《控制與傳動》2012年第2期  供稿

1引言

　　本文以污水處理的工藝流程為線索，介紹了監控系統的整體設計方案、各個分布式控制站的設計、上位監控畫面的制作以及重難點控制策略的研究。文中著重講述了PLC、軟啟動器與變頻、PID等技術在污水處理中的典型應用。在該污水處理中，為了達到控制溶解氧（DO）含量、配水井液位等在一定得范圍內的目的，我們采用PID控制、變頻調速等技術來實現對風機和水泵的轉速的調節。同時根據液位不同對使用設備的臺數進行控制。為了解決污水處理中大功率設備啟動所帶來的問題，該系統采用了軟啟動器拖動電動機。同時為了解決設備長期運行帶來的問題，采用輪換使用幾臺泵或風機。本文以實際系統為例，介紹污水處理廠自動控制的方法與策略，具有一定實踐指導意義。

　　2污水處理工藝流程介紹

　　2.1污水處理的基本工藝方法

　　污水處理就是采用各種技術與手段，將污水中所含的污染物質分離去除、回收利用，或將其轉化為無害物質，使水得到凈化。

　　現代污水處理技術，按處理程度劃分，一般分為三級處理：

　　一級處理，又稱物理處理，主要是去除污水中呈懸浮狀態的固體污染物質，經過一級處理后的污水，可去除50%左右的懸浮物，BOD一般只能去除30%左右，達不到排放標準。

　　二級處理，又稱生化處理，它是城市污水處理廠的核心，主要去除水中呈膠體和溶解狀態的有機污染物。經二級處理后，BOD的去除率可達90%以上，污水中BOD值可降至20-30mg/L，有機污染物達到國家規定的排放標準。

　　三級處理，又稱深度處理，其目的在于進一步去除二級處理未能去除的污染物質，其中包括微生物未能降解的有機物和氮、磷等能夠導致水體富營養化的可溶性無機物質。

　　生物法具有凈化能力強、費用低廉、運行可靠性好等優點，是污水處理的主要方法，在污水處理領域中占有重要地位。我國現階段的城市污水處理以生物法為主，以物理法和化學法為輔。以生物法為主的處理工藝主要有活性污泥法、A/O法、A2/O法、SBR法、MSBR法、UNITANK法、氧化溝等，它們均具有同步降解BOD5和脫氮除磷的作用。

　　2.2本系統采用的工藝介紹

　　根據實際情況，并綜合考慮各種工藝的優缺點，該污水處理廠采用A2/C氧化溝工藝。

　　2.2.1A2/C氧化溝工藝簡介



　　圖2.1A2/C氧化溝工藝流程圖

　　設置厭氧、缺氧段的Carrousel氧化溝(文中簡稱：A2/C氧化溝)具有生物脫氮除磷功能，是目前城市生活污水處理的主流工藝之一。它是在Carrousel2000氧化溝的基礎上增加前置的厭氧段形成的。在污水脫氮除磷的工藝設計中必須具備厭氧、缺氧、好氧3個基本條件，但是在實施過程中由于所需的處理構筑物多、

　　污泥回流量大，從而造成投資大、能耗多、運行管理復雜。A2/C氧化溝將厭氧、缺氧、好氧三個過程集中在一個池內完成，各部分用隔墻分開自成體系，但彼此又有聯系。該工藝充分利用污水在氧化溝內循環流動的特性，把好氧區和缺氧區有機結合起來，實現無動力回流，節省了去除硝酸鹽氮所需混合液回流的能量消耗。



