【正文】 本課題利用組態(tài)王 使用 Siemens 的 PPI 協(xié)議通過 PPI/PC 電纜與 PLC 進行通 信，將污水處理控制系統(tǒng)的控制器 S7200 PLC 的各種數(shù)據(jù)采集到上位計算機，現(xiàn)場 操作人員和管理人員都可以看到各種數(shù)據(jù)。軟件方面主要問題在于程序編寫完畢后，需要首先在電腦上對程序進行軟件仿真，主要檢查是否存在各種錯誤，可利用西門子公司配套的仿真軟件。在 PLC 的外圍硬件連線方面，主要是增加一些保護設(shè)備。熟悉了 PLC 硬件的工作原理，完成了整個系統(tǒng)的模擬調(diào)試，通過對系統(tǒng)的不斷修改和調(diào)試，基本上達到了預(yù)期的設(shè)計要求。在這個過程中，使我學(xué)到了很多知識，積累了許多寶貴的經(jīng)驗，鍛煉了自己的獨立思考能力和實踐動手能力。本文詳細闡述了污水處理工藝 流程、監(jiān)控系統(tǒng)總體方案以及具體的軟硬件實現(xiàn)?；旧线_到了系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)要求。 當(dāng)在自動模式時，在自動方式下進行閉環(huán)控制，系統(tǒng)根據(jù)檢測到外部傳感器的狀態(tài)對設(shè)備進行啟?？刂?。啟動電源后按下手動或自動模式選擇按鈕。 在該控制程序中，需要根據(jù)外界輸入的狀態(tài)來控制清污機、潛水泵，以及污泥回流泵的啟停，因此需要按照超聲波液位差計反饋來的信息進行判斷處理，然后再進行輸出控制。 污水處理控制系統(tǒng)監(jiān)控程序 監(jiān)控軟件的現(xiàn)場運行界面如下圖所示 : 污水處理現(xiàn)場運行主界面圖 30 第 7 章 調(diào)試和運行結(jié)果 系統(tǒng)的 調(diào)試 在 STEP7Micro/WIN32 軟件中，通過編程，將編好的程序下載到 PLC 中進行運行調(diào)試，檢查程序是否有錯誤，是否能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能控制。 為實現(xiàn)對 PLC“數(shù)據(jù)交換存儲區(qū)中”數(shù)據(jù)的采集，在組態(tài)王 中定義了 2 個 I/O 整型變量，它們分別是 QB0 和 IB0，它們采集的數(shù)據(jù)分別是來自從站 PLC 用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的 VB100 和 VB105 兩個字節(jié)存儲單元。 變量和數(shù)據(jù)的定義 變量和數(shù)據(jù)定義如下圖所示： 29 數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn) 為了實現(xiàn)在上位計算機上進行對污 水處理控制現(xiàn)場的監(jiān)控，在 PLC 與組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)通信中，對 PLC 中的數(shù)據(jù)進行采集或刷新。然后在組態(tài)運行系統(tǒng)中選擇“畫面 /打開”命令，從“打開畫面”窗口選擇“ Test”畫面。 (6) 運行和調(diào)試 組態(tài)王工程已經(jīng)初步建立起來，進入到運行和調(diào)試階段。 在編輯筐內(nèi)輸入命令語言。“組態(tài)王”提供了 21 種動畫連接方式，如圖所示： 動畫連接圖 單擊“確定”，再單擊“確定”返回組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫中變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的 `數(shù)據(jù)變量的詳細信息。在 TouchVew 運行時，它含有全部數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值。為方便定義外部設(shè)備，組態(tài)王設(shè)計了“設(shè)備配置向?qū)А?，引?dǎo)用戶一步步完成設(shè)備的連接。外部設(shè)備包括：下位機 (PLC，儀表，模塊，板卡，變頻器等 )，它們一般通過串行口和上位機交換數(shù)據(jù)；其他 Windows 25 應(yīng)用程序，它們之間一般通過 DDE 交換數(shù)據(jù)；外部設(shè)備還包括網(wǎng) 絡(luò)上其他的計算機。 