基于组态软件的污水处理系统的设计

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基于组态软件的污水处理系统设计

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。

本课题论述了污水处理工艺及污水处理系统的组成和组态控制系统设计，并详细介绍了SBR污水处理法自动控制系统的设计过程。本系统包括监控组态设计和梯形图设计两个方面，实现了中小型城市的污水处理自动控制和远程监控。系统主要由PLC、液位传感器、进水泵、滗水器、进泥泵及抽泥泵组成，分为手动和自动两种控制方式，使用梯形图语言完成系统对现场的控制；使用MCGS监控组态软件设计监控界面，不仅可以模拟演示系统工作状况，而且还可以对现场工作情况进行实时监控，并对系统进行远程控制，完成SBR污水处理法的自动运行。当系统发生状况时，能够及时发现，并停止系统，进行检修，减少污水处理过程中事故的发生。

关键词：PLC ；城市污水处理 ；MCGS组态软件；SBR

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The Wastewater Treatment System Based on

Configuration Software Design

Abstract：With the rapid development of China's economy, environmental protection has been a prominent need attaches great importance to the problem. Sewage treatment in the environmental protection is one of the most important link. At the same time, along with the rapid development of computer technology and sewage treatment engineering in our country, constantly improve the degree of automation requirements, the process of wastewater treatment by using advanced control technology and equipment to monitor the process of sewage treatment is very necessary.

This topic describes about the technology of sewage treatment and sewage treatment system composition and configuration of the control system design, and introduces in detail the SBR sewage treatment automatic control system of the design process. This system includes monitoring configuration design and ladder diagram design two aspects, realized the small and medium-sized city sewage treatment automatic control and remote monitoring. System is mainly composed of PLC, liquid level sensor, into the water pump, water decanter, into the mud and mud pump, is divided into two kinds of control mode, manual and automatic use ladder diagram language to complete the system control of the scene; Use the MCGS monitoring configuration software design the monitoring interface, not only can simulate the demo system work condition, on the basis of working condition on site and can be real-time monitoring, and the system of remote control, complete the automatic operation of the SBR sewage treatment method. When the system status, can be found in time, and stop the system, for maintenance, reduce sewage treatment process in the accident.

Keywords: PLC , city sewage treatment,MCGS configuration software,SBR

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目 录

第1章 绪论 ....................................................................................................................... 1

1.1 设计背景 ............................................................................................................... 1 1.2 研究的目的和意义 ............................................................................................... 2 1.3 污水处理系统的国内外现状 ............................................................................... 2 1.4 主要设计内容 ....................................................................................................... 3 第2章 污水处理工艺流程 ............................................................................................... 4

2.1 常用的污水处理工艺 ........................................................................................... 4 2.1.1 传统活性污泥法 ........................................................................................... 4 2.1.2 A/O法 ........................................................................................................... 5 2.1.3 A/A/O法 ....................................................................................................... 5 2.1.4 A/B法 ........................................................................................................... 6 2.1.5 SBR法........................................................................................................... 6 2.2 SBR法过程介绍 .................................................................................................. 7 2.2.1 进水 ............................................................................................................... 7 2.2.2 反应 ............................................................................................................... 7 2.2.3 沉淀 ............................................................................................................... 7 2.2.4 排水 ............................................................................................................... 7 第3章 硬件设计 ............................................................................................................... 9

3.1 PLC的介绍 .......................................................................................................... 9 3.1.1 PLC的结构 ................................................................................................... 9 3.1.2 PLC的工作原理 ......................................................................................... 10 3.1.3 PLCI/O口分配 ........................................................................................... 11 3.2 SBR法的总体设计 ............................................................................................ 13 3.2.1 方案设计 ..................................................................................................... 13 3.2.2 硬件电路设计 ............................................................................................. 14 3.3 其他资源配置 ..................................................................................................... 16 3.3.1 接触器选型 ................................................................................................. 16 3.3.2 液位计选型 ................................................................................................. 16 3.3.3 滗水器选型 ................................................................................................. 17

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第4章 软件设计 ............................................................................................................. 18

4.1 PLC程序设计分析 ............................................................................................ 18 4.1.1 整体设计流程 ............................................................................................. 18 4.1.2 手动设计流程 ............................................................................................. 18 4.1.3 自动设计流程 ............................................................................................. 19 4.2 MCGS组态控制设计 ........................................................................................ 23 4.2.1 什么是MCGS组态软件 ............................................................................ 23 4.2.2 MSCG组态软件的系统构成 ..................................................................... 23 4.2.3 设计要求及效果 ......................................................................................... 24 4.2.4 定义数据对象 ............................................................................................. 25 4.2.5 主界面的设计 ............................................................................................. 25 4.2.6 实时报警 ..................................................................................................... 27 4.2.7 设备连接 ..................................................................................................... 28 4.2.8 脚本程序介绍 ............................................................................................. 30 第5章 调试 ..................................................................................................................... 33