　　圖2.2A2/C氧化溝平面布置圖

　　該污水處理系統為兩個A2/C氧化溝并行運行。經配水井分配后的污水進入氧化溝前段的厭氧池，與來自污泥泵房的回流污泥混合，在厭氧條件下，除磷菌可將儲存在菌體內的聚磷分解，將磷酸鹽釋放到水中。厭氧池分為3格，每格都設有水下攪拌器以防止污泥沉淀。經厭氧釋磷后的污水進入缺氧段進行反硝化脫氮，缺氧段設計成環流形式，強化脫氮效果，反硝化后的污水通過設置在一側的渠道進入氧化溝。氧化溝的充氧機械采用倒傘形曝氣機，可根據池內DO測定值控制調節堰門出水、改變曝氣機轉速以達到調節溶解氧的目的。在氧化溝內，污水進一步去除有機物并將NH3-N氧化成NO2和NO3。同時聚磷菌在好氧條件下過量攝取污水中的磷，強化出水水質。而且在好氧段末設置內回流渠，經過好氧硝化的污水進入缺氧段，由于末端的溶解氧減少到最低程度，有效的防止缺氧池氧過量的問題，可以取得最好的反硝化效果。經過處理后的污水經過出水口進入二沉池進行沉淀處理。

　　2.2.2本系統工藝流程

　　桂陽縣污水處理廠包括污水處理和污泥處理兩個系統。污水處理系統包括進水井、粗格柵間、提升泵房、細格柵間、曝氣沉砂池、鼓風機房、氧化溝、二沉池、紫外線消毒渠、出水渠等，污泥處理系統包括污泥回流泵房、脫水機房等幾部分。

　　污水經污水排放管進入進水井，由進水井流經粗格柵，濾除大塊固體懸浮物后，再由提升泵將污水提升到細格柵，濾除細小的漂浮物和浮渣，然后經計量渠流入曝氣沉砂池，進行砂水分離，去除水中密度較大的無機顆粒，以保護后續處理設備的正常運行。然后污水進入氧化溝，進行生化處理。經生化處理后的污水進入二沉池進行污泥沉淀，經過污泥沉淀后的污水經紫外線消毒后到出水渠，最后排放。二沉池分離的一部分生物活性污泥回流到生化反應池，另一部分剩余污

　　泥流經污泥泵房進入污泥處理系統，剩余污泥進入污泥貯池，最后經進污泥泵進入脫水機房進行脫水處理并外運。



　　圖2.3韶陽縣污水處理廠總體工藝流程圖

　　3控制系統方案設計

　　3.1設計原則

　　1.系統性能穩定，安全可靠。

　　2.操作簡單，維護方便

　　3.運行經濟節能，維護費用低。

　　4.易于擴展

　　5.性能價格比高

　　3.2設計思想

　　本系統采用工控機+可編程序控制器（PLC）+現場儀表的控制方式。現場儀表將現場的信號采集并傳輸至PLC中，PLC作為主要的現場控制單元，工控機用于監視和控制PLC及現場設備的狀態。各個設備均能實現現地、遠程、遠程手動三種控制方式。

　　3.3系統結構圖

　　整個控制系統由中控室、PLC控制站、現場儀表及現場的控制柜構成。系統的結構圖如圖3.1所示：



　　圖3.1監控系統結構圖

　　3.4控制系統各部分功能

　　3.4.1現場電控柜

　　現場控制柜的主要作用是完成現場控制功能和與PLC連接。各個現場控制柜能夠完成手動控制設備啟停的功能，是典型的繼電器控制?，F場控制相對于PLC自動控制和中央監控室控制具有最高的優先級。只有將選擇開關撥到遠程控制之后，PLC控制和中央監控室的上位控制才起作用。所以在進行自動控制調試前，首先要完成對現場各控制柜的調試，在保證現場設備安全的前提下才能進行遠程控制。

　　3.4.2PLC控制站

　　該污水處理廠的自動化監控系統共設兩個PLC控制站。氧化溝單獨一個控制站，其余部分用一個控制站。PLC站的主要作用是采集現場的信號并控制設備的運行?，F場的信號包括液位、流量、溫度等工藝信號和設備的運行狀態。當現場控制柜的模式選擇開關選擇到“遠程”時，操作人員不能使用現場控制柜上的啟停按鈕來控制設備的運行。這時，PLC會根據程序自動或者根據上位監控系統給出的信號控制設備的運行。

