基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计

基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计

姓名：姚白莹申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导教师：芮贤义

2010-10

基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计 中文摘要

基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计

中文摘要

随着我国经济的高速发展，环境保护已经是一个突出的需要重视的问题。污水处理在环境保护中又是一个最重要的环节。同时随着计算机技术和我国污水处理工程迅速发展，对污水处理过程自动化程度要求不断提高，利用先进的控制技术和设备对污水处理过程进行监控是非常必要的。生活污水处理过程是一个复杂的非线性、多变量的控制过程，传统的污水处理厂的控制多采用常规的仪表控制,以手动控制为主,依靠操作工人的知识和经验。这种方式水处理质量不稳定，劳动生产率低，系统信息分散。为了提高水处理质量，降低水处理成本，必须应用先进的自动控制设备和技术，设计全自动控制的污水处理厂。

本文所设计的生活污水处理控制系统分为以下三个部分：生活污水处理控制系统工艺流程、PLC程序的设计开发和上位机监控软件WinCC的开发。本文首先介绍生活污水处理的现状、常用的处理方法和检测标准；其次根据生活污水处理的工艺流程进行了PLC的程序开发及仿真；最后应用WinCC软件对生活污水处理过程进行了监控画面的设计，建立了设备控制操作画面、设备状态监视画面、水质参数的实时曲线。开发了用于报警监控的报警界面完成了系统实时报警功能，实现了生产报表的自动生成。对每一个界面都有其图形设计画面，完全利用了WinCC的强大组态功能，更加方便了对污水处理过程的监控和管理。本设计实现了生活污水处理系统的自动监控，提高了污水处理的技术管理水平。对于解决环境污染和日益严峻的能源危机具有重大的现实意义。

关键词：生活污水处理；PLC；WinCC；组态软件；

作 者：姚白莹

指导教师：芮贤义

Abstract Design of wastewater treatment control system based on PLC

Design of live wastewater treatment control system based on PLC

Abstract

With the high speed development of our country’s economy, the environmental protection is already an outstanding problem which needs more attention. The treatment of live wastewater is the most important link in the environmental protection. In the meantime with the quick development of the computer technique and the treatment of live wastewater in our country, the demand upon the automation of live wastewater treatment is rising all the while. Making use of the advanced control technique and equipments to supervise and control live wastewater treatment is very necessary. As the characters of live wastewater treatment process is nonlinear and multivariable, traditional control strategies in wastewater treatment plant have used traditional meters and manual control model. Moreover the whole control process has been dependent on people’s knowledge and experiences, which means unstable water’s quality, low labor productivity and decentralized system information. Fully automatic control wastewater treatment plants are decisive in order to improve the quality of water treatment and reduce the cost of manufacturing. This can only be done by applying advanced automatic control equipment and technology. The wastewater treatment of control system has three parts: the process of live wastewater treatment, PLC program and develop the Customer software with WinCC. This paper only describe the part of the Configuration software with WinCC: develop the supervision interface of wastewater treatment, establish the database of equipment operation, equipment running state and display the real-time curve of water quality. The alarm picture of monitor and control accomplished the function of real-time alarm, automatic generation the reports of the whole factory. Every interface has developed designing picture and running picture. Through use the great configuration abilities of WinCC, supervise of wastewater treatment factory conveniently. The automatic monitoring are realized，and the management level of sewage treatment is improved by the designed system. It has great realistic significance for solving environment pollution and energy crisis.

Keywords: Treatment of live wastewater; PLC; WinCC; configure software;

Written by Yao Baiying Supervised by Rui Xianyi

基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计 第一章 概 述

第一章 概 述

水与人的生活息息相关，特别在现代社会生活及生产中人们对水的需求量与日俱增。然而，水资源是有限的。据报道我国人均拥有淡水量为2400吨，为世界平均值的1/4，在全球149个国家(参与统计国家)中，我国人均淡水资源位居110位属于淡水资源贫乏的国家，而且我国水资源时空分布极不均衡，全国500多个城市缺水，其中300多个严重缺水，北方地区缺水现象尤其严重，人均拥有淡水量仅有240吨[1]。淡水资源的短缺己经成为我国急需解决的问题。

我国淡水资源不断减少，而且污染现象较为严重。随着城市规模的不断扩大和人口的增加，水环境污染成了一大难题。城市生活污水是目前江河湖泊水域污染的重要原因，是制约许多城市可持续发展的主要原因之一。目前全国城市废水的处理率(达排放标准的)仅有10%左右，其余90%的污废水都直接排入河川、湖泊、海洋[2]。耗水量高、重复利用率低、污染严重是我国生活用水系统水资源利用的突出问题。气象学家预测，2100年全球变暖加剧，地表将有1/3的面积变为沙漠，那时，干旱将威胁全球一半的人类的生存[3]。这些现象都是水污染产生的严重后果，因此污水处理项目的实施已经刻不容缓。

众多迹象表明，水资源的短缺无疑将成为制约经济持续协调发展的瓶颈，因此世界各国越来越重视水处理和水的再利用，通过各种技术进一步提高供水质量，提高经济效益，并且污水处理过程中，经过厌氧和好氧处理，污水中的热量、沼气等再生能源可以为工业生产提供二次能源，真正实现变废为宝、循环经济的目的。

1.1 国内外生活污水处理发展现状

1． 国内生活污水处理现状

我国现有城市污水处理厂，80%以上采用的是活性污泥法,其余采用一级处理、强化一级处理、稳定塘法及土地处理法等[4]。随着我国对水环境质量要求的提高，特别是对出水氮、磷的要求提高,使得新建城市污水处理厂必须考虑氮磷的去处问题。由此开发了许多改进型活性污泥工艺技术, 如氧化沟法、A2/O法等。我国污水处理水平低，不论是设备还是技术，或者是处理的深度和广度，都远远落后于发达国家。

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总的来说,我国污水处理仍处于发展阶段,且还存在很多制约因素,其发展过程面临着重重困难，主要表现在以下三方面[5]:

首先,受水污染治理行业本身发展水平的制约。如：企业小、生产规模小、生产力分散；产品生产趋同性明显，专业化分工不足；产品加工一般比较简陋，产品质量保障体系不健全,产品质量不高；市场竞争力脆弱，且不具备参与国际竞争的能力。

其次,市场发育的不完善也是一个重要制约因素。目前,相关市场的秩序还比较混乱；市场管理不力,行政性的市场干预严重,市场销售中质量和技术难以成为购买的主要因素；行业组织尚未发挥应有作用。

第三,污水处理工艺选择不结合本地区的实际情况,而是选组热门工艺。选择污水处理工艺时,出现单纯追求工艺新,追求时髦工艺,不考虑本地区的进水水质、处理水量以及出水用途的问题,以致造成设施设备闲置,增大了建设投资也提高了日常运转成本。此外,污泥没有真正达到无害化,没有最终处置的途径,给环境带来再次污染的隐患。

从总体上看，我国的污水处理能力还远远不能满足需要。污水处理厂绝大部分是一、二级污水处理，与实际需要相差甚远。污水设备存在着效率低、能耗高、维修率高、自动化程度低等缺点。而在欧美、日本等一些发达国家，已经普遍施行了城市污水的集中二级处理、二级强化处理，以及一定程度的三级处理[6]。我国水处理的落后不仅体现在污水处理厂的数量上，更重要的是，我国的自动控制水平与发达国家相比还存在较大差距，控制技术不能满足许多复杂工艺的要求，导致污水处理率严重低下。污水处理控制系统存在着以下特点及不足：

(1)各种类型及层次的控制系统并存，良莠不齐。大型污水处理厂一般是全套引进，控制系统技术先进、可靠性高，但投入和维护成本巨大，且不利于消化。中小型处理厂则不同程度存在着应变能力差、自动化程度低、故障率高等问题。

(2)开始采用新技术、新工艺及智能元件。分布式控制系统开始大量应用，总线控制系统也发展迅速，并结合自身条件去探索新的工艺。

(3)控制系统的监控及通讯功能存在着极大不足，控制系统之间协调性不够，一般不使用远程控制功能。

(4)自动控制系统的相关配套产品的质量、技术、品种急需提高。

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2. 国外生活污水处理现状

国外的一些发达国家，如美国、日本、西欧等国，由于这些国家经济发达，并较早的实现了工业现代化。这些国家经济发展较早而且较快，环境问题特别是水资源污染的严重性也较早的体现出来，同时也得到了这些国家的重视，投入了大量的人力、物力进行水处理的研究。这些国家在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究。这些国家先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。一些发达国家经过几十年的努力，污水处理率己经达到了80%-90%，成功的解决了来自于城市和工业的点源污染问题。同时一些国家开始重视污水的回用，如以色列的污水回用率达到了90%。

由于控制技术、网络通信技术以及现场总线技术的飞速发展，国外的污水厂很早便实现了污水厂的网络控制，如DCS, FCS系统。同时国外较早的将SCADA技术引入到了给水排水工程中，并取得了良好的经济效益与社会效益[7]。国外同时注重水处理中PLC的开发，相继研制出了一些智能、稳定、小巧的控制单元，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列、Schneider的TSX Quantum系列;同时国外也很重视在线仪表的研制，如德国E -I- H公司，美国的哈希公司相继研制了溶解氧DO (Dissolved Oxygen)、化学需氧量COD (Chemical Oxygen Demand)分析仪。国外污水处理自控系统主要存在以下几个特点:

(1)采用集散控制系统DCS和现场总线控制系统FCS。按照厂区的自身情况和工艺段来划分若干个控制站，站与站之间可以平级关系也可以是上下级关系，站与站之间一般运行。设立中控室，中控室有操作员站和工程师站，负责全厂的数据管理与记录、报表等工作。

