海上平臺(tái)污水處理系統(tǒng)

1、摘 要本文以中海油天津分公司渤中28-2S CEP中心平臺(tái)污水處理系統(tǒng)為背景，研究海上平臺(tái)污水處理系統(tǒng)，在這里我們首先到勃中28-2S CEP中心平臺(tái)進(jìn)行實(shí)習(xí)，在實(shí)習(xí)過(guò)程中，初步認(rèn)識(shí)污水處理系統(tǒng)的工藝流程，回到學(xué)校后，到圖書(shū)館查閱污水處理方面的文獻(xiàn)，了解課題研究的背景及必要性，并且了解國(guó)內(nèi)外污水處理系統(tǒng)的現(xiàn)狀，然后認(rèn)真學(xué)習(xí)渤中28-2S CEP平臺(tái)污水處理系統(tǒng)的工藝流程，熟悉污水處理系統(tǒng)設(shè)備，以及設(shè)備參數(shù)控制方法，在學(xué)習(xí)了解的基礎(chǔ)上，對(duì)工藝進(jìn)行控制，在這里控制方法有很多，我們經(jīng)過(guò)分析對(duì)比，最終選擇PID控制，并用力控對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)，下位機(jī)用西門(mén)子PLC進(jìn)行控制。關(guān)鍵字：污水處理；組態(tài)

2、； PID；PLCAbstractThe Tianjin Branch of CNOOC Bozhong 28-2S CEP platform system for sewage treatment, sewage treatment system of offshore platform, here we first go to the 28-2S CEP platform. In practice, in the practice process, a preliminary understanding of process flow of sewage treatment system,

3、 back to school, to the library access to sewage treatment literature, understand the research background and necessity, and to understand the current status of domestic sewage treatment system, and then study the Bozhong 28-2S CEP platform process wastewater treatment system seriously, familiar wit

4、h the sewage treatment system equipment, and equipment parameter control method, based on the understanding of learning, to control the process, here the control there are many methods, we after analysis and comparison, the final choice of PID control, and force control for PC configuration design o

5、f the system, using Siemens PLC PLC control.Keywords: Sewage treatment; configuration; PID; PLC目 錄第1章 概述11.1 課題研究的背景及必要性11.2 工業(yè)污水處理的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀21.3 海上平臺(tái)污水處理系統(tǒng)方案的提出2第2章 渤中28-2南CEP生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)42.1 海上平臺(tái)污水處理系統(tǒng)工藝流程42.2 海上平臺(tái)污水處理系統(tǒng)設(shè)備介紹52.3 海上平臺(tái)污水處理系統(tǒng)監(jiān)控操作102.4 小結(jié)10第3章 污水處理系統(tǒng)控制算法123.1 污水處理系統(tǒng)控制算法的選擇123.2 污水處理系統(tǒng)PID控制算法1

6、23.3 污水處理系統(tǒng)PID控制算法編寫(xiě)133.4 小結(jié)14第4章 污水處理系統(tǒng)下位機(jī)PLC設(shè)計(jì)154.1 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的選擇154.2 西門(mén)子S7-200 PLC組成及工作原理164.3 污水處理系統(tǒng)PLC開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)184.4 小結(jié)20第5章 污水處理系統(tǒng)上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)215.1 污水處理系統(tǒng)上位機(jī)力控6.0簡(jiǎn)介215.2 污水處理系統(tǒng)組態(tài)人機(jī)界面設(shè)計(jì)原則225.3 污水處理系統(tǒng)組態(tài)開(kāi)發(fā)235.4 小結(jié)33結(jié)論34參考文獻(xiàn)35致 謝36第一章 概述1.1 課題研究的背景及必要性隨著航運(yùn)業(yè)和海洋開(kāi)發(fā)的空前發(fā)展，海洋環(huán)境的污染也越來(lái)越嚴(yán)重，人類(lèi)對(duì)海洋環(huán)境保護(hù)也日益重視。平臺(tái)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生

7、的生產(chǎn)污水對(duì)海洋環(huán)境構(gòu)成了較為嚴(yán)重的流動(dòng)性污染源。船舶生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)就是為了防止由船舶和海洋平臺(tái)產(chǎn)生的生產(chǎn)污水對(duì)航行水域造成污染而在船上和平臺(tái)上設(shè)置的特定處理裝置。隨著社會(huì)的發(fā)展，水資源已經(jīng)成為影響工業(yè)發(fā)展的重要因素，現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)工藝和設(shè)備對(duì)水質(zhì)要求越來(lái)越高。但是我國(guó)工業(yè)用水耗費(fèi)高，重復(fù)利用水少，中水使用率不高，有關(guān)資料顯示，我國(guó)的工業(yè)用水重復(fù)利用率平均為40%50%。目前全國(guó)城市污廢水的處理率（達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的）僅有10%左右，其余的污廢水都直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重復(fù)利用率低、污染嚴(yán)重是我國(guó)工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的突出問(wèn)題。嚴(yán)重的環(huán)境污染使有限的水資源日益減少、水質(zhì)日益惡化，無(wú)疑是

8、“雪上加霜”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于水質(zhì)污染，我國(guó)已有大約3億人的飲水發(fā)生不安全現(xiàn)象，其中1.9億人的飲水是超標(biāo)水。氣象學(xué)家預(yù)測(cè)，2100年全球變暖加劇，地表將有1/3的面積變?yōu)樯衬?，那時(shí)，干旱將威脅全球一半的大陸人類(lèi)的生存。這些現(xiàn)象都是水污染產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，因此工業(yè)污水處理項(xiàng)目的實(shí)施已經(jīng)刻不容緩。眾多跡象表面，水資源的短缺無(wú)疑將成為制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的瓶頸，因此世界各國(guó)越來(lái)越重視水處理和水的再利用，通過(guò)各種技術(shù)進(jìn)一步提高供水質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。并且工業(yè)污水處理過(guò)程中，經(jīng)過(guò)厭氧和好氧處理，污水中的熱量、沼氣等再生能源可以為工業(yè)生產(chǎn)提供二次能源，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。隨著環(huán)境保護(hù)的呼聲越來(lái)越