　　3.4.3上位監控系統

　　該污水處理廠的自動化監控系統的上位監控系統包括一個工程師站和一個操作員站。工程師站既能完成系統組態、調試及控制參數的在線修改和設置等，又能完成對整個污水處理廠的數據采集、監控，報表及打印等功能；操作員站主要完成對整個污水處理廠的數據采集、監控等功能。在系統正常工作時，工程師站可兼作操作員站，方便了監視與操作，并提高了系統的可靠性。污水處理的各個工段的工藝數據以及各個設備的運行狀態通過PLC采集并在上位機監控畫面上顯示，操作人員可以查看全廠各個設備的運行情況。同時可以對報表存檔打印，顯示實時報警和歷史報警等，方便操作人員進行工藝分析和查找故障。當現場控制柜的模式選擇開關選到“自動”時，在上位機監控畫面中可以選擇設備為“手動”運行狀態，然后手動控制設備的運行。

　　4控制系統硬件設計

　　4.1PLC1站設計

　　PLC1站主要負責粗格柵、提升泵、細格柵、曝氣沉沙池等位置儀表的數據采集及設備的遠程監控。

　　4.1.1PLC1實現的功能

　　在粗格柵間共設有2個粗格柵，粗格柵的主要作用是去除污水中大塊漂浮物。粗格柵能夠根據PLC程序或上位機設定的時間實現輪流自動啟停。與粗格柵關聯的設備螺旋壓榨機負責將粗格柵過濾出的懸浮物脫水、粉碎。在控制時，為確保設備安全，應使粗格柵與螺旋壓榨機聯動，以防止螺旋壓榨機空轉。聯動順序為：螺旋壓榨機→粗格柵，關機順序相反。螺旋壓榨機在粗格柵停止之后再運行30-60s。螺旋壓榨機故障時，粗格柵停止運行。

　　提升泵房水泵主要用來將粗格柵間流出的污水提升到細格柵間。在提升泵房，需要測量和控制的是四臺提升泵的運行狀態以及它們的啟停。提升泵房有四臺提升泵，其中三臺軟啟動泵，一臺變頻調速泵，由變頻器來控制。

　　設置細格柵的目的，在于攔截污水中的大量細小的漂浮物。對于細格柵的控制，可通過現場控制柜實現手動控制，也可對細格柵進行遠程控制啟、停。細格柵的控制也要和輸送機實現聯動，以保證設備安全。其控制的方法與粗格柵相同。

　　沉砂池的作用是為了避免砂粒對處理工藝和設備帶來的不利影響。砂粒進入生化池內會使污泥刮板過度磨損，縮短更換周期。沉砂池內部有一臺橋式吸砂機、兩臺吸砂泵和一臺沙水分離器，其主要作用是將砂粒吸走，需要對其進行監測和控制。吸砂機和吸砂泵的啟停，可由現場控制柜手動控制，也可以由中央控制室的上位機進行遠程控制。吸砂泵與砂水分離器聯動運行。聯動順序：沙水分離器→吸砂泵，關機順序相反。羅茨給曝氣池鼓風，羅茨風機由PLC根據時間控制啟停，自動輪換。

　　4.1.2控制柜設計

　　PLC1站采用CPU315-2DP。根據控制要求，PLC1共需數字量輸入150點，數字量輸出40點，模擬量輸入26路，模擬量輸出10路，另外預留20%的I/O點備用。PLC1站需要6塊32點DI，2塊32路DO，4塊8通道AI，2塊8通道AO。由于一個機架最多安裝8個信號模塊，因此需要設置一個擴展機架。在這里采用IM365近程擴展一個機架。

