【導(dǎo)讀】的淡水資源由于污染的原因正急劇減少。為了應(yīng)對水體污染，最近幾年越來越多。的城市污水處理廠、城市垃圾無害化處理廠正在如火如茶的建設(shè)、投運(yùn)。動化水平是非常關(guān)鍵的。成一個高效、實時、可靠的網(wǎng)絡(luò)化全集成自動化系統(tǒng)。由于現(xiàn)場總線多項先進(jìn)。性，注定了這套系統(tǒng)有較好的維護(hù)性和實施性。將其應(yīng)用于污水處理廠的自動控。制系統(tǒng)，將帶來良好的社會效益和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。地下水只占全球總儲量的%。量的40%以上的80多個國家為水資源缺乏國家，有近30個國家為嚴(yán)重缺水國家。水資源的短缺已經(jīng)成為世界性的問題，我國也同樣面臨水資源短缺的現(xiàn)實。度，致使許多地區(qū)嚴(yán)重缺水，尤其是三北地區(qū)和沿海城市連年鬧“水荒”。，每年缺水約3810m。干旱枯水年和豐水年現(xiàn)象。水資源的分布不均和口益嚴(yán)重的水資源短缺不但嚴(yán)重。困擾國民生產(chǎn)，而且成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。資源的現(xiàn)狀令人擔(dān)憂。是總體來說仍呈連年加重的趨勢。拿陜西省為例，截至

　　

【正文】 ect wizard】然后分別選擇 CPU編程語言、需要的 OB塊 .然后再給項目起一個名字就 OK了。接著就可以 通過 【 Hardware】進(jìn)入硬件組態(tài)，如圖 5. 1所示。 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 29 圖 5. 2 PLC 的程序設(shè)計 5. 2. 1符號表 系統(tǒng)程序中可能用到的數(shù)字量、模擬量，都要通過符號來表示，所以在程序 設(shè)計之前先創(chuàng)建符號表。 安塞縣污水處理廠自控系統(tǒng)創(chuàng)建的符號表如圖 5. 2所示 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 30 圖 創(chuàng)建符號表 5. 2. 2軟件塊 在 Step7軟件中，結(jié)構(gòu)化的用廣程序是阻 ：“ 軟件塊 ” 的形式實現(xiàn)的。塊是一些獨(dú)立的程序或者數(shù)據(jù)單元，在 Step7中主要有以下幾種類型的塊 ： 組織塊OB， 功能 FC 和功能塊 FB、系 統(tǒng)功能 SFC 和系統(tǒng)功能塊 SF背景共享數(shù)據(jù)塊DB。插入塊的方法如下 ： 在 Blocks目錄下的空白區(qū)域單擊右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇【 Insert New object】【 Function】可插入一個 FC。此時彈出一個 Pc對話框 。 在這個對話框中填入 FC 的名稱、符號名和注釋，并選擇編程語言 LAD，BTL或 FBD。用同樣的方法可以插入 OB， FB， DB等。 安塞縣污水處理廠自控系統(tǒng)的軟件塊如圖 5. 3所示 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 31 圖 5. 3創(chuàng)建功能塊 OBl系統(tǒng)組織塊，是 Step7程序的主體，優(yōu)先級是 1，因此 OB1通常 總是可 以被其他 OB中斷，用于循環(huán)程序處理 ： FC 工是提升泵控制功能塊，實現(xiàn)進(jìn)水泵房 3臺污水提升泵的啟動和停機(jī) :FC2是氧化溝控制功能塊 .實現(xiàn)兩套氧化溝中16臺曝氣轉(zhuǎn)碟的控制和水下推進(jìn)器的控制 。FC3是二沉池等設(shè)各的控制功能塊 ：FC4是模擬量處理功能塊。 在 Step7標(biāo)準(zhǔn)控制功能中有多種 PID控制模塊，使用時可直接選用。用戶可方便地通過連接和參數(shù)設(shè)置實現(xiàn)簡單 PID控制，其參數(shù)可通過上位機(jī)設(shè)置和修改。 5. 3 上位機(jī)監(jiān)控軟件開發(fā) 5. 3. 1功能介紹 上位機(jī)利用 WinCC 作為開發(fā)平臺進(jìn)行監(jiān)控軟件開發(fā) .主要實現(xiàn)以下功能 ： (1)工藝流程圖及運(yùn)行參數(shù)的控制顯示 ： 在上位機(jī)顯示安塞縣污水處理廠工 藝流程圖，液位、流量、 PH等工藝運(yùn)行參數(shù)，實時顯示現(xiàn)場泵、閥門電動執(zhí)行 器、曝氣轉(zhuǎn)碟等設(shè)各的運(yùn)行狀態(tài)及監(jiān)控數(shù)據(jù)，并能對液位、流量、 PH、溶解氧濃度、 ORP值等數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定和控制。主畫面模擬現(xiàn)場工作狀況，能夠直觀、精確了解現(xiàn)場工作狀況。 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 32 (2)數(shù)據(jù)查詢 ： 在主機(jī)畫面上有歷史數(shù)據(jù)鏈接 .通過實時數(shù)據(jù)曲線列采集到 的薦種數(shù)據(jù)進(jìn)行實酣觀測，便于了解具體的工作情況 :通過歷史數(shù)據(jù)曲線對采集到 的數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫中，便于了 解長時間工作的歷史趨勢。查詢時可保證精確、 方便、快捷。 (3)報警功能 ： 對超出設(shè)定值范圍的參數(shù)及設(shè)備故障進(jìn)行報警。當(dāng)某一實時數(shù)據(jù)超過設(shè)定值或某一設(shè)備出現(xiàn)故障時 .進(jìn)行報警，并做相應(yīng)的處理，報警后將所需參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中，供口后查詢。 (4)報表功能 ： 對需要上報或?qū)Ρ?、報警記錄以及長期需要保存的數(shù)據(jù)生成報表進(jìn)行定時或?qū)崟r打印存檔。 