MCGS 組態(tài)軟件來(lái)控制和管理，是一套由組態(tài)軟件構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集顯示、報(bào)警處理和報(bào)表輸出等多種方式，以最直觀的方式表現(xiàn)出監(jiān)控對(duì)象狀態(tài)與參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)流程控制，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，向用戶提供解決實(shí)際問(wèn)題的方案。 (2) 要達(dá)到預(yù)期的監(jiān)控目標(biāo)，需要綜合考慮系統(tǒng)的整體構(gòu)成、工藝流程以及被監(jiān)控對(duì)象的具體特征。 (3) 要擬定工程的總體規(guī)劃和設(shè)想，要考慮許多問(wèn)題如系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)哪些功能，控制流程采用何種方式實(shí)現(xiàn)，需要設(shè)定何種用戶窗口界面，最終達(dá)到的動(dòng)畫(huà)效果怎樣以及怎么定義實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)變量等。而且，必須分清變量，如那些變量是與設(shè)備相連接的，哪些變量是軟件內(nèi)部用來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)顯示的等 [15]。 2． 界面設(shè)計(jì)效果 程序運(yùn)行時(shí)首先進(jìn)入主畫(huà)面，顯示污水處理的整個(gè)工藝流程，電機(jī)狀態(tài)畫(huà)面顯示各個(gè)開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)，液位報(bào)警窗口顯示各個(gè)污水池水位的高低，并且報(bào)警燈發(fā)光。期間如果用戶想對(duì)畫(huà)面進(jìn)行操作，包括控制和更改參 數(shù)，必須有操作員或者管理員的權(quán)限。在登入狀態(tài)下，不同的用戶有不同的權(quán)限，可以對(duì)給予授權(quán)的 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 26 參數(shù)進(jìn)行修改。在中央控制室的操作人員都可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行啟、?？刂?。 定義數(shù)據(jù)對(duì)象 先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析后，再確定需要定義的數(shù)據(jù)對(duì)象。數(shù)據(jù)對(duì)象作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元，因此定義數(shù)據(jù)對(duì)象的過(guò)程也就是建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程。 定義數(shù)據(jù)對(duì)象的內(nèi)容主要包括： 1． 定義數(shù)據(jù)變量名稱與類型； 2． 確定數(shù)據(jù)變量存盤(pán)信息，如存盤(pán)的周期、存盤(pán)的時(shí)間和保存期限等。本設(shè)計(jì)需要的數(shù)據(jù)變量如圖 410 所示。 圖 410 定義數(shù)據(jù)對(duì)象 主界面的設(shè)計(jì) 主畫(huà)面顯示整個(gè)污水處理廠的工藝流程。顯示畫(huà)面顯示各個(gè)開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。如果想了解污水池的液位、電機(jī)的狀態(tài)等情況，可以切換到某個(gè)分畫(huà)面。點(diǎn)擊“系統(tǒng)管理”將會(huì)出現(xiàn)下拉菜單“用戶窗口管理”、“退出系統(tǒng)”，點(diǎn)擊想要實(shí)現(xiàn)的功能。主畫(huà)面上還有“液位顯示”、“報(bào)警數(shù)據(jù)”、“數(shù)據(jù)顯示”等菜單，點(diǎn)擊可進(jìn)入 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 27 相應(yīng)畫(huà)面進(jìn)行操作。 1． 編輯界面 首先進(jìn)入畫(huà)面編輯環(huán)境，利用 “插入元件 ”工具從元件庫(kù)中選擇所需要的閥門(mén)、泵、電機(jī)等設(shè)備，調(diào)整大小及位置，然后保存。畫(huà)完后如圖 411 所示。 圖 411 工藝流程主畫(huà)面 2． 