9、高，工業(yè)污水處理已經(jīng)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性，對(duì)于各種污水進(jìn)行處理后排放成為各企業(yè)基本的要求。在工廠的工業(yè)污水處理過(guò)程中，污水來(lái)源的不穩(wěn)定以及工廠中各種污水的成分的復(fù)雜性，對(duì)工業(yè)污水處理的工藝和控制方式提出了非常高的要求。未來(lái)10年，中國(guó)工業(yè)污水處理項(xiàng)目工程建設(shè)投資將超過(guò)2500億元，其中工業(yè)污水處理設(shè)備投入約300億元。采用先進(jìn)、實(shí)用的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程中廣泛采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，是推動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在這種形勢(shì)下工業(yè)污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)無(wú)疑是一個(gè)具有巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益的研究課題。對(duì)于環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，國(guó)務(wù)院明確規(guī)定所有工業(yè)污染源都必須達(dá)到排

10、放標(biāo)。其中處理過(guò)的污水還可以循環(huán)再利用，由于我國(guó)是一個(gè)水資源匱乏的國(guó)家，而且時(shí)空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。所以水資源也是一種保護(hù)。因此，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對(duì)于工業(yè)污水處理非常有必要。因此，有效的結(jié)合目前最新的工藝狀況、計(jì)量自控檢測(cè)儀表使用、PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)，將為當(dāng)前工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)提供有效的自控方法。1.2 工業(yè)污水處理的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 我國(guó)工業(yè)污水處理技術(shù)從“七五”國(guó)家科技攻關(guān)開(kāi)始逐步進(jìn)行研究。“七五”和“八五”攻關(guān)項(xiàng)目在氧化塘、土地處理和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術(shù)方面的研究較多，以這些成果為設(shè)計(jì)依據(jù)，建立了一些氧化塘、土地處理等污水示范工程。在人工處理技術(shù)方

11、面，“八五”對(duì)高負(fù)荷活性污泥、高負(fù)荷生物膜、一體化氧化溝技術(shù)進(jìn)行了深入研究。研究成果己被應(yīng)用于大批工業(yè)污水處理廠。污水廠污泥處置問(wèn)題在“九五”科技攻關(guān)中受到重視，并配套開(kāi)發(fā)成套的污泥處理。經(jīng)過(guò)“七五”、“八五”和“九五”期間的努力，我國(guó)在工業(yè)污水處理技術(shù)方面取得了較大的成就。目前在水污染治理技術(shù)上，我國(guó)已能提供下列工藝技術(shù)傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù)、各種新型活性污泥工藝如：SBR法和氧化溝技術(shù)等、酸化水解好氧技術(shù)和多種類(lèi)型的穩(wěn)定塘技術(shù)等，這些污水治理技術(shù)已經(jīng)在水體污染、改善水體環(huán)境方面發(fā)揮了突出的作用，標(biāo)志著我國(guó)工業(yè)污水處理事業(yè)發(fā)展到了一個(gè)嶄新的階段?，F(xiàn)階段，我國(guó)工業(yè)污水處理的工作重點(diǎn)已經(jīng)從工藝技術(shù)的

12、研究轉(zhuǎn)移到具體項(xiàng)目的實(shí)施。國(guó)際上，大規(guī)模的水污染治理是在第二次世界大戰(zhàn)后，隨著50年代經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展帶來(lái)的60年代日益嚴(yán)重性的環(huán)境污染而展開(kāi)的。工業(yè)污水處理設(shè)施中，城市排水管線(xiàn)和工業(yè)污水處理廠的興建和運(yùn)行在水污染控制中發(fā)揮著骨干作用。至70年代末，美國(guó)投入了數(shù)千億美元興建了18000余座城市工業(yè)污水處理廠，英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)更耗費(fèi)了巨額資金興建了7000至8000座城市工業(yè)污水處理廠。這些工業(yè)污水處理廠的投入對(duì)國(guó)家的水體污染改善起了關(guān)鍵的作用，也為人類(lèi)治理水污染積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)在，這些國(guó)家的工業(yè)污水處理水平又有了進(jìn)一步提高，興建了一批具有脫氮除磷功效的設(shè)施，對(duì)水體質(zhì)量改善和水環(huán)境保護(hù)起了重大

13、的作用。1.3 海上平臺(tái)污水處理系統(tǒng)方案的提出海上平臺(tái)污水處理系統(tǒng)的工藝流程是一級(jí)分離器分離出來(lái)的生產(chǎn)污水經(jīng)過(guò)斜板除油器進(jìn)行初次處理，處理后的污水含油量在200400ppm，依靠重力流入加氣浮選器進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)加氣浮選器之后含油量達(dá)到3060ppm，再通過(guò)輸送泵進(jìn)入雙介質(zhì)濾器，在這里處理后的污水含油量15ppm后就達(dá)到處理要求，然后送入儲(chǔ)水罐，在經(jīng)過(guò)注水緩沖罐打入油井下以平衡井下壓力，提高采油量。通過(guò)上述的工藝要求分析，我們?cè)谶@里提出方案，由于在污水處理系統(tǒng)中許多罐體的液位需要控制，而且在液位控制中我們用的控制算法是離散式PID，算法在上位機(jī)組態(tài)中實(shí)現(xiàn)，下位機(jī)中我們用的西門(mén)子S7-200系列的

14、PLC，CPU型號(hào)為226,PLC梯形圖的編寫(xiě)用的是STEP 7 MicroWIN SP6。第2章 渤中28-2南CEP生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)2.1 海上平臺(tái)污水處理系統(tǒng)工藝流程渤中28-2S CEP生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)基本工藝流程為：一級(jí)分離器分離出來(lái)的生產(chǎn)污水斜板除油器加氣浮選器雙介質(zhì)濾器供給泵雙介質(zhì)濾器污水罐注水緩沖罐。一級(jí)分離器生產(chǎn)污水斜板除油器污油罐加氣浮選器雙介質(zhì)濾器污水罐注水緩沖罐圖2-1 生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)工藝流程一級(jí)分離器分離出來(lái)的生產(chǎn)污水經(jīng)過(guò)斜板除油器進(jìn)行初次處理，處理后的污水含油量在200400ppm，依靠重力流入加氣浮選器進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)加氣浮選器之后含油量達(dá)到3060ppm，再通過(guò)

15、輸送泵進(jìn)入雙介質(zhì)濾器，在這里處理后的污水含油量15ppm后就達(dá)到處理要求，然后送入儲(chǔ)水罐，在經(jīng)過(guò)注水緩沖罐打入油井下以平衡井下壓力，提高采油量。2.2 海上平臺(tái)污水處理系統(tǒng)設(shè)備介紹渤中28-2S CEP生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)主要設(shè)備包括：斜板除油器、加氣浮選器、氣浮循環(huán)泵、雙介質(zhì)濾器、污水罐、污油罐、旋流除砂器、注水緩沖罐。1. 斜板除油器勃中28-2S CEP設(shè)置有一臺(tái)斜板除油器，它用來(lái)處理從一級(jí)分離器、生產(chǎn)水輸送泵、分離出來(lái)的生產(chǎn)污水，斜板除油器分離的污油依靠重力進(jìn)入污油罐，生產(chǎn)污水經(jīng)處理后含油200400ppm，依靠重力流入加氣浮選器進(jìn)行處理；斜板除油器頂部設(shè)置有呼吸閥PVSV-3001來(lái)控制

