【正文】 生產(chǎn)的歷史數(shù)據(jù)是很有價值的，實時數(shù)據(jù)庫具備數(shù)據(jù)檔案管理功能，現(xiàn)在很難知道將來進行分析時哪些數(shù)據(jù)是必須的，因此，保存所有的數(shù)據(jù)是防止丟失信息的最好的方法。由于 PC 的處理能力的增強，實時數(shù)據(jù)庫更加充分地表現(xiàn)出了組態(tài)軟件的長處。軟 PLC 綜合了計算機和 PLC 的開關量控制、模擬量控制、數(shù)學運算、數(shù)值處理、通 信網(wǎng)絡等功能，通過一個多任務控制內(nèi)核，提供了強大的指令集、快速而準確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種 I/O 系統(tǒng)及網(wǎng)絡的開放式結構。 控制功能組件是組態(tài)軟件的主要組成部分，基于 PC 的策略編輯 /生成組件，也有人稱之為軟邏輯或軟 PLC。 在圖形界面中，各類組 態(tài)軟件普遍提供了一種類 Basic 語言的編程工具一腳本語言來擴充其功能。例如，用一個矩形填充體模擬現(xiàn)場的液位，在組態(tài)這個矩形的填充屬性時，指定代表液位的工位號名稱、液位的上、下限及對應的填充高度，就完成了液位的圖形組態(tài)。而動態(tài)屬性則與表達式的值有關，表達式可以是來自 I/O 設備的變量，也可以是由變量和運算符組成的數(shù)學表達式。這些屬性可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)的。每個簡單的對象均有影響其外觀的屬性。 工控組態(tài)軟件一般由下列組件組成：圖形界面系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、第三方程序接口組件、控制功能組件。 組態(tài)軟件還提供了強大而靈活的多重冗余功能，保證系統(tǒng)的不間斷監(jiān)控，包括備份 SCADA 服務器、 LAN 冗余以及利用網(wǎng)絡狀態(tài)服務器和組態(tài)軟件診斷顯示程序監(jiān)視、控制網(wǎng)絡運行狀態(tài)。盡管各個節(jié)點是完全獨立的工作站，這些節(jié)點也能獲取網(wǎng)絡上的其他節(jié)點的數(shù)據(jù)。 在一個分布式處理的網(wǎng)絡中，每個節(jié)點獨立執(zhí)行所分配的任務，單一 節(jié)點脫離網(wǎng)絡時不會引起整個網(wǎng)絡的中斷。每一節(jié)點的數(shù)據(jù)對整個系統(tǒng)的用戶都是可見的。在使用組態(tài)軟件時要充分使用其分布式的特點，組態(tài)軟件通過分級的方式防止網(wǎng)絡中單一的計算機遭受系統(tǒng)癱瘓的問題干擾，組態(tài)軟件采用客戶/服務器結構，添加新數(shù)據(jù)源進的節(jié)點十分簡單，只需將新的服務器連接到網(wǎng)絡上即可。 工控組態(tài)軟件的結構可分兩個層次，最底層是與現(xiàn)場控制站相連的 I/O 驅動程序接口模塊，它主要完成上層軟件與現(xiàn)場控制站之間的數(shù)據(jù)信號的轉換和緩存， I/O 驅動程序之上的中間層實時數(shù)據(jù)庫是控制模塊，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)和控制，并對圖形顯示模塊、實時趨勢模塊和報警模塊進行通信控制。 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，人們可以從針對不同的生產(chǎn)工藝過程編制不同的控制軟件，工業(yè)被控對象稍有變動就必須修改源程序的困境中解脫出來，利用組態(tài)軟件的圖形界面，快速構建一套最適合自己的應用系統(tǒng)。 目前中國市場上的組態(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 廠商提供的產(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。 組態(tài)軟件的引入 “組態(tài)”的概念最早來自英文 Configuration,其含義是使用軟件工具對計算機及軟件的各種 資源進行配置 (包括進行對象的定義、制作和編輯，并設定其狀態(tài)特征屬性參數(shù) )，達到使計算機或軟件按照預先設置，自動執(zhí)行特定任務，滿足使用者要求的目的。 