　　4.2PLC2站設計

　　PLC2站主要負責A2/C氧化溝處儀表的數據采集及設備的遠程監控。由于厭氧池、缺氧池、氧化溝內的需要采集的數據和控制的設備比較多，所以單獨設置一個PLC控制站。

　　4.2.1PLC2實現的功能

　　PLC2主要實現對氧化溝內的曝氣機、閘門啟閉機、潛水推流器、電動調節堰門、內回流旋轉門等設備進行控制。在這里對曝氣機的控制室通過變頻器實現的。在PLC內部對溶解氧含量進行PID運算，輸出4-20mA到變頻器的模擬量控制端子，調節曝氣機轉速，從而達到控制溶解氧含量的目的。

　　4.2.2控制柜設計

　　在PLC站2也采用S7300PLC。PLC站2需要根據溶解氧的濃度通過PID運算來調節曝氣機轉速，同時需要控制潛水推流器等眾多設備，為了滿足要求采用浮點數運算速度較高的315-2DPCPU。根據控制要求，PLC2共需數字量輸入156點，數字量輸出38點，模擬量輸入20路，模擬量輸出12路，另外預留20%的I/O點備用。PLC1站需要6塊32點DI，2塊32點DO，4塊8通道AI，2塊8通道AO。由于一個機架最多安裝8個信號模塊，因此需要設置一個擴展機架。在這里采用IM365近程擴展一個機架。

　　5控制系統軟件設計

　　該污水處理廠自動化監控系統軟件設計包含PLC程序開發和上位監控界面的開發。

　　5.1PLC編程

　　在該系統中我們通過在工控機上安裝STEP7編程軟件進行程序的編制和調試工作。并通過在PC機中插入CP5611板卡，連接PLC下載程序并監視程序的運行及查找故障。

　　5.1.1編程軟件介紹

　　STEP7編程軟件用于西門子系列工控產品包括SIMATICS7、M7、C7和基于PC的WinAC,是供它們編程、監控和參數設置的標準工具，是SIMATIC工業軟件的重要組成部分。STEP7具有以下功能：硬件配置和參數設置、通訊組態、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等[7]。

5.1.2設計過程

　　首先，創建工程。STEP7安裝成功后，將在Windows桌面上出現SIMATICManager（SIMATIC管理器）圖標，雙擊該圖標后，進入STEP7的項目管理器。然后點擊“文件”>“新建”，選擇創建一個新項目，輸入sewerage作為新項目的名稱并選擇項目文件的存放位置，然后點擊OK。

　　然后，進行硬件組態。進入STEP7的項目管理器之后，在瀏覽窗口中右擊項目名稱，在快捷菜單中選擇“InsertNewObject”>“SIMATIC300Station”，并選擇“Rename”，給站1更名為“others”。同樣的插入第二個站“yanghuagou”。

　　下面我們以PLC1站為例看一下站內硬件組態的過程。在SIMATICManager的瀏覽窗口中鼠標左鍵單擊站名“others”，在右邊的顯示窗口中會出現Hardware（硬件組態）圖標。雙擊該圖標進入硬件組態的界面，如圖5.1所示：



　　圖5.1硬件組態圖

　　在STEP7中，可以通過簡單的拖放操作來完成主機架的配置。在配置過程中，添加到主機架中的模塊的定貨號應該與實際的硬件一致。在硬件目錄中選中一個模塊，目錄下方的窗口會顯示模塊的定貨號和對模塊的描述。插入主機架后，分別向機架中的1號插槽添加電源、2號插槽添加CPU。硬件目錄中的某些CPU型號有多種操作系統（Firmware）版本，在添加CPU時，CPU的型號和操作系統版本都要與實際的硬件一致。在這里我們電源選擇PS3075A，CPU選擇CPU315-2DP。在添加CPU時會出現對話框選擇CPU的站地址，在這里我們用選擇2。4—11號槽中可以添加信號模塊、功能模塊、通訊處理器等，上述模塊分別在硬件目錄的SM-300、FM-300和CP-300中。如圖我們添加了6個32點的數字量輸入模塊和2個32點的數字量輸出模塊。硬件組態的模塊的訂貨號以及位置必須與實際的硬件是一致的。

