【正文】 和功能圖（ FBD）。每種語言各有其優(yōu)點(diǎn)， LAD和 FBD編輯器容易輸入并且直觀，它們是以方便用戶的功能為特征的，如拖放功能，復(fù)制和粘貼功能，而且鏈接庫中有現(xiàn)成的復(fù)雜功能（如 PID控制器）或用戶自己的標(biāo)準(zhǔn)方案。STL使用戶能在程序中最好的使用時間和存儲區(qū)域，而且“更接近硬件”。 20 它使以增量方式或自由文本方式輸入資料成為可能，用戶即可以立即按“增量”檢查每一個輸入的正確性又可以先在文本 編輯器上用符號生成整個程序，然后用適當(dāng)?shù)姆柋磉M(jìn)行轉(zhuǎn)換。 PLC中的程序分為操作系統(tǒng)和用戶程序，操作系統(tǒng)用來實(shí)現(xiàn)與特定的控制任務(wù)無關(guān)的功能，處理 PLC的啟動、刷新輸入 /輸出過程映像表、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯誤。管理存儲區(qū)和處理通信等。 用戶程序由用戶在STEP7中生成，然后將它下載到 CPU。 STEP7將用戶編寫的程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，使單個的程序不見得標(biāo)準(zhǔn)化。通過在塊內(nèi)或塊之間類似子程序的調(diào)用，使用戶程序結(jié)構(gòu)化，可以簡化程序組織，使程序易于修改、查錯和調(diào)試。塊結(jié)構(gòu)顯著的增加了 PLC程序的組織透 明性、可理解性和易維護(hù)性。在 S7用戶程序中可以使用如下幾種不同類型的塊： 1． 組織塊（ OB）：是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口。它們由操作系統(tǒng)調(diào)用，并控制循環(huán)和中斷驅(qū)動程序的執(zhí)行，以及可編程控制器如何啟動。它們還處理對錯誤的響應(yīng)。組織塊決定各個程序部分執(zhí)行的順序。用于循環(huán)程序處理的組織塊 OB1的優(yōu)先級最高。操作系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用 OB1并用這個調(diào)用啟動用戶程序的循環(huán)執(zhí)行。 2． 功能塊（ FB）：屬于用戶自己編程的塊。功能塊是具有“存儲功能”的塊。用數(shù)據(jù)塊作為功能塊的存儲器。傳遞給 FB的參數(shù)和靜態(tài)變量存在背景數(shù)據(jù)塊中。 功能（ FC）：屬于用戶自己編程的塊。功能是“無存儲區(qū)”的邏輯塊。 FC的臨時變量存儲在局域數(shù)據(jù)堆棧中，當(dāng) FC執(zhí)行結(jié)束后，這些數(shù)據(jù)就丟失了。 4． 背景數(shù)據(jù)塊（ IDB）：背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)是自動生成的，它們是功能塊的變量聲明表中的數(shù)據(jù)。在每次功能塊調(diào)用時都要分配一塊給這次調(diào)用，用于傳遞參數(shù)。 FB的實(shí)際參數(shù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)存在背景數(shù)據(jù)塊中。 5． 共享數(shù)據(jù)塊（ DB）：存儲的是全局?jǐn)?shù)據(jù)，所有的 FC、 FB和 OB都可以從共享數(shù)據(jù)塊中讀取數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫入 共享數(shù)據(jù)塊。與邏輯塊不同，在數(shù)據(jù)塊中沒有 S7的指令。 6． 系統(tǒng)功能塊（ SFB）：為用戶提供的已經(jīng)編寫好程序的塊，可以在用戶程序中調(diào)用這些塊，但是用戶不能修改它們。它們作為操作系統(tǒng)的一部分，不占用程序空間。 SFB有存儲功能，其變量保存在指定給它的背景數(shù)據(jù)塊中。 7． 系統(tǒng)功能（ SFC）：是集成在 S7 CPU的操作系統(tǒng)中預(yù)先編好程序的邏輯塊，屬于操作系統(tǒng)的一部分，可以在用戶程序中調(diào)用。與 SFB相比， SFC沒有存儲功能。 塊的調(diào)用可以用 CALL指令調(diào)用沒有參數(shù)的 FC和有參數(shù)的 FC和 FB，用 21 CU(無條件調(diào)用 )和（ RLO=1時調(diào)用）指令調(diào)用沒有參數(shù)的 FC和 FB。用 CALL指令調(diào)用 FB和 SFB時 必須指定背景數(shù)據(jù)塊，靜態(tài)數(shù)據(jù)塊和臨時變量不能出現(xiàn)在調(diào)用指令中。