5.1 模拟调试 ............................................................................................................. 33 5.2 硬件功能性调试 ................................................................................................. 37 5.3 系统总体调试 ..................................................................................................... 37 结论 ..................................................................................................................................... 38 致谢 ..................................................................................................................................... 39 参考文献 ............................................................................................................................. 40 附录1 .................................................................................................................................. 41 附录2 .................................................................................................................................. 52

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第1章 绪论

1.1 设计背景

水是人类生活中必不可少的，尤其随着工业的发展无论是生活还是生产中对水资源的需求量越来越大。但水资源属于不可再生资源，必须加以合理的开发利用。我国淡水资源总量虽大但人占有量不足，仅为世界平均值的1/4。在最近淡水资源调查中，全球149个国家参加调查，我国人均淡水资源占有量位居第110位，淡水资源贫乏。而且在全国500多个城市中，许多北方城市严重缺水，加之水资源的空间分布不合理，缺水现象更为其严重，人均拥有淡水量仅有全国人均的1/10[1]。更令人担忧的是淡水浪费的非常严重，随着淡水总量不断减少，用水成本越来越高，如果不加以合理管理，必将形成恶性循环。我国北方地区已出现众多环境问题，如水位下降、湖泊干涸、河水断流等。

随着社会的发展，水资源已经成为影响人民生活的重要因素，如何建立合理有效的污水处理系统已成为我国亟待解决的问题。目前全国城市污水达排放标准的有效率仅有10%，大部分污水未经处理就直接排入河流、湖泊和海洋。如何有效快速的对城市污水进行处理，提高水资源利用率，已经刻不容缓。环境污染的加重，水资源日益减少、水质日益恶化等一系列问题，都需要我们通过污水处理来解决。据统计，由于水资源污染，在我国约3亿的饮水不和谐现象中，饮用超标水的占1.9亿人。据有关专家预测，未来90年全球气候变暖加剧，到2100年，地球表面将有1/3的面积沙漠化，干旱将成为全球人类生存的威胁[2]。为了防止这些现象产生的严重后果，合理利用水资源，尤其是城市污水处理的自动化完善已经迫在眉睫。世界各国为了突破由水资源短缺而造成经济发展停滞的障碍，越来越重视水处理技术，希望通过各种水处理技术提高所供应的生活用水质量、工业用水质量，从而提高经济效益。并在城市污水处理过程中，经过SBR污水处理法处理的污水，可以直接排放到河道中，真正实现保护环境、合理利用水资源的目的。随着环境保护者的呼吁，人们的环保意识越来越高，城市污水处理未经处理直接排放是绝对不能容忍的，因此污水处理自动化系统的开发与利用已经体现出其必要性和紧迫性。在城市污水处理过程中，污水主要来自城市居民生活污水，污水成分多样，因此对城市污水处理的工艺和控制方式提出了较高的要求。

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SBR污水处理工艺主要特点如下：

1、工艺简单，造价低，运行方式灵活，脱氮除磷效果好； 2、时间上间歇排水，具有理想的推流式反应器的特性；

3、耐冲击负荷能力较强，污泥沉降性能好，不易产生污泥膨胀现象；

本设计是针对中小型城市的污水处理，无论是从工艺效率，还是从经济方面考虑，SBR污水处理法都非常适合。所以本设计通过PLC程序控制SBR污水处理法，对城市污水进行处理。

2.2 SBR法过程介绍

2.2.1 进水

进水阀门打开，进水泵开始运作，原污水通过粗/细格栅机滤除块状不溶污染物，污染物由排污传送带运走，经过集水池进水泵到达集水池，当集水池到达高水位时，进水泵、粗/细格栅、集水池进水泵停止，SBR反应池抽水泵运作，将集水池中的污水注入两个SBR反应池。 2.2.2 反应

反应工序是SBR工艺最重要的一道工序。当污水注入达到SBR反应池预定水位时，SBR池进水泵停止进水，高水位指示灯亮，空气阀门打开，鼓风机启动，开始曝气，在此同时进泥泵开始工作往SBR反应池中打入活性污泥，开始反应，如驱除BOD、硝化、磷的吸收以及反硝化等。设定好曝气时间，时间到达鼓风机与进泥泵停止。 2.2.3 沉淀

