基于PLC的污水處理系統(tǒng)的設(shè)計說明

1、1緒論我國是一個水資源匱乏的國家，而且時空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。與此同時，在我國大部分城市和地區(qū)，本已極為有限的水資源還受到水質(zhì)惡化和水生態(tài)系統(tǒng)破壞的嚴(yán)重威脅。由于80%以上的污水未經(jīng)有效處理就直接投進(jìn)水域，已造成我國1/3以上的河段受到污染，90%以上的城市水域嚴(yán)重污染，近50%的重點(diǎn)城鎮(zhèn)水源不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。尤其伴隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加速，需水量和污染物排放量迅速增長，水危機(jī)不僅會長期存在，而且有迅速加劇的趨勢。水資源短缺和水環(huán)境污染造成的水危機(jī)已經(jīng)成為我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素。國外水環(huán)境恢復(fù)與再生的實(shí)踐表明，污水深度處理與再利用是通向健康水循環(huán)的橋梁，推進(jìn)污水

2、深度處理和普與再生水，利用人類與自然兼容協(xié)調(diào)，創(chuàng)造良好水環(huán)境，促進(jìn)人類可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。1.1選題的目的和意義世界任何國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都會推進(jìn)社會進(jìn)步、促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，使人民生活得到進(jìn)一步改善，但是也隨之帶來不同程序的環(huán)境污染。污水也是造成環(huán)境污染的來源之一。這個污染源的出現(xiàn)引起了世界各國政府的關(guān)注，治理水污染環(huán)境的課題被列入世界環(huán)保組織的工作日程。我國是一個嚴(yán)重缺水的國家，雖然我國年平均水資源總量為28000億m2，居世界第六位，人均水資源量為2220m2，居世界第110位，已經(jīng)被聯(lián)合國列為世界上13個缺水國家之一。目前我國約300個城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有50個。據(jù)中國經(jīng)濟(jì)信息

3、網(wǎng)分析統(tǒng)計，全國按目前正常需要，年缺水總量約為300億400億立方米，因缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)2300億元，超過洪澇災(zāi)害。水資源的匱乏和水資源的污染，已經(jīng)嚴(yán)重影響了人民的日常生活，嚴(yán)重影響了我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。特別是我國北方城市，如、等城市水資源更為短缺。根據(jù)國家十五發(fā)展綱要，十五期間各縣市都要建立污水處理廠，如何保證處理過程的正常運(yùn)行，減少運(yùn)行成本成為環(huán)保部門、城建部門所關(guān)注的問題。目前國家治理污染的重點(diǎn)是“33211”工程，即“三河”(淮河、海河、遼河流域)、“三湖”(太湖、滇池)、“兩區(qū)”(酸雨控制區(qū)、二氧化硫控制區(qū))、“一市”()、“一?！?渤海流域)1。我國城市污水處理的電耗為0

4、.365kwh/m³、日本為0.304kwh/m³、美國為0.243kwh/m³，并且我們的工作人員還要比這些國家多，但是我國城市污水處理深度卻遠(yuǎn)不如這些國家。造成這種結(jié)果的原因主要是：污水處理廠管理水平低、自動化控制手段差。因此建設(shè)符合我國國情的污水處理自動控制系統(tǒng)對降低污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會，保持我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。1.2當(dāng)今國外污水處理自動控制系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r1.2.1國外污水處理自控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r國外的一些發(fā)達(dá)國家，如美國、日本、西歐等國，由于這些國家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，并較早的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化。這些國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展較早而且較快，環(huán)境問題特別是水

5、資源污染的嚴(yán)重性也較早的體現(xiàn)出來，同時也得到了這些國家政府的重視，投入了大量的人力、物力，進(jìn)行水處理的研究。這些國家在研究水處理新理論和工藝的同時，也重視污水處理自控系統(tǒng)的研究。這些國家先后投資研究高效型、智能型、集約型污水處理設(shè)備和自動化控制儀表。一些發(fā)達(dá)國家經(jīng)過十幾年的努力，污水處理率幾經(jīng)達(dá)到了80%90%，成功地解決了來自于城市和工業(yè)的點(diǎn)源污染問題。同時一些國家開始重視污水的回用，如以色列的污水回用率達(dá)到了90%。由于控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以與現(xiàn)場總線技術(shù)的飛速發(fā)展，國外的污水廠很早便實(shí)現(xiàn)了污水廠的網(wǎng)絡(luò)控制，如DCS、FCS系統(tǒng)。同時國外較早的將SCADA技術(shù)引入到了給水排水工程中，并取

6、得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。國外同時注重水處理中PLC的開發(fā)，相繼研制出了一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列、Schneider的TSX Quantum系列；同時國外也很重視在線儀表的研制，如德國E+H公司，美國的哈希公司相繼研制了溶解氧DO(Dissolved Oxygen)、化學(xué)需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)分析儀。國外污水處理自控系統(tǒng)主要存在以下幾個特點(diǎn)：(1)采用集散控制系統(tǒng)DCS和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS。按照廠區(qū)的自身情況和工藝段來劃分若干個控制站，站與站之間可以平級關(guān)系也可以是上下級關(guān)系，站與站之間一般獨(dú)

7、立運(yùn)行。設(shè)立中控室，中控室有操作員和工程師站，負(fù)責(zé)全廠的數(shù)據(jù)管理與記錄、報表等工作。(2)采用在線監(jiān)測的水質(zhì)分析儀表，對全廠的水質(zhì)實(shí)行實(shí)時監(jiān)測，并由上位機(jī)記錄下來，提高了測量精度。(3)生產(chǎn)過程中不同程度上采用了智能控制，可以根據(jù)水質(zhì)和水源的變化自動地調(diào)整相應(yīng)的控制方式。(4)大量采用遙測、遙控設(shè)備，并開始有效地利用社會信息資源，如網(wǎng)絡(luò)、移動網(wǎng)絡(luò)、國際互聯(lián)網(wǎng)、氣象信息等。1.2.2國污水處理自控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r解放初期由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剛剛起步，當(dāng)時的污水污染程度很低，且提倡利用污水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，特別是北方缺水地區(qū)將污水灌溉利用作為經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推廣，如著名的撫灌溉等，全國僅有幾個城市建設(shè)了近十座污水處理廠