選擇“文件 /全部存”命令保存現(xiàn)有畫面。 同時支持畫面之間的圖形對象拷貝，可重復(fù)使用以前的開發(fā)結(jié)果?！敖M態(tài)王”采用面向?qū)ο蟮木庉嫾夹g(shù)，使用戶可以方便地建立畫面圖形界面。單擊“完成”完成工程的新建。彈出“新建工程向?qū)е睂υ捒?，如圖所示： 新建工程向?qū)龍D 在工程名稱文本框中輸入工程的名稱，該工程名稱同時將被作為當(dāng)前工程的路徑名稱。彈出“新建工程向?qū)е睂υ捒?，如圖所示： 新建工程向?qū)ФD 在工程路徑文本框中輸入一個有效的工程路徑，或 單擊“瀏覽 … ”按鈕，在彈出的路徑選擇對話框中選擇一個有效的路徑?！皵?shù)據(jù)交換存儲區(qū)”中存放的數(shù)據(jù)和其存放的地址如表所示。這一指定數(shù)據(jù)存儲區(qū)，我們把它稱為“數(shù)據(jù)交換存儲區(qū)”。用戶可以自由使用這一數(shù)據(jù)存儲區(qū)，存放用戶程序中涉及到的數(shù)據(jù)、參數(shù)等。 數(shù)據(jù)交換存儲區(qū)的定義 在 S7200 系列 PLC 中，不同的 CPU 模塊有不同長度的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。在 PLC 控制程序中，將 污水處理 控制系統(tǒng)運行現(xiàn)場的各項參數(shù)放入用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)的指定區(qū)域中，通過組 態(tài)王 中的 I/O 變量采集或刷新 22 這些存放在 PLC 用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)。 在 污水處理 控制系統(tǒng)中，控制器 S7200 PLC 將利用點對點 PPI(PointtoPoint)協(xié)議與安裝在上位計算機中的工業(yè)控制組態(tài)軟件進行通信。 S7200 CPU 作 PPI 主站時，還可以作為從站響應(yīng)來自其他主站的通信申請。 點對點接口協(xié)議 (PPI)PPI(PointtoPoint)是主從協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上是 S7200 CPU 均為從站，其它 CPU、 SIMATIC 編程器或 TD200 為主站。通信幀由起始和結(jié)束字符、源和目的站地址、幀長度和數(shù)據(jù)完整性校驗和組成。 PPI 和 MPI 協(xié)議通過 PROFIBUS令牌環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)，令牌環(huán)網(wǎng)時遵循 IEC61158 和歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN50170 的過程現(xiàn)場 總線。 S7200 系列 PLC 的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 S7200 系列 PLC 支持多種通信協(xié)議 ， 如點對點接口 (PPI)、多點接口 (MPI)和PROFIBUS。利用遠程撥號能實時顯示現(xiàn)場設(shè)備運行狀 況，隨時打印，報警和歷史數(shù)據(jù)自動上傳等功能。 (4) 通信系統(tǒng) 組態(tài)王 支持與遠程設(shè)備間通過撥號方式進行通訊。 組態(tài)王 還 支持多種圖形格式，如 Gif、 Jpg、 Bmp 等，并 通過可視化圖形操作，直接完成移動 、旋轉(zhuǎn) 、縮放、閃爍等 動畫連接定義 ，這樣 用戶可以充分利用已有的資源，輕松構(gòu)造自己功能強大且美觀的應(yīng)用系統(tǒng) 。組態(tài)王工程管理器的主要作用就是為用戶集中管理本機上的所有組態(tài)王工程。 (10) 設(shè)計多級安全控制和訪問權(quán) 限 。 (8) 使用多樣而靈活的方式查詢歷史數(shù)據(jù) 。 21 (6) 監(jiān)控和記錄所有報警信息 。 (4) 顯示生產(chǎn)過程的文字信息和圖形信息 。 (2) 使用圖形化的控制按鈕實現(xiàn)單任務(wù)和多任務(wù) 。