　　在主機架的3號插槽插入IM365用于本地擴展。插入另外一個機架，并在3號槽插入IM365。這時該擴展機架上的IM365會與主機架上的IM365自動連接。在擴展機架上插入4個8路的模擬量輸入模塊和2個8路的模擬量輸出模塊。在硬件組態窗口的下面有詳細信息窗口，其中顯示了相應的模塊的地址。各模塊是自動編址的，我們也可以修改各個模塊的地址。方法是雙擊想要修改的模塊，在對話框中選擇Address標簽頁，然后輸入相應的地址即可。

　　在配置過程中，STEP7可以自動檢查配置的正確性。當硬件目錄中的一個模塊被選中時，機架中允許插入該模塊的槽會變成綠色，而不允許該模塊插入的槽顏色無變化。將選中的模塊拖到不能插入該模塊的槽時，會提示不能插入的原因。硬件組態完成后，進行存盤并編譯。這時硬件組態的參數將會保存到系統數據塊（SDB）中。這時系統硬件組態完成了，可以將選擇的組態下載到PLC中。

　　完成硬件組態后，就可以進行程序的編制。西門子S7系列PLC采用的是“塊式程序結構”，用“塊”的形式來管理用戶編寫的程序及程序運行所需要的數據，組成完整的PLC應用程序系統（軟件系統）。“塊”分為數據塊和邏輯塊，它們都存放在Blocks目錄下[8]。這些塊主要包括組織塊(OB)、數據塊(DB)、功能(FC)、功能塊(FB)和背景數據塊(DI)。我們選擇的程序語言是梯形圖(LAD)。

　　程序編制完成后需要對程序進行下載和調試。

　　5.1.3典型程序介紹



　　該程序段主要實現模擬量數據的轉化以及傳感器故障報警。在污水處理過程中，需要實時的采集和顯示溫度、流量、液位等模擬量信號。該程序的目的就是將采集的信號轉化為原始的工程量進行顯示。由于在污水處理的現場存在信號干擾，所以將內碼值在+200和-200之間的輸入視為干擾，不進行處理。然后將該內碼值送給FC105處理。FC105SCALE功能是接收一個整型值(INT)，并將其轉換為以工程單位表示的介于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之間的實型值。



　　該程序檢測溫度傳感器是否故障。當一個溫度模擬量對應的整數值在-1000-2000范圍之外，我們視為傳感器故障。為了防止干擾引發的誤判斷，我們對故障時間進行計時。只有當時當該時間超過1000秒時，我們才對其進行報警處理。當時間未到，出現了正常信號時，需要對計時清零。

5.2上位組態畫面

　　本系統采用SIMATICWinCC組態軟件對系統進行監控。用戶登陸系統后看到主畫面顯示整個污水處理廠的工藝流程。通過主畫面上的幾個按鈕可以進入各個分畫面。分畫面包括工藝流程的各個部分以及報警、趨勢畫面。監控畫面包括系統中的各個開關量和模擬量。監控系統還可以完成實時報警顯示和報表打印。

　　5.2.1WinCC簡介

　　西門子公司的WinCC是WindowsControlCenter（視窗控制中心）的簡稱。它集成了SCADA、組態、腳本（Script）語言和OPC等先進技術，為用戶提供了Windows操作系統（Windows2000或XP)環境下使用各種通用軟件的功能。WinCC繼承了西門子公司的全集成自動化（TIA）產品的技術先進和無縫集成的特點。WinCC運行于個人計算機環境，可以于多種自動化設備及控制軟件集成，具有豐富的設置項目、可視窗口和菜單選項，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面進行組態、編程和數據管理，可形成所需要的操作畫面、控制畫面、監視畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等。