5. 3. 2軟件開發(fā) 利用 WinCC 實現(xiàn)項目開發(fā)，先要創(chuàng)建一個項目 :單擊【文件】【新建】，選 定單用戶項目 .輸入項目名稱，保存即可。 項目建立之后， 要進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接，建立 WinCC 與 SIMATTC PLC 的數(shù)據(jù)通訊。 WinCC 提供了一個稱為 SIMATIC S7 Protocol Suite的通訊驅(qū)動程序。此通訊驅(qū)動程序支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和類型，通過它的通道單元提供與各 種 SIMATTC S7300和 S7400PLC 的通訊。數(shù)據(jù)鏈接建立以后，利用變量管理器設(shè)計程序中可能用到的變量。 然后利用圖形編輯器根據(jù)工藝流程和控制要求，編輯監(jiān)控畫面，并將其中的畫面對象和數(shù)據(jù)鏈接。 winCC 提供多種鏈接方式，如 c語言程序、標(biāo)簽鏈接、動 態(tài)對話框、事件觸發(fā)等，最后 ，完成報表的設(shè)計以及報警變量的設(shè)計等， 此處不再詳述。 以下是上位監(jiān)控軟件部分截圖。 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 33 圖 5. 4全局圖 圖 5. 5格柵系統(tǒng) 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 34 圖 5. 6水處理綜合廠房 圖 5. 7污泥處理系統(tǒng) 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 35 第六章總結(jié)與展望 6. 1 總結(jié) 可編程序控制器 (PLC)是 70年代以來發(fā)展起來的一種區(qū)別于工業(yè) PC 和單板 機(jī)的工業(yè)控制產(chǎn)品。 PLC 從誕生至今，在短短 30多年里得到了異常迅猛的發(fā)展， 己經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。由于 PLC 具有通用性強(qiáng)、可靠性高、 適應(yīng)性強(qiáng)、性價比高、編程方法簡單易學(xué)，體積小、能耗低， 系統(tǒng)安裝、調(diào)試方 便等特點，逐步替代了過去許多使用專用計算機(jī)和繼電器系統(tǒng)的場合，從而使其 在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 運(yùn)用工控組態(tài)軟件來實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控任務(wù)己成為工業(yè)發(fā)展中的必然趨勢。組 態(tài)軟件所具備的實時多任務(wù)、接口開放、使用靈活、功能多樣，以及運(yùn)行可靠等 特點使其具有很強(qiáng)的實用價值。 本文對通過對國內(nèi)當(dāng)前的水資源狀況和污水處理工藝的仔細(xì)研究，結(jié)合現(xiàn)有 的污水處理自動化工程項目一安塞縣污水處理廠自動控制項目，從控制網(wǎng)絡(luò)的選 擇到監(jiān)控系統(tǒng)的建立，都提出了較快、較經(jīng)濟(jì)的解決方案。整個研究涉及到環(huán) 境 工程、生物化學(xué)、自動控制、機(jī)械、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和 儀器儀表等眾多學(xué)科，是一個綜合性的研究領(lǐng)域。該項目采用了一種所謂 “ 混合 控制系統(tǒng) ” 的總體方案，即集中控制采用 SIEMENS公司的 S7300系列 PLC 構(gòu)成 ProfiBusDP 分布式控制系統(tǒng)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，進(jìn)而對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制 。監(jiān)控上位機(jī)采用工控機(jī)對 PLC 數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和監(jiān)控，并通過基于 TCP/IP 協(xié)議的光纖工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)的通訊。整個系統(tǒng)的開發(fā)工作主要有 : (1)根據(jù)該項目實際要求，結(jié)合設(shè)計單位原始設(shè)計，對系 統(tǒng)進(jìn)行了整體修改。設(shè)計了現(xiàn)場 PLC 控制系統(tǒng)和計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 (2)上位監(jiān)控系統(tǒng)采用 WinCC組態(tài)軟件，通過二次開發(fā)實現(xiàn)了工藝流程畫面、數(shù)據(jù)顯示、記錄查詢、報警、報表打印、參數(shù)設(shè)定等功能，并實現(xiàn)了 WinCC 與S7300 PLC 之間基于 TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)通訊。 (3)通過對污水處理工藝各段的工藝流程及控制要求的分析，采用 STEP7軟 件，運(yùn)用 “ 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計 ” 方法，編制了該系統(tǒng)的現(xiàn)場 PLC 控制程序，實現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備的自動控制。 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 36 通過設(shè)計和分析可以得到以下結(jié)論 ： (1)經(jīng)過一年多生產(chǎn)運(yùn)行，實踐證明，采用本方案對安塞縣污水處理廠的過 程控制是成功的。