16、容器的壓力，當(dāng)壓力低于設(shè)定值（-1KPaG）時(shí)，來(lái)自燃料氣洗滌罐的天然氣進(jìn)行補(bǔ)壓，當(dāng)壓力高于設(shè)定值（6KPaG）時(shí)，泄壓排放至冷空系統(tǒng)。容器還設(shè)置了水封裝置，水封高度為1000mm。圖2-2 斜板除油器工作原理：在油井采出水中，油粒的分布方式主要分為三種：一是粒徑>100um的浮油，這種浮油約占總含油量的30%左右，在斜板除油器內(nèi)通過(guò)沉降較易分離：第二種是粒徑在30100um之間的分散油，通過(guò)短時(shí)間沉降不易分離，需要經(jīng)過(guò)“粗?；?，使油粒粒徑變大到100um以上后，才能較快的從水中浮上來(lái)，這部分油約占含油量的50%左右；第三種油是粒徑小于30um的細(xì)顆粒油，呈乳化狀態(tài)，難以用一般的方法分

17、離出來(lái)，至少經(jīng)過(guò)二級(jí)處理-使油粒粗?；皆黾拥?0um以上時(shí)，才能沉降分離出來(lái)。根據(jù)上述油水二相中有利的特性分析，斜板除油器設(shè)計(jì)原理如下：（1）粗?；恚捍至；褪抢糜袡C(jī)高強(qiáng)材料或經(jīng)改性處理的不銹鋼材料對(duì)水中油粒的親和粘浮能力。使含油污水或非互溶的液液兩相中的碳?xì)浠衔锘蛴?，被吸附在這些特種親油材料的表面，形成油膜，當(dāng)油膜逐漸增厚，并在水力推動(dòng)的條件下，油膜就會(huì)變?yōu)榱?gt;100um的油粒，并立即上浮到液面成為浮油，在用收集浮油的方法將油從水中分離出來(lái)，這個(gè)過(guò)程就是粗粒化過(guò)程。（2）淺遲原理：從工藝實(shí)用的角度來(lái)看，處理含油污水的油水分離技術(shù)主要是利用水和油的密度差來(lái)分離。根據(jù)Sto

18、cks定律：出油效率水的密度油的密度油的粒徑浮生面積水的黏度處理量從公式可以看出，油滴的脫出效率只與水、油的粒徑及表面負(fù)荷有關(guān)，與浮升高度無(wú)關(guān)，這就是所謂的“淺遲原理”。因此強(qiáng)化重力沉降從污水中除油，主要從兩方面著手：一是采取多層板結(jié)構(gòu)，增大浮生面積，降低表面負(fù)荷，多層板距越小，在相同處理量情況下，就可以脫出粒徑更小的油滴;二是使細(xì)小的油滴聚集成大油滴，從而提高油的浮生分離效率。斜板除油器的設(shè)計(jì)就是依據(jù)上述的兩個(gè)原理，使進(jìn)入除油器的含油污水先進(jìn)行斜板除油器，同時(shí)能除沙，再進(jìn)入平流式波紋管聚結(jié)組合裝置，除分散油和乳化油，所分離出的油上浮，并定時(shí)自動(dòng)流入收油槽后排到污油罐中去回收，脫油后的生產(chǎn)污水

19、從集油槽下面的通道流過(guò)，再?gòu)囊缌餮甙辶髦良叟懦觥?. 加氣浮選器圖2-3 加氣浮選器勃中28-2S CEP設(shè)置有兩臺(tái)加氣浮選器，它們并行安裝。從斜板除油器出來(lái)的生產(chǎn)污水靠重力流入加氣浮選器，回流水與氣體在文丘里高效汽水混合器中產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞、混合，將氣體大分子切割成細(xì)小的氣體小分子，使氣體以微細(xì)粒狀態(tài)均勻的溶于液體中，形成被氣體飽和，均相溶液溶氣水，溶氣水通過(guò)加氣浮選器內(nèi)的噴嘴釋放，在水中產(chǎn)生均勻細(xì)微的氣泡，這些氣泡可以捕捉粒徑在微米級(jí)的油粒并將其裹挾一起上浮，通過(guò)頂部的刮油器將污油收集至污油罐，加氣浮選器分離的污油進(jìn)入污油罐，處理后的生產(chǎn)污水（含油量3060ppm）通過(guò)輸送泵進(jìn)入雙介質(zhì)濾

20、器。工作原理：通過(guò)假期浮選器的文丘里高效汽水混合器和溶氣釋放器能產(chǎn)生大量的粒徑小于10um的微小氣泡，大量的小氣泡與油滴粘浮，形成氣泡油滴聚合體，在浮力的作用下上升到液面，從而實(shí)現(xiàn)油水的分離，高效率脫油的條件除了適宜的操作，還必須有適宜的藥劑，浮選所用的藥劑一般有下面幾個(gè)作用：1、捕集；2、破乳及絮凝；3、起泡；4、協(xié)同。一般情況下，無(wú)藥劑或藥劑不當(dāng)，脫油效率只有70%80%，而使用合適的藥劑可達(dá)到90%95%。3. 雙介質(zhì)濾器圖2-4 雙介質(zhì)濾器勃中28-2S CEP設(shè)置有兩臺(tái)雙介質(zhì)濾器，從加氣浮選器出來(lái)的生產(chǎn)污水經(jīng)過(guò)雙介質(zhì)濾器喂給泵增壓至400KpaG后進(jìn)入雙介質(zhì)濾器，雙介質(zhì)濾器主要作用是