　　5.2.2設計思路

　　程序運行時首先進入主畫面。主畫面顯示污水處理的整個工藝流程，同時在主畫面中顯示各個流程關鍵的開關量和模擬量的狀態，如設備的狀態、閘門前后液位、流量等。如果想了解現場更加詳細的狀態以及對設備進行遠程控制需要進入工藝流程的分畫面。分畫面中可以顯示實時報警、趨勢曲線。同時對重要模擬量進行歸檔，以便形成歷史趨勢曲線，便于以后進行查看和分析。如果用戶想對畫面進行操作，如設備控制、參數更改等，必須輸入用戶名和密碼進行登陸，以防止其他人員的誤操作。在登陸狀態下，不同的用戶具有不同的權限。在中央監控室可以對現場的設備進行操作，參數采集以及現場儀表的數據顯示。

　　5.2.3設計步驟

　　一、啟動WinCC并新建項目

　　啟動WinCC，單擊“開始”>SIMATIC>WinCC>WindowsControlCenter6.0。選擇“文件”>新建，此時會出現項目類型選擇對話框。選擇單用戶項目，輸入項目名稱，在這里輸入“sewerage”，并選擇項目的存儲位置。

　　二、安裝通訊驅動程序

　　添加一個通訊驅動程序，鼠標右擊工程瀏覽器中瀏覽窗口中的“變量管理”，選擇“添加新的驅動程序”。在“添加新的驅動程序”對話框中選擇SIMATICS7ProtocolSuite.chn。單擊驅動程序前面的“+”，將會顯示當前驅動程序所有可用的通道單元。右擊MPI通道單元，在快捷菜單中選擇新的“驅動程序的連接”菜單項。在隨后顯示的連接屬性對話框中輸入PLCstation作為邏輯連接名，單擊“確定”按鈕。

　　三、定義變量

　　單擊“變量管理”>SIMATICS7ProtocolSuite>MPI前面的“+”，展開各自節點，鼠標右擊節點PLCstation，在快捷菜單中選擇“新建變量組”，輸入DI作為變量組名，同樣的建立DO、AI和AO變量組。建立變量組的目的是為了更好的管理這些變量。如果在一個項目中因處理大量的數據而需要很多的變量時，建議將變量組織為變量組。只有這樣才能在大型的項目中始終注意各種事件。一般可將完成同一功能的變量或屬于同一設備的變量歸結為一個組。在新建的幾個變量組中添加多個“標簽”，這些“標簽”，這些標簽對應PLC中的地址，數據類型也要和PLC中的數據類型保持一致。這樣，當我們運行項目時，PLC的數據就被采集到計算機中。這些數據用于在監控畫面中顯示、歸檔、報表打印等。

　　四、創建過程畫面

　　1.設計主畫面



　　圖5.4上位機主畫面

　　主畫面顯示污水處理的整個工藝流程，包括顯示重要的模擬量輸入信號。在工藝流程主畫面的下方是一排按鈕，“主畫面”用于回到工藝流程主畫面；“工藝流程圖”用于進入各個工藝流程分畫面；“報表曲線”用于進入報表和趨勢曲線畫面；報警窗口用于顯示實時報警和歷史報警；“登陸”和“退出系統”用于用戶登陸和退出監控系統。在監控系統運行時按“Ctrl+L”，可以進入登陸狀態，用戶可以在登錄對話框中輸入用戶名和密碼進行登陸。當用戶點擊“退出系統”時會顯示退出登陸對話框，可以進行確認退出和取消退出，這樣可以防止用戶誤點擊退出系統。同時在畫面中始終顯示系統時間。