8、(還包括19211926年間外國人興建3座污水處理廠)，在處理工藝有的還是一級處理，處理的規(guī)模也很小，每天只有幾千個立方米，最大的也只有每天5萬立方米左右，致使污水處理技術(shù)和管理水平處于較落后的狀態(tài)。我國第一座大型污水處理廠市紀(jì)莊子污水處理廠于1982年破土動工，1984年4月28日竣工投產(chǎn)運(yùn)行，處理規(guī)模為26萬立方米/天。紀(jì)莊子污水處理廠投產(chǎn)運(yùn)行后多年來達(dá)到設(shè)計出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，使黑臭的污水變?yōu)榍辶鳎恼Q生填補(bǔ)了我國大型污水處理廠建設(shè)的空白。在此成功經(jīng)驗(yàn)的帶動下，北爾、等省市根據(jù)各自的具體情況分別建設(shè)了不同規(guī)模的污水處理廠。與國外相比，我國污水處理自動化控制起步較晚，七十年代開始采用熱工儀表，

9、實(shí)行集中巡檢；八十年代應(yīng)用分析儀表和DCS系統(tǒng)；至九十年代，隨著一大批利用國際貸款的大型污水處理廠的建設(shè)投產(chǎn)，我國污水處理控制系統(tǒng)的自動化水平有了很大的提高。從國外引進(jìn)污水廠的自動控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛采用集散式計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了自動化程度較高的檢測儀表，各種新工藝，新設(shè)備大量出現(xiàn)并得到應(yīng)用?？梢哉f我國污水處理自動化的現(xiàn)狀是：手動與自動皆備，自制和引用并舉。可以看出我國的污水處理自控系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：(1)對于新建的污水處理廠，引進(jìn)了計算機(jī)分散控制系統(tǒng)，手動與自動并存的控制方式。大部分以前建設(shè)的污水廠自動化程度仍然很低，仍采用人工巡檢的方式。(2)國產(chǎn)在線儀表的穩(wěn)定性還沒有達(dá)到要求，所以大部分采用

10、進(jìn)口的在線儀表，但是由于進(jìn)口儀表價格昂貴，所以應(yīng)用并不是很廣泛。水質(zhì)的檢測主要是有實(shí)驗(yàn)室人員通過實(shí)驗(yàn)來測量。(3)各個控制站之間完全獨(dú)立，沒有信息的交換。并且各個控制單元由于其部資源的限制，只是實(shí)現(xiàn)了簡單的時間控制和邏輯控制。通過對比，不難看出整體上和國外相比我國污水的自控系統(tǒng)仍然存在很大的差距，但是我國的應(yīng)用前景卻非常廣泛、潛力很大。2污水處理概述2.1污水處理概述城市污水、生活污水、生產(chǎn)污水或工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)污水，往往都排入城市排水系統(tǒng)，故把生活污水和生產(chǎn)污水的混合污水叫做城市污水。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細(xì)菌

11、、病毒等使人致病的微生物。經(jīng)處理后的污水，最后出路有三種：排放水體；灌溉田地；重復(fù)使用。水處理的目的不外乎三種2：(1)去除水中影響使用水質(zhì)的雜質(zhì)以與污泥的處置，這是最主要的容。(2)為了滿足用水的要求，在水中加入新的成分以改變水的化學(xué)性質(zhì)，如食用水中加氟以防止齲齒病，循環(huán)冷卻水中加緩蝕劑以控制腐蝕和結(jié)垢等。(3)改變水的物理性質(zhì)的處理，如水的冷卻，降低水的粘滯度等。2.2污水處理工藝技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展我國現(xiàn)有城市污水處理廠80%以上采用的是活性污泥法，其余采用一級處理、強(qiáng)化一級處理、穩(wěn)定塘法與土地處理法等。“七五”、“八五”、“九五”國家科技攻關(guān)課題的建立與完成，使我國在污水處理新技術(shù)、污水再

12、生利用新技術(shù)、污泥處理新技術(shù)等方面都取得了可喜的科研成果，某些研究成果達(dá)到國際先進(jìn)水平同時，借助于外貸城市污水處理工程項(xiàng)目的建設(shè)，國外許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備被引進(jìn)到我國，AB法、氧化溝法、A/O工藝、A/A/O工藝、SBR法在我國城市污水處理廠中均得到應(yīng)用。污水處理工藝技術(shù)由過去只注重去除有機(jī)物發(fā)展為具有除磷脫氮功能。國外一些先進(jìn)、高效的污水處理專用設(shè)備也進(jìn)入了我國污水處理行業(yè)市場，如格柵機(jī)、潛水泵、除砂裝置、刮泥機(jī)、曝氣器、鼓風(fēng)機(jī)、污泥泵、脫水機(jī)、沼氣發(fā)電機(jī)、沼氣鍋爐、污泥消化攪拌系統(tǒng)等大型設(shè)備與裝置。我國80年代以前建設(shè)的城市污水處理廠大部分采用普通曝氣法活性污泥處理工藝，由于該工藝主

13、要以去除BOD5和SS為主要目標(biāo)，對氮磷的去除率非常低。為了適應(yīng)水環(huán)境與排放要求，一些污水處理廠正在進(jìn)行改造，增加或強(qiáng)化脫氮和除磷功能。AB法污水處理工藝于80年代初開始在我國應(yīng)用于工程實(shí)踐。由于其具有抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、對PH值變化和有毒物質(zhì)具有明顯緩沖作用的特點(diǎn)，故主要應(yīng)用于污水濃度高、水質(zhì)水量變化較大，特別是工業(yè)污水所占比較高的城市污水處理廠。目前氧化溝工藝是我用較多的污水處理工藝技術(shù)之一。應(yīng)用較多的有奧貝爾氧化溝工藝，由我國自行設(shè)計、全套設(shè)備國產(chǎn)化，已有成功實(shí)例。DE型氧化溝和三溝式氧化溝在中高濃度的中小型城市污水處理中也有應(yīng)用。采用卡羅塞爾氧化溝工藝的城市污水處理廠大部分為外貸項(xiàng)目。多