(2)大量采用在线监测的水质分析仪表，对全厂的水质实行实时监测，并由上位机记录下来，提高了测量精度。

(3)生产过程中不同程度上采用了智能控制，可以根据水质和水源的变化自动的调整相应的控制方式。

(4)大量采用遥测、遥控设备;并开始有效地利用社会信息资源，如电话网络、移动电话网络、国际互联网、气象信息等。

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1.2 课题研究的目的和意义

污水是造成环境污染的重要因素之一，也是社会可持续发展必须解决的问题之一。随着工农业的发展和人口的增加，自然环境普遍性地恶化，水污染问题己经引起了各个国家的广泛关注，成为了人类共同的研究课题。

污水处理是一项紧迫性的任务，它可以避免环境恶化和更大的经济与资源损失。它既是防止水资源污染的重要手段，又可开发新的水源，有着事半功倍的效果，而且污水处理的持续发展是保证水资源长期不受污染和水资源持续再生的重要保证。因此，发展污水处理产业具有重要的社会意义。

未来几年，我国污水处理项目工程建设投资将超过2500亿元，提出了至2015年要求设置污水处理率不低于60%目标。因此，为了可持续发展，未来一段时间内我国污水处理事业将是一项重点关注课题。采用先进、实用的技术改造传统工艺，在环保工程中广泛采用先进的自动控制技术，是推动环保产业升级，实现环保发展战略的重要环节。在这种形势下，利用PLC及组态软件对生活污水处理系统进行控制，无疑是一个具有巨大的社会效益、环境效益及经济效益的研究课题。

1.3 课题研究的主要内容

本课题以实际课题为背景展开工作，主要完成了生活污水处理的PLC自动控制和上位机的组态监控画面设计，主要进行的工作如下:

第一章讨论了本课题的研究背景、国内外在这方面的发展状况、指明了本课题所要做的工作：设计生活污水处理控制系统，设计对应的实时监控系统。

第二章着重介绍了生活污水处理控制系统的工艺流程，同时介绍了可编程控制器组成、工作原理、应用领域及西门子S7系列可编程控制器。

第三章介绍了整个控制系统的设计思路、PLC系统资源的分配及由程序来实现控制要求。

第四章是组态软件的介绍和实时监控系统的设计及整个系统的运行效果。 第五章是文章的总结和展望，对本课题研究的工作做了总结以及今后针对该系统的研究工作。

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第二章 生活污水处理系统及可编程控制器介绍

2.1 污水处理概述

在人们的生产和生活活动中 ，每天都在使用和接触着水。在这一过程中，水受到人类活动的影响，其物理、化学性质发生变化，就变成了污染过的水，简称为污水

[8~9]。

1. 污水组成

(1)生活污水：它是人们在日常生活中使用过的，并被生活废料所污染过的水，包括厨房和卫生间用水。 成分：含有泥沙、油脂、皂液、果核、纸屑、食物屑、病菌、粪尿和杂物等，其中无机物占 40%，有机物占60%，与工业废水相比，污染物浓度较低。

(2)工业废水：来自工厂车间和厂矿，是指在工矿企业生产活动中使用过的水。 包括：生产污水：指在生产过程中形成，并已被废料（生产原料、半成品或成品等）污染过的水，需进行净化处理。 生产废水：它也是在生产过程中形成，但并未直接参与生产工艺，未被废料污染的水，因此不需净化处理。

与生活污水相比，工业废水污染物浓度高，毒性大。不同企业，工业废水的污染物浓度、种类不同，因此不能通过一种通用技术和工艺来治理，往往要求在排出工厂前，处理到符合排放标准才能排放。所以在工厂内需建污水处理站。

(3)被污染的雨水：主要指初期雨水，指雨水流经地表时受到的污染，也需净化处理。这三种污水在城市里最后都要汇集在一起，进行处理，我们称为城市污水。

本课题要研究的是其中生活污水处理系统。 2. 污水出路

污水经净化处理后，最终出路有：

(1)排放水体：是污水的自然归宿。从河里取用的水，回到河里是很自然的，作为水体的补给水。但污水排入水体应以不破坏该水体的原有功能为前提。在具体操作时，应以排放标准来控制。这是最常用的一种污水出路，同时也是造成水体污染的原因之一。

(2)灌溉田地：但必须符合灌溉的有关规定。如化肥厂水含Ｎ、Ｐ高，在厂内处

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理后，达到一定标准可进行灌溉。

(3)重复使用（回用）： 城市生活用水如冲洗厕所等和市政用水如城市绿地灌溉、洒浇道路、消防用水、建筑用水和城市景观用水等。

2.2 生活污水的性质与污染指标

1. 污水的物理性质及指标[10]

表示污水的物理性质的指标主要指水温、色度、臭味、固体含量及泡沫等。 1)水温

污水的水温，对污水的物理性质、化学性质及生物性质有直接的影响。 2) 色度

色度由悬浮固体、胶体或溶解物质形成。 3) 臭味

臭味主要由有机物产生的气体造成，臭味给人以感观不悦，甚至会危及人的生理、呼吸困难，倒胃胸闷等。 4) 固体含量

固体物质按存在的形态不同可分为:悬浮的、胶体的和溶解的三种;按性质的不同可分为:有机物、无机物与生物体三种。 2. 污水的化学性质及指标

污水中的污染物质，按化学性质可分为无机物与有机物;按存在形态可分为悬浮状态和溶解状态。 1）无机物及指标

无机物包括酸碱度，氮，磷及重金属离子等。 (1)酸碱度

当pH值超出6-9的范围时，会对人、畜造成危害，并对污水的物理、化学及生物处理产生不利影响。尤其是当pH值低于6的酸性污水，对管渠、污水处理设备建筑物产生腐蚀作用。 (2)氮、磷

氮、磷是植物的重要营养物质，也是污水进行生物处理时，微生物所必须的营养物质，主要来源于人类的排泄物及某些工业废水。氮、磷是导致湖泊、水库、海湾等缓流水体富营养化的主要原因。

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(3)硫酸盐与硫化物

污水中的硫化物主要来源于工业废水和生活污水。硫化物属于还原性物质，要消耗水中的溶解氧，并能与重金属离子反应，生成金属硫化物的黑色沉淀。 (4)氯化物

氯化物主要来源于人类的排泄物，如果水中的氯化物含量高时，对管道及设备有腐蚀作用;如灌溉农田，会引起土壤板结，影响生物处理的效果。 2）有机物及有机物污染指标

生活污水所含的有机物主要来源于人类的排泄物及生活活动产生的废弃物、动植物残片等，主要成分是碳水化和物、蛋白质与尿素及脂肪。 (1)碳水化和物

污水中的碳水化和物包括糖、淀粉、纤维素和木质等，属于可生物降解的有机物，对微生物无毒害与抑制作用。 (2)蛋白质与尿素

蛋白质由多种氨基酸化合物结合而成，属于可生物降解有机物，对微生物无毒害与抑制作用。蛋白质与尿素是生活污水中氮的主要来源。 (3)脂肪和油类

脂肪和油类是乙醇或甘油与脂肪酸形成的化合物，主要成分是碳、氢、氧。 (4)酚

炼油、石油化工、焦化、合成树脂、合成纤维等工业污水中都含有酚，属于有害物质。 (5)有机酸、碱

有机酸工业废水含有短链脂肪酸、甲酸、乙酸和乳酸。都属于可生物降解有机物，但对微生物有毒害或抑制作用。 (6)表面活性剂

生活污水与表面活性剂制造工业废水，含有大量表面活性剂。含有磷并易产生大量泡沫，属于难生物降解有机物，同时磷是水体富营养化的主要元素之一。 (7)有机农药

有机农药有两大类，即有机氯农药与有机磷农药。有机氯农药毒性极大且难分解，会在自然界不断积累，造成二次污染，故我国于70年代起，禁止生产与使用。现在

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普遍采用的有机磷农药，约占农药总量的80%以上，毒性大，属于难生物降解的有机物，并对微生物有毒害与抑制作用。 3．污水的生物性质及指标

污水中的有机物是微生物的食物，污水中的微生物以细菌与病菌为主。污水生物性质的检测指标有大肠菌群数(或称大肠菌群值)、大肠菌群指数、病毒及细菌总数。 (1)大肠菌群数(大肠菌群值)与大肠菌群指数

大肠菌群数(大肠菌群值)是每升水样中所含有的大肠菌群的数目，以个/L计;大肠菌与病原菌都存在于人类肠道系统中，水中存在大肠菌，就表明受到了粪便的污染，并可能存在病原菌。 (2)病毒

污水中已检查出的病毒有100多种。检出大肠菌群，可以表明肠道病原菌的存在，但不能表明是否存在病毒及其他病原菌(如炭疽杆菌)。 (3)细菌总数

细菌总数是大肠菌群数、病原菌、病毒及其他细菌的总和，以每毫升水样中的细菌菌落总数表示。

2.3 生活污水处理系统的工艺流程

污水处理整个过程主要分别有格栅间、隔油沉淀池、调节池、事故池、A/O池、鼓风机房、二次沉淀池、混凝反应池、混凝沉淀池、综合工房、综合泵房这几个环节组成[11~14]。其工艺流程如图2.1所示：

图2.1 生活污水处理工艺流程图

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（1）格栅间包括格栅机、自吸泵、轴流风机、手动葫芦、超声波液位计、电磁流量计。格栅机用于滤出污水中较大的废弃物，例如木棒、大塑料袋等。自吸泵和超声波液位计一起来监视调节格栅间的液位情况。电磁流量计用于上位显示自吸泵总管出水口流量。