　　2.設計工藝流程分畫面



　　圖5.5格柵間畫面

　　在工藝流程分畫面的最上面有一排按鈕，用于在不同的工藝流程段分畫面之間切換包括。包括“格柵間”、“曝氣塵沙池”、“鼓風機房”、“生化反應池”、“二沉池”、“紫外線消毒”幾個按鈕。下面以格柵間為例看一下工藝流程分畫面的創建過程。選擇菜單“查看”>“庫”或單擊工具欄上的圖標，顯示對象庫中的對象中的目錄。雙擊“全局庫”后顯示全局庫中的目錄樹。單擊對象庫工具欄上的圖標，可以預覽對象庫中的圖形。選擇相應的對象，并將其托至畫面區中。拖動對象周圍的黑色方塊，改變對象的大小。同時在“標準對象”中選擇靜態文本以及“智能對象”中的輸入輸出對象放置在畫面中。

　　3.趨勢曲線畫面

　　要在運行系統中顯示趨勢曲線和表格畫面，首先需要進行過程值歸檔。過程值歸檔的目的是采集、處理和歸檔工業現場的過程數據。以這種方法獲得的過程數據可用于獲取與設備的操作狀態有關的管理和技術標準。在運行系統中，可以以表格或趨勢曲線的形式輸出當前過程值或已歸檔的過程值，也可以將所歸檔的過程值作為記錄打印輸出。WinCC使用“變量記錄”組件來組態過程值歸檔，可以選擇組態過程值歸檔和壓縮歸檔，定義采集和歸檔周期，并選擇想要歸檔的過程值。在一個歸檔中可以定義要歸檔變量的不同采集類型?？梢允欠侵芷凇⑦B續周期、可選擇周期以及一旦改變。

　　WinCC的圖形系統提供兩個ActiveX控件用于顯示過程值歸檔。在WinCC的畫面中插入WinCCOnlineTrendControl控件，以及WinCCOnlineTableControl控件。在控件的選項卡中設置標題、變量、字體等。

4.組態報警畫面

　　在WinCC中，報警記錄編輯器負責消息的采集和歸檔，包擴過程、預加工、表達式以及歸檔等消息的采集功能。消息系統給操作員提供了關于操作狀態和過程故障狀態的信息。他們將臨界狀態提早通知操作員，并幫助消除空閑時間。系統可以通過畫面和聲音的形式報告記錄消息時間，還可以用電子和書面的形式歸檔。報警可以通知操作員在生產過程中發生的故障和錯誤消息，用于及早警告臨界狀態或縮短停機時間。

　　WinCCAlarmControl作為顯示消息時間的消息視圖使用。用戶在組態時就可獲得高度的靈活性，因為希望顯示的消息視圖、消息行和消息塊均可在圖形編輯器中進行組態。在WinCC運行系統中，報警事件將以表格的形式在畫面中。在WinCC報警畫面中，添加WinCCAlarmControl控件，然后雙擊該控件，打開屬性對話框中的消息行選項卡，對在控件中顯示的項目進行設置，能夠顯示報警日期、時間、消息文本和錯誤點。

　　第6章控制策略研究

　　6.1PID算法

　　6.1.1PID算法介紹

　　按偏差的比例、微分、積分進行控制（簡稱PID控制）是連續系統控制中技術最成熟，應用最廣泛的一種控制技術。它的結構簡單，參數調整方便，是在長期的工程實踐中總結出來的一套控制方法。在工業控制中由于難以建立精確的數學模型，系統的參數經常發生變化，所以人們往往采用PID控制技術，根據經驗進行在線調整，從而得到滿意的控制效果。

　　6.1.2PID算法在PLC中的實現

　　考慮到PLC的運算速度，需要對PID算法進行一下轉化，特別是積分項的計算。由PID的離散形式方程可知，積分項包括第一次采樣到當前采樣時刻的所有誤差；微分項由本次和上次的采樣值決定；而比例項只由本次的采樣值決定。在PLC中要存儲所有的采樣的誤差時不實際的，也是不必要的。因為自第一個采樣時刻開始，每次采樣獲得一個誤差，要由PLC計算一次輸出，所以只需要將上一次的誤差和上一次的積分項存儲。利用數字計算機的迭代運算，可將PID算式化為遞推形式[3]。簡化形式如下：