在塊調(diào)用中，調(diào)用者可以是各種邏輯塊，包括用戶編寫好的組織塊（ OB）， FB， FC，和系統(tǒng)提供的 SFB和 SFC，被調(diào)用的塊是ＯＢ之外的邏輯塊。 [912] PLC模塊的選型 PLC選用西門子公司的 S7300的可編程序控制器進(jìn)行程序控制。 CPU選用帶有 PROFIBUSDP接口的 CPU3152DP。 由于污水站控制室與氧化溝和污泥機(jī)房都要超過 200m，所以采用光纖轉(zhuǎn)換器，現(xiàn)場層直接用 PROFIBUS電纜把他們連接起來。 S7300是一種通用型 PLC，能適合自動化工程中的各種應(yīng)用場合，模塊化、無風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置、以及用戶易于掌握等特點(diǎn)。使得 S7300在各種工業(yè)控制過程實(shí)施各種控制任務(wù)時，成為一種即經(jīng)濟(jì)又切合實(shí)際的解決方案。 S7300還具有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)周期短，處理速度高；指令集功能強(qiáng)大，可用于復(fù)雜的功能；產(chǎn)品設(shè)計緊湊，可以用于空間有限的場合；模塊化的結(jié)構(gòu)，適合密集安裝；有不同檔次的 CPU和各種各樣的功能模塊和 I/O模塊可供選擇；性能穩(wěn)定，免維護(hù)，還有可以在惡劣天氣條件下露天使 用的模塊可供選擇。 CPU315是 S7300的大腦，其裝載存儲器的基本容量為 48K字節(jié)或 80K字節(jié)，可用存儲卡擴(kuò)充 裝載存儲器，最大容量可達(dá)到 512KB。每執(zhí)行 1000條二進(jìn)制指令約需 ，最大可以擴(kuò)充 1024點(diǎn)數(shù)字量 I/O或 128路模擬量通道。 CPU315內(nèi)裝硬件實(shí)時時鐘。 CPU315的操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動的用戶程序掃描過程。 CPU響應(yīng)哪個事件，操作系統(tǒng)自動調(diào)用該事件的組織塊 OB。CPU315可調(diào)用 128個功能塊 FB， 128個功能調(diào)用 FC， 127個數(shù)據(jù)塊 DB。 OB，F(xiàn)B， FC， DB的容量均不大于 8KB。此外，還有 38個系統(tǒng)功能模塊 SFC集成在操作系統(tǒng)中供用戶調(diào)用；有 9個系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 SDB裝載 S7300系統(tǒng)參數(shù)。CPU315適用于要求高速處理和中等 I/O規(guī)模的任務(wù)，它可以裝載中等規(guī)模的程序，并具有中等的指令執(zhí)行速度。 本系統(tǒng)選擇的 CPU3152DP是一款直接將 PROFIBUS總線接口內(nèi)置在CPU上的產(chǎn)品。 下面以污水處理過程中提升泵房為例， 講述 如何利用 PLC控制泵房中的水位。 22 表 1 PLC模塊型號及功能 模塊型號 模塊功能 PS 307 2A 電 源模塊 CPU 343(1) CPU木塊 IM360 輸出接受模塊 AI8*16 Bit 模擬量輸入模塊 AO8*12 Bit 模擬量輸出模塊 DI16*AC120V 數(shù)字量輸入模塊 DO16*AC120V/230V 數(shù)字量輸出模塊 CP 3431 PN 通訊模塊 FM350 計數(shù)模塊 表 2 輸入 /輸出端口地址分配 輸入量 符號 輸出量 符號 主令信號 泵 1動作 低水位信號 泵 2動作 高 水位信號 低水位報警 超水位信號 高水位報警 定時轉(zhuǎn)換信號 T1 定時轉(zhuǎn)換信號 T2 23 圖 32 順序功能流程圖 跟據(jù)順序功能流程圖編寫程序，將梯形圖程序輸入到 STEP7中， 運(yùn)行生成源文件，將源文件下載到 PLC中，就完成了 PLC控制水位的整個過程。從PLC仿真過程中可以看到，控制程序?qū)崿F(xiàn)了良好的控制功能，液位能夠自動保持在安全的范圍內(nèi)，一旦超限將自動報警。 24 圖 33 PLC硬件配置 圖 34 PLC程序界面 25 第 4 章 上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計 組態(tài)軟件在污水處理中的應(yīng)用 組態(tài)的概念最早來自英文 Configuration，其含義是使用軟件工具對各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到使計算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置，自動執(zhí)行任務(wù)，滿足使用者要求的目的。它是伴隨著集散型控制系統(tǒng)的出現(xiàn)而引入工業(yè)控制系統(tǒng)的。 