（2）隔油沉淀池包括转子泵、电磁流量计（上位显示隔油沉淀池旁入口污水流量），主要作用在于滤除污水中的油污。

（3）调节池、事故池包括加药混合反应装置、气浮装置、调节池自吸泵、事故池自吸泵、2个超声波液位计、电磁流量计、温度计。加药混合反应装置又包括FeSO4搅拌机、FeSO4计量泵、Na2CO3搅拌机、Na2CO3计量泵、K2HPO4搅拌机、K2HPO4计量泵、PAC搅拌机、PAC计量泵。其主要作用是向水里加入适量的药剂从而改善水质。气浮装置包括气浮机、搅拌机、刮渣机、螺旋输送机，用于进一步去除水底部的固体垃圾。两台泵和液位计则控制池中水位的高低，电磁流量计反应自吸泵出水口的出水量。

（4）A/O池包括潜水搅拌机、平浆式搅拌机、混合液回流泵、超声波液位计、电磁流量计3个、水表、PH温度计2个、ORP测定仪2个、溶氧仪2个。该池子用于加药后污水和药剂的化学反应。搅拌机使反应更加充分，液位计和电磁流量计用于监控池中液位和泵出水口流量情况。

（5）鼓风机房的罗茨鼓风机给气浮机提供气压，从而使气浮泵吹起池底的杂物进行滤除。

（6）二次沉淀池用于沉淀污水中的细小颗粒，并用刮吸泥机清除池底的沉积物。 （7）混凝反应池包括混合池搅拌机和反应池搅拌机，加药污水化学反应后在混凝沉淀池中沉淀出反应物，并通过刮吸泥机清除反应物。

（8）综合工房包括立式回用水泵、立式回流污泥泵、剩余污泥泵、化学污泥泵、移动式污泥泵、超声波液位计3个和电磁流量计。

（9）综合泵房包括PAM 搅拌机、PAM计量泵、M180A搅拌机、M180A计量泵、换气扇、输泥螺杆泵、空压机、反冲洗泵、带压机、无轴螺旋输送机。化验设备和电磁流量计。

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2.4 可编程控制器的介绍

在生活污水处理系统中，由于运行大部分是单向运行，采用开关量和模拟量控制，而可编程控制器（PLC），针对不同的现场信号，如交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流等，有相应的I/O模块与现场设备，如按钮、行程开关、传感器和控制阀等直接连接。为了提高操作性能，PLC还有多种人－机对话的接口模块[15~17]。因此下面对PLC进行一个介绍。 1. PLC的基本结构

可编程序控制器是专为工业现场而设计的，其基本结构与典型的计算机结构相同，主要由电源、处理器单元（CPU）模块、I/O模块、编程器等部分组成。

1）CPU模块的功能

CPU 模块是PLC 的核心，由处理器单元（CPU）和存储器组成，主要完成以下功能：

（1）接收并存储用户程序和数据；

（2）用扫描方式接收现场输入设备的状态和数据，并进行存储； （3）诊断电源及PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误； （4）执行用户程序；

（5）根据程序运行结果更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。

2） CPU模块中的存储器

存储器用来存储数据和程序，可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。RAM是易失性存储器，电源掉电后，其中存储的信息将丢失，工作时，用户可以写入，也可以读出其中的数据。ROM是非易失性存储器，它的电源掉电后，其中存储的信息仍将保留，但其内容只能读出，不能写入，因此称为只读存储器。

PLC的程序可分为系统程序和用户程序，系统程序相当于PC中的操作系统，包括监视程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。用户程序即由用户设计，使PLC完成用户特定的要求的程序。相应地，PLC中的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。

在PLC中通常使用RAM 存储用户程序，RAM 工作速度快，价格便宜，同时在PLC

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中配有锂电池，当外部电源断电时，可用于保存RAM中的信息。PLC的系统程序通常存放在ROM中，另外，PLC中的存储器还有可擦写可编程只读存储器（EPROM）和电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）,这两种只读存储器兼有ROM的非易失性和RAM 的可读可写的优点，可以用编程装置对其编程，如果不再需要存储器中的内容，可将其擦除，重新写入新的程序，在PLC中通常使用它们来存储用户程序和需要长期保存的重要数据。

3） I/O模块

I/O模块是外部设备与CPU连接的桥梁，I/O模块通常可以实现电平转换、输出驱动、A/D转换、D/A转换、串/并行转换、数据传递等功能。

（1）输入模块 输入接口电路的典型结构如图2.2所示，其内部通常设有RC滤波电路和光耦合器。RC滤波电路可以滤掉外部干扰脉冲防抖动，光耦合器可以防止强电干扰，起到隔离作用。

图2.2 输入接口电路典型结构图

（2）输出模块 将主机输出的信号转换成驱动外部设备工作的信号。输出接口电路也采用电气隔离技术。典型的输出接口电路如图2.3所示。

图2.3 输出接口电路典型结构图

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4） 电源

PLC一般使用220V的交流电源或24V的直流电源。内部的开关电源为PLC各模块提供5V及24V的直流电源。

5） 编程器

PLC的编程器有两种：一种是手持编程器，它由键盘、显示器和工作方式选择开关等部分组成，主要用于调试简单程序、现场修改参数及监视PLC自身的工作情况；另一种是利用上位计算机中的专业编程软件，它主要用于编写较大型的程序，并能灵活地修改、下载安装程序及在线调试和监控程序，它的应用较前者更为广泛。

2． PLC的应用领域

多年来，可编程控制器（以下简称PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业[18]，使用情况主要分为如下几类：

（1） 开关量逻辑控制

取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 （2）工业过程控制

在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 （3）运动控制

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PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 （4）数据处理

PLC具有数算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 （5）通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。 3.西门子S7系列可编程控制器介绍

S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用[19~20]。其模块化结构设计使得各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。 1）系统组成

处理单元(CPU)：各种CPU有不同的性能，例如，有的CPU上集成有PROFIBUS—DP通讯接口等。

信号模块(SM)：用于数字量和模拟量输入／输出。 通讯处理器(CP)：用于连接网络和点对点连接。

功能模块(FM)：用于高速计数，定位操作(开环或闭环定位)和闭环控制。 负载电源模块(PS)：用于将SIMATICS7—300连接到120／230V交流电源，或24／48／60／110V直流电源。

接口模块(1M)：用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架(ER)。S7—300通过分布式的主机架(CR)和3个扩展机架(ER)，可以操作多达32个模块。运行时无需风扇。

SIMATICS7—300适用于通用领域：高电磁兼容性和强抗振动，冲击性，使其具有最高的工业环境适应性。 2）功能

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SIMATICS7—300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，其主要功能如下：

（1）高速的指令处理：0．1—0．6us的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。

（2）浮点数运算：用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。

（3）方便用户的参数赋值：一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值。

（4）人机界面(HMI)：方便的人机界面服务已经集成在S7—300操作系统内、因此人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面(HMI)从S7—300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送。

(5)诊断功能：CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件(例如：超时、模块更换等)。

(6)口令保护：多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改，操作方式选择开关：操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就防止非法删除或改写用户程序。 3） 通讯

这是一个经济而有效的解决方案；方便用户的STEP7的用户界面提供了通讯组态功能，这使得组态非常容易、简单。

SIMATICS7—300具有多种不同的通讯接口：多种通讯处理器用来连接AS—I接口和工业以太网总线系统；串行通讯处理器用来连接点到点的通讯系统；多点接口(MPl)集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATICS7/M7／C7等自动化控制系统。

CPU支持下列通讯类型：

过程通讯：通过总线(AS—I或Pronbus)对I／O模块周期寻址(过程映象交换)。 数据通讯：在自动控制系统之间、人机界面(HMl)和几个自动化功能块间相互调用。

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基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计 第三章 控制系统设计

第三章 控制系统设计

污水处理控制系统总体设计框图如图3.1所示

图3.1 污水处理控制系统总体设计框图

由PLC与工业控制计算机来实现污水处理控制系统的自动控制。PLC具有很高的稳定性与可靠性且抗干扰能力较强，很适合现场控制，但没有一个很好的人机交互界面；而采用工业控制计算机控制具有很高的灵活性和方便性，但是抗干扰能力较差

[21]。这里结合

PLC控制和工控机控制的优点，采用了PLC＋IPC的控制方法，将PLC

和IPC控制有机的结合在一起。该系统采用上、下位机的主从式结构，各部分功能如下：

主控PLC作为下位机连接污水处理设备，通过PLC1站和PLC2站来完成现场数据的实时采集和分站控制、状态判别、本地报警控制。

上位机采用工业控制计算机，以组态软件为核心设计实时监控界面，实现状态显示、系统设置、模式选择、参数设置、故障记录、负荷记录、时间日期、实时数据显示与报表统计等功能，操作界面直观[22~24]。另外它与打印机、UPS等其它输入输出设备相连。

在工控机与PLC的集成控制系统中，如何实现工控机与PLC的数据交换非常重要。一般有两种方法：利用串口通信或通过I/O卡实现。考虑到数据的实时性和可靠性，本系统采用的是串口通信方式。通信接口均为PLC与工业控制计算机的RS232接口。

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3.1 总体设计

3.1.1. 控制要求

按照污水处理工艺流程，该系统每个环节的控制要求如下[25~26]。 1．格栅间

（1）格栅机（X460－1）。现场手动，设备自带控制箱，上位机显示运行状态。 （2）自吸泵（P460－1A-B）。集水池为低液位时停泵，正常液位一台泵工作，高液位报警（蜂鸣器报警加上位显示报警信息）并启动另一条泵。两台泵互为备用，每天轮换一次。如果其中一台泵故障（蜂鸣器报警加上位显示报警信息），则备用的泵自动顶替故障泵运行，此后无论到达中液位或高液位均是备用泵运行，直到故障泵修复。手动/自动转换，上位机可以点动并显示运行状态。