当SBR池反应工序停止以后，开始进入沉淀工序，此时SBR池的空气阀门与污泥阀门关闭，与此同时鼓风机与进泥泵停止。设定好沉淀时间，开始重力沉淀和泥水分离。 2.2.4 排水

SBR池静置一段时间后，污泥完全沉淀至SBR下层，上层清水通过滗水器缓慢抽出，排入河道。当SBR池水位达到设定的最低水位时，低水位指示灯亮，同时滗水器停止运行。与此同时，排泥泵在滗水器停止运行后开始运行，将SBR池污泥排出至储泥池，部分污泥经过烘干后运走。SBR法工艺流程如图2-4所示：

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集粗/细格栅 水机 SBR池 原污水 清水排出 池 鼓风机 图2-4 SBR法流程图 进泥泵

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第3章 硬件设计

3.1 PLC的介绍

3.1.1 PLC的结构

PLC的硬件结构基本上与微型计算机相同，是一种专门用于工业控制的计算机。根据物理结构形式的不同，可分为整体式（也称单元式）和组合式（也称模块式）两类。

1、整体式PLC

整体式结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信端口、I/O扩展端口等组装在一个箱体内构成主机。另外还有独立的I/O扩展单元等通过扩展电缆与主机上的扩展端口相连，以构成PLC不同配置与主机配合使用。整体式结构的PLC结构紧凑、体积小、成本低、安装方便。小型机常采用这种结构。基本结构框图如图3-1所示。 2、组合式式结构

这种结构的PLC是将CPU、输入单元、输出单元、电源单元、智能I/O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块可以插在带有总线的底板上。装有

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电源 输入单元 输 出 CPU 单 元 外设接口 存储器 系统程序存用户程序存储器 I/O扩 展 口 储器 图3-1 整体式PLC结构 西南科技大学城市学院本科生毕业论文

CPU的模块称为CPU模块，其他称为扩展模块。组合式的特点是配置灵活，输入接点、输出接点的数量可以自由选择，各种功能模块可以依需要灵活配置。大、中型PLC常用组合式结构。基本结构如图3-2所示。 系统总线 通信单元 智能I/O单元 输出单元 输入单元 CPU单元 编辑器 CPU或上位计算机 控制系统现场过程 3.1.2 PLC的工作原理

图3-2 组合式模块结构 PLC与继电器构成的控制装置的工作方式不同，继电器控制器采用并行运行方式，即线圈的触点动作与该点通断电同步。而PLC则采用循环扫描技术，每次只能执行一条指令，只有当程序扫描到该线圈，并且该线圈通电时，该线圈触点才会动作，所以PLC的工作方式是“串行”方式，这种工作方式可以避免继电器控制的触点出现竞争或时序失配等问题。也就是说，继电器控制装置根据输入和逻辑控制结构就可以得到输出，而PLC控制器不行，需要输入、执行程序指令、输出3个阶段才能完成整个控制过程。

1、循环扫描技术

循环扫描技术可以分为输入阶段（将外部输入信号的状态传送到PLC）、执行程序阶段和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）3个阶段。

（1）输入阶段

进入此阶段，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号状态，采集数据，并将其存入相应的输入存储单元。

（2）执行程序阶段

进入此阶段，PLC由上而下按次序一步一步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和采集到的数据，然后根据程序内部设定的继电器、定时器、

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计数器等数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，存入相应的输出存储器单元。执行完成后，进入输出阶段。在这个程序执行中，输入信号的状态和数据保持不变。

（3）输出阶段

进入此阶段，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到对应的输出模块上，并通过输出模块向外部设备传送输出信号和指令，控制外部设备动作，既而实现通过PLC程序控制外部设备。

2、PLC的I/O响应时间

PLC的I/O响应时间是指从某一输入信号变化开始到系统相关输出端信号的改变结束，这段时间就是PLC的I/O反应时间。因为PLC采用循环扫描工作方式，所以收到输入信号的时刻不同，输出端信号改变时刻也不对应相同，响应时间的长短也就不同。

3.1.3 PLCI/O口分配

在本设计控制系统中，共用到14个输入和22个输出。其具体的输入输出如表3-1。

表3-1 I/O口分配

端口地址 自动开关 集水池高水位信号 SBR1池高水位信号 SBR1池低水位信号 SBR2池高水位信号 SBR2池低水位信号 SBR池手动进水开关 集水池低水位信号 紧急停止 启动鼓风机 启动进泥泵 手动/自动开关 启动滗水器