14、種類型的SBR工藝在我國均有應(yīng)用，如屬第二代SBR工藝的ICEAS工藝，屬第三代的CAST工藝、UNI-TANK工藝等。隨著我國對水環(huán)境質(zhì)量要求的提高，使得新建城市污水處理廠必須考慮氮磷的去除問題。由此開發(fā)了改良A/A/O工藝和回流污泥反硝化生物除磷工藝，并已開始在實(shí)際工程中應(yīng)用。如污水處理廠、村河污水處理廠、北倉污水處理廠、清河污水處理廠等。目前我國新建與在建的污水處理廠所采用的工藝中，各種類型的活性污泥法仍為主流，占90%以上，其余則為一級處理、強(qiáng)化一級處理、生物膜法與與其他處理工藝相結(jié)合的自然生態(tài)凈化法等污水處理工藝技術(shù)。從國情出發(fā)，我國城市污水處理發(fā)展趨勢：(1)氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)的去處仍

15、為重點(diǎn)也是難點(diǎn)。(2)工業(yè)廢水治理開始轉(zhuǎn)向全過程控制。(3)單獨(dú)分散處理轉(zhuǎn)為城市污水集中處理。(4)水質(zhì)控制指標(biāo)越來越嚴(yán)。(5)由單純工藝技術(shù)研究轉(zhuǎn)向工藝、設(shè)備、工程的綜合集成與產(chǎn)業(yè)化與經(jīng)濟(jì)、政策、標(biāo)準(zhǔn)的綜合性研究。(6)污水再生利用提上日程。(7)中小城鎮(zhèn)污水污染與治理問題開始受到重視。2.3污水處理工藝流程污水處理就是采用各種技術(shù)與手段，將污水中所含的污染物質(zhì)分離去除、回收利用，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使水得到凈化?，F(xiàn)代污水處理技術(shù)，按原理可分為物理處理法、化學(xué)處理法和生物化學(xué)處理法三類。生物化學(xué)處理是利用微生物處理污水中的有機(jī)污染物的一種工藝。該工藝運(yùn)行費(fèi)用較低，得到了廣泛的應(yīng)用，目前已成

16、為城市污水處理的主體工藝。該法有活性污泥法和生物膜法兩種，前者多用于城市污水，后者多用于處理高濃度有機(jī)污水與污水處理過程中生產(chǎn)的污泥。城市污水處理按處理程度不同可分為預(yù)處理、一級處理、二級處理、深度處理和污泥處理與處置。預(yù)處理：主要包括格柵和沉砂池。其主要作用是截留大塊物質(zhì)、砂石，以保證后續(xù)設(shè)備的正常運(yùn)行。一級處理：主要是初次沉淀池。目的是將污水中懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)盡可育出或沉降去除，經(jīng)過一級處理后的污水，可去除50%左右的懸浮物，污水五日需氧量一般只能去除30%左右，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。二級處理工藝：主要有曝氣池和二沉池構(gòu)成。它是城市污水處理廠的核心，一般采用生物處理方法中的活性污泥法，主要

17、去除水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機(jī)污染物。經(jīng)二級處理后，有機(jī)污染物質(zhì)的去除率可達(dá)90%以上，污水中污水五日需氧量值可降至20mg/L30mg/L，有機(jī)污染物達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。深度處理：通用的工藝有混凝沉淀和過濾。主要目的是為了滿足高標(biāo)準(zhǔn)的受納水體要求或用于工業(yè)等特殊用途，它是城市污水處理未來發(fā)展的方向。污泥處理和處置：主要包括濃縮、消化、脫水、堆肥或衛(wèi)生填埋。2.4SBR污水處理工藝概述序批式活性污泥法，簡稱SBR。早在1914年，這種處理系統(tǒng)就被采用，但由于當(dāng)時的自動化水平較低，操作困難且工作量大，特別是后來隨著城市和工業(yè)廢水處理規(guī)模的日趨擴(kuò)大，這個缺點(diǎn)更加突出，間歇式活性污泥法逐漸被連續(xù)式活性污泥

18、法取代。近年來，隨著計算機(jī)和自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展，這一弊端得到很好的解決。同連續(xù)式活性污泥法相比，SBR具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使得間歇式活性污泥法日益受到國外的重視。SBR反應(yīng)池去除有機(jī)物的機(jī)理在充氧時與普通活性污泥法一樣，不同之處是運(yùn)行按流入、反應(yīng)、沉淀、排放、待機(jī)五個工序，依次在同一SBR反應(yīng)池中周期性運(yùn)行。從廢水流入開始到待機(jī)時間結(jié)束為一個周期，一切過程都在一個設(shè)有曝氣或攪拌裝置的SBR反應(yīng)池進(jìn)行，不必另設(shè)沉淀池和污泥回流泵等裝置。間歇式活性污泥曝氣法在流態(tài)上雖然屬完全混合式，但在有機(jī)物降解方面，則是時間上的推流。SBR工藝是一種簡易、快速且低耗的廢水生物處理工藝。它主要有以下幾個方面的

19、特點(diǎn)：工藝簡單、造價低；時間上具有理想的推流式反應(yīng)器的特性；運(yùn)行方式靈活，可脫氮除磷；具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷的能力；良好的污泥沉降性能，不易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象3。3設(shè)計方案的確定3.1PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計分析3.1.1PLC的結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)一樣。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC的基本結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式結(jié)構(gòu)兩類。(1)整體式結(jié)構(gòu)的PLC整體式(又稱箱體式)結(jié)構(gòu)的PLC由中央處理器(CPU)、存儲器、輸入/輸出(I/O)單元、電源電路和通信端口等組成，并將這些組裝在同一機(jī)體。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)固定、實(shí)現(xiàn)的功能