21、去除水中的污油和懸浮物顆粒，使污水滿(mǎn)足回注要求，處理后的污水含油量15ppm，90%95%的大于3um的固體顆粒將被去除，處理合格后的生產(chǎn)污水進(jìn)入注水系統(tǒng)，正常操作條件下，兩臺(tái)雙介質(zhì)濾器是同時(shí)工作的。工作原理：過(guò)濾就是通過(guò)濾料床的物理和化學(xué)作用來(lái)去除污水中的微小懸浮物和油珠等，過(guò)濾法是一種用于含油污水深度處理的方法，過(guò)濾的一方面是通過(guò)濾料的機(jī)械篩選作用，把懸浮固體、油珠及細(xì)菌藻類(lèi)截留在濾料表面，或轉(zhuǎn)到先前被截留在濾料內(nèi)的絮凝體表面：另一方面，通過(guò)濾料的電化學(xué)特性把懸浮物等吸附在濾料表面。4. 污水罐勃中28-2S CEP污水系統(tǒng)設(shè)置有一個(gè)污水罐，主要是接收雙介質(zhì)濾器及二級(jí)分離器分離出來(lái)的生產(chǎn)污

22、水，通過(guò)污水泵將生產(chǎn)污水輸送到斜板除油器進(jìn)行處理。5污油罐勃中28-2S CEP污水系統(tǒng)設(shè)置有一個(gè)污油罐，主要是接收斜板除油器和加氣浮選器以及雙介質(zhì)濾器輸送的生產(chǎn)污油，通過(guò)污油泵將污油輸送到原油處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。如下圖：圖2-5 污油罐5.注水緩沖罐勃中28-2S CEP污水系統(tǒng)設(shè)置有一個(gè)注水緩沖罐，用它來(lái)接收處理合格的生產(chǎn)污水，在注入地下油井中來(lái)保持地下壓力平衡，增加原油產(chǎn)量。圖2-6注水緩沖罐6.旋流除砂器圖2-7 旋流除砂器旋流除砂器由筒體和椎體二部分組成，殼體上部，即筒體部分分開(kāi)有切線(xiàn)形進(jìn)水口，筒體內(nèi)有旋流組合件，椎體底部開(kāi)有排砂口，通體頂部開(kāi)有排水口。地層水進(jìn)入除砂器旋流管室后，迅速

23、切向進(jìn)入各旋流管切向進(jìn)水口，地下水依靠自身的壓力，在旋流管內(nèi)做高速圓周運(yùn)動(dòng)，由于離心力的作用，水中沙礫迅速離開(kāi)圓心，逐漸沉降到管壁，并最終沉降到排砂口，脫離的地下水沿著旋流管的中心不斷的上升，并通過(guò)出水口排出，從而源源不斷的完成地下水的除沙、凈化的作用，在除砂器的下部設(shè)有錐形斗，該部件的作用是將各旋流產(chǎn)生的泥沙匯集起來(lái)，并通過(guò)錐形斗端部的砂水排出管閥將泥沙排出。2.3 海上平臺(tái)污水處理系統(tǒng)監(jiān)控操作在系統(tǒng)正常投入工作后，每天都要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控操作，對(duì)主要設(shè)備的液位、閥門(mén)、流量的進(jìn)行控制，對(duì)處理后的水質(zhì)進(jìn)行抽樣檢查，看看是否合格，如果不合格盡快通知相關(guān)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查。在監(jiān)控操作的過(guò)程中，主要分

24、兩部分，一部分是通過(guò)中控室進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，一部分是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的查點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，兩個(gè)是有機(jī)的結(jié)合起來(lái)的，并能通過(guò)無(wú)線(xiàn)設(shè)備進(jìn)行相互的通信。為了更好的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，對(duì)監(jiān)控人員列出了一下要求：（1） 生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)主要設(shè)備的液位、溫度、壓力、流量和各類(lèi)調(diào)節(jié)閥、PCV 閥、SDV閥等的動(dòng)態(tài)變化和運(yùn)行狀態(tài)。（2）生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)各個(gè)泵的運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)的壓力、流量、振動(dòng)、電流、電壓等參數(shù)的變化。（3）化驗(yàn)人員定期對(duì)水相出口取樣化驗(yàn)，并及時(shí)將化驗(yàn)結(jié)果報(bào)告生產(chǎn)監(jiān)督。（4）生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)各種報(bào)警信號(hào)的確認(rèn)和處理。（5）現(xiàn)場(chǎng)操作人員通過(guò)聽(tīng)、看、聞、摸分析設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，確保其運(yùn)轉(zhuǎn)正常，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理、反映。（6）

25、現(xiàn)場(chǎng)操作人員在日常巡檢過(guò)程中，對(duì)生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行油氣泄漏檢查，嚴(yán)防跑、冒、滴、漏現(xiàn)象的發(fā)生。（7）現(xiàn)場(chǎng)操作人員定期對(duì)生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行排液，防止由于管線(xiàn)集液冷凝、凍結(jié)導(dǎo)致儀表控制失靈，造成惡性生產(chǎn)事故。（8）現(xiàn)場(chǎng)操作人員定期對(duì)生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)的電伴熱系統(tǒng)進(jìn)行檢查（冬季），發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)反饋。（9）現(xiàn)場(chǎng)操作人員根據(jù)錄取的生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的流程動(dòng)態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題早處理、早反饋，防止不必要的生產(chǎn)事故。（10）現(xiàn)場(chǎng)操作人員巡檢時(shí)目測(cè)各取樣點(diǎn)污水水質(zhì)，根據(jù)具體情況調(diào)整流程。2.4 小結(jié)在本章中我們研究了海上平臺(tái)污水處理系統(tǒng)的工藝流程，學(xué)習(xí)了系統(tǒng)所用的設(shè)備，并且怎么

26、去控制這些設(shè)備去工作，怎么去判斷是否出現(xiàn)故障，怎么對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，以及正常的運(yùn)行工作，了解完這些后，讓我對(duì)系統(tǒng)有了清晰明了的想法，在接下來(lái)的章節(jié)中，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加游刃有余，為接下來(lái)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)做好基礎(chǔ)。在接下來(lái)組態(tài)的開(kāi)發(fā)中，我們主要圍繞著系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行控制，讓各個(gè)設(shè)備協(xié)調(diào)的工作，在下位機(jī)PLC中，我們主要是圍繞著對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集，以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)的控制量進(jìn)行控制，以保證各個(gè)設(shè)備的實(shí)際值達(dá)到設(shè)定值。第3章 污水處理系統(tǒng)控制算法3.1 污水處理系統(tǒng)控制算法的選擇在污水處理系統(tǒng)中，我們要控制各個(gè)罐體的液位，在這里我們要在上位機(jī)中編寫(xiě)控制算法程序來(lái)控制液位，控制算法有很多，比如PID控制、模糊控制、神經(jīng)

27、網(wǎng)絡(luò)控制等。在這里我們最為熟悉的就是PID控制算法，也跟專(zhuān)業(yè)相匹配，并且它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)，所以在這里我們用PID控制算法。3.2 污水處理系統(tǒng)PID控制算法在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。PID控制