目前國內(nèi)市場上的組態(tài)軟件產(chǎn)品按廠商劃分大致可以分為三類，即國外專業(yè)軟件商提供的產(chǎn)品，國內(nèi)外硬件或系統(tǒng)廠商提供的產(chǎn)品以及國內(nèi)自行開發(fā)的國產(chǎn)化產(chǎn)品。目前在市場上占主導(dǎo)地位的組態(tài)軟件包括美國Wonderware公司的 InTouch、美國 Intellution公司的 iFIX、德國西門子公司的WINCC、 北京亞控公司開發(fā)的“組態(tài)王”等。 工業(yè)組態(tài)軟件的引入使得對于污水處理過程的管理簡單化，人們可以利用組態(tài)軟件的圖形界面，快速構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。將工藝流程以圖形畫面的形式直觀的顯示出來，記錄參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和過程，分析參數(shù)的變化趨勢，及時發(fā)布和預(yù)報運(yùn)行情況，實(shí)施診斷和報警，是污水處理自動控制中的重要一環(huán)。 工控組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)可分為兩個層次，最底層是與現(xiàn)場控制站相連的I/O驅(qū)動程序接口，它主要完成上層軟件與現(xiàn)場控制站之間的數(shù)據(jù)信號的轉(zhuǎn)換和緩存， I/O驅(qū)動程序之上 的中間層實(shí)時數(shù)據(jù)庫是控制模塊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)和控制，并對圖形顯示模塊、實(shí)時趨勢模塊和報警模塊進(jìn)行通信控制。 上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計要求 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在污水處理過程中具有極其重要的地位，它可以提供污水處理現(xiàn)場的可視化信息，便于現(xiàn)場操作人員對污水處理過程的全面掌握。污水處理工藝比較復(fù)雜，相應(yīng)的自動化系統(tǒng)技術(shù)要求也就很高，系統(tǒng)的技術(shù)要求如下： 1． 對整個系統(tǒng)的設(shè)備及運(yùn)行結(jié)果（泥位、液位、流量）具有控制、監(jiān)視、參數(shù)設(shè)定、故障報警、故障診斷功能。 2． 根據(jù)污水處理工藝和邏輯的要求 ，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備開啟、停止、故障或緊急停機(jī)等功能。 3． 系統(tǒng)動態(tài)顯示，畫面將各個工藝流程直觀的顯示在屏幕上，可以實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)。 4． 選擇合理的自動運(yùn)行模式，使整個系統(tǒng)的運(yùn)行處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)，并能達(dá)到污水處理的工藝要求。 26 5． 當(dāng)設(shè)備或控制參數(shù)接近非正常狀態(tài)時，界面有報警提示，并伴有聲音報警。 6． 進(jìn)行報警歷史記錄，將故障分類整理歸檔，且報警記錄不可刪除，用于事故分析和追憶。 7． 歷史數(shù)據(jù)通過歷史庫進(jìn)行存儲，操作人員可以方便的生成重要設(shè)備和檢測指標(biāo)的運(yùn)行報表和曲線，并具有隨時進(jìn)行調(diào)用、打印功 能。 組態(tài)王軟件功能描述 上位機(jī)監(jiān)控軟件采用亞控 版“組態(tài)王” 256 點(diǎn)運(yùn)行組態(tài)軟件。組態(tài)王的主要特點(diǎn)如下 [1316]： 。為用戶集中管理本機(jī)上的所有組態(tài)王工程。 。 （ 1） 支持無限色和過渡色； （ 2） 圖庫“一次構(gòu)造，隨處使用”； （ 3） 多種形狀和效果的按鈕和多種格式的圖形； （ 4） 可視化動畫連接向?qū)А? 3． 報警和事件系統(tǒng)。具有方便、靈活、可靠、易于擴(kuò)展的特點(diǎn)。 4． 提供一套全新、集成的內(nèi)嵌式報表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報表函數(shù)；提供 報表工具條，報表模板，報表能夠進(jìn)行組態(tài)。 5． 控件。支持 Windows 標(biāo)準(zhǔn)的 Active X 控件（主要為可視控件），包括 Microsoft 提供的標(biāo)準(zhǔn) Active X 控件和用戶自制的 Active X 控件。