（3）轴流风机（C460-1）。现场设启停按钮。

（4）超声波液位计（LIT-6001）。其模拟量输入转化成高中低三个液位的数字量输出。显示格栅间液位当前值。范围为－4.300～0.150m，高液位：－2.4m，中液位：－2.8m，低液位：－3.8m。

（5）电磁流量计（FQIT-6002）。上位显示自吸泵出水管流量。范围为0～40m3/s。 2．隔油沉淀池

（1）转子泵（P461-1A-B）。现场设启停按钮。

（2）电磁流量计（FQIT-6101）。上位显示隔油沉淀池旁入口污水流量。范围为0～50 m/s。 3．调节池、事故池

（1）加药混合反应装置（X4-1）。手动控制，设备自带控制柜，只监不控。设备如果出现故障，则蜂鸣器报警加上位显示报警信息。

（2）气浮装置（X4-2）。手动控制，设备自带控制柜，只监不控。设备如果出现故障，则蜂鸣器报警加上位显示报警信息。

（3）调节池自吸泵（P4-1A-B）。两台泵一用一备，中液位启动一台泵，低液位停泵，高液位报警（蜂鸣器报警加上位显示报警信息），但仍启动一台泵。每天轮换一次（禁止同时运行两台泵）。如果其中一台泵故障（蜂鸣器报警加上位显示报警

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信息），则备用的泵自动顶替故障泵运行，此后无论到达中液位或高液位均是备用泵运行，直到故障泵修复。手动/自动转换，上位机可以点动并显示运行状态。

（4）事故池自吸泵（P4-2A-B）。手动控制，低液位保护，只监不控。设备如果出现故障则蜂鸣器报警加上位显示报警信息。

（5）超声波液位计（LIT-6201）。其模拟量输入转化成高中低三个液位的数字量输出。上位显示调节池内当前液位，范围为－2.500～3.000m，其中，高液位：2.5m,中液位：1.0m，低液位:-2.0m。 4．A/O池

（1）潜水搅拌机（X465-1A-D）。现场手动，设备自带控制柜及潜水电机保护器，只监不控。

（2）平浆式搅拌机（X465-2）。现场手动，设备自带控制柜，只监不控。 （3）混合液回流泵（P465-1A-C）。高液位报警，低液位停泵，手动控制启停，要求带潜水电机保护器。

（4）超声波液位计（LIT-6501）。其模拟量输入转化成高中低三个液位的数字输出。上位显示A/O回流井内当前液位。范围为－2.500～3.000m，其中，高液位：1.9m，中液位：－0.1m，低液位：－2.0m。

（5）电磁流量计（FQIT-6502）。上位显示DN150污泥回流管内当前流量，范围为30～70 m/s。

（6）水表（FQIT-6505）。上位显示备用工艺配水管当前流量，范围为30～70 m3/s。 （7）PH温度计（AIT-6508）。上位显示01段当前温度，测量范围为0～14。 （8）ORP测定仪（AIT-6506）。上位显示。

（9）溶氧仪（AIT-6510）。上位显示01段氧气浓度，测量范围为0～10。 5．综合工房

（1）立式回用水泵（P472-1A-B）。低液位停泵，正常液位一台泵工作，高液位报警（蜂鸣器报警加上位显示报警信息），但仍启一台泵。两台泵互为备用，每天轮换一次。如果其中一台泵故障，则备用的泵自动顶替故障泵运行，此后无论到达中液位或高液位均是备用泵运行，直到故障泵修复。手动/自动转换，上位机可以点动并显示运行状态。

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（2）立式回流污泥泵（P472-2A-B）。两台泵一用一备，中液位启一台泵，低液位停泵，高液位报警（蜂鸣器报警加上位显示报警信息），但仍启一台泵。每天轮换一次。如果其中一台泵故障，则备用的泵自动顶替故障泵运行，此后无论到达中液位或高液位均是备用泵运行，直到故障泵修复。手动/自动转换，上位机可以点动并显示运行状态。

（3）剩余污泥泵（P472-3）。现场及控制柜可手动控制泵的启停，但必须满足低液位停泵。中控室显示运行状态，只监不控。如果出现设备故障，则蜂鸣器报警加上位显示报警信息。

（4）化学污泥泵（P472-4）。现场及控制柜可手动控制泵的启停，但必须满足低液位停泵。中控室显示运行状态，只监不控。如果出现设备故障，则蜂鸣器报警加上位显示报警信息。

（5）移动式污水泵（P472-5）。现场及控制柜可手动控制泵的启停，但必须满足低液位停泵。中控室显示运行状态。 6．综合泵房

（1）输泥螺杆泵（P474-3A-B）。设备旁及脱水机旁的控制柜可手动控制泵的启停，中控室显示运行状态。只监不控，如果出现设备故障，则蜂鸣器报警加上位显示报警信息。

（2）空压机（C474-3）。现场手动，设备自带控制箱，此控制箱同时能手动控制输泥螺杆泵P474-3A-B启停；反冲洗泵必须设低液位停泵，水箱自带液位保护及控制系统，只监不控。如果出现设备故障，则蜂鸣器报警加上位显示报警信息。

3.1.2. 制定控制方案

针对污水处理站占地面积大、控制设备分散、空气潮湿等客观环境，污水处理站自控系统采用“集中检测、分散控制”的设计思想。污水处理站自控系统采用组态与PLC分级分布控制形式，在中控室可对各工况实时监控，工艺过程自动控制采用就地单独控制的原则进行[27]。

综合系统控制要求，确定该系统的自控系统框架，如图3.2所示。

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图3.2 自控系统框架图

上位监控系统软件部分采用WinCC组态软件，硬件部分采用研华工控机型号为IPC－610PIV2.4G 40G 512M 52X。下位机则为两个以PLC为主的自控柜，PLC采用西门子产品，包括8个16位DI、2个16位DO和4个8位AI模块。

分站PLC使用PROFIBUS-DP现场总线技术和中控室的监控计算机进行通信[28~31]。PLC控制站通过本站电气柜和仪表箱完成对现场电气设备和仪表的控制，而中心监控计算机则监控PLC站的设备和仪表运行状态，同时预留与上位网络进行信息交换的接口。

3.1.3. 系统资源分配

自动控制使用西门子公司生产的S7-300系列PLC,S7-300是模块式中小型PLC，最多可以扩展32个模块。S7-300/400可以组成MPI、PROFIBUS和工业以太网等。

S7-300的CPU模块都有一个编程用的RS-485接口，CPU的RAM为512KB,最大8192个存储器位，512个定时器和512个计数器，数字量最大为65536，模拟量通道最大为4096[32]。 有350多条指令。计数器的计数范围为1～999，定时器的定时范围为10ms～9990s。

由上述指标可以看出，选用西门子S7-300系列的PLC能够满足设计要求。 此设计自控系统的主体是PLC，各种自动控制设备的启停等都依靠PLC来进行，自控柜以PLC为主，把电气部分所用的各种开关、中继器、变压器、开关电源等元器

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件都集成在自控柜内，柜内接线走线通过线槽进行，通过柜内的端子排外接线。

外部电源通过一个隔离变压器给开关电源和PLC供电，其他数字量和模拟量输入输出模块，则由开关电源供24V直流电。另外现场的各种仪表电源也由柜内电源给出，PLC和其他进出线都在下面四列端子排上。 1．输入模块接线

8个16位DI从I0～I15,I0～I7接PLC1站的JX2和JX3的进线端子，接法是先接一个I点再接一个P1＋按顺序依次向后接。I8～I15接PLC2站的JX2和JX3端子排的进线端子，接法和前面一样，如图3.3所示。出线端子则按照自控要求接到现场或者别的电气柜。

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2. 输出模块接线

2个16位DO，DO1的1、11端子1L+、2L+接P3+,10、20端子1M、2M接P0-。输出Q0.0～Q0.7、Q1.0～Q1.7分别接中间继电器KA1～KA16。KA1控制自吸泵A运行，KA2控制自吸泵B运行，KA3为格栅间集水池高水位报警，KA4为格栅间集水池低水位，KA5为格栅间集水池低水位，KA6为调节池自吸泵A运行，KA7为调节池自吸泵B运行，KA8为调节池高水位报警，KA9为调节池低水位，KA10为调节池低水位，KA11为事故池低水位，KA12为事故池低水位，KA13为蜂鸣器，KA14为事故池高水位，KA15为备用，KA16为备用，如图3.4所示。

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3. AI2模块接线

AI2模块中综合泵房1混合反应装置温度信号送IW352＋－、IW354＋－端，A/O池污泥回流流量计信号送IW356＋－端，A/O池工艺配水管流量计信号送IW358＋－端，A/O池备用工艺配水管流量计信号送IW360＋－，A/O池A段一格ORP计信号送IW362＋－，综合泵房2污泥泵出水口流量信号送IW3＋－，剩下的IW366＋－备用。如图3.5所示。

3.2 程序设计

PLC程序在西门子编程软件STEP 7 环境下进行，用STEP 7 对PLC进行编程，对所用的PLC 各个模块进行硬件组态。

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3.2.1. 编程软件

用户程序由用户生成，用来实现用户要求的自动化任务。STEP 7 将用户编写的程序和程序所需要的数据放置在块中，功能块FB和功能块FC相当于用户编写的子程序，系统功能块SFC和系统功能块SFB是操作系统提供给用户使用的标准子程序，这些块统称为逻辑块[33]。