監(jiān)控層的硬件以工業(yè)級的微型計算機和工作站為主，由安裝在計算機上的工業(yè)組態(tài)軟件通過通信網(wǎng)絡，實時對控制層的 PLC 子站直接監(jiān)測控制，以實現(xiàn)對工藝單元的生產(chǎn)設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。 監(jiān)控層就是指各生產(chǎn)單元的中控室，監(jiān)控層的主要功能為根據(jù)自身的優(yōu)化程序，實現(xiàn)本工藝單元的設備調節(jié)和優(yōu)化控制功能；實現(xiàn)工藝及電氣模擬圖動態(tài)顯示及檢測量實時顯示；采集、輸送本工藝單元的各種信號，接收 管理層的指令，完成局部生產(chǎn)過程的控制。 在污水處理過程中采集和控制的信號一般 有 : 數(shù)字輸入信號、數(shù)字輸入信號、模擬輸入信號?，F(xiàn)場各個監(jiān)控點的物理參數(shù)，由對應的儀表傳感器或變送器檢測出來并變換為 420mA 電流信號，經(jīng)過屏蔽電纜送到各個子系統(tǒng)的 PLC 內(nèi)， PLC 通過各種模塊接口采樣電信號。 污水處理的 PLC 系統(tǒng)設計流程圖如圖 所示 確定控制對象及控制范圍 可編程控制器的選擇 軟件（程序）設計及模擬調試 硬件（外圍電路控制盤）設計 總線統(tǒng)調 是否符合要求 調整軟件 投入運行 調整硬件 否 是 圖 可編程控制器系統(tǒng)設計流程圖 開始中和池 A 、 B同時高液位？報警（ 3 . 1 . 1 )一個低液位，一個非高液位？開啟低液位中和池進水閥 ,關閉另一中和池進水閥開啟低液位中和池進水閥關閉高液位中和池進水閥啟動調節(jié)泵AYYNNN一個低液位，一個非高液位？Y調節(jié)池液位高中和池液位達中液 位 A開啟中和池循環(huán)出水閥、進水閥，啟動循環(huán)泵發(fā)出 PH 檢測信號P H 7 ？P H 5 . 5 ？報警P H 6 . 5 ？啟動加藥 計量泵停止加藥 計量泵中和池高液位？停止調節(jié)泵，關閉中和池進水閥延時 3 分鐘停止循環(huán)泵，關閉中和 池進水閥BYYYNYYNN中和池高液位？中和池出水閥已關閉 60 分鐘另一中和池出水閥關閉 B純水池高 液位？3 . 1 . 1啟動超濾增壓泵，開啟超濾產(chǎn)水閥每 20 分鐘，后排濃電動閥開啟 10 秒 后關閉跨膜壓差〉 0 . 0 1 5 M P a ？停止超濾增壓泵，關閉中和池出水閥，關閉超濾產(chǎn)水閥啟動后反洗泵運行 30 秒關閉，啟動后排電動閥運行 20 秒 關閉開啟前排濃電動閥 10 秒關閉開啟反滲透排濃閥延時 15 秒啟動反滲透高壓泵離子交換設備運行NYYN中和池 A 、B 高液位 圖 PLC系統(tǒng)設計流程 圖 PLC 對 I/O 量的統(tǒng)計 現(xiàn)場的調節(jié)池高液位、中和池 A、 B 高中低液位、反滲透高、低壓保護等開關信號。為了安全起見 ，一般將主電路斷開，進行預調，當確認接線無誤再接主電路，將模擬調試好的程序輸入到存儲器中調試，直到各部分功能正常，并能協(xié)調一致成為一個完成的整體控制為止。 (6) 總裝調試，總裝調試是 PLC 構成控制系統(tǒng)的最后一個環(huán)節(jié)，首先對 PLC外部連線作仔細的檢查，外部連線要準確無誤。 在設計電氣控制系統(tǒng)時，必須在控制線路 (硬接線 )設計完成后，才能進行控制柜的設計和現(xiàn)場施工。 CPU 從第一條指令開始，按順序逐條執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。 PLC 的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。 PLC 程序的設計通常采用邏輯設計法，根據(jù)污水處理生產(chǎn)過程各個工序之間各檢查元件的狀態(tài)的不同組合和變化，確定所需的中間環(huán)節(jié) (中間繼電器 )，按照各 執(zhí)行元件所要滿足的動作節(jié)拍表，分別寫出備自用相應的檢測元件及中間環(huán)節(jié)狀態(tài)邏輯值表示的布爾表達式，用觸點的串并聯(lián)組合在電路上進行邏輯表達式的物理實現(xiàn)。由于 PLC的控制功能都是以程序的形式來 體現(xiàn)的，所以程序設計污水處理自動控制中是非常重要的。輸出配置和地址分配要注意以下幾點：同類型設備占用的輸出點地址應集中在一起；按照不同類型的設備順序指定輸出點地址號；如果輸出點有多余，可將每一個輸出模塊的輸出點都分配給一臺設備或儀器；對于彼此相關的輸出器件，如電機正轉、反轉，電磁閥的前進、后退等，其輸出地址要連號。