三個功能強(qiáng)大的控件，即數(shù)據(jù)表格控件、歷史曲線控件、 PID 調(diào)節(jié)控件。 6． OPC。全面支持 OPC 標(biāo)準(zhǔn)，可作為 OPC 服務(wù)器，也可以作為 OPC客戶端，節(jié)省了不同廠商的控制系統(tǒng)相連的工作量和費(fèi)用；并且組態(tài)王提供 SDK 開發(fā)包。 7． 通訊系統(tǒng)。 （ 1） 支持 GPRS/PSTN，可通過宏電公司的 H7000 GPRS 無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與組態(tài)王原有驅(qū)動程序無縫連接 ，硬件設(shè)備端無需更改程序，能實(shí)時顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況。 （ 2） 開發(fā)中進(jìn)行硬件測試，在不啟動運(yùn)行系統(tǒng)的情況下，能測試對硬件設(shè)備的讀寫操作吧。 （ 3） 支持網(wǎng)絡(luò) DDE，實(shí)現(xiàn)組態(tài)王與其他應(yīng)用程序之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 8． 安全系統(tǒng)。采用分級和分區(qū)保護(hù)的雙重保護(hù)策略；新增用戶組和安全區(qū)管理， 999 個不同界別的權(quán)限和 64 個安全區(qū)形成雙重保護(hù)。 9． 網(wǎng)絡(luò)功能。完全基于網(wǎng)絡(luò)的概念，是一種真正的客戶 服務(wù)器模式， 27 支持分布式歷史數(shù)據(jù)庫和分布式報警系統(tǒng)，組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)，可以 將整個應(yīng)用程序分配給多個服務(wù)器。 10． 冗余系統(tǒng)。組態(tài)王提供三重意義上的冗余功能，即雙設(shè)備冗余、雙機(jī)冗余和雙網(wǎng)絡(luò)冗余。 組態(tài)王軟件 的數(shù)據(jù)流 組態(tài)王軟件由若干程序組件構(gòu)成，通常包括圖形界面開發(fā)程序、圖形界面運(yùn)行程序、實(shí)時數(shù)據(jù)庫功能模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、前置通信模塊、數(shù)據(jù)報表模塊幾個典型組件 組態(tài)軟件通過 I/O 驅(qū)動程序從現(xiàn)場 I/O 設(shè)備獲得實(shí)時數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的加工后，一方面以圖形方式直觀的顯示在計算機(jī)屏幕上；另一方面按照組態(tài)要求和操作人員的指令將控制數(shù)據(jù)送給 I/O 設(shè)備，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制或調(diào)整控制參數(shù)。 對已經(jīng)組態(tài)歷史趨勢的的變量存儲歷史數(shù)據(jù)，對歷史數(shù)據(jù)檢索要求給予響應(yīng)。當(dāng)發(fā)生報警時及時將報警以聲音、圖像的方式通知給操作人員，并記錄報警的歷史信息，以備檢索。其中，實(shí)時數(shù)據(jù)庫是組態(tài)軟件的核心和引擎，歷史數(shù)據(jù)的存儲與檢索、報警處理與存儲、數(shù)據(jù)的運(yùn)算與處理、數(shù)據(jù)庫冗余控制、 I/O 數(shù)據(jù)連接都是由實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)完成的。圖形界面系統(tǒng)、 I/O 驅(qū)動程序等組件以實(shí)時數(shù)據(jù)庫為核心，通過高效的內(nèi)部協(xié)議相互通信，共享數(shù)據(jù)。 具體監(jiān)控過程 的設(shè)計 圖 41 工藝流程主畫面 28 圖 42 粗隔柵 圖 43 鼓風(fēng)機(jī)房 29 圖 44 曝氣生化反應(yīng)池 圖 45 污泥濃縮機(jī)房 30 圖 46 報警畫面 圖 47 實(shí)時曲線 運(yùn)行效果顯示，設(shè)計的上位機(jī)監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)了良好的監(jiān)控效果，完成了預(yù)定的目標(biāo)。 31 總結(jié) 我國持續(xù)快速的經(jīng)濟(jì)增長和人民生活質(zhì)量的提高對環(huán)境保護(hù)提出了更高的要求。污水處理作為環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重要的內(nèi)容，在我國