20、和控制規(guī)模固定，但靈活性能較低4?；窘Y(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。圖3.1 整體式結(jié)構(gòu)(2)模塊式結(jié)構(gòu)的PLC模塊式(又稱組合式)結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理器(CPU)、存儲器、輸入/輸出(I/O)單元、電源和通信端口等分別做成相應(yīng)的模塊、應(yīng)用時將這些模塊根據(jù)控制要求插在機(jī)架上，各模塊間通過機(jī)架上的總線互相聯(lián)系。其中PLC的CPU和存儲器設(shè)計在一個模塊上，有時把電源也放在這一模塊上，該模塊在總線上的安裝位置一般是固定的，模塊式的PLC安裝完成后，需進(jìn)行登記，以便PLC對安裝在總線上的各模塊進(jìn)行地址確認(rèn)。模塊式的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性高?？梢詷?gòu)成不同控制規(guī)模和功能的PLC，但同時價格也比較高5?；窘Y(jié)

21、構(gòu)如圖3.2所示。圖3.2 結(jié)構(gòu)式模塊3.1.2PLC的工作原理PLC與繼電器構(gòu)成的控制裝置的重要區(qū)別之一就是工作方式不同，繼電器控制是并行運(yùn)行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點(diǎn)立即動作，只要形成電流通路，就有可能有幾個電器同時動作。而PLC則不同，它采用循環(huán)掃描技術(shù)，只有該線圈通電或斷電，并且必須當(dāng)程序掃描到該線圈時，該線圈觸點(diǎn)才會動作，而且每次只能執(zhí)行一條指令，這也就是PLC以“串行”方式工作的，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點(diǎn)競爭和時序失配等問題。也可以說，繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要出入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出3個階段才能完

22、成控制過程6。(1)循環(huán)掃描技術(shù)PLC采用循環(huán)可以分為3個階段：輸入階段(將外部輸入信號的狀態(tài)傳送到PLC)、執(zhí)行程序階段和輸出階段(將輸出信號傳送到外部設(shè)備)。(a)輸入階段在這個階段中，PLC先進(jìn)行自我診斷，然后與編程器或計算機(jī)通信，同時中央處理器掃描各個輸入端并讀取輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入相應(yīng)的輸入存儲單元。(b)執(zhí)行程序階段在這個階段中，PLC按照由上到下的次序逐步執(zhí)行程序指令。從相應(yīng)的輸入存儲單元讀入輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序部繼電器、定時器、計數(shù)器數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果，并將這些結(jié)果存入相應(yīng)的輸出存儲器單元。這一階段執(zhí)行完后，進(jìn)入輸出階段

23、。在這個程序執(zhí)行中，輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)保持不變。(c)輸出階段在這個階段中，PLC將相應(yīng)的輸出存儲單元的運(yùn)算結(jié)果傳送到輸出模塊上，并通過輸出模塊向外部設(shè)備傳送輸出信號，開始控制外部設(shè)備。(2)PLC的輸入/輸出響應(yīng)時間I/O響應(yīng)時間是指某一輸入信號從變化開始到系統(tǒng)相關(guān)輸出端信號的改變所需要的時間。因?yàn)镻LC的循環(huán)掃描工作方式，所以收到輸入信號的時刻不同，響應(yīng)時間的長短也就不同。下面就給出最短和最長響應(yīng)時間。最短響應(yīng)時間：一個掃描周期剛結(jié)束就收到輸入信號，即收到這個輸入信號與開始下一個掃描周期同時，這樣的響應(yīng)時間最短?？紤]到輸入電路和輸出電路的延時，所以最短響應(yīng)時間應(yīng)大于一個掃描周期。最長響應(yīng)

24、時間：在一個掃描剛完成輸入讀取后才接到輸入信號，這樣這個輸入信號在該掃描周期將不會發(fā)生變化，要等到下個掃描周期才能得到響應(yīng)，這時的響應(yīng)時間最長。3.1.3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計原則的設(shè)計步驟(1)設(shè)計原則PLC控制系統(tǒng)是為工藝流程服務(wù)的，所以它首先要能很好地實(shí)現(xiàn)工藝提出的控制要求。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則。(a)根據(jù)工藝流程進(jìn)行設(shè)計，力求設(shè)計出來的控制系統(tǒng)能最大限度地滿足控制要求。(b)在滿足控制要求的前提下，盡量減少PLC系統(tǒng)硬件費(fèi)用。(c)考慮到以后控制要求的變化，所以控制系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮PLC的可擴(kuò)展性。(d)控制系統(tǒng)使用和維護(hù)方便、安全可靠。(2)設(shè)計步驟一般PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

25、步驟如圖3.3，具體操作如下。圖3.3 設(shè)計步驟示意圖(3)控制要求分析在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)之前，必須對工藝過程進(jìn)行細(xì)致的分析，詳細(xì)了解控制對象和控制要求，這樣才能真正明白自己所要完成的任務(wù)，并更好地完成任務(wù)，設(shè)計出令人滿意的控制系統(tǒng)。(4)確定輸入/輸出設(shè)備根據(jù)控制要求選擇合適的輸入設(shè)備(控制按鈕、開關(guān)、傳感器等)和輸出設(shè)備(接觸器、繼電器)。并根據(jù)所選用的輸入/輸出設(shè)備的類型和數(shù)量，確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。(a)選擇合適PLC確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)后，就根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求等來進(jìn)行PLC的選擇。選擇包括機(jī)型、存儲器容量、輸入/輸出模塊、電源模塊和智能模塊等。(b)I/O點(diǎn)數(shù)分配點(diǎn)數(shù)分配