配置與地址分配這兩部分工作要安排得合理，這樣會給 PLC 硬件設計、程序編寫和系統(tǒng)調試帶來很多方便。一般系統(tǒng)響應時間 =輸入濾波時間 +輸出濾波時間 +掃描時間。由于 PLC 采用順序掃描的工作方式，所以在選擇 PLC 時，掃描周期和響應時間必須被考慮。如果控制復雜、控制要求高的項目，要求實現(xiàn) PID 運算、閉環(huán)控制、通訊聯(lián)網(wǎng)等，選用中檔、高檔機。 (3)選擇 PLC，如果工藝過程較為固定、維修量較小可以選擇整體式 PLC,否則選用模塊式結構 PLC。一個單線圈電磁閥需 2 個輸入及 1 個輸出；一個雙線圈電磁閥需 3 個輸入及 2 個輸出 :一個按鈕需要一個輸入；一個光點開關需要 1 個或 2 個輸入；一個信號燈需要 1 個輸出；波段開關，有幾個波段就需要幾個輸入；位置開關一般都需要占用 2 個輸入點。 PLC 的控制邏輯 具體設計步驟為 : (1) 根據(jù)生產(chǎn)工藝過程分析控制要求，譬如 自動控制要完成那些控制動作、動作的順序、動作的條件，需要那些保護以及連鎖等，還要考慮操作的方式，手動、自動、連續(xù)、單周期、單步等。 (3) 保證控制系統(tǒng)的安全可靠。設計前，應深入現(xiàn)場進行調查研究，收集相關工藝流程控制資料，與工藝人員以及實際操作人員密切配合，共同擬定控制方案，協(xié)同解決實際中出現(xiàn)的各種問題。每種工況的運行時間及各種測量參數(shù)也可以在線或離線調整，每臺設備和每種工況的運行情況也都可以由 PLC系統(tǒng)進行監(jiān)視。這種操作方式僅使操作人員不用到現(xiàn)場就可以控制設備，但每種工況之間的切換都必須由操作人員來干預。這是最高優(yōu)先的控制，在這一模式下， PLC 系統(tǒng)僅對這些設備進行監(jiān)視，而不能控制。控制層主要按照污水處理工藝要 求，實現(xiàn)開關量、模擬量控制，完成數(shù)據(jù)采集，計算和邏輯運算，執(zhí)行閉環(huán)控制，對多樣化的污水處理工藝設備能夠根據(jù)實時處理情況和要求，控制設備的啟停和工作強度，達到設備的最優(yōu)化調度，節(jié)約藥劑的投加量，保證污水處理效果。 根據(jù)廣西桂林漓佳有色金屬制造公司污水處理的實際控制情況及設計要求自動控制方案參考模型見圖 ，可劃分為三個控制管理層次，控制層、監(jiān)控層、管理層。 無論何種情況，由于采用的設備和技術參差不齊，使污水處理廠的生產(chǎn)運行、管理受到不同程度的影響，影響出水水質，同時國家宏觀經(jīng)濟建設政策明確提出，要廣泛推廣科學技術在各行各業(yè)的應用，用計算機信息技術、通信技術等高科技技術，提升改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，朝著生產(chǎn)過程自動化、管理信息化、高質量、高效率、節(jié)能的方向發(fā)展。這種控制方式，需要人工的頻繁介入，中間存在人為聯(lián)絡的延遲，使出水質量會有較大的波動。上、下位機之間通過網(wǎng)絡傳送采集參數(shù)和遠程控制參數(shù)。生產(chǎn)過程控制中的各種信號通過相應的變送器送入下位機，一般下位機采用可靠的 PLC 作為控制單元，運行先進的控制算法，實現(xiàn)現(xiàn)場設備的實時控制。 軟件配置 自動控制系統(tǒng)的工具軟件采用實時關系型數(shù)據(jù)庫的組態(tài)軟件，操作站平臺使用 Windows 2020 或 Windows NT 操作系統(tǒng) 。 PLC 監(jiān)控子站作為下位機，可以與現(xiàn)場 的監(jiān)控系統(tǒng)、傳感器、變送器、自動化儀表相連，進行數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理；監(jiān)控信號可通過 I/O 模板進入 PLC 進行處理，或經(jīng)過通信協(xié)議輸出口直接將傳感器、自動化儀表 信號反饋到 PLC，通過PLC 進行數(shù)據(jù)處理，然后對控制對象進行管理。 (5) 控制系統(tǒng)中存在網(wǎng)絡通信，如何實現(xiàn)較高的通信速率和通信質量，開放程的通信接口，建立完整，可靠的綜合自動化系統(tǒng)，也是需要考慮的問題。 (3) 大滯后：污水處理涉及到生化反應過程，如加藥 PH 值控制，從反應池到沉淀池的污水的 PH 值檢測約 24 分鐘，是一個大 滯后過程，在解決這個問題時，有的控制策略過于復雜 (如