本次程序设计中所用到的各个逻辑块，如图3.6所示，所有的FC逻辑块均放在OB块中进行循环。S7-300 PLC采用循环执行用户程序的方式。OB1是用于循环处理的组织块（主程序），它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。在启动完成后，不断地循环调用OB1,在OB1中可以调用其他逻辑块（FB、SFB、FC或SFC）。

图3.6 程序设计中所用的逻辑块

在循环程序处理过程中，CPU 并不直接访问I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU内部的输入/输出过程映像区，批量输入、批量输出。

PLC得电或由STOP模式切换到RUN模式时，CPU执行启动操作，清除没有保持功能的位存储器、定时器和计数器，清除中断堆栈和块堆栈的内容，复位保存的硬件中断等。此外还要执行一次用户编写的“系统启动组织块”OB100，完成用户指定的初始化操作。以后将进入周期性的循环运行，如图3.7所示。

执行OB100 启动循环时间监控 数据写入输出模块 读取输入模块状态 执行用户程序 执行其他任务

图3.7 程序运行循环图

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3.2.2. 程序流程图

前面已经介绍了整个污水处理的控制要求，并按照工艺过程对其进行了整理。为了使编写的程序很好的达到预期的控制目标，首先按控制要求画出了系统的流程图。 整个系统的总流程如图3.8所示，分流程则具体说明了各个泵运行时PLC需要实现的各项功能。格栅间自吸泵自动运行流程见附录1，调节池自吸泵自动运行流程见附录2，立式回用水泵自动运行流程见附录3，立式回流污泥泵自动运行流程见附录4。

开始 格栅间自 吸泵自动？ 调节池自 吸泵自动？ 立式回用 水泵自动？ 立式回流 泥泵自动？ 格栅间自 吸泵上位 自动？ 调节池自 吸泵上位 自动？ 立式回用 水泵上位 自动？ 立式回流 泥泵上位 自动？ 格栅间自 吸泵上位 手动？ 调节池自吸泵上位 手动？ 立式回用水泵上位 手动？ 立式回流泥泵上位手动？ 上位按钮 相应按下？ 上位按钮 相应按下？ 上位按钮 相应按下？ 上位按钮 相应按下？

格栅间 自吸泵 运行 格栅间 自吸泵 停止 调节池自吸泵运行 调节池自吸泵停止 立式回 用水泵 运行 立式回 用水泵 停止 立式回 流泥泵 运行 立式回 流泥泵 停止 图3.8 系统总流程图

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3.2.3. 程序部分功能说明和梯形图

根据前面已经画出的主流程图和各个部分的分流程图，我们将程序分块和各输入输出点的功能列表如下表3.1～表3.5。

表3.1 程序块功能说明

程序块OB1FC1FC2FC3FC4FC5FC7FC8FC9

功能说明主程序格栅间自吸泵运行程序调节池自吸泵运行程序立式回用水泵运行程序立式回流泥泵运行程序报警程序调用PLC值转工程值子程序各液位的模拟量信号转换成数字量信号I输入点转换成DB中间点给上位 表3.2 计数器、继电器功能说明

计数器C0C1C2C3C4C5C6C7C100C101C102C103继电器T30功能说明格栅间自吸泵A实际运行时间格栅间自吸泵B实际运行时间调节池自吸泵A运行时间计数器调节池自吸泵B运行时间计数器立式回用水泵A运行时间计数器立式回用水泵B运行时间计数器立式回流泥泵A运行时间计数器立式回流泥泵B运行时间计数器记录格栅间自吸泵A、B启动次数记录调节池自吸泵A、B启动次数记录立式回用水泵A、B启动次数记录立式回流泥泵A、B启动次数1小时时间继电器备注C0每1小时计数器加1，到24后复位清零C1每1小时计数器加1，到24后复位清零C2每1小时计数器加1，到24后复位清零C3每1小时计数器加1，到24后复位清零C4每1小时计数器加1，到24后复位清零C5每1小时计数器加1，到24后复位清零C6每1小时计数器加1，到24后复位清零C7每1小时计数器加1，到24后复位清零

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表3.3 数据块功能说明

数据块功能说明数据块DB1.DBX2.01小时时间脉冲中间点DB1.DBX7.1DB1.DBX2.1格栅间中水位DB1.DBX7.2DB1.DBX2.2 格栅间单泵启动信号DB1.DBX7.3DB1.DBX2.3格栅间双泵启动条件DB1.DBX7.5DB1.DBX2.4开自吸泵A DB1.DBX7.6DB1.DBX2.5开自吸泵BDB1.DBX7.7DB1.DBX2.6自吸泵A运行信号一DB1.DBX8.0DB1.DBX2.7自吸泵B运行信号一DB1.DBX8.2DB1.DBX3.0自吸泵A运行信号二DB1.DBX8.3DB1.DBX3.1自吸泵B运行信号二DB1.DBX8.4DB1.DBX3.3调节池中水位DB1.DBX8.5DB1.DBX3.4调节池单泵启动信号DB1.DBX9.0DB1.DBX3.5开调节池自吸泵A DB1.DBX9.1DB1.DBX3.6开调节池自吸泵BDB1.DBX9.2DB1.DBX3.7调节池自吸泵A运行信号一DB1.DBX9.3DB1.DBX4.0调节池自吸泵B运行信号一DB1.DBX9.4DB1.DBX4.1调节池自吸泵A运行信号二DB1.DBX9.5DB1.DBX4.2调节池自吸泵B运行信号二DB1.DBX9.6DB1.DBX4.3集水池中水位DB1.DBX9.7DB1.DBX4.4立式回用水单泵启动信号DB1.DBX10.2DB1.DBX4.5开立式回用水泵A DB1.DBX10.5DB1.DBX4.6开立式回用水泵B DB1.DBX14.0DB1.DBX4.7立式回用水泵A运行信号一DB1.DBX14.1DB1.DBX5.0立式回用水泵B运行信号一DB1.DBX22.0DB1.DBX5.1立式回用水泵A运行信号二DB1.DBX22.3DB1.DBX5.2立式回用水泵B运行信号二DB1.DBX22.6DB1.DBX5.3集泥池1中水位DB1.DBX23.1DB1.DBX5.4立式回流污泥单泵启动信号DB1.DBX25.0DB1.DBX5.5开立式回流泥泵ADB1.DBX25.1DB1.DBX5.6开立式回流泥泵BDB1.DBX25.2DB1.DBX5.7立式回流泥泵A运行信号一DB1.DBX25.3DB1.DBX6.0立式回流泥泵B运行信号一DB1.DBX25.4DB1.DBX6.1立式回流泥泵A运行信号二DB1.DBX25.5DB1.DBX6.2立式回流泥泵B运行信号二DB1.DBX25.6DB1.DBX6.3计C100的奇偶数DB1.DBX25.7DB1.DBX6.4C0计数到后复位DB1.DBX50.0DB1.DBX6.5计C100的奇偶数DB1.DBX50.1DB1.DBX6.6C1计数到后复位DB1.DBX50.3DB1.DBX7.0计C101的奇偶数DB1.DBX50.4

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功能说明C2计数到后复位计C101的奇偶数C3计数到后复位计C102的奇偶数C4计数到后复位计C102的奇偶数C5计数到后复位计C103的奇偶数C6计数到后复位计C103的奇偶数C7计数到后复位自吸泵A上位手动启/停自吸泵A手动输出自吸泵B上位手动启/停自吸泵B手动输出自吸泵A上位手动启/停自吸泵A手动输出自吸泵B上位手动启/停自吸泵A手动输出格栅间自吸泵A上位手/自动格栅间自吸泵B上位手/自动调节池自吸泵A上位手/自动调节池自吸泵B上位手/自动立式回用水泵A上位手/自动立式回用水泵B上位手/自动立式回流污泥泵A上位手/自动立式回流污泥泵B上位手/自动立式回用水泵A上位手动启/停立式回用水泵A手动输出立式回用水泵B上位手动启/停立式回用水泵B手动输出立式回流泥泵A上位手动启/停立式回流泥泵A手动输出立式回流泥泵B上位手动启/停立式回流泥泵B手动输出格栅间低水位调节池低水位集水池低水位集泥池1低水位 基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计 第三章 控制系统设计

表3.4 输入点功能说明

输入点功能说明输入点I0.1格栅机故障I7.1IO.2格栅间自吸泵A自动I7.3I0.4格栅间自吸泵A故障I8.1I0.5格栅间自吸泵B自动I8.3I0.7格栅间自吸泵B故障I8.5I1.1加药混合反应装置1故障I8.7I1.3加药混合反应装置2故障I10.1I2.1加药混合反应装置3故障I10.3I2.3加药混合反应装置4故障I10.5I2.5气浮装置中溶气泵故障I10.7I2.7气浮装置中刮渣减速机故障I11.1I3.1气浮装置中搅拌减速机故障I11.3I3.3气浮装置中螺旋输送机故障I12.0I4.0调节池自吸泵A自动I12.2I4.2调节池自吸泵A故障I12.3I4.3调节池自吸泵B自动I12.5I4.5调节池自吸泵B故障I12.6I4.7事故池自吸泵A故障I13.0I5.1事故池自吸泵B故障I13.1I5.3平浆式搅拌机故障I13.3I6.1输泥螺杆泵A故障I14.1I6.3输泥螺杆泵B故障I14.3I6.5空压机故障I14.5I6.7反冲洗泵故障I14.7