28、器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。比例（P）控制：比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)

29、系 統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 積分（I）控制：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn) 態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著 時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的 輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后 無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 微分（D

30、）控制：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng) 在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì) 出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有 滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作 用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比 例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤 差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值 ，從而避免了被控量的嚴(yán)重超

31、調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系 統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。3.3 污水處理系統(tǒng)PID控制算法編寫(xiě)在上位機(jī)中我們?cè)诳刂聘鱾€(gè)液位中用的是PID控制算法，在計(jì)算機(jī)編程中我們用的位置式PID算法，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的絕對(duì)值，而不是控制量的增量時(shí)，需要用PID的位置式算法。連續(xù)式PID式子如下：將模擬PID控制規(guī)律變換成差分方程，可做如下近似： 則連續(xù)的PID就被離散化了得到如下式子：式中u(k) 為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，如閥門(mén)開(kāi)度，因此稱(chēng)為位置型控制算式。在組態(tài)中我們就是用的離散式位置型PID式子，把式子用C語(yǔ)言寫(xiě)到組態(tài)的程序控制腳本中，來(lái)控制液位 ，程序如下：

32、/*斜板除油器液位PID控制起始*/ a1=0.1; a2=0.2; a3=0.125; e_xie1=e_xie2; e_xie2=e_xie3; e_xie3=xie_level.PV-sp_xie; sum_xie1=sum_xie1+e_xie3;u_xie=KP_xie*e_xie3*a1+KI_xie*sum_xie1*a2+KD_xie*a3*(e_xie3-e_xie2); xie_waterout.PV=u_xie; /*水液位PID控制結(jié)束*/其控制曲線(xiàn)如下圖所示：圖3-1 PID控制曲線(xiàn)3.4 小結(jié)在這里我們通過(guò)對(duì)污水處理系統(tǒng)的分析，選擇了PID控制算法，并且了解了PID

33、控制算法，在PID控制算法中我們用的是離散式位置型PID，算法，并且在組態(tài)的控制腳本中把控制程序用C語(yǔ)言編程，來(lái)控制罐體的液位。第4章 污水處理系統(tǒng)下位機(jī)PLC設(shè)計(jì)4.1 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的選擇西門(mén)子系列PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶(hù)程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序，主要用于管理全機(jī)、將程序語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)軟件由PLC廠家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干預(yù)。用戶(hù)程序是用戶(hù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制要求，用PLC的程序語(yǔ)言編制的應(yīng)用程序用于實(shí)現(xiàn)各種控制。1. 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)在硬件設(shè)計(jì)中已經(jīng)確定選擇德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-200PLC。其軟件開(kāi)發(fā)平

34、臺(tái)為STEP7 Micro/WIN32編程軟件。這是一種基于Windows平臺(tái)的應(yīng)用軟件，是西門(mén)子公司專(zhuān)為SIMATIC系統(tǒng)S7-200 PLC研制開(kāi)發(fā)的編程軟件，它可以使用通用的個(gè)人計(jì)算機(jī)作為圖片編輯器，用于在線(xiàn)或離線(xiàn)開(kāi)發(fā)用戶(hù)程序，用于在線(xiàn)對(duì)PLC進(jìn)行各種操作，并且可以在線(xiàn)監(jiān)控用戶(hù)程序的執(zhí)行狀態(tài)。STEP7 Micro/WIN32編程軟件要求個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)為Windows95 以上版本，硬件配置：IBM486以上兼容機(jī)，內(nèi)存8MB以上，VGA顯示器，至少50MB以上硬盤(pán)空間，光驅(qū)，鼠標(biāo)，PC/PPI電纜。2 編程語(yǔ)言的選擇PLC最常用的三種編程語(yǔ)言，一是梯形圖，二是語(yǔ)句表STL，三是功能

35、塊圖FBD。采用梯形圖編程，因?yàn)樗庇^易懂，但需要一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的編程軟件：采用語(yǔ)言表STL形式便于實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗恍枰慌_(tái)簡(jiǎn)易編程器，而不必用昂貴的圖形編程器或計(jì)算機(jī)來(lái)編程。STEP7 Micro/WIN32 編程軟件提供了三種編程語(yǔ)言，即梯形圖LAD，語(yǔ)言表STL及功能塊圖FBD，每種語(yǔ)言都有自己的特點(diǎn)。梯形圖是通過(guò)連接PLC指令的梯形圖符號(hào)連接在一起的連通圖，用以表達(dá)所使用的PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連接有兩種：以為母線(xiàn)，另一為內(nèi)部橫豎線(xiàn)。內(nèi)部橫豎線(xiàn)把一個(gè)個(gè)梯形圖符號(hào)指令連成一個(gè)指令組，這個(gè)指令組一般是從裝載指令開(kāi)始，必要時(shí)再續(xù)以若干個(gè)輸入指令，以建立邏輯條件

36、。最后為輸出類(lèi)指令，實(shí)現(xiàn)輸出控制，或?yàn)閿?shù)據(jù)控制、流程控制、通訊控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進(jìn)行相應(yīng)的工作。編程人員幾乎不必具有計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，不需考慮PLC內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理，只要有繼電接觸器控制的基礎(chǔ)，就能在很短時(shí)間內(nèi)掌握梯形圖LAD的使用和編程方法，因此這種編程語(yǔ)言應(yīng)用最廣。梯形圖的一個(gè)關(guān)鍵概念是“能流”(Power Flow)。如果有“能流”從左至右流向線(xiàn)圈，則線(xiàn)圈被激勵(lì)。如沒(méi)有，則線(xiàn)圈未被激勵(lì)。“能流”以通過(guò)被激勵(lì)(ON)的常開(kāi)接點(diǎn)和未被激勵(lì)(OFF)的常閉接點(diǎn)自左向右流。“能流”在任何時(shí)候都不會(huì)通過(guò)接點(diǎn)自右向左流。語(yǔ)言表STL類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，是PLC最基礎(chǔ)的編程語(yǔ)言。他特