26、就是規(guī)定PLC的I/O端子和輸入/輸出設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系，畫出I/O接線原理圖。(c)PLC程序設(shè)計本階段就是根據(jù)控制對象和控制要求對PLC進(jìn)行編程。首先把工藝流程分為若干階段，確定每一個階段的輸入信號和輸出要控制的設(shè)備，還有不同階段之間的聯(lián)系，然后畫出程序流程圖，最后再進(jìn)行程序編制。(d)模擬調(diào)試程序編制好后，可以用按鈕和開關(guān)模擬數(shù)字量，電壓源和電流源代替模擬量，進(jìn)行模擬調(diào)試，使控制程序基本滿足控制要求。(e)現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將PLC與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，在這一步中可以發(fā)現(xiàn)程序存在的實(shí)際問題，然后經(jīng)過修正后使其滿足控制要求。(f)整理技術(shù)文件這一步主要包括整理與技術(shù)有關(guān)的文檔，包括設(shè)計

27、說明書、I/O接線原理圖、程序清單和使用說明書等7。3.2污水處理PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計分析3.2.1污水處理的過程本課題中的污水處理采用SBR污水生物處理工藝，即序批式間歇活性污泥法。這種工藝是按“進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水”步驟周期性進(jìn)行生化反應(yīng)。從進(jìn)水開始到排水結(jié)束算作一個周期8。工藝流程圖如圖3.4所示。污水池水泵污水處理后的污水肥料泥池風(fēng)機(jī)SBR池圖3.4SBR工藝流程基本工藝流程如下：(1)進(jìn)水進(jìn)水閥門打開，污水通過粗格柵，經(jīng)過水泵，然后細(xì)格柵過濾到達(dá)SBR池。(2)反應(yīng)反應(yīng)工序是SBR工藝最主要的一道工序。當(dāng)污水注入達(dá)到預(yù)定容積后，停止進(jìn)水，空氣閥門打開。鼓風(fēng)機(jī)啟動，開始曝氣，同時潛水

28、攪拌器和回流污泥泵運(yùn)行，可開始反應(yīng)操作，如驅(qū)除BOD、硝化、磷的吸收以與反硝化等。根據(jù)反應(yīng)需要達(dá)到的程度，進(jìn)行曝氣和攪拌，并決定反應(yīng)的時間長短，必要時可投加藥劑。在進(jìn)入沉淀工序前，應(yīng)進(jìn)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(jìn)行。(3)沉淀當(dāng)SBR池停止曝氣以后，空氣閥門關(guān)閉，潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾猛Ｖ惯\(yùn)行，開始重力沉淀和泥水分離。(4)排水SBR池水位到達(dá)最高水位，并經(jīng)過沉淀工藝以后，上清夜(上面的清夜)由潷水器緩慢排出池外。當(dāng)池水位達(dá)到處理周期開始時的最低水位時，停止?jié)?。剩余污泥泵在潷水器停止運(yùn)行后開始運(yùn)行，排泥至儲泥池。3.2.2污水處理控制流程以1#SBR池循環(huán)

29、周期為例加以說明：第一步：進(jìn)水+曝氣。1#SBR池開始進(jìn)水設(shè)定時間為早8點(diǎn)，進(jìn)水2h，通過1#電動蝶閥控制，進(jìn)水的同時1#風(fēng)機(jī)開始曝氣，污泥回流泵1#開啟，開始回流。第二步：2h后，1#電動蝶閥停止進(jìn)水，1#回流泵停止回流；1#風(fēng)機(jī)繼續(xù)曝氣。第三步：持續(xù)曝氣6h后，1#風(fēng)機(jī)停止曝氣。第四步：靜置期1h。1#SBR池靜置1h后，此時，水面分層，污泥沉降置底，上清液用潷水器排出。第五步：排水1h。靜置1h后，開始排水，1#池1#潷水器啟動，由上頂點(diǎn)緩慢向下移動，(可設(shè)為：下潛一小段距離后停住，潷水一定時間，再繼續(xù)下潛一小段距離，再停，再潷水，再下潛)；潷水器潛至下頂點(diǎn)潷水結(jié)束后，迅速自動升回至上頂

30、點(diǎn)停住。至此，潷水1h結(jié)束。第六步：潷水1h結(jié)束后，至此，第一周期結(jié)束，開始下一循環(huán)周期進(jìn)水，曝氣，回流。以后各周期依次類推。2#SBR池與1#SBR池間隔2個小時，開始進(jìn)水，各步驟與1#SBR池一樣，只是在時間上相互順延。3#SBR池與2#SBR池相間隔2個小時，4#與3#SBR池相間隔2個小時，后續(xù)程序同1#設(shè)定。3.2.3上位監(jiān)控管理機(jī)PLC通過通信電纜將采集參數(shù)傳送給上位監(jiān)控管理機(jī)，通過上位監(jiān)控管理機(jī)可實(shí)時監(jiān)測有關(guān)參數(shù)變化，并保留一段時間的數(shù)據(jù)，形成變化曲線。同時可以實(shí)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9,10。4硬件部分的設(shè)計4.1PLC的選擇由于設(shè)計的污水處理

31、控制系統(tǒng)是應(yīng)用在小型規(guī)模的污水處理廠，本系統(tǒng)選用西門子小型PLCS7-200系列，主機(jī)型號為CPU 224XP，具有14個數(shù)字輸入點(diǎn)和10個數(shù)字輸出點(diǎn)，具有2個模擬輸入點(diǎn)和1個模擬輸出點(diǎn)?？梢杂糜诖胬^電器的簡單控制場合，也可以用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。由于它有極強(qiáng)的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分的發(fā)揮其作用。S7-200系列PLC在下列領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用：機(jī)床電氣、食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、瓷工業(yè)、電力自動化設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、電梯、中央空調(diào)、真空裝置、恒壓供水和化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制等。S7-200系列PLC在污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，屬于在該系列PLC的典型應(yīng)用11,12。