該控制系統(tǒng)設(shè)計和選型合理，自動化程度高，監(jiān)控界面操作簡 單方便，同時又節(jié)約國債資金。 (2)監(jiān)控組態(tài)軟件 WniCC 是一個集成的人機(jī)界面 ((HMI)系統(tǒng)和監(jiān)控管理(SCADA)系統(tǒng)，利用其設(shè)計的監(jiān)控畫面具有 Windows的動態(tài)效果。監(jiān)控軟件對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況的模擬，使操作員可以對現(xiàn)場主要設(shè)備的運(yùn)行情況有比較清楚的了解。監(jiān)控軟件可對數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定、記錄、存檔，便于對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。 (3) S7300系列 PLC 體積 小、重量輕、功能強(qiáng)、性能好。特別是它的高度集 成性能，簡化了污水處理的控制系統(tǒng)，減少了繼電器數(shù)量，安裝維修都十分方 便。 (4) WniCC 和 STEP7合用，工控機(jī)與 PLC 合用的混合控制系統(tǒng)，合理地分擔(dān)了上位監(jiān)控、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和控制的任務(wù)，充分發(fā)揮不同設(shè)備的優(yōu)勢，使系統(tǒng)上下的有機(jī)結(jié)合變得非常容易，大幅度降低了工程時間和人力物力的消耗，是一種有特色、有前途的控制系統(tǒng)設(shè)計方案。 (5) Prof iBusDP 現(xiàn)場總線適用于污水處理廠等一般工業(yè)領(lǐng)域，可靠性高、實 時響應(yīng)性好、對環(huán)境要求低，是適合 工業(yè)環(huán)境下系統(tǒng)組網(wǎng)的一種現(xiàn)場總線。 ProfiBus為原有的自動化程度比較低的污水處理廠改造提供了一個可靠的方案 ，并為新污水處理廠的投資建設(shè)提供了一個低成本、穩(wěn)定可靠的選擇。 (6)基于 TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優(yōu)勢，支持幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是企業(yè)管理層廣泛采用的一種網(wǎng)絡(luò)。 6. 2 展望 目前現(xiàn)場總線技術(shù)受到了普遍關(guān)注，其優(yōu)越性是顯而易見的。然而現(xiàn)場總線 的統(tǒng)一特別困難，人們幾乎花了整整 20年的時間來理解現(xiàn)場總線的應(yīng)用和復(fù)雜 性?，F(xiàn)在，由于國內(nèi)外大的 公司積極參與，現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)和相應(yīng)儀表 控制技術(shù)的開發(fā)正在向前發(fā)展，這種發(fā)展勢頭是以往任何技術(shù)所無法比擬的。目 前就污水處理廠來說，包括溶解氧、 COD和 BOD， ORP， 氨氮等在線檢測儀表基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 37 都支持現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)采集和診斷功能，但是其價位相對較高，還不適應(yīng)國內(nèi)小型污水處理廠的選擇使用。相信在不久的將來，會看到越來越多的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，選擇的余地也會越來越大。 當(dāng)今，工業(yè)以太網(wǎng) 已 呈現(xiàn)迅猛的發(fā)展勢頭，它可能實現(xiàn)全部功能，但在經(jīng)濟(jì) 上一段時間內(nèi)會不太合理，而且以太網(wǎng)難以逾越信號碰撞這個障礙。所以當(dāng)前的 情況 下將以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線相結(jié)合，是完成項目的一個即經(jīng)濟(jì)又高效的方案。 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 38 參考文獻(xiàn) [1] 柏景方 .污水處理技術(shù) .哈爾濱 : 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 20xx. 14 [2] 曹鳳中，戴天有等 .地表水污染及其控制 .北京 : 中國環(huán)境科學(xué)出版社， 1993. 12 [3] 羅春 .論國內(nèi)城市污水處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .水處理信息報道 .20xx，第 6期 .15 [4] 高峰 .何昌軍等 .自動控制系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用 .環(huán)境科學(xué)與管理 ， 20xx，33(2).8991 [5] 陽憲惠 .現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用 .北京 : 清華大學(xué)出版社， 1999. 1518 [6] 許繼平，劉載文，崔莉鳳 .基于模糊 PID控制的污水處理 DO 控制 [ j ]. 維普資訊 .20xx， 21 (4) .70一 77 [7] 鄭文波，陽憲惠等，現(xiàn)場總線技術(shù)綜述 .機(jī)械與電子 .1997. 5 [8] 顧洪軍 .工業(yè)企業(yè)網(wǎng)與現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用 .北京 : 人民郵電出版社 .20xx. 10 [9] 李百煌 .現(xiàn)場總線 (ProfiBUS)技術(shù)應(yīng)用論文集 (1).北京 : 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