元件 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 说明 SB0 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 SB12 11

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3.3.3 滗水器选型

滗水器又称滗析器,滗水器是SBR法污水处理工艺中最关键的机械设备之一。SBR法污水处理工艺由于是周期排水，反应池进水和排水时池内水位是变化的，进水时水位由最低升至最高，出水时水位由最高降至最低，故SBR反应池出水管位置必须设置在最低水位以下。间歇式出水要求集中大流量排放，并且能在较短的时间内完成出水任务，如果出水管形状与方向不当，会扰动池中污泥层，出水时会带走大量活性污泥从而影响出水水质。因而，滗水器是SBR法污水处理工艺排水的最好选择，它只撇出活性污泥沉淀后的上清水，在水位下降过程中保持水面平稳，不扰动下面的污泥层。

大体上分以下几种滗水器，控制要求不同，可以选择不同的滗水器进行排水处理。 1、固定式滗水器

优点是成本低，运行可靠，缺点是操作繁琐，管路内易吸收表面浮泥和底部沉泥。 2、虹吸式滗水器

优点是成本低，可靠性高，不易故障；缺点是滗水器下端应置于池水要求最低水位处与排水口齐平，为了泥水彻底分离，其沉淀时间比较长。

3、旋转式滗水器

优点是运行可靠、负荷大，适用于大型装置，应用最为广泛。缺点是对机械、电动装置要求较高。

4、套筒式滗水器

多为不锈钢制，造价偏高，且密封件为橡胶制品，寿命有一定限制[13]。 根据设计要求，本设计主要针对中小型城市污水处理厂，所以在滗水器性能合适的同时，降低成本也很重要。虹吸式滗水器性能可靠，价格便宜，因此是本设计的第一选择。

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第4章 软件设计

4.1 PLC程序设计分析

4.1.1 整体设计流程

根据系统设计的控制要求，控制过程可以分为手动控制功能和自动运行功能，从而完成不同工作模式下的控制功能。在手动控制模式下，每个设备可以单独运行，以测试设备的性能；在自动控制模式下，各个设备通过预设的程序自动运行，如图4-1所示。 N 自动？ Y CCC 4.1.2 手动设计流程

在手动模式下，工作人员可以单独调试每个设备的运行，以测试系统中各个设备的性能，对于设备的维护和检修有着重要的意义，如图4-2所示。在此模式下，可以通过按钮对粗/细格栅机、鼓风机、滗水器、集水池进水泵、SBR池进水泵、进泥泵、排泥泵等设备进行控制，并给上述设备关联了对应的指示灯，当此设备处在运行状态时，其指示灯亮，反之，其指示灯关闭。

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开始 自动控制 手动控制 结束 图4-1 PLC整体设计流图 西南科技大学城市学院本科生毕业论文

粗 /细格栅机 启动 鼓风机启动 滗水器启动 集水池进水泵启动 SBR池进水泵启动 进泥泵启动 排泥泵启动 手动控制 4.1.3 自动设计流程 粗/细格栅机 集水SBR池 滗水器 图4-2 手动操作模式流程图 原污水 池 清水排出 皮带运输 鼓风机 图4-3 自动操作模式流 污泥池 根据污水处理的工艺流程图编写PLC程序，通过粗/细格栅及皮带运输机子程序，使污水依次经过粗/细格栅，滤除大块垃圾和漂浮物；然后污水进入集水池，到达高水位时，停止泵水，高水位指示灯亮，污水流入SBR处理池，当集水池中水位下降到低水位时，停止排水，低水位指示灯亮2S，再次泵入污水；当SBR池中污水到达高水位时，停止泵入污水，延时程序启动，鼓风机吹风，一定时间后，鼓风机停止运作，上层清水由滗水器排出，当水位下降到低水位时低水位指示灯亮并处理污泥。SBR池及进水、反应、沉淀、排水一体，由两个SBR池构成一组，间歇运行。

1、粗/细格栅流程设计

粗/细格栅系统由粗/细格栅除污机各一台，为了调试方便，设置开10S，关10S。

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粗格栅/细格栅除污机在进水泵开始工作30S后开启，然后开启10S，关闭10S。粗细格栅机(Q0.1)运行10S停止，排污传送带(Q0.2)运行10S停止，循环运行。设计流程图如下：

开始 N 自动运行？ Y 粗/细格栅机运行 手动模式 N 运行时间到达？ Y 粗 / 细格栅停止，排污口打 开，传送带运行 Y N 运行时间到达？ 集水池高水位 结束 图4-4 粗/细格栅设计流图