32、4.2I/O分配表根據(jù)控制要求與設(shè)計方案，列出I/O分配表，如表4.1所示。表4.1I/O分配表輸入信號I0.0復(fù)位I0.1自動狀態(tài)I0.2潷水器下潛限位I0.3潷水器上升限位I0.4風(fēng)機(jī)故障I0.5進(jìn)水泵故障I0.6潷水器故障I0.7回流泵故障I1.0手動自動切換I1.1下潛潷水器手動I1.2上升潷水器手動I1.3回流泵手動I1.4風(fēng)機(jī)手動I1.5進(jìn)水泵手動輸出信號Q0.0下潛潷水器Q0.1上升潷水器Q0.2起停回流泵Q0.3起停風(fēng)機(jī)Q0.4起停進(jìn)水泵4.3硬件電路接線圖根據(jù)實(shí)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(jī)聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)程序控制要求。如圖4.2所示。圖4

33、.2PLC模塊連線圖4.4SBR污水處理系統(tǒng)設(shè)備SBR污水處理系統(tǒng)中所使用的動力設(shè)備(水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動閥)，均采用三相交流異步電動機(jī)，電動機(jī)和電磁閥選配防水防潮型。4.4.1羅茨風(fēng)機(jī)羅茨風(fēng)機(jī)在污水處理系統(tǒng)中主要用于曝氣。主要用途有廢水處理、燃燒后灰燼處理；集塵裝置；排煙脫硫、環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備；排氣、干燥、空氣輸送；氣體與粉粒體輸送、水產(chǎn)養(yǎng)殖；利用空壓輸送、液體攪拌。主要特點(diǎn)有排出氣體不含油污。風(fēng)量穩(wěn)定，壓力變化對風(fēng)量影響小。特殊葉輪設(shè)計，高效率省能源。構(gòu)造簡單堅固、無故障。使用一級研磨齒輪，精度高、壽命長、低噪音。葉輪采用最新之龍門刨床四軸加工法，一次加工完成，使其具有更高之精密度。系統(tǒng)選用羅

34、茨風(fēng)機(jī)：GRB-100，風(fēng)量：10.61m³/min，風(fēng)壓：7000mmAq，轉(zhuǎn)數(shù)1750r/min，功率：22kw。4.4.2回流泵回流泵在系統(tǒng)中主要用于污泥回流。污泥回流泵是在潛水?dāng)嚢铏C(jī)生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的新型產(chǎn)品，該泵為二級污水處理廠混合液回流、反硝化脫氮的專用設(shè)備，亦可以用于地面排水時抽凈化水；灌溉和控制水道系統(tǒng)；廢水處理過程中再循環(huán)或泥漿抽吸回路中需要微揚(yáng)程、大流量場所。系統(tǒng)選用回流泵：CP5(T)3.7-80，流量：45m³/h，揚(yáng)程：15m，功率：3.7kw。4.4.3潷水器懸臂式電動推桿潷水器是序批式活性污泥法處理污水的專用排水設(shè)備。在工藝排水階段，通過控制

35、電動推桿的伸縮，潷水器按時、按量的排放池上清液，從而使SBR反應(yīng)池進(jìn)入下周期循環(huán)。主要特點(diǎn)采用寬堰口，薄層潷水，堰口下部的水體不受擾動，確?；钚晕勰嗖槐粠С?；水下部分均采用不銹鋼材質(zhì)，耐腐蝕性強(qiáng)；根據(jù)工藝要求，對潷水量與潷水深度可在一定圍任意調(diào)整；工程投資少，運(yùn)行成本低，可實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行。系統(tǒng)選用潷水器：BSQ200懸臂式，潷水量：200m³/h，功率：1.1kw。4.4.4電動蝶閥電動蝶閥屬于電動閥門和電動調(diào)節(jié)閥中的一個品種。連接方式主要有：法蘭式和對夾式，是工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中的重要執(zhí)行單元，此閥一般水平安裝。結(jié)構(gòu)通常由角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和蝶閥整體通過機(jī)械連接，經(jīng)過安裝調(diào)試后共同

36、組成。根據(jù)動作模式分類有：開關(guān)型和調(diào)節(jié)型。開關(guān)型是直接接通電源通過開關(guān)正、反導(dǎo)向來完成開關(guān)動作。調(diào)節(jié)型是以AC220V電源作為動力，接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的參數(shù)值420mA信號來完成調(diào)節(jié)動作。主要用途：各種工業(yè)自動化生產(chǎn)的管道流量、壓力、溫度的控制。例如：電力、冶金、石化、環(huán)保、能源管理、消防系統(tǒng)等。系統(tǒng)選用電動碟閥：D971，功率：0.55kw。4.4.5傳感器傳感器在系統(tǒng)中采用超聲波傳感器，主要用于檢測液位的高低。超聲波傳感器系統(tǒng)由發(fā)送器、接收器、控制部分以與電源部分構(gòu)成。發(fā)送器常使用直徑為15mm左右的瓷振子，將瓷振子的點(diǎn)震動能量轉(zhuǎn)化為超聲波能量并向空中輻射。除穿透式超聲波傳感器外，

37、用作發(fā)送器的瓷振子也可用做接收器，瓷振子接收到超聲波產(chǎn)生機(jī)械振動，將其變換為電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超聲波進(jìn)行檢測。將超聲波傳感器置于被測液體上方，向下發(fā)射超聲波，超聲波穿過介質(zhì)，在遇到水面時被反射回來，又被傳感器所接收并轉(zhuǎn)換為電信號，電子檢測到這一信號后將其變成液位信號進(jìn)行顯示并輸出。當(dāng)測出超聲波由發(fā)射到遇到液面反射被接收所需要的時間，則可換算出超聲波通過的路程，即得到了液位的數(shù)據(jù)。5軟件部分的設(shè)計5.1程序的流程圖程序主要依據(jù)SBR法污水處理工藝(進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水)，根據(jù)各環(huán)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行編制。具體一個SBR池、一個周期的流程圖如圖5.1所示。圖5.1 一個

