【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(duì)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(dòng)化水平是非常關(guān)鍵的。成一個(gè)高效、實(shí)時(shí)、可靠的網(wǎng)絡(luò)化全集成自動(dòng)化系統(tǒng)。由于現(xiàn)場(chǎng)總線多項(xiàng)先進(jìn)。性，注定了這套系統(tǒng)有較好的維護(hù)性和實(shí)施性。將其應(yīng)用于污水處理廠的自動(dòng)控。制系統(tǒng)，將帶來良好的社會(huì)效益和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。地下水只占全球總儲(chǔ)量的%。量的40%以上的80多個(gè)國(guó)家為水資源缺乏國(guó)家，有近30個(gè)國(guó)家為嚴(yán)重缺水國(guó)家。水資源的短缺已經(jīng)成為世界性的問題，我國(guó)也同樣面臨水資源短缺的現(xiàn)實(shí)。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(guó)民生產(chǎn)，而且成為制約我國(guó)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(shì)。拿陜西省為例，截至

　　

【正文】 ect wizard】然后分別選擇 CPU編程語(yǔ)言、需要的 OB塊 .然后再給項(xiàng)目起一個(gè)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(jì)與實(shí)現(xiàn) 29 圖 5. 2 PLC 的程序設(shè)計(jì) 5. 2. 1符號(hào)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(hào)來表示，所以在程序 設(shè)計(jì)之前先創(chuàng)建符號(hào)表。 安塞縣污水處理廠自控系統(tǒng)創(chuàng)建的符號(hào)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(jì)與實(shí)現(xiàn) 30 圖 創(chuàng)建符號(hào)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(shí)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(gè) FC。此時(shí)彈出一個(gè) Pc對(duì)話框 。 在這個(gè)對(duì)話框中填入 FC 的名稱、符號(hào)名和注釋，并選擇編程語(yǔ)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(jì)與實(shí)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(jí)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(shí)現(xiàn)進(jìn)水泵房 3臺(tái)污水提升泵的啟動(dòng)和停機(jī) :FC2是氧化溝控制功能塊 .實(shí)現(xiàn)兩套氧化溝中16臺(tái)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(shí)可直接選用。用戶可方便地通過連接和參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(tái)進(jìn)行監(jiān)控軟件開發(fā) .主要實(shí)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(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)泵、閥門電動(dòng)執(zhí)行 器、曝氣轉(zhuǎn)碟等設(shè)各的運(yùn)行狀態(tài)及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并能對(duì)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(chǎng)工作狀況，能夠直觀、精確了解現(xiàn)場(chǎng)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(jì)與實(shí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線列采集到 的薦種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)酣觀測(cè)，便于了解具體的工作情況 :通過歷史數(shù)據(jù)曲線對(duì)采集到 的數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于了 解長(zhǎng)時(shí)間工作的歷史趨勢(shì)。查詢時(shí)可保證精確、 方便、快捷。 (3)報(bào)警功能 ： 對(duì)超出設(shè)定值范圍的參數(shù)及設(shè)備故障進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)某一實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)超過設(shè)定值或某一設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí) .進(jìn)行報(bào)警，并做相應(yīng)的處理，報(bào)警后將所需參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，供口后查詢。 (4)報(bào)表功能 ： 對(duì)需要上報(bào)或?qū)Ρ?、?bào)警記錄以及長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)生成報(bào)表進(jìn)行定時(shí)或?qū)崟r(shí)打印存檔。 5. 3. 2軟件開發(fā) 利用 WinCC 實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目開發(fā)，先要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目 :單擊【文件】【新建】，選 定單用戶項(xiàng)目 .輸入項(xiàng)目名稱，保存即可。 項(xiàng)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(gè)稱為 SIMATIC S7 Protocol Suite的通訊驅(qū)動(dòng)程序。此通訊驅(qū)動(dòng)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(jì)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(duì)象和數(shù)據(jù)鏈接。 winCC 提供多種鏈接方式，如 c語(yǔ)言程序、標(biāo)簽鏈接、動(dòng) 態(tài)對(duì)話框、事件觸發(fā)等，最后 ，完成報(bào)表的設(shè)計(jì)以及報(bào)警變量的設(shè)計(jì)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(jì)與實(shí)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(jì)與實(shí)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(jì)與實(shí)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(dòng)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(jià)比高、編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)，體積小、能耗低， 系統(tǒng)安裝、調(diào)試方 便等特點(diǎn)，逐步替代了過去許多使用專用計(jì)算機(jī)和繼電器系統(tǒng)的場(chǎng)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(shí)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(shì)。