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1、1基于组态软件的污水处理监控系统设计摘 要：针对污水处理系统的需求，通过组态软件 MCGS进行监控管理，用 PLC对系统进行控制。它的应用对整个处理过程实时监控，提高了污水处理效率。关键词：污水处理；MCGS；PLC；监控ABSTRACT：Demand for wastewater treatment system, monitoring and management through the configuration software MCGS, PLC control system. Its application for real-time monitoring of the proce
2、ss as a whole, improving the sewage treatment efficiency.Key words：Sewage Disposal；Programmable Logic Controller；configuration software； Monitor and Control Generated System；monitoring system。0引言本文旨在实现污水处理的自动化与便捷化，运用西门子PLC-300，通过设计硬件的组态和软件程序的设计，实现污水处理过程的设备运行参数在线监控，实现污水处理法的流入、反应、沉淀、排放的自动化，方便对生产过程的监控。
3、1概述地球虽然有 70.8的面积为水所覆盖，但淡水资源却极其有限，人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的 0.26，而且分布不均。20世纪 50年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速。全2球水资源状况迅速恶化， “水危机”日趋严重。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。课题设计的主要内容有：(1)介绍了污水处理的基本内容，包括污水处理的发展现状以及工业污水处理的工艺流程； (2)对污水处理监控系统方案进行设计分析； (3)污水处理系统的监控系统的设计；(4)硬件通信的设计；(5)总结与调试。2污水处理系统总
4、体方案设计2.1污水处理基本工艺SBR污水处理系统分别由污水处理池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风机、电动阀门和电磁阀等部分组成，在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置液位开关，用以检测水池与水箱中的水位。3图 1 SBR污水处理工艺流程图污水处理的第一阶段：当污水池中的水位处于低水位或无水状态时，电动阀会自动开起纳入污水。当污水池纳入的污水至正常高水位时，电动阀自动关闭，污水池中污水呈微 氧和厌氧状态。污水处理的第二阶段：采用能降解大分子污染物的曝气法，可使污水脱色、除臭、平衡菌群的 pH 值并对污染物进行高效除污，即好氧处理过程。整个好氧时间一般需要 68h。在曝气管路上安装了
5、排空电磁阀，当电动阀门自动关闭后，排空电磁阀开起，罗茨风机延时空载起动，然后排空电磁阀关闭，污水池开始曝气。当曝气处理结束后，排空电磁阀再次开起，罗茨风机空载停机，然后排空电磁阀延时关闭。曝气风机在无负荷条 件下起动和停止，能起到保护电动机和风机的作用。经过 1.5h 的水质沉淀，PLC 下达起动 1#清水泵指令，将沉淀后的水泵入到清水池。当清水池中的水位升至正常高水位时，1#清水泵自动停止运行。这时 2#清水泵自动起动向中水箱泵水，当水箱内达到正常高水位时， 2#清水泵自动停止运行，这时中水箱内的水全部完成处理过程。 如上所示，当中水箱内水位降至低水位时，2#清水泵又自动起动向中水箱泵水。当
6、污水池中的水位降至低水位时，电动阀门会自动打开继续向污水池纳入污水。如此循环往复。2.2监控系统的组成系统硬件组成：监控系统是整个污水处理控制的重要环节，为保证系统的可靠运行，本系统选择性能可靠的研华工控机最为上位4机，并采用山特公司的 1kVA UPS（不间断电源）供电，下位机采用SIEMENS公司 S7-300系列 PLC。系统软件组成：PLC 编程软件 STEP7；上位机组态软件 MCGS3 MCGS污水处理监控系统3.1 MCGS简介MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态