38、SBR池一個周期的流程圖5.2梯形圖程序根據(jù)控制要求、I/O分配表，設(shè)計PLC梯形圖，如圖5.2所示。圖5.2梯形圖程序6組態(tài)軟件對現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)6.1組態(tài)王6.53的特點(diǎn)組態(tài)王6.53是運(yùn)行在Windows98/NT/2000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)”。它可用于電力、制冷、化工、機(jī)械制造、交通管理等多種工程領(lǐng)域。無論您的應(yīng)用場合如何，您都可以使用組態(tài)王6.53構(gòu)造有效的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)13,14。使用組態(tài)王6.53，可以實(shí)現(xiàn)：(1)使用清晰準(zhǔn)確的畫面描述工業(yè)控制現(xiàn)場。(2)使用圖形化的控制按鈕實(shí)現(xiàn)單任務(wù)和多任務(wù)。(3)設(shè)計復(fù)雜的

39、動畫顯示現(xiàn)場的操作狀態(tài)和數(shù)據(jù)。(4)顯示生產(chǎn)過程的文字信息和圖形信息。(5)為任何現(xiàn)場畫面指定鍵盤命令。(6)監(jiān)控和記錄所有報警信息。(7)顯示實(shí)時趨勢曲線和歷史趨勢曲線。(8)使用多樣而靈活的方式查詢歷史數(shù)據(jù)。(9)時間驅(qū)動和事件驅(qū)動的報表的打印。(10)設(shè)計多級安全控制和訪問權(quán)限。組態(tài)王還具有以下一些特點(diǎn)：(1)工程管理對于系統(tǒng)集成商和用戶來說，一個系統(tǒng)開發(fā)人員可能保存有很多個組態(tài)王工程，對于這些工程的集中管理以與新開發(fā)工程中的工程備份等都是比較煩瑣的事情。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(jī)上的所有組態(tài)王工程。(2)畫面制作系統(tǒng)組態(tài)王6.53畫面制作系統(tǒng)中的調(diào)色板和繪圖工具都

40、支持無限色和過渡色，并提供大量控制元件的圖庫，降低了設(shè)計界面的難度，縮短了開發(fā)周期。組態(tài)王6.53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(qiáng)大且美觀的應(yīng)用系統(tǒng)。(3)控件支持組態(tài)王6.53支持Windows標(biāo)準(zhǔn)的Active X控件(主要為可視控件)，包括Microsoft提供的標(biāo)準(zhǔn)Active X控件和用戶自制的Active X控件，用戶通過控件的這些屬性、事件、方法來完成工作。(4)通信系統(tǒng)組態(tài)王6.53支持與遠(yuǎn)程設(shè)備間通過撥號方式進(jìn)行通訊。組態(tài)王的遠(yuǎn)程撥號與組態(tài)王原

41、有驅(qū)動程序無縫連接，硬件設(shè)備端無需更改程序。利用遠(yuǎn)程撥號能實(shí)時顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況，隨時打印，報警和歷史數(shù)據(jù)自動上傳等功能。除此以外，組態(tài)王6.53還全面支持OPC標(biāo)準(zhǔn)，支持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、分布式歷史數(shù)據(jù)庫和分布式報警系統(tǒng)，還提供完整的安全系統(tǒng)和冗余系統(tǒng)，使系統(tǒng)運(yùn)行時將更加穩(wěn)定、可靠。6.2S7-200系列PLC的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議S7-200系列PLC支持多種通信協(xié)議，如點(diǎn)對點(diǎn)接口(PPI)、多點(diǎn)接口(MPI)和PROFIBUS。這些協(xié)議基于7層開放系統(tǒng)互聯(lián)模型(OSI)。PPI和MPI協(xié)議通過PROFIBUS令牌環(huán)網(wǎng)實(shí)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15。它們都

42、是基于字符的異步通信協(xié)議，帶有起始位、8位數(shù)據(jù)、偶校檢和1個停止位。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(yàn)和組成。只要波特率一樣，三個協(xié)議可以在網(wǎng)絡(luò)中同時運(yùn)行，不會相互影響。點(diǎn)對點(diǎn)接口協(xié)議(PPI)PPI(Point-to-Point)是主從協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上是S7-200 CPU均為從站，其它CPU、SIMATIC編程器或TD200為主站。如果用戶程序中允許PPI主站模式，一些S7-200 CPU在RUN模式下可以作主站，它們可以用網(wǎng)絡(luò)讀(NETR)和網(wǎng)絡(luò)寫(NETW)指令讀寫其他CPU中的數(shù)據(jù)。S7-200CPU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。P

43、PI沒有限制可以有多少個主站與一個從站通信，但是在網(wǎng)絡(luò)中最多只能有32個主站。在污水處理控制系統(tǒng)中，控制器S7-200 PLC將利用點(diǎn)對點(diǎn)PPI(Point-to-Point)協(xié)議與安裝在上位計算機(jī)中的工業(yè)控制組態(tài)軟件進(jìn)行通信。網(wǎng)絡(luò)上的S7-200 CPU224 PLC作為從站，組態(tài)軟件組態(tài)王6.53作為主站。在PLC控制程序中，將污水處理控制系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場的各項(xiàng)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6.53中的I/O變量采集或刷新這些存放在PLC用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)16。這樣，PLC就可以與上位計算機(jī)利用通信進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，為實(shí)現(xiàn)上位計算機(jī)對污水處理控制系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的監(jiān)控創(chuàng)造了條件。

44、6.3數(shù)據(jù)交換存儲區(qū)的定義在S7-200系列PLC中，不同的CPU模塊有不同長度的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。其中CPU224模塊有長度為5120Byte的用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)。用戶可以自由使用這一數(shù)據(jù)存儲區(qū)，存放用戶程序中涉與到的數(shù)據(jù)、參數(shù)等。為實(shí)現(xiàn)PLC與組態(tài)軟件之間的通信，完成對上位計算機(jī)對控制系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的監(jiān)控功能，組態(tài)王6.53將定義一系列I/O變量來采集或刷新存放在PLC數(shù)據(jù)存儲區(qū)中指定區(qū)域的數(shù)據(jù)17。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)”。存放在“數(shù)據(jù)交換存儲區(qū)”中的數(shù)據(jù)輸入映像寄存器IB0與中間寄存器MB10就和輸出映像寄存器QB0。“數(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6.1