功能说明带压机故障无轴螺旋输送机故障潜水搅拌机A故障潜水搅拌机B故障潜水搅拌机C故障潜水搅拌机D故障混合液回流泵A故障混合液回流泵B故障混合液回流泵C故障罗茨鼓风机A故障罗茨鼓风机B故障罗茨鼓风机C故障立式回用水泵A自动立式回用水泵A故障立式回用水泵B自动立式回用水泵B故障立式回流泥泵A自动立式回流泥泵A故障立式回流泥泵B自动立式回流泥泵B故障剩余污泥泵故障化学污泥泵故障刮吸泥机(X466-1)故障刮吸泥机(X468－1)故障 表3.5 输入点功能说明

输出点Q0.0Q0.2Q0.1Q0.2Q0.5Q0.6Q0.7Q1.4Q1.5功能说明输出点格栅间自吸泵A Q2.0格栅间高液位报警Q2.1格栅间自吸泵BQ2.2格栅间高水位Q2.3调节池自吸泵A运行Q2.4调节池自吸泵B运行Q2.6调节池高液位报警Q3.2PLC1站蜂鸣器报警输出Q3.5事故池高液位报警功能说明立式回用水泵A运行立式回用水泵B运行立式回流泥泵A运行立式回流泥泵B运行集水池高液位报警集泥池1高液位报警A/O回流井内高液位报警PLC2站蜂鸣器报警输出 由上面所列各程序块、数据块及输入输出点的功能说明，编写主程序及各个功能块的程序。

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基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计 第三章 控制系统设计

FC1～FC4为污水处理各个执行机构的运行程序，按照前面所述的控制要求进行编程。FC5为报警数据块，针对运行机械装置出现故障及各储水池、反应池等出现高液位时进行及时报警。FC7～FC9为调用PLC值转工程值子程序，各液位的模拟量信号转换成数字量信号，I输入点转换成DB中间点给上位的数据块，这三个数据块主要是对污水处理过程中的数据采集，数据处理和处理过程监控进行相应的程序编程。

3.3 PLC的通信

3.3.1. 通信方式

一个大型自动化项目通常包括若干个控制相对的PLC站，PLC站之间通常需要传递一些连锁信号，HMI系统通过网络控制PLC站的运行采集过程信号归档，这些都需要通过PLC的通讯功能来实现。西门子工业通讯网络提供了各种开放的，应用于不同通讯要求的及安装环境的通信网络。从上到下为工业以太网、ROFIBUS/MPI，ASI等网络，通讯数据量由大到小，实时性由弱到强。

工业以太网应用于单元级、管理级的网络，通讯数据量大、距离长。工业以太网采用CSMA/CD协议，无法保证数据传输的实时性要求。同时它还是一种非确定的网络系统单点的故障容易扩散，造成整个网络的瘫痪。PROFIBUS是一种串行，多分支网络有很高的实时性，以及较高的安全性和稳定性。PROFIBUS分为PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA三种。PROFIBUS-FMS由于配置和编程比较烦琐，逐渐有被淘汰的趋势。PROFIBUS-PA是主要用于过程自动化和比较苛刻的工业环境，同时它是一种低速传输。PROFIBUS-DP是一种高速低成本的通讯方式，主要用于现场分布式设备的通讯，可以很好的满足污水处理过程的网络通讯要求[34~35]。ASI网络通过AS-I总线电缆连接最底层的执行器及传感器，将信号传输至控制器。通信数据量小，适合于位信号传输，每个从站通常最多带4个位信号。

本课题选用PROFIBUS-DP网络，即可应用于单元级站点的通讯，又可以与现场I/O站直接通信。由于数据通信量不是很大，因此采用该网络可以满足生活污水处理工艺的要求，同时可以保证网络的实时性和稳定性。

3.3.2. 通信结构

本课题下位机通过PROFIBUS-DP网络实现与现场控制设备的通讯。上位机通过

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基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计 第三章 控制系统设计

MPI网络实现与下位机的通讯。其中MPI网络是多点传输网络，是一种对数据传输速率要求不是太高的简单经济的方式。MPI通讯口集成于每个CPU上面，因此可以节省成本。

下位机PLC与现场设备采用PROFIBUS-DP进行连接。PROFIBUS-DP网络通讯方式为主从结构，主站可以得到令牌轮询扫描从站。这里从站是现场的被控设备以及传感器等，主站是PLC。污水处理系统需要两台PLC组成网络。两个PLC主站之间相对，没有主从关系。它们独自与其相应的现场设备组成PROFIBUS-DP网络。

首先进行主站硬件的组态。硬件组态是在西门子的编程以及硬件组态Step7环境中进行的。硬件配置主要是对主站的CPU，以及输入输出模块进行配置，具体步骤首先在STEP7开发环境中，新建一个项目，插入两个S7-300主站，和两条PROFIBUS-DP网络。然后双击要组态的主站，然后进入硬件配置图界面，按照预先规划好的主站配置，插入相应的模块。必须先插入导轨然后才能插入其它模块，否则会提示错误。最后配置好相应的模块后双击CPU，进入主站参数设置界面，进行参数设置。如图3.9所示。

图3.9 主站参数设置

其次是对主从站网络通讯进行相关的设置。主要包括从站在主站中的位置，以及网络通讯速率等参数。主站是根据从站在主站位置进行寻找的，每个从站在主站中有唯一的网络地址。从站网络通讯设置如图3.10所示。

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图3.10 从站网络通讯设置

从站设置主要包括从站在主站中的位置，以及选择具体的PROFIBUS-DP网络和网络的传输速率的设置，以及通讯协议选择。网络通讯协议选择DP，因为不同的网络通讯协议，会涉及到后面的通讯程序的参数以及编程格式。地址必须是唯一的，否则就会产生冲突，无法正常通讯。下位机网络设置如图3.11所示。

图3.11 下位机网络设置

下位机PLC与上位PC机相连接，通过MPI网络实现。这时上位PC机在PCI插槽上安装通讯卡，这里选用CP5611通讯卡。CP5611是带有PCI总线接口的通信处理器，适用于台式机，内部集成处理器。与HMI WinCC连接，添加“S7 ProtocolSuite”驱动，选择连接的通信驱动，按鼠标右键，弹出的连接属性对话框中选择上位机使用的通讯处理器。在“MPI”网络建立与PLC连接时，选择CPU的MPI地址和在机架上的

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插槽号即可建立通信。

3.4 PLC仿真

1．S7-PLCSIM软件的介绍

计算机仿真技术把现代仿真技术与计算机发展结合起来，通过建立系统的数学模型，以计算机为工具，以数值计算为手段，对存在的或设想中的系统进行实验研究。随着计算机技术的高速发展，仿真技术在自动控制、电气传动、机械制造等工程技术领域也得到了广泛应用。与传统的经验方法相比，计算机仿真的优点是: (1) 能提供整个计算机域内所有有关变量完整详尽的数据。

(2) 可预测某特定工艺的变化过程和最终结果，使人们对过程变化规律有深入的了解。

(3) 在测量方法有困难情况下是唯一的研究方法。此外，数字仿真还具有高效率、高精度等优点。

S7-PLCSIM Simulating Modules由西门子公司推出，可以替代西门子硬件PLC的仿真软件，当控制程序设计好后，无须PLC硬件支持，可以直接调用仿真软件来验证。 2． S7-PLCSIM软件的功能

(1) 模拟PLC的寄存器。可以模拟512个计时器(T0-T511)；可以模拟131072位(二进制)M寄存器；可以模拟131072位I/O寄存器；可以模拟4095个数据块;2048个功能块(FBs)和功能(FCs)；本地数据堆栈K字节；66 个系统功能块(SFB0-SFB65)；128个系统功能(SFC0-SFB127)；123个组织块(OB0-OB122)。

(2) 对硬件进行诊断。对于CPU，还可以显示其操作方式。SF(system fault)表示系统报警；DP (distributed peripherals, or remote I/O)表示总线或远程模块报警；DC(power supply) 表示CPU有直流24伏供给；RUN 表示系统在运行状态;STOP表示系统在停止状态。

(3) 对变量进行监控。用菜单命令Insert>input variable监控输入变量；Insert>output variable监控输出变量；Insert>memory variable监控内部变量；Insert>timer variable监控定时器变量；Insert>counter variable监控计数器变量。这些变量可以用二进制、十进制、十六进制来访问，但是必须注意输出变量QB一般不强制修改。

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(4) 对程序进行调试。设置/删除断点—利用“设置/删除断点”可以确定程序执行到何处停止。断点处的指令不执行。断点激活，利用“断点激活”可以激活所有的断点；不仅包括已经设置的，也包括那些要设置的。利用“下一条指令”，可以单步执行程序。如果遇到块调用，用“下一条指令”就跳到块后的第一条指令。 3. S7-PLCSIM软件的实现方法及模拟程序 使用S7-PLCSIM软件调试程序的步骤如下:

(1) 首先用STEP7软件对系统进行硬件组态，然后再用STEP7软件编程，允许结构化程序，也就是说可以将程序分解为单个的、自成体系的程序，最后通过系统组织块OB1编写程序。程序见附录5。

(2) 再用STEP7软件SIMITIC 管理器菜单OPTION中选择Simulating Modules为ON状态，表示选择仿真调试，如图3.12所示:

图3.12 激活仿真

(3) 在S7-PLCSIM软件中新建PLC文档。选择菜单命令PLC>Power on 打开仿真PLC的电源；选择仿真PLC的工作方式为STOP状态；如图3.13所示。选择菜单命令EXECUTE>Scan mode>Scan continous表示连续扫描方式。