無論您的應(yīng)用場合如何，您都 可以使用組態(tài)王 構(gòu)造有效的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 第 6 章 組態(tài)軟件對現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)控的實現(xiàn) 組態(tài)王 的特點 組態(tài)王 是運行在 Windows98/NT/2020 上的一種組態(tài)軟件 ， 使用組態(tài)王，用戶可以方便地構(gòu)造適應(yīng)自己需要的 “監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。 18 污泥回流系統(tǒng)工作流程圖如圖所示： 污 泥 回 流泵 房檢 測 污 泥池 水 位液 面 低 于 低位 值 ？開 始 定時延 時到 ？停 止 污 泥回 流 泵液 面 高 于 高位 值 ？開 始 定時延 時到 ？報 警啟 動 污泥 回 流泵N NYYNYYN 污泥回流系統(tǒng)工作流程圖 污泥脫水系統(tǒng)程序主要控制離心式脫水機，啟動定時： （ 1）自動過程開始首先啟動離 心式脫水機，啟動定時； （ 2）定時到，啟動聚合物泵，啟動定時； （ 3）定時到，啟動污泥泵和切割機。 15 潛水泵工作流程圖如圖所示： 潛 水 泵 控 制啟 動 潛 水 泵啟 動 定 時 2 S低 于 最 低 要求 液 面 ？高 于 高 位 液面延 時 到 ？報 警啟 動 定 時 2 S延 時 到 ？停 止 潛 水 泵YNYNNYNY 潛水泵工作流程圖 細格柵系統(tǒng)程序與粗格柵系統(tǒng)程序相似，主要控制細格柵機和清污機的運行，其工作過程包括以下幾個方面： （ 1）自動過程開始，啟動細格柵機 ，定時 20min； （ 2）定時到，停止運行細格柵機 2h； （ 3） 2h 定時到，運行細格柵機 20min，循 環(huán)進行； （ 4）同時檢測液 位差，若超過設(shè)定值則啟動清污機； （ 5）液位差低于設(shè)定值，停止清污機的運行。 粗格柵系統(tǒng)程序主要控制粗格柵機和清污機的運行，其工作過程包括以下幾個方面： （ 1） 自動過程開始啟動粗格柵機，定時 20min； （ 2） 定時到，停止運行粗格柵機 2h； （ 3） 2h 定時到，運行粗格柵機 20min，循環(huán)進 行 ； （ 4）同時檢查液位差，若超過設(shè)定值則啟動清污機； （ 5）液位差值低于設(shè)定值，停止清污機運行。 以上工作過程并不是順序控制方式，而是按 照 PLC 檢 測到傳感器狀態(tài)進行啟動，如圖所示： 啟 動 曝 氣 沉 砂系 統(tǒng)自 動 控 制啟 動 潛 水 泵啟 動 粗 格 柵 系統(tǒng)啟 動 細 格 柵 系統(tǒng)啟 動 污 泥 回 流系 統(tǒng)啟 動 污 泥 脫 水系 統(tǒng)啟 動 潛 水 攪 拌器 和 刮 泥 機 自動操作模式流程圖 在自動控制模式流程圖中，調(diào)用了各個控制系統(tǒng)的程序，主要包括粗格柵系統(tǒng)程序、潛水泵程序、細格柵系統(tǒng)程序、曝氣沉砂系統(tǒng)程序、污泥回流泵系統(tǒng)程序以及污泥脫水系統(tǒng)程序。每個設(shè)備可以單獨運行，也可單獨調(diào)試每個設(shè)備的運行，以測試設(shè)備的性能。 總體流程設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制方式分為手動和自動。 第 5 章 軟件部分的設(shè)計 采用西門子公司為 S7— 200 系列 PLC 開發(fā)的 STEP7— Micro/WIN32 作為編程軟件，上面介紹了工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和電氣控制部分的結(jié)構(gòu)，硬件結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計基本完成后，就要開始軟件部分的設(shè)計，根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和硬件部分的設(shè)計情況及 PLC 控制系統(tǒng) I/O 的分配情況，進行軟件編程 設(shè)計。新型的溶氧 電極有鹽度測試功能，自動實現(xiàn)鹽度補償和溫度補償；儀器內(nèi)置氣壓傳 12 感器，自動實現(xiàn)氣壓補償。配用 2503 型 pH 電極，可用于離子強度較低、渾濁液體和膠體溶液的測量。 ℃，自動溫度補償： pH：（ 0~100）℃ 溶解氧：（ 0~45）℃，其他參數(shù)：數(shù)據(jù)儲存： 900 組，通訊接口： RS232，電源： DC9V/300mA。 % FS 溶解氧：177。 mV，溶解氧：（ 0~）mg/L(ppm)；（ 0~） % 溫度：（ 10~110）℃精確度： pH：177。選用 PH/ 溶解氧測量儀型號 :SA29MP525。對結(jié)構(gòu)和透氧膜確定的傳感器而言，在一定溫度下，氧傳感器的電流只與試樣中的氧分壓成正比。它是根據(jù)電池原理而設(shè)計的，本身就是個電池，不需要外加電壓，可通過測量電解電流來測量溶解氧濃度。這種電極利用膜可滲透氧但不能滲透水和有機及無機溶質(zhì)的原理，保護電極不與這類還原物質(zhì)緊密接觸，從而使傳感器的靈敏度不受影響。金與鉑電極能克服 DME遇到的某些困難，但在一些生物介質(zhì)中就失效。用傳統(tǒng)的化學(xué)方法（如碘量滴定 法）測定溶解液中的溶解氧是很費時的，且成本很高，不能連續(xù)測量，而用滴汞電極（ DME）的極譜分析最為簡單。超聲波液位差計具有精度高，壽命長，穩(wěn)定可靠，安裝維護方便等特點。采用先進的嵌入式微處理技術(shù)，使其測控儀器達到了高度的數(shù)字化和智能化。 / 6176。工作溫度： 20~60℃ ，工作電壓： AC220V 或 DC24V，工作壓力：常壓，差值精度：177。 超聲波液位差計精度較高，且有多種量程可供選擇，其輸出信號有一下三種：可編程繼電器輸出、高精度 4～ 20mA 模擬信號輸出、 RS485 通信口輸出，可根據(jù)需要的信號選擇輸出，作為 PLC 的輸入信號。粗格柵、細格柵各安裝了一臺超聲波液位差計，通過格柵機前后的液位差來反映格柵機阻塞程度，并傳輸?shù)?PLC 控制器，進行分析計算。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星 三角起動器。強通用性：具有 50Hz60Hz 通用線圈，可以全世界通用。強適應(yīng)性：“ TH”防護處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。其特點有：高標(biāo)準(zhǔn)：符合IEC6094741 和 標(biāo)準(zhǔn)。 （ 3）接觸器 在控制系統(tǒng)中，所有設(shè)備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反饋值進行動作的，因此需要 PLC 根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來控制 所有設(shè)備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機接觸器、清污機接觸器、潛水泵接觸器、分離機接觸器、 11 轉(zhuǎn)碟曝氣機接觸器、潛水?dāng)嚢铏C接觸器、刮泥機接觸器等。系統(tǒng)選用回流泵： CP5(T)，流量： 45m179。 （ 2）回流泵 回流泵在系統(tǒng)中主要用于污泥回流。系統(tǒng)選用羅茨風(fēng)機： GRB100，風(fēng)量： 179。使用一級研磨齒輪，精度高、壽命長、低噪音。特殊葉輪設(shè)計，高效率省能源。主要特點有排出氣體不含油污。 （ 1）羅茨風(fēng)機 羅茨風(fēng)機在污水處理系 統(tǒng)中主要用于曝氣。 硬件電路接線圖 根據(jù)實際 PLC 模塊， I/O 分配表和 I/O 接線圖，連接 PLC 各模塊，并通過 PC 機聯(lián)機，實現(xiàn)程序控制要求。正好可以 滿足控制系統(tǒng)的 I/O 需求。 CPU226在污水處理系統(tǒng)中使用的數(shù)字量輸入點和輸出點都比較多，因此除了 PLC 主機自帶的 I/O外，還需要擴展一定數(shù)量的 I/O 擴展模塊。同時可以實時監(jiān)測所控設(shè)備工作狀態(tài)，具有設(shè)備故障報警、參數(shù)打印等功能。污泥泵開始運行，排泥至儲泥池。 (4) 排水 SBR 池水位到達最高水位，并經(jīng)過沉淀工藝以后，上清液 (上面的清液）由潷水器緩慢污水池 水泵 污水 處理后的污水 肥料 泥池 風(fēng)機 SBR 池 10 排出池外。在進入沉淀工序前，應(yīng)進行 短時間的微量曝氣，以吹脫污泥上黏附的氣泡或氮，以保證排泥順利進行。鼓風(fēng)機啟動，開始曝氣，同時潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾眠\行，可開始反應(yīng)操作，如驅(qū)除 BOD、硝化、磷的吸收以及反硝化等。 (2) 反應(yīng) 反應(yīng)工