7、软件系统，可运行于 Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系统。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。使用 MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能全面，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自
8、动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。3.2 MCGS污水处理监控界面登录界面的设计：登录界面是进入监控画面的第一道大门，只5有用户输入正确的信息才能登陆到运行画面。登录界面主要实现验证用户是否合法的功能。只有输入正确的用户名和密码才能进入运行画面。如图 2.图 2 登陆界面主画面的设计：主界面显示整个污水处理厂的工艺流程，在此处并不显示各个工段的运行状态和各个模拟量实时值，只提供通往各分画面的连接， 如果想了解某个工序的 现场情况，可以切换到该工序分画面。点击“用户管理”将出现菜单“用户登录” 、 “退出登录” 、 “用户配置”等，点击所想要实现的功能。画面上还有“
9、参数设置” 、 “实时数据” 、 “运行曲线” 、 “报警系统” 、等菜单，点击可进入相应画 面进行操作。如图 3。6图 3 主控界面上述内容介绍了上位机监控界面的设计平台，具体介绍了 MCGS组态软件相对其它组态软件的优点。其次介绍了本课题所设计的监控界面，其中主要包括实现的方法，原则和各个界面所实现的主要功能。通过本章，可以对本课题的监控界面在总体上有个清晰的认识，了解通常污水处理监控界面的组成。4硬件通信设计4.1MPI通信技术简介MPI(Multi Point Interface)是多点接口的简称，是当通信速率要求不高，通信数据量不大时可以采用的一种简单经济的通信方式。通过它可组成小型
10、 PLC通讯网络，实现 PLC之间的少量数据交换，它不需要额外的硬件和软件就可网络化。每个 S7-300 CPU都集成了 MPI通信协议,MPI 的物理层是 RS-485。通过 MPI，PLC 可以同时与多个设备建立通信连接，这些设备包括编程器 PG或运行 STEP77的计算机 PC、人机界面（HMI）及其它 SIMATIC S7，M7 和 C7。同时连接的通信对象的个数与 CPU的型号有关。仅用 MPI接口构成的网络称为 MPI分支网络或（MPI 网络） 。两个或多个 MPI分支网络由路由器或网间连接器连接起来，就能构成较复杂的网络结构，实现更大范围的设备互连4.2MCGS与 PLC之间的通
11、信通信实现的条件: 要想实现 plc 的通讯编程，首先所选的 plc 必须有强大的通讯能力， 就是说 plc 的操作系统能够支持多种通讯格式，通常一种品牌的 PLC 如果能够提供给用户更多的编程自由度，那么这种品牌的技术开发能力 就越强大，大多数品牌只能提供固定格式的通讯格式或协议，这就大大 局限了 PLC 与其他智能设备的数据交换。4.3MCGS与 PLC的通信连接在 MCGS系统中，由设备窗口负责建立系统与外部硬件设备的连接，使得 MCGS能够从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对工业工程的实时控制，因此 MCGS与 PLC设备的连接是通过设备窗口完成的。8图 4 通信连接5结
12、论与展望污水处理系统是一个庞大的系统工程，涉及的内容广，知识多。污水的指标参数众多，针对它们的智能控制策略还有待研究。对一些可靠性要求高， 监控区域大而且分散， 控制距离较远的污水处理厂在建立自动化监控系 统的同时可以建立视频监视系统， 对整个厂区重要环节进行视频监控。 系统通过对各重要 生产区域的监控，不仅可提高该生产区域的安全防范水平，节约大量的人力、物力，而且 能为生产管理提供先进直观的管理手段。 要实现污水处理厂的完全自动化， 并使整个系统 运行在最优状态，还有许多艰巨的工作要做，有待于将来继续进行更加深入的研究。参考文献1 常斗男，李全利，可编程控制原理及工程应用，电子工业出版社，2006 年2 郭宗仁，可编程控制器应用系统设计及通信网络技术，人民邮电出版社，2004 年93 西门子 S7-200工程应用实例分析，电子工业出版社，2008 年4 常晓玲，电气控制系统与可编程控制器， ，机械工业出版社，2004年5 水处理新技术及工程设计，化学工业出版社，2001 年6 刘文光，进口设备、国产设备常用电气及电气标准， ，电子科技大学出版社，1994 年7 唐宇毅，电厂含油工业污水处理的 PLC控制系统设计，广东工业大学出版社，2005 年