37、別適合于熟悉計(jì)算機(jī)原理和熟悉PLC的結(jié)構(gòu)原理和工作過(guò)程的程序員，用它可以編寫(xiě)梯形圖LAD或功能塊圖FBD無(wú)法實(shí)現(xiàn)的程序，程序執(zhí)行速度最快。功能塊圖FBD類(lèi)似于數(shù)字電子電路，它是將具有各種與、或、非、異或等邏輯關(guān)系的功能塊圖按照一定的控制邏輯組合起來(lái)。這種編程語(yǔ)言適合于那些熟悉數(shù)字電子電路的人員。PLC的編程語(yǔ)言與一般計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相似，具有明顯的特點(diǎn)，它既不同于高級(jí)語(yǔ)言，也不同與一般的匯編語(yǔ)言，它既要滿(mǎn)足易于編寫(xiě)，又要滿(mǎn)足易于調(diào)試的要求。本文編程確定選用梯形圖LAD編程語(yǔ)言，以便形象、直觀地反映所實(shí)現(xiàn)的邏輯關(guān)系。PLC的這些及其它特性使之成為任何一個(gè)控制系統(tǒng)的有益部分。一旦安裝后，其作用立即顯現(xiàn)，

38、其收益也馬上實(shí)現(xiàn)，向其他智能設(shè)備一樣，PLC的潛在優(yōu)點(diǎn)還取決于應(yīng)用時(shí)的創(chuàng)造性。4.2 西門(mén)子S7-200 PLC組成及工作原理1.S7-200PLC組成 (1) 主機(jī)主機(jī)部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶(hù)程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。CPU是PLC的核心，它用以運(yùn)行用戶(hù)程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶(hù)指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如電腦、打印機(jī)等）的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。PLC的內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類(lèi)，一類(lèi)是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)用戶(hù)程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶(hù)不能更改；另

39、一類(lèi)是用戶(hù)程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，主要存放用戶(hù)編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。(2) 輸入/輸出（I/O）接口I/O接口是PLC與輸入/輸出設(shè)備連接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備（如按鈕、傳感器、觸點(diǎn)、行程開(kāi)關(guān)等）的控制信號(hào)。輸出接口是將主機(jī)經(jīng)處理后的結(jié)果通過(guò)功放電路去驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。I/O點(diǎn)數(shù)即輸入/輸出端子數(shù)是PLC的一項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)，通常小型機(jī)有幾十個(gè)點(diǎn)，中型機(jī)有幾百個(gè)點(diǎn)，大型機(jī)將超過(guò)千點(diǎn)。(3) 電源電源是指為CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設(shè)

40、備提供直流電源。(4) 編程編程是PLC利用外部設(shè)備，用戶(hù)用來(lái)輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示PLC的工作情況。通過(guò)專(zhuān)用的PC/PPI電纜線(xiàn)將PLC與電腦聯(lián)接，并利用專(zhuān)用的軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。(5) 輸入/輸出擴(kuò)展單元I/O擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）連接在一起。(6) 外部設(shè)備接口此接口可將打印機(jī)、條碼掃描儀,變頻器等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)，以完成相應(yīng)的操作。2.PLC的工作原理PLC的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。PLC在輸入采樣階段：首先以?huà)呙璺绞桨错樞驅(qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫(xiě)入各

41、對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶(hù)程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫(xiě)入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過(guò)一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。PLC是采用軟件編制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求的。編程時(shí)要使用到各種編程元件，它們可提供無(wú)數(shù)個(gè)動(dòng)合和動(dòng)斷觸點(diǎn)。編程元件是指輸入寄存器、輸出寄存器、位存儲(chǔ)器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能存儲(chǔ)

42、器等。CPU226系列具有多種功能模塊和人機(jī)界面可供選擇，具有功能齊全的編程軟膠囊，控制系統(tǒng)硬件電路需要6輸入/5輸出共計(jì)10個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，所以選擇CPU226作為主機(jī)單元，它具有24點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入16點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出PLC內(nèi)部這些存儲(chǔ)器的作用和繼電接觸控制系統(tǒng)中使用的繼電器十分相似，也有“線(xiàn)圈”與“觸點(diǎn)”，但它們不是“硬”繼電器，而是PLC存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。當(dāng)寫(xiě)入該單元的邏輯狀態(tài)為“1”時(shí)，則表示相應(yīng)繼電器線(xiàn)圈得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)。所以，內(nèi)部的這些繼電器稱(chēng)之為“軟”繼電器。4.3 污水處理系統(tǒng)PLC開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)1.I/O分配：圖4-1 PLC226接線(xiàn)圖I/O輸入分配：I0.0：?jiǎn)?dòng)

43、SB1 I0.1：停止SB2I0.2：斜板除油器手動(dòng)開(kāi)始SB3 I0.3：斜板除油器手動(dòng)停止SB4I0.4：氣浮A手動(dòng)開(kāi)始SB5 I0.5：氣浮A手動(dòng)停止SB6I0.6：氣浮B手動(dòng)開(kāi)始SB7 I0.7：氣浮B手動(dòng)停止SB8I1.0：雙濾器A手動(dòng)開(kāi)始SB9 I1.1：雙濾器A手動(dòng)停止SB10I1.2：雙濾器B手動(dòng)開(kāi)始SB11 I1.3：雙濾器B手動(dòng)停止SB12I1.4：污水罐手動(dòng)開(kāi)始SB13 I1.5：污水罐手動(dòng)停止SB14I1.6：污油罐手動(dòng)開(kāi)始SB15 I1.7：污油罐手動(dòng)停止SB16I2.0：旋流除砂器手動(dòng)開(kāi)始SB17 I2.1：旋流除砂器手動(dòng)停止SB18I2.2：注水緩沖罐手動(dòng)開(kāi)始SB1

44、9 I2.3：注水緩沖罐手動(dòng)停止SB20I2.4：油井A注水開(kāi)始SB21 I2.5：油井A注水結(jié)束SB22I2.6：油井B注水結(jié)束SB23 I2.7：油井B注水結(jié)束SB24I3.0：油井C注水結(jié)束SB25 I3.1：油井C注水結(jié)束SB26I/O輸出分配：Q0.0：?jiǎn)?dòng)線(xiàn)圈 Q0.1：斜板除油器手動(dòng)線(xiàn)圈Q0.2：氣浮A手動(dòng)線(xiàn)圈 Q0.3：氣浮B手動(dòng)線(xiàn)圈Q0.4：雙濾器A手動(dòng)線(xiàn)圈 Q0.5：雙濾器B手動(dòng)線(xiàn)圈Q0.6：污水罐手動(dòng)線(xiàn)圈 Q0.7：污油罐手動(dòng)線(xiàn)圈Q1.0：旋流除砂器手動(dòng)線(xiàn)圈 Q1.1：注水緩沖罐手動(dòng)線(xiàn)圈Q1.2：油井A線(xiàn)圈 Q1.3：油井B線(xiàn)圈Q1.4：油井C線(xiàn)圈 Q1.5：?jiǎn)?dòng)PID線(xiàn)