動(dòng)畫(huà)連接 (1) 在水位監(jiān)控畫(huà)面中雙擊集水池，彈出屬性設(shè)置窗口，進(jìn)入 “ 動(dòng)畫(huà)連接 ”頁(yè)如圖 412 所示。 圖 412 將集水池進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接 (2) 選中 “ 折線 ” ，右端出現(xiàn)的〉。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 28 (3) 單擊〉進(jìn)入屬性設(shè)置窗口。在 “ 大小變化 ” 頁(yè)按圖 413 進(jìn)行屬性設(shè)置。 圖 413 縮放連接 (4) 單擊 “確認(rèn) ”按鈕，完成粗格柵除污池的設(shè)置。 (5) 用同樣的方法建立 SBR1 池與液位 2 及 SBR2 與液位 0 之間的動(dòng)畫(huà)連接。注意設(shè)置參數(shù)，表達(dá)式：液位 液位 0；最大變化百分 比對(duì)應(yīng)表達(dá)式的值： 100。 (6) 單擊 “ 保存 ” 按鈕。 (7) 進(jìn)入允許環(huán)境，按下開(kāi)始按鈕，可觀察到水罐水位的升降變化的動(dòng)畫(huà)效果。 實(shí)時(shí)報(bào)警 實(shí)際運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)發(fā)生參數(shù)越限 情況。報(bào)警顯示是最基本的安全手段。實(shí)時(shí)報(bào)警可提示操作人員進(jìn)行及時(shí)處理，避免事故發(fā)生。歷史報(bào)警能對(duì)指定時(shí)間內(nèi)的所有參數(shù)越限情況進(jìn)行記錄、顯示和打印，以便對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行分析。特別是在事故發(fā)生后，這種分析對(duì)于調(diào)查事故發(fā)生的原因很重要，本系統(tǒng)需設(shè)置報(bào)警的數(shù)據(jù)對(duì)象 是水 位 1。 首先對(duì)組對(duì)象進(jìn)行定義，然后 雙擊“用戶窗口”中的“水位監(jiān)控” 窗口，進(jìn)入該畫(huà)面。選取“工具箱”中的“報(bào)警顯示”構(gòu)件。如圖 414 所示。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 29 雙擊報(bào)警窗口，彈出屬性設(shè)置窗口，如圖 415 所示。 圖 415 報(bào)警窗口屬性設(shè)置 設(shè)備連接 在工作臺(tái)“設(shè)備窗口”中雙擊“設(shè)備窗口”進(jìn)入，點(diǎn)擊工具條中的“工具箱”圖標(biāo)，點(diǎn)擊“設(shè)備管理”按鈕。在通用設(shè)備中選擇“通用串口父設(shè)備”和“ 西門(mén)子 _S700PPI”，點(diǎn)擊確認(rèn)。在設(shè)備管理中先雙擊“通用串口父設(shè)備”再雙擊“ 西門(mén)子 _S700PPI”。使“ 西門(mén)子 _S700PPI”成為“通用串口父設(shè)備”的子目錄。雙擊“通用串口父設(shè)備” 設(shè)置如圖 416 所示。 圖 414 報(bào)警窗口 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 30 圖 416 通用串口父設(shè)備屬性編輯 以上參數(shù)設(shè)置，要按照所通訊設(shè)備的要求來(lái)設(shè)置，如果設(shè)置錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致無(wú)法正常通訊。在設(shè)置過(guò)程中需要注意串口端號(hào)的選擇，其選擇需要與連接 PLC的串口端號(hào)一致， “ 數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式 ” 選擇 “ 2偶校驗(yàn) ” ，否則在需要 PLC 連接實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)會(huì)出現(xiàn)圖 417 顯示的界面。 當(dāng)與 PLC連接出現(xiàn)圖 417所示的畫(huà)面時(shí)，需要做以下檢查： PLC端口連接是否正常； PLC端口設(shè)置是否與上述“ 通用串口父設(shè)備屬性編輯 ”中各屬性的的設(shè)置一致； PLC是否被其它設(shè)備占用，在 MCGS下載過(guò) 程中需要停止 PLC編程軟件“ STEP 7 MicroWIN SP6”的使用，否則，該軟件占用 PLC端口，會(huì)出現(xiàn)圖417顯示的界面。 圖 417 通信設(shè)備初始化失敗圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 31 選擇“設(shè)備工具箱”添加“西門(mén)子 _S7200PPI”驅(qū)動(dòng)。 