　　在該污水處理系統中，在提升泵、曝氣機、羅茨風機、污泥回流泵等多處用到PID控制。所以在S7300PLC中將PID控制程序編制為一個程序塊（FB），為每個需要PID程序控制的設備建立一個背景數據塊（DI），這樣每次PID運算之后的MX將會被保存。PID運算的輸出通過模擬量輸出模塊（AO）輸出到變頻器的控制端，從而實現程序自動控制電動機轉速。下面是PID功能塊的程序：







　　6.2軟起動器一拖三控制

　　提升泵房有4臺提升泵，其中的三臺采用施耐德ATS4837KW軟起動器，工作在接觸器旁路工作模式，實現一拖三控制。在一拖三級聯控制系統中，ATS48的運行信號RUN，停止信號STOP和級聯信號LIC由PLC的繼電器輸出給定。同時，將ATS48的輸出繼電器R1設置為“r1I（隔離繼電器）”，把邏輯輸入LI3設置為“LIC（級聯控制）”。電機主回路控制圖如下圖所示。



　　圖6.1電機主回路控制圖

　　圖中1KM1、2KM1、3KM1為電機1#、2#、3#的主接觸器，1KM2、2KM2、3KM2為電機1#、2#、3#的旁路接觸器。下面以電機1為例說明電機的啟動停止過程。

　　啟動時，按下啟動按鈕，經PLC延時后，輸出一個500ms（該時間應大于100ms，小于1000ms）的脈沖啟動信號給ATS48的RUN端，軟啟動器被允許啟動，由于產生運行信號，ATS48內部繼電器R1吸合，于是主接觸器1KM1合上，ATS48按照設置的啟動時間啟動；啟動結束后，ATS48內部繼電器R2合上，于是旁路接觸器1KM2合上，此時1KM1和1KM2同時吸合；在較短的一段時間（由ATS48決定）之后，R2在R1之后失電，1KM1斷開，電機繼續由1KM2供電，完成整個啟動過程。同理可以啟動2#電機和3#電機。

　　停止時，按下停止按鈕，經PLC延時后，輸出一個500ms（該時間應大于200ms）的脈沖信號給ATS48的LI3端，軟啟動器級聯控制被激活，ATS48內部繼電器R1、R2吸合（R2為脈沖信號，R1保持閉合直到電機完全停下來），于是主接觸器1KM1吸合，ATS48與正在運行的電機接上；LI3脈沖信號的下降沿經PLC延時后，輸出一個500ms（該時間應大于100ms）的負脈沖信號給ATS48的STOP端，ATS48的內部繼電器R2斷開，于是旁路接觸器1KM2斷開，ATS48軟啟動器按已設置的停車時間使電機停車，停車完成后，ATS48內部繼電器R1斷開，于是主接觸器1KM1斷開，完成整個停車過程。同理可以停止2#電機和3#電機。

　　在PLC內部，我們設置一個字節的變量作為啟動狀態的標志，分別標識軟起準備好、軟起中、軟起完成、完成延時斷開、停止等。同時，對啟動器運行的時間進行計時。如果軟起開始運行后經過設定的時間PLC還沒有收到軟起完成的信號，則認為是軟起動器故障。

　　7結束語

　　污水處理自動化監控系統涉及到水處理、自動控制、計算機技術、儀器儀表、電力電子等眾多學科，是一個復雜的綜合性領域。本文以污水處理的工藝流程為線索，介紹了監控系統的整體設計方案。講述了利用STEP7軟件編程、利用WinCC軟件完成組態的具體過程。同時，對在污水處理中的控制策略進行了介紹，包括PID算法在PLC中的實現以及一臺軟啟動器拖動三臺電動機的具體實現。