組 態(tài)軟件所具備的實(shí)時(shí)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(diǎn)使其具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 本文對(duì)通過對(duì)國(guó)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(dòng)化工程項(xiàng)目一安塞縣污水處理廠自動(dòng)控制項(xiàng)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(gè)研究涉及到環(huán) 境 工程、生物化學(xué)、自動(dòng)控制、機(jī)械、電子技術(shù)、計(jì)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(gè)綜合性的研究領(lǐng)域。該項(xiàng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，進(jìn)而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制 。監(jiān)控上位機(jī)采用工控機(jī)對(duì) 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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通訊。整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)工作主要有 : (1)根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際要求，結(jié)合設(shè)計(jì)單位原始設(shè)計(jì)，對(duì)系 統(tǒng)進(jìn)行了整體修改。設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng) PLC 控制系統(tǒng)和計(jì)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(shí)現(xiàn)了工藝流程畫面、數(shù)據(jù)顯示、記錄查詢、報(bào)警、報(bào)表打印、參數(shù)設(shè)定等功能，并實(shí)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(duì)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(jì) ” 方法，編制了該系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng) PLC 控制程序，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)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(jì)與實(shí)現(xiàn) 36 通過設(shè)計(jì)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(shí)踐證明，采用本方案對(duì)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(jì)和選型合理，自動(dòng)化程度高，監(jiān)控界面操作簡(jiǎn) 單方便，同時(shí)又節(jié)約國(guó)債資金。 (2)監(jiān)控組態(tài)軟件 WniCC 是一個(gè)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(jì)的監(jiān)控畫面具有 Windows的動(dòng)態(tài)效果。監(jiān)控軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況的模擬，使操作員可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定、記錄、存檔，便于對(duì)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(jiǎn)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(chǎng)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(shì)，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(shí)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(jì)方案。 (5) Prof iBusDP 現(xiàn)場(chǎng)總線適用于污水處理廠等一般工業(yè)領(lǐng)域，可靠性高、實(shí) 時(shí)響應(yīng)性好、對(duì)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(chǎng)總線。 ProfiBus為原有的自動(dòng)化程度比較低的污水處理廠改造提供了一個(gè)可靠的方案 ，并為新污水處理廠的投資建設(shè)提供了一個(gè)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(shì)，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(chǎng)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(chǎng)總線 的統(tǒng)一特別困難，人們幾乎花了整整 20年的時(shí)間來理解現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用和復(fù)雜 性?，F(xiàn)在，由于國(guó)內(nèi)外大的 公司積極參與，現(xiàn)場(chǎng)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(shì)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(cè)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(jì)與實(shí)現(xiàn) 37 都支持現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)采集和診斷功能，但是其價(jià)位相對(duì)較高，還不適應(yīng)國(guó)內(nèi)小型污水處理廠的選擇使用。相信在不久的將來，會(huì)看到越來越多的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，選擇的余地也會(huì)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(shì)頭，它可能實(shí)現(xiàn)全部功能，但在經(jīng)濟(jì) 上一段時(shí)間內(nèi)會(huì)不太合理，而且以太網(wǎng)難以逾越信號(hào)碰撞這個(gè)障礙。所以當(dāng)前的 情況 下將以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合，是完成項(xiàng)目的一個(gè)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(jì)與實(shí)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(guó)環(huán)境科學(xué)出版社， 1993. 12 [3] 羅春 .論國(guó)內(nèi)城市污水處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .水處理信息報(bào)道 .20xx，第 6期 .15 [4] 高峰 .何昌軍等 .自動(dòng)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(yáng)憲惠 .現(xiàn)場(chǎng)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] 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