本驅(qū)動(dòng)構(gòu)件用于 MCGS軟件讀寫(xiě)西門(mén)子 S7200 系列 (包括 S7_21X、 S7_22X 等 )PLC 設(shè)備的各種寄存器的數(shù)據(jù) ， 采用西門(mén)子 PPI 協(xié)議，串口子設(shè)備，須掛接在“通用串口父設(shè)備”下才能工作。 添加完成之后雙擊，對(duì)其屬性設(shè)置，如圖 418 所示。 圖 418 添加 驅(qū)動(dòng)圖 選擇“內(nèi)部屬性”可以增加和刪除通道，如圖 419 所示。 圖 419 通道屬性設(shè)置 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 32 西門(mén)子 _S7200PPI 驅(qū)動(dòng)可以添加的通道類型如下： I 輸入映象寄存器、 Q 輸出映象寄存器、 M 中間存儲(chǔ)器、 V 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 SM 特殊寄存器、 AI 寄存器、AQ 寄存器、 T 時(shí)間寄存器、 C 計(jì)數(shù)寄存器、 HC 寄存器。根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)置的各開(kāi)關(guān)量以及 PLC 編程中使用的各 I/O 口，增加合適的通道用來(lái)與 PLC 通信。 腳本程序介紹 打開(kāi)“運(yùn)行策略”窗口，單擊右側(cè)“新建策略”選擇“循環(huán)策略”，雙擊新建的循環(huán) 策略進(jìn)入，雙擊 圖標(biāo)進(jìn)入“策略屬性設(shè)置”，設(shè)定“循環(huán)時(shí)間”設(shè)為 ： 500ms， 單擊確定。 在策略組態(tài)中， 右擊 圖標(biāo)選擇“新增策略行”，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)一條策略，但沒(méi)有添加腳本程序。 如果 需要添加腳本程序而 沒(méi)有策略工具箱，請(qǐng)單擊工具條中的 圖標(biāo)，彈出“策略工具箱”， 單擊“策略工具箱”中的“腳本程序”，把鼠標(biāo)移出“策略工具箱”，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小手，把小手放在 上，單擊鼠標(biāo)左鍵，出現(xiàn)腳 本程序策略行，可以進(jìn)行腳本程序的添加，腳本程序可添加多個(gè)，添加后 如 圖 420 所示 。 圖 420 添加腳本圖 為使界面能夠單獨(dú)運(yùn)行，所以在集水池、 SBR1 池、 SBR2 池進(jìn) /出水需要用到腳本程序，其中鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)作時(shí)間控制需要用到定時(shí)器或者延時(shí)函數(shù)。控制本次設(shè)計(jì)模擬運(yùn)行的的腳本程序參見(jiàn)附錄二。 經(jīng)過(guò)以上設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì) MCGS 手動(dòng)界面如圖 221 所示 。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 33 圖 421 手動(dòng)界面 在手動(dòng)模式下，可以對(duì)進(jìn)水泵、進(jìn)泥泵、鼓風(fēng)機(jī)、潷水器和出泥泵進(jìn)行單獨(dú)控制，當(dāng)集水池到達(dá)高 /低水位時(shí)，進(jìn)行高 /低水位 報(bào)警。 MCGS 自動(dòng)界面如圖 422 所示 。 圖 422 自動(dòng)界面 在自動(dòng)模式下，首先在輸入框輸入運(yùn)行次數(shù)，否則不能運(yùn)行。設(shè)定好運(yùn)行次數(shù)，按下 start 開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定次數(shù)時(shí)，系統(tǒng)停止。在集水池下方的方框可以顯示集水池中的水位情況，兩個(gè) SBR 池間歇進(jìn)水、反應(yīng)、出水，當(dāng)集水池到達(dá)低水位時(shí)，集水池重新進(jìn)水，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常。 本設(shè)計(jì)還設(shè)定了， SBR 池高低水位報(bào)警設(shè)定，集水池和兩 SBR 池水位實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線顯示，如圖 423 所示。