45、所示。表6.1“數(shù)據(jù)交換存儲區(qū)”中的數(shù)據(jù)和存放地址存儲區(qū)地址VB100VB101VB102VB103VB104VB105VB106VB107數(shù)據(jù)QB0IB0存儲區(qū)地址VB108VB109VB110VB111VB112VB113VB114VB115數(shù)據(jù)MB106.4組態(tài)軟件與PLC的通信設(shè)置(1)創(chuàng)建工程路徑啟動“組態(tài)王”工程管理器(ProjManager)，選擇菜單“文件/新建工程”或單擊“新建”按鈕，彈出“新建工程向?qū)б弧睂υ捒颍鐖D6.2所示。圖6.2 新建工程向?qū)螕簟跋乱徊健崩^續(xù)。彈出“新建工程向?qū)е睂υ捒?，如圖6.3所示。圖6.3 新建工程向?qū)Ф诠こ搪窂轿谋究蛑休斎胍粋€有效的工

46、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。單擊“下一步”繼續(xù)。彈出“新建工程向?qū)е睂υ捒颍鐖D6.4所示。圖6.4 新建工程向?qū)诠こ堂Q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。在工程描述文本框中輸入對該工程的描述文字。單擊“完成”完成工程的新建。(2)創(chuàng)建組態(tài)畫面進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個工程建立數(shù)目不限的畫面?！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。用戶構(gòu)圖時可以像搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對象完成畫面的生成。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。第一步：定義新畫面，如圖

47、6.5所示。圖6.5 新建畫面點(diǎn)擊“確定”按鈕進(jìn)入嵌的組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)，如圖6.6所示。圖6.6 組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)第二步：在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中制作畫面。選擇“文件/全部存”命令保存現(xiàn)有畫面。(3)定義I/O設(shè)備組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的設(shè)備都作為外部設(shè)備。外部設(shè)備包括：下位機(jī)(PLC，儀表，模塊，板卡，變頻器等)，它們一般通過串行口和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)；其他Windows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(jī)。只有定義了外部設(shè)備后，組態(tài)王才能通過I/O變量和它們交換數(shù)據(jù)。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。選擇工程瀏

48、覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“設(shè)備/COM”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙鍵“新建”圖標(biāo)，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А?，如圖6.7所示。圖6.7 設(shè)備配置向?qū)б桓鶕?jù)安裝向?qū)О惭bS7-200 CPU224 PLC，安裝時設(shè)定的參數(shù)，如表6.8所示。雙擊“COM1”圖標(biāo)，設(shè)定串行通信口COM1的通信參數(shù)，如表6.9所示。表6.8 組態(tài)王中PLC安裝的參數(shù)生產(chǎn)廠家西門子設(shè)備名稱S7-200系列邏輯名稱CPU224連接的串口COM1通信方式PPI設(shè)備地址2嘗試恢復(fù)間隔30s最長恢復(fù)時間24h使用動態(tài)優(yōu)化是表6.9 串口設(shè)定的通信參數(shù)波特率9600kps數(shù)據(jù)位8停止位1奇偶校檢偶校檢通信方式RS232通信超時3000ms使用

49、Modem否(4)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速到達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場，所有這一切都是以實(shí)時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。在TouchVew運(yùn)行時，它含有全部數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值。變量在畫面制作系統(tǒng)組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)中定義，定義時要指定變量名和變量類型，某些類型的變量還需要一些附加信息。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(xì)信息。選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“數(shù)據(jù)庫/數(shù)據(jù)詞典”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“定義變量”對話框

50、如圖6.10所示。圖6.10 創(chuàng)建存變量(5)建立動畫連接定義動畫連接是指在畫面的圖形對象與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時，在畫面上以圖形對象的動畫效果表示出來；或者由軟件使用者通過圖形對象改變數(shù)據(jù)變量的值。“組態(tài)王”提供了21種動畫連接方式，如圖6.11所示。圖6.11 動畫連接單擊“確定”，再單擊“確定”返回組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)。為了讓矩形動起來，需要使變量能夠動態(tài)變化，選擇“編輯/畫面屬性”菜單命令，彈出對話框如圖6.12所示。圖6.12畫面屬性單擊“命令語言.”按鈕，彈出畫面命令語言對話框。在編輯筐輸入命令語言。選擇“文件/全部存”菜單命令。(6)運(yùn)行和調(diào)試組態(tài)王工程已經(jīng)

51、初步建立起來，進(jìn)入到運(yùn)行和調(diào)試階段。在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中選擇“文件/切換到View”菜單命令，進(jìn)入組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)。然后在組態(tài)運(yùn)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。顯示出組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)畫面，即可看到動態(tài)變化。6.5變量和數(shù)據(jù)的定義變量和數(shù)據(jù)定義如下圖6.14所示。圖6.14 變量和數(shù)據(jù)定義6.6數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)為了實(shí)現(xiàn)在上位計算機(jī)上進(jìn)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(jìn)行采集或刷新。在組態(tài)王6.53中，用戶通過定義I/O變量，就可以非常方便的實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集18。為實(shí)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6.53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。2個I/O整型變量QB0和IB2定義時的各項(xiàng)主要參數(shù)如下所示：變量類型：I/O整型初始值：0最大值：99999連接設(shè)備：CPU224采集頻率：250ms數(shù)據(jù)類型：BYTE讀寫屬性：讀寫轉(zhuǎn)換方式：線性在組態(tài)王6.53中，運(yùn)用這些采集來的數(shù)據(jù)，通過一種類似C語言的“應(yīng)用程序語言”編寫程序，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將程序語言和組態(tài)軟件中的豐富“動畫連接”功能相結(jié)合，就可以實(shí)現(xiàn)對污水處理控制系統(tǒng)現(xiàn)場的監(jiān)控，以生動、直