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图3.13仿真界面

(4) 用STEP7软件SIMITIC 管理器菜单命令PLC>Download,把程序下载到中仿真PLC中。

(5) 在S7-PLCSIM软件中模拟实际操作。选择仿真PLC的工作方式为RUN状态，按下格栅间自吸泵A自启动按钮I0.2,主机开始运行,将电机工作时间送到MW0中，通过C0计数器进行计数，每隔一小时加1，过24小时清零。为了监视STEP7软件中梯形图程序的运行情况，选择菜单命令Debug>monitor来监视。

(6) 当在S7-PLCSIM软件中模拟实际操作，如果检测到程序出错，会调用相应错误组织块。

(7) 保存生成的PLC文档，以便下次仿真时直接调用的设置。

通过S7 PLCSIM仿真软件，对PLC程序进行模拟运行监控，基本实现了预期需要。

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基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计 第四章 实时监控系统的设计

第四章 实时监控系统的设计

4.1实时监控系统软件的概述

上位机主要实现监控功能，在集散控制系统中充当操作员站的角色。它是集散控制系统可视化部分，完成人机界面的功能。通过网络连接实现对下位机以及现场设备的监控。本课题上位机人机界面采用西门子组态软件WinCC来实现监控界面的设计。

4.1.1. WinCC组态软件的简述

WinCC是Windows Control Center的简称，是西门子和微软合作开发的监控系统软件[36]。WinCC是目前最常用的三大SCADA之一。SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 是数据采集与监视控制系统。

与所有SCADA系统一样，WinCC是以计算机为基础的生产过程与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能。

SIMATIC WinCC是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性。WinCC是SCADA最新水平的体现，反映了SCADA技术发展趋势；另一方面，WinCC技术上的继承性，可以最大程度地保护用户的投资利益。目前WinCC已发展成为欧洲监控技术的领导者，甚至成为业界遵循的标准。使用WinCC可以最大程度地提高工厂的可用性和生产效率。

WinCC系统有资源管理器、编程接口、图形系统、消息系统、归档系统、报表系统、脚本处理系统、过程通信系统和Windows标准接口等部分组成[37]，如图4.1所示。所有部分协调工作，构成一个大系统；同时，每个部分又有不同的功能。

图4.1 WinCC系统组成与功能

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1． 资源管理器

WinCC资源管理器（WinCC Explorer） 采用Microsoft Windows的标准操作，类似于Windows的资源管理器。资源管理器是SIMATIC WinCC的核心软件。其他系统和其他SIMATIC组件是集成在资源管理器中的，并由其进行管理和协调。在组态系统功能时，所有的SIMATIC组件和工具都能协同工作。

2． 编程接口

编程接口用于访问WinCC的数据和功能，以及用来将VBA、VBScript、C-Script(ANSI-C)、C-API(WinCC/ODK选件)集成到用户程序内。

3． 图形系统

根据系统要求，通过可视化图形系统进行图形组态，可生成高质量的组态画面，并且可以在图形系统中定义变量与图形对象之间的关系。

4． 消息系统

消息系统用来记录操作设备的事件。在WinCC中可自由地选择消息类别、消息显示和报表。

5．归档系统

归档系统用于采集、记录和压缩测量值。例如，用来显示趋势和表格，以及进行进一步处理等。

6． 报表系统

报表系统用于按时序或事件驱动的消息归档，也可以对当前的数据制作用户报表。另外还可以对项目进行归档。

7． 脚本处理

通过使用VBScript和ANSI-C生成脚本文件。脚本用于给对象组态动作。 8． 过程通信

WinCC支持丰富的通信方式。通信接口用来与众多的控制器和其他数据源（SIMATIC协议，PROFIBUS DP/FMS 以及包括OPC 服务器等）相连接。

9． Windows标准接口

标准接口用于与其他Windows应用程序（WinCC OLE-DB、ActiveX、OLE、DDE、OPC等）进行集成。

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基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计 第四章 实时监控系统的设计

4.1.2. 建立应用工程的一般过程 第一步： 启动WinCC和创建项目

为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。 第二步: 创建变量

在“变量管理”中，对内部变量和外部变量进行定义。并可以根据PLC的输入与输出不同，进行变量分组。在定义变量的同时，定义地址属性。

第三步： 创建组态监控界面

在“图形编辑器”中，完成监控界面的组态，并完成界面与变量之间的关联。 第四步: 运行与调试

完成变量定义与界面组态后，就可以进行运行和调试了。在“计算机”中设置“计算机属性”，设置启动画面为前文定义的界面。

4.2 画面的设计

4.2.1. 新建工程项目

启动WinCC可使用“Windows Control Center 6.0” 命令，如图4.2所示。

图4.2 WinCC启动画面

在WinCC项目管理器中，打开“创建新项目”窗口，如图4.3所示。

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图4.3 创建新项目

在“项目名称”框中输入项目名称“shenghuowushui”，如图4.4所示。

图4.4 输入项目名

在系统属性里输入本计算机名，确定wincc运行时的计算机，如图4.5所示。

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图4.5 计算机名设定

4.2.2. 创建变量标签

在变量标签管理器中，选择新驱动器，WinCC运许浏览文件夹以选择所期望的驱动器加入到项目中。一旦驱动器加入成功，可发现在这套协议中有多种协议与S7 PLC连接。

点击所需组态的协议PROFIBUS，选择系统参数。系统参数对话框将定义每个协议特定的需求，选择CP5611的PROFIBUS协议的参数。它们包括加入连接点的逻辑设备名，该连接点在视窗控制面板的信号单元组态服务中组态，如图4.6所示。

图4.6 系统参数选择与设定

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选择新驱动器连接进行访问，这里将建立WinCC与PLC接口所需的逻辑连接参数，如图4.7所示。一旦结束，点击OK键以生成连接。连接的结果就是握手。它作为协议和连接背景之间的逻辑接口。握手元素允许生成与特定连接的变量组和变量标签（Tags）。

图4.7 连接参数设定

在新连接选项下生成变量标签组和变量标签。变量标签组类文件夹用于存放那些我们想放在一起的变量标签。变量标签对应于PLC或外部应用的存储器地址中数据的变量。要生成新的变量标签，右击所生成的组名，选择新变量标签，通过给出唯一的名称数据类型、格式设置和地址来生成变量标签，右击内部变量来生成一个内部变量。内部变量与PLC无关，但可用于存放变量数据。如图4.8所示。

图4.8 生成新变量标签

在WinCC中生成新的变量标签名称必须是唯一的，以一个字母字符开始。在名称

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中不允许有空格或特殊字符。

数据类型可以使任何标准的数据类型，即二进制、汉字，浮点数和文本。所有标砖的数据类型都分为带符号或不带符号两种，还有一些只有用于WinCC的特殊的数据类型。

污水处理系统的变量标签组分为运行信号、故障信号、手/自动转换、模拟量（仪表）、报警组、现场手自动信号和液位参数设定。每个变量标签组下都根据各个信号的运行情况设置变量标签，系统变量标签如图4.9～图4.15所示。

图4.9 系统变量标签（运行信号）

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图4.10 系统变量标签（故障信号）

图4.11 系统变量标签（手/自动转换）

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图4.12 系统变量标签（模拟量（仪表））

图4.13 系统变量标签（报警组）

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图4.14 系统变量标签（现场手自动信号）

图4.15 系统变量标签（液位参数设定）

4.2.3. 画面的设计及动画连接

WinCC图形设计编辑器运行开发图形界面（GUI）用于当前的应用，监视过程数据，浏览其他WinCC编辑器中的应用。

在WinCC项目管理器额浏览窗口，启动“图形编辑器”进行组态画面的设计。在污水处理项目中要新建十一个画面。分别是页眉画面、主流程画面、格栅间画面、综合工房1画面、混凝反应池画面、综合泵房画面、报警查询、报表查询、用户登录画面、用户管理画面和退出系统画面。如图4.16所示。

图4.16 新建画面

1． 页眉画面

系统运行后，自动进入开始画面，如图4.17所示。从开始画面点击相应按钮进

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入相应系统画面。

图4.17 页眉画面

2. 主流程画面

图4.18 主流程画面

主流程画面设计分为两个部分，如图4.18所示，一个是有压污水的处理，另一个是无压污水的处理。

有压污水进入隔油沉淀池，一方面通过转子泵进行油水分离，另一方面，污水进入综合工房1。无压污水通过格栅间将大颗粒的污物进行拦截，然后也进入综合工房1。综合工房1中包含调节池和事故池，通过自吸泵和搅拌机对污水进行混合反应，然后在A/O池内进行溶氧反应，之后进入二沉池，进行泥水分离，泥液进入集泥池，在综合工房2中烘干，把泥饼外运，沉淀池中的上清液经过消毒处理，达到一定的PH值，便可再利用或进入排放。

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3. 格栅间画面

图4.19 格栅间画面

在格栅间画面中，如图4.19所示，描述了格栅间污水处理的处理步骤，还对格栅间集水池的液位，出口流量，进泥流量进行实时数据监控，并对格栅间的自吸泵A和自吸泵B的手/自动控制实施模拟仿真操作。 4. 综合工房1画面

图4.20 综合工房1画面

综合工房1，如图4.20所示，入水是来自于隔油沉淀池和格栅间的初次处理的污水，在整个工房的反应过程中，对调节池液位，事故池液位，蒸氨污水流量，调节池出口流量，调节池出口水温进行实时监控，并对调节池的自吸泵A和自吸泵B的手/自动控制实施模拟仿真操作。