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 34 圖 423 報(bào)表輸出 系統(tǒng)無(wú)論進(jìn)入自動(dòng)模式還是手動(dòng)模式，可以 根據(jù)需要設(shè)定兩 SBR 池水位上限和下限，其上下限值初始設(shè)定分別為 450 和 50，當(dāng)?shù)竭_(dá)此水位時(shí)，進(jìn)行報(bào)警顯示。集水池和兩 SBR 池的實(shí)時(shí)水位情況可以在圖 423 左上角 顯示，歷史水位情況在圖 423 右上角顯示。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 35 圖 51 S7_200主界面 5 調(diào)試 經(jīng) 過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的前期準(zhǔn)備工作， 在電腦上進(jìn)行模擬仿真，確定程序無(wú)誤，考慮到軟件模擬與現(xiàn)實(shí)中存在一定的誤差，在模擬調(diào)試完成之后需要 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)物 試驗(yàn)調(diào)試 。試驗(yàn)調(diào)試就是根據(jù)工業(yè)應(yīng)用的特定環(huán)境對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查，看它是否能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。 然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)各種狀況來(lái)進(jìn)一步 完善設(shè)計(jì)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 模擬 調(diào)試 限于實(shí)驗(yàn)室條件的限制，需要先利用軟件對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的 PLC 程序進(jìn)行模擬調(diào)試，本次設(shè)計(jì)采用 S7_200 漢化版 的軟件對(duì) PLC 程序進(jìn)行模擬仿真。其主界面如圖 51。限于該軟件條件的限制，需修改 PLC 程序中部分 I/O 端口再進(jìn)行模擬仿真。 可以在“配置”菜單下選擇需要的 PLC 型號(hào)。使用該軟件模擬之前需要將已經(jīng)編寫(xiě)好的 PLC 程序在“ STEP 7 MicroWIN SP6”軟件環(huán)境中“編譯”并“導(dǎo)出”。將導(dǎo)出的文件裝載進(jìn) S7_200 漢化版 軟件，選擇“程序”下的“裝 載程序”如圖 51。裝載完成之后即可啟動(dòng)程序，對(duì)已經(jīng)編寫(xiě)好的 PLC 程序進(jìn)行模擬仿真。 啟動(dòng)系統(tǒng)，按下 進(jìn)水泵 啟動(dòng)， 5 秒鐘以后粗 /細(xì)格柵除污機(jī) 、 及集水池進(jìn)水泵 同時(shí)啟動(dòng)，如變化如圖 52 所示。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 36 圖 52 粗 /細(xì)格柵啟動(dòng)狀態(tài) 當(dāng)集水池達(dá)到高水位即 =1 時(shí)，集水池高水位指示燈（ ）亮 10 秒，同時(shí)所有泵停止工作，如圖 53 所示 圖 53 集水池高水位狀態(tài) 定時(shí)到達(dá)， 滅，同時(shí) SBR1 池進(jìn)水閥 ()打開(kāi)，進(jìn)水泵 ()啟動(dòng)，如圖 54 所示： 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 37 圖 54 SBR1池進(jìn)水 當(dāng) SBR1 池到達(dá)高水位，傳感器（ ）相應(yīng)，高水位指示燈 ()亮，同時(shí) SBR2 池進(jìn)水閥（ ）打開(kāi)， SBR2 池開(kāi)始進(jìn)水，鼓風(fēng)機(jī)（ Q10）、進(jìn)泥泵（ Q14）SBR1 池進(jìn)泥閥（ Q15）打開(kāi)如圖 55 所示。 圖 55 SBR2池進(jìn)水 SBR1池設(shè)備動(dòng)作 SBR2 池到達(dá)高水位，高水位指示燈 ()亮，鼓風(fēng)機(jī) (Q11)啟動(dòng)，進(jìn)泥閥（ ）打開(kāi)，如圖 56 所示。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 38 圖 56 SBR2池滿設(shè)備動(dòng)作 一分鐘后， SBR1 池進(jìn)泥閥（ ）與鼓風(fēng)機(jī) ()停止， SBR1 池靜置，如圖 57 所示 圖 57 SBR1池靜置 一段時(shí)間后， SBR2 池鼓風(fēng)機(jī) ()、進(jìn)泥電磁閥 ()和進(jìn)泥泵 ()全部停止， SBR2 池也進(jìn)入靜置階段，如圖 58 所示 圖 58 SBR SB