45、圈2.梯形圖：（1）梯形圖見(jiàn)附錄2（2）子程序：由于調(diào)用的子程序都是PID模塊，這里只列出部分程序,配置圖和子程序：4.4 小結(jié)在這里我們通過(guò)對(duì)污水處理系統(tǒng)硬件的分析，選擇了西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-200PLC，并且對(duì)S7-200PLC進(jìn)行學(xué)習(xí)了解，然后根據(jù)系統(tǒng)的工藝要求進(jìn)行I/O分配，然后進(jìn)行梯形圖的程序編寫(xiě)。第5章 污水處理系統(tǒng)上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)5.1 污水處理系統(tǒng)上位機(jī)力控6.0簡(jiǎn)介力控6.0監(jiān)控組態(tài)軟件是北京三維力控科技根據(jù)當(dāng)前的自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，總結(jié)多年的開(kāi)發(fā)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和大量的用戶(hù)需求而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的高端產(chǎn)品，是三維力控全體研發(fā)工程師集體智慧的結(jié)晶，該產(chǎn)品主要定位于國(guó)內(nèi)高端自動(dòng)化市場(chǎng)及應(yīng)用

46、，是企業(yè)信息化的有力數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。力控6.0在秉承力控5.0成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)界面、I/O驅(qū)動(dòng)調(diào)度等主要核心部分進(jìn)行了大幅提升與改進(jìn)，重新設(shè)計(jì)了其中的核心構(gòu)件，力控6.0面向. NET開(kāi)發(fā)技術(shù)，開(kāi)發(fā)過(guò)程采用了先進(jìn)軟件工程方法：“測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)”，產(chǎn)品品質(zhì)將得到充分保證。與力控早期產(chǎn)品相比，力控6.0產(chǎn)品在數(shù)據(jù)處理性能、容錯(cuò)能力、界面容器、報(bào)表等方面產(chǎn)生了巨大飛躍。力控6.0組態(tài)軟件有以下優(yōu)點(diǎn)：力控組態(tài)軟件具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)

47、場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問(wèn)題：畫(huà)面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫(huà)。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用力控對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫(huà)面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。1.使用力控6.0實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真的基本方法： (1)圖形界面的設(shè)計(jì)。 (2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)。 (3)建立動(dòng)畫(huà)連接。 (4)運(yùn)行和調(diào)試。 2.使用力控

48、6.0軟件開(kāi)發(fā)具有以下幾個(gè)特點(diǎn): (1)實(shí)驗(yàn)全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn),從而大大減少購(gòu)置儀器的經(jīng)費(fèi)。 (2)該系統(tǒng)是中文界面,具有人機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)用戶(hù)而言,操作簡(jiǎn)單易學(xué)且編程簡(jiǎn)單,參數(shù)輸入與修改靈活,具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力,可以實(shí)時(shí)地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線(xiàn),這些很強(qiáng)的交互能力使其在自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)揮理想的效果。 3.在采用力控6.0開(kāi)發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)用程序過(guò)程中要考慮以下三個(gè)方面: (1)圖形,是用抽象的圖形畫(huà)面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。 (2)數(shù)據(jù),就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù),并用此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量描

49、述工控對(duì)象的各種屬性,比如水位、流量等。 (3)連接,就是畫(huà)面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫(huà)來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。5.2 污水處理系統(tǒng)組態(tài)人機(jī)界面設(shè)計(jì)原則人機(jī)界面是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話(huà)接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。是指人和機(jī)器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域或互相影響指人和機(jī)器的硬接觸和軟接觸，此結(jié)合面不僅包括點(diǎn)線(xiàn)面的直接接觸，還包括遠(yuǎn)距離的信息傳遞與控制的作用空間。人機(jī)結(jié)合面是人機(jī)系統(tǒng)中的中心一環(huán)節(jié)，主要由安全工程學(xué)的分支學(xué)科，安全人機(jī)工程學(xué)去研究和提出解決的依據(jù)，并通過(guò)安全工程設(shè)備工程學(xué)，安全管理工程學(xué)以及安全系統(tǒng)工程學(xué)去研究具體的解

50、決方法手段措施安全人機(jī)學(xué)。它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類(lèi)可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面?，F(xiàn)在大量運(yùn)用在工業(yè)與商業(yè)上，簡(jiǎn)單的區(qū)分為“輸入”與“輸出”兩種，輸入指的是由人來(lái)進(jìn)行機(jī)械或設(shè)備的操作，如污水處理系統(tǒng)中的液位設(shè)定值，對(duì)閥門(mén)的控制量，對(duì)狀態(tài)燈的顯示等，而輸出指的是由機(jī)械或設(shè)備發(fā)出來(lái)的通知，如故障、警告、操作說(shuō)明提示等，好的人機(jī)接口會(huì)幫助使用者更簡(jiǎn)單、更正確、更迅速的操作機(jī)械，也能使機(jī)械發(fā)揮最大的效能并延長(zhǎng)使用壽命。1.人機(jī)界面設(shè)計(jì)原則：(1)以用戶(hù)為中心的基本設(shè)計(jì)原則 在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要抓住用戶(hù)的特征，發(fā)現(xiàn)用戶(hù)的需求。在系統(tǒng)整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中要不斷征求用

51、戶(hù)的意見(jiàn)，向用戶(hù)咨詢(xún)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決策要結(jié)合用戶(hù)的工作和應(yīng)用環(huán)境，必須理解用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的要求。最好的方法就是讓真實(shí)的用戶(hù)參與開(kāi)發(fā)，這樣開(kāi)發(fā)人員就能正確地了解 用戶(hù)的需求和目標(biāo)，系統(tǒng)就會(huì)更加成功。 (2)順序原則 即按照處理事件順序、訪(fǎng)問(wèn)查看順序（如由整體到單項(xiàng)，由大到小，由上層到下層等）與污水控制系統(tǒng)的控制工藝流程等設(shè)計(jì)監(jiān)控管理和人機(jī)對(duì)話(huà)主界面及其二級(jí)界面。 (3)功能原則 即按照對(duì)象應(yīng)用環(huán)境及場(chǎng)合具體使用功能要求，各種子系統(tǒng)控制類(lèi)型、不同管理對(duì)象的同一界面并行處理要求和多項(xiàng)對(duì)話(huà)交互的同時(shí)性要求等，設(shè)計(jì)功能區(qū)分多級(jí)菜單、分層提示信息和多項(xiàng)對(duì)話(huà)欄并舉的窗口等的人機(jī)交互界面，從而使用戶(hù)易于分辨和掌握交