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5. A/O池画面

图4.21 A/O池画面

A/O池画面，如图4.21所示，对前面反应池流过来的污水进行厌氧和好氧反应。对液位和流量进行监控，同时测量PH值、ORP值、溶氧值和温度，及时对反应池中的各个监控量进行测控。 6. 用户登录、退出、用户管理

图4.22 用户登录

由系统登录，可以使操作人员通过密码来打开监控画面，如图4.22所示，并按用户管理对不同人员的权责授权，进行相应的操作和修改，如图4.23所示。

图4.23 用户管理

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在退出系统的时候，设置弹出如图4.24所示的警告，防止操作人员在操作时误操作。

图4.24 退出系统画面

4.3 报警画面的设计

报警记录可以帮助用户查找错误的原因，及时发现问题，解决问题。从开始画面点击相应按钮可以进入历史报警画面，画面负责消息的获取和归档。编辑器所包含的函数用于传送过程消息、处理消息、显小消息、确认消息以及归档消息。

WinCC报警信息是从头开始建立的，也就是说信息系统的每一部分都有建立，然后才能用于下一个更高的元素，要想在该编辑器中生成一个信息系统，要按以下步骤进行。

第一步，生成信息块。信息块是报警系统的最小元素，它含有系统或过程数据。使用预先定义好的各种类型，或生成新的类型。用户文字块允许生成静态文字域。过程值块允许显示其他过程值。系统块含有WinCC的数据，如时间、信息号和信息状态。

第二步，生成信息等级和次级信息等级，允许信息按逻辑组分类。用户最多定义16种不同的等级，每个等级最多有16个次级。生成报警的等级和次级按逻辑上组合分类，再次分类。有3个已定义的次级: Alarm、Failure和Warning，如果想用这个等级，可以直接组态这个等级和次级的属性。

第三步，生成信息。信息时报警存档中信息组态过程产生的结果。这里，用户可以生成各种信息，并将其与报警等级或子级连接，组态运行时生成这些报警的过程值，以及设置一些特定参数，用于进一步定义报警存档运行时，如何处理该信息的产生。

第四步，生成档案库。该库用于将运行中生成的报警信息存入到WinCC的数据库中。短期档案库只存一定数量的报警信息，是按先进后出顺序安排。如图4.25所示。

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基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计 第四章 实时监控系统的设计

图4.25 生成文件库

第五步，生成报表。报表根据每种档案库类型在新项目中预先组态好。报表可以从信息窗口样板的工具条上打印，并由用户定义。

第六步，生成图形画面报警信息，生成一个画面显示运行时的报警存档应用。 利用WinCC软件对生活污水处理控制系统进行了过程的监控，同时采集了报警数据，并将报警数据归档，生成文件库，以备日后进行数据统计。整个监控过程对各个反应池液位、PH值、温度、DO值都进行了模拟监控，基本实现了预期的设计要求。

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基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计 第五章 总结

第五章 总结

本文对PLC控制的生活污水处理控制系统进行了设计。以PLC为主控制器实现了生活污水处理过程的自动化操作；同时，采用WinCC软件设计实时监控系统，融过程控制设计、现场操作以及资源管理于一体，实现最优化管理。通过严格的测试，基本达到了预期要求。

本文主要完成了基于生活污水处理工艺流程设计的污水处理控制系统。在本系统中，PLC通过通信处理器模板和网络连接，需要直接调用通信模板中的数据管理功能块(DB)来编写通信程序，用户必须先对通信模板初始化，然后设置PLC的发送数据区、接收数据区，最后编写初始化、发送、接收功能程序模块。在文中使用西门子公司 S7-300系列PLC进行下位机控制。上位机使用WinCC软件进行生活污水处理过程画面监控。本课题研究的成果如下：

(1)根据生活污水处理工艺要求实现了用西门子PLC对现场设备的自动控制和数据采集功能。

(2)根据控制要求用WinCC组态软件设计了上位机监控界面,实现了对机器运转状态的可视化监控功能和调整功能，实现了对现场异常情况的报警功能，对现场监控数据实时采集和显示等功能。

(3)实现了下位机PLC与上位PC机的网络通讯，下位机与现场设备的通讯。同时还探讨了如何根据实际情况选择合适的网络,以及PROFIBUS-DP网络和MPI在污水处理控制过程中的如何实现。

该系统的设计，不仅可以用于具体的生产实践，还可运用到我今后的教学工作中来，对我的工作很有帮助。当然，该系统在性能与技术上还需要持续提升，主要是增加功能设置，进一步美化界面。

总之，由PLC与工业控制计算机组成生活污水处理实时监控系统操作简单、易于维护，有着很好的应用前景。

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[37]西门子公司. WinCC V6快速入门手册[M]. 2006.

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图程流间 泵栅位液待 吸格低等自间栅格 1警录报附 待 等 警N 报 ？ 障A 泵故Y 泵 吸无行吸 自A运自 N 图 N 程 ？？ 自 B泵障Y了时Y 行泵吸故行小01加 行流 运吸自无B运42C0 运 动 自 警 泵报 吸 待 等 自 警N 间报 ？ 栅 泵障 格吸故YB 自无 泵B行吸 运自 1 录 NNN 附 ？ ？ ？ 间位是 Y 障0？ Y 了时 栅液0自A泵Y行小Y01加 格中1数C奇行泵吸故 运吸自无A运42C0 计设N统系N制 控 ？ 自位？理泵？间上动Y间位吸B处吸动栅泵自栅液自水自自格吸格高行、A污运泵活生的N 制警控报C LP始自位 于开间上？动基 栅格 泵吸 手 52 图程 流池 待行节位液 运调低等动自泵吸自 池警节报调 待 2等录 附警N报 ？ A 障 泵故Y 泵 吸无行吸 自A运自 图N N 程 ？？ 自 B泵障Y了时Y 行流行泵吸故行小01加 运吸自无B运42C1 运 动 自 警 泵报 吸 待 自等 警N 池 报 ？ 节 泵障B 调 吸故Y 泵 自无B行吸 2运自 录 NN 附N ？？ ？ 池位是 Y 障1？ 了时Y 节液0数Y自A泵故Y行小01加 调中1C奇行泵吸无4 运吸自A运2C1 计设N统系N制 控 ？ ？理自动自位？ 处池自池上动Y池位警水节泵节泵自节液报污调吸调吸调高活生的N制控C LP始自位 于开池上？基节泵动 调 吸 手 53 图程池 流水位液待 行集低等运动自泵水 用警回报式立 待 3等录 附警N报 ？ 泵障A 水故Y回 用无行泵水 回A运用 N 图N 程 ？ B泵？ 时Y 回泵水障Y小0 行水用故了1加4 行流 运用回无行B运2C2 运 动 自 警 报 泵 水待 等 用 警N 回报 泵？ 式 水障B 用故Y回泵 立 回无行B水 运用 3 录 NN 附N ？ ？ 池位是 YA泵？障2？Y 了时Y 水液0回泵水故Y行小01加 集中1数C奇行水用无 运用回A运42C2 计设N统N系 制 ？ 控用动用位？ ？ 理回自回上动Y池位警处式泵式泵自水液报水立水立水集高污活生的N制控C L始用位 P回上？于开式泵动基 立 水手 54 图 程池 待流泥位液 行集低等运动自泵泥 污警流报回式 立待等 4 录警N附报 ？ 泵障回A 泥故Y 流无行泵泥 回A运流 N 图 N 程 ？ B泵？ 时Y 回泵泥障 Y小0 行泥流故了1加4C3 行流 运流回无行B运2 运 动 自 警 泵报 泥 待 等 污 警N 流报 回泵？ 泥障B 式流故Y回泵 回无行B泥 运流 立 4 NN 录N ？ 附？ ？ 池位是 YA泵障3？Y 了时 泥液0回泵泥故Y行小Y01加 集中1数C奇行泥流无 运流回A运42C3 计N设统N系 制 ？ 控流动流位？ ？ 理回自回上动Y池位警处式泵式泵自泥液报水立泥立泥集高污活生N的制控 C始流位 LP开回上？于式泵动基 立泥手 55 基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计 附录5 OB1主程序

附录5 OB1主程序

OB1 ：主程序

Network 1 ：格栅间自吸泵运行程序 Comment：

Network 2 ：调节池自吸泵运行程序 Comment：

Network 3 ：立式回用水泵运行程序 Comment：

Network 4 ：立式回流泥泵运行程序 Comment：

Network 5 ：报警程序 Comment：

Network 6 ：调用PLC值转工程值子程序

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基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计 附录5 OB1主程序

Comment：

Network 7 ：各液位的模拟量信号转换成数字量信号 Comment：

Network 8 ： Comment：

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基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计 攻读学位期间公开发表的论文

攻读学位期间公开发表的论文

1. 姚白莹. PLC应用于常用电气控制线路[J]. 科技信息，2010，06（326）：107－108.

2. 姚白莹，芮贤义. 基于PLC控制和组态监控的生活污水处理系统[J].大众科技，2010，10（134）：134－135.

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基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计 致谢

致 谢

首先，感谢我的导师芮贤义老师。这段时间，我时刻体会着芮老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，我想这是够我一生受用的人格魅力。从课题选择、开题，到系统开发、论文写作，整个过程，芮老师都倾注了大量的心血。正是在芮老师科学、严谨的指导下，我的研究课题才能顺利进行，论文才得以顺利完成。芮老师不仅在学习上对我严格要求，在日常工作和生活中也给予我非常多的帮助和意见，给予我很多的宽容、理解。再次向我的导师芮贤义老师表示深深的敬意和感谢！

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同事、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！最后我还要感谢我的家人对我的大力支持，谢谢你们！

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基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计

作者：

学位授予单位：

姚白莹苏州大学

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_D137524.aspx