52、互界面的使用規(guī)律和特點(diǎn)，提高其友好性和易操作性。 (4)一致性原則 包括色彩的一致，操作區(qū)域一致，文字的一致。即一方面界面顏色、形狀、字體與行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)相一致。另一方面界面顏色、形狀、字體自成一體，不同設(shè)備及其相同設(shè)計(jì)狀態(tài)的顏色應(yīng)保持一致。界面細(xì)節(jié)美工設(shè)計(jì)的一致性使運(yùn)行人員看界面時(shí)感到舒適，從而不分散他的注意力。對(duì)于新運(yùn)行人員，或緊急情況下處理問(wèn)題的運(yùn)行人員來(lái)說(shuō)，一致性還能減少他們的操作失誤。 (5)頻率原則 即按照管理對(duì)象的對(duì)話(huà)交互頻率高低設(shè)計(jì)人機(jī)界面的層次順序和對(duì)話(huà)窗口菜單的顯示位置等，提高監(jiān)控和訪(fǎng)問(wèn)對(duì)話(huà)頻率。 (6)重要性原則 即按照管理對(duì)象在控制系統(tǒng)中的重要性和全局性水平，設(shè)計(jì)人機(jī)界面

53、的主次菜單和對(duì)話(huà)窗口的位置和突顯性，從而有助于管理人員把握好控制系統(tǒng)的主次，實(shí)施好控制決策的順序，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度和管理。 人機(jī)交互界面，無(wú)論是面向現(xiàn)場(chǎng)控制器還是面向上位監(jiān)控管理，兩者是有密切內(nèi)在聯(lián)系的，他們監(jiān)控和管理的現(xiàn)場(chǎng)各對(duì)象是相同的，許多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)在他們之間是共享和相互傳遞的。人機(jī)界面的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)應(yīng)是未來(lái)的發(fā)展方向，因?yàn)樗_實(shí)體現(xiàn)了易憧、簡(jiǎn)單、實(shí)用的基本原則，充分表達(dá)了以人為本的設(shè)計(jì)理念。各種工控組態(tài)軟件和編程工具為制作精美的人機(jī)交互界面提供了強(qiáng)大的支持手段，系統(tǒng)越大越復(fù)雜越能體現(xiàn)其優(yōu)越性。5.3 污水處理系統(tǒng)組態(tài)開(kāi)發(fā)1.配置I/O設(shè)備：首先在工程項(xiàng)目中打開(kāi)變量中的IO設(shè)備組態(tài)，在IOMa

54、nager中選擇力控SIMULATOR(仿真)如下圖所示：圖5-1 IO設(shè)備選擇在污水系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中我們用的是力控中Simulator（仿真），所以設(shè)備連接是虛擬連接，地址就是一個(gè)自己給定的地址，沒(méi)有配置通道,點(diǎn)擊完成。如下圖：圖5-2 IO設(shè)備配置這時(shí)在IoManager中就會(huì)出現(xiàn)我們配置的IO設(shè)備，如下圖所示：圖5-3 IO設(shè)備配置完成2.界面設(shè)計(jì)：在污水處理系統(tǒng)中，由于用到了多個(gè)罐體，并且各個(gè)罐體需要PID控制，所以主要的界面設(shè)計(jì)分為主界面、斜板除油器、加氣浮選器、雙介質(zhì)濾器、污水罐、污油罐、旋流除砂器、注水緩沖罐、數(shù)據(jù)庫(kù)，一共9個(gè)畫(huà)面，如下圖所示：圖5-4 主界面圖5-5 斜板除油器圖5-

55、6 加氣浮選器圖5-7 雙介質(zhì)濾器圖5-8污水罐圖5-9污油罐圖5-10旋流除砂器圖5-11注水緩沖罐圖5-12數(shù)據(jù)庫(kù)3.組態(tài)變量：在組態(tài)中變量一共有3種，數(shù)據(jù)庫(kù)變量、中間變量、間接變量。（1）數(shù)據(jù)庫(kù)變量有兩種，一種是模擬量，一種是數(shù)字量，根據(jù)我們的需要進(jìn)行選擇,數(shù)據(jù)庫(kù)變量是和現(xiàn)成的設(shè)備（PLC）相連接的，如下圖所示：圖5-13數(shù)據(jù)庫(kù)變量部分展示（2）中間變量和間接變量是我們?cè)谟?jì)算機(jī)里控制算法或一些中間數(shù)值轉(zhuǎn)換用到的變量，這些數(shù)據(jù)只參與運(yùn)算，不參與控制，因此稱(chēng)為中間變量和間接變量，在此項(xiàng)工程中由于應(yīng)用了PID控制，而且是離散PID控制多個(gè)罐體的液位，不免要用到大量的中間變量和間接變量，中間變量

56、和間接變量可以是實(shí)型、整型、離散型、字符型，添加時(shí)無(wú)需和PLC地址連接,部分中間變量和間接變量如下圖所示：圖5-14中間變量部分展示圖5-15間接變量部分展示4.動(dòng)畫(huà)的連接：由于畫(huà)面太多，動(dòng)畫(huà)連接也很多，在這里就做一個(gè)罐體的液位連接，其他的都是一樣的，就不再贅述：（1）首先我們?cè)诋?huà)面的罐體上雙擊,出現(xiàn)如下顯示框：圖5-16動(dòng)畫(huà)連接（2）我們點(diǎn)擊百分比填充，出現(xiàn)下圖：圖5-17百分比填充（3）我們點(diǎn)擊變量選擇，選擇要連接的液位變量，整個(gè)數(shù)據(jù)連接就完成，變量選擇如下圖：圖5-18百分比填充4.控制程序的編寫(xiě)：控制程序分為應(yīng)用程序動(dòng)作、數(shù)據(jù)改變動(dòng)作、按鍵動(dòng)作、條件動(dòng)作。在污水處理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中我們用到的最多的是應(yīng)用程序動(dòng)作，因?yàn)樗恳幻腌娝⑿乱淮螖?shù)據(jù)，能很好進(jìn)行PID控制，應(yīng)用程序動(dòng)作編輯窗口如下圖所示：圖5-19應(yīng)用程序動(dòng)作編輯窗口程序見(jiàn)附錄1。5.4 小結(jié) 以上就是整個(gè)污水處理系統(tǒng)的組態(tài)開(kāi)發(fā)，在本章中我們學(xué)習(xí)了怎樣用組態(tài)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行模擬控制，怎么選擇I/O設(shè)備，怎么建立數(shù)據(jù)庫(kù)