2、集水池设计

污水经过粗/细格栅除污机后进入集水池，当集水池处于低水位时，关闭集水池后面与其相连的所有阀门。集水池液位传感器，实时监测集水池中水位的变化，当水位到达高/低水位时，高/低水位指示灯亮。其流程图如下：

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自动运行？ N Y N Y 结束 图4-5 集水池设计流图 集水池高水位指示灯 集水池是否到达高水位？ 集水池进水泵启动 计时 手动运行 开始 按下启动开关(I0.0)，30S后集水池进水泵(Q0.3)运作，高水位时指示灯(Q2.0)亮2S，当集水池水降到低水位时，(I0.6)闭合，集水池进水泵(Q0.3)再次运行泵入污水。

3 、SBR反应池设计

本设计由2个SBR反应池，每个池中都有液位传感器监测池水的水位。SBR池内进水阀门同时开启，当1#SBR池与2#SBR池水位升到液位上限值时集水池阀门关闭，进水泵与粗/细格栅除污机全部停止。进水阀门关闭后，SBR池空气阀门开启，同时鼓风机开始工作，污泥泵同时开启，将储泥池中的活性污泥注入SBR反应池中。

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空气阀门关闭10S后，滗水器开始运行，将SBR反应池内的上清液滗出并排入河道，当SBR池液位下降到一定高度后滗水器停止运行，低水位指示灯亮。 剩余污泥泵在滗水器停止运行后开始运行，排泥至储泥池。低水位指示灯灭，SBR池再次进入污水。

开始 自动运行 N 集水池高水 Y SBR池进水泵运作 N N 集水池低水 SBR反应池高 Y 水 Y N N Y 到达设定时间 进水泵停止，鼓风机和进泥泵运作 结束 集水池进水

滗水器运作

SBR池低水位 鼓风机和进泥泵停止，进行静置 Y N Y 22

到达设定时间 滗水器停、排泥泵运作

图4-6 SBR反应池设计流图 西南科技大学城市学院本科生毕业论文

根据SBR反应池设计流图编写梯形图程序参见附录一Network13-Network34。 集水池高水位指示灯(Q2.0)亮2S后，SBR1池进水阀（Q0.5）打开，进水泵（Q0.4）运作，SBR1池到达高水位时，指示灯（Q2.2）亮，鼓风机(Q1.0)运作，进泥阀(Q1.5)打开，进泥泵(Q1.4)运作，计时1分钟开始，计时到达，鼓风机、进泥泵停止，静置30S后滗水器(Q0.7)运作，到达低水位，低水位指示灯(Q2.3)亮2S后重新进水。SBR1池到达高水位同时I0.2动作，SBR2池开始进水，SBR2池到达高水位时，指示灯（Q2.4）亮，鼓风机(Q1.1)运作，进泥阀(Q1.6)打开，计时1分钟开始，计时到达，鼓风机、进泥泵停止，静置30S后滗水器(Q0.7)运作，到达低水位，低水位指示灯(Q2.5)亮2S后重新进水。

4.2 MCGS组态控制设计

4.2.1 什么是MCGS组态软件

MCGS（Monitor and Control Generated System，通用监控系统）组态软件是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的软件，它能够在基于Microsoft 的各种32位Windows 平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际问题的方案，在工业控制领域有着广泛的应用。

4.2.2 MSCG组态软件的系统构成

MCGS软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。 组态环境： 组态生成 应用系统

运用MCGS 组态软件制作所需运行界面的一般过程： 1、启动MCGS组态环境，建立新工程。

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组态结果 数据库 运行环境： 解释执行 组态结果

图4-7 组态软件整体结构 西南科技大学城市学院本科生毕业论文

2、进行设备配置。首先定义连接与驱动设备用的数据变量，其目的是实现上下位机通讯，即通过设备窗口配置数据采集与控制输出设备实现计算机与智能仪表之间的连接。

3、定义数据库。首先在实时数据库窗口建立新的数据库文件，然后按要求定义不同类型和名称的变量，必须与设备要求的数据库完全一致，最后将设备与数据对应起来，从而实现画面的连续动作。

4、制作图形画面。此过程在用户窗口实现，主要用于完成工程中人机交互的界面，如：水池水位变化的动态显示、高低水位报警输出、水位历史数据与曲线图表等。

5、建立主控窗口新工程。主控窗口可以调度和管理一个设备窗口和多个用户窗口的打开或关闭。其主要的组态操作包括：定义工程的名称，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据存盘文件和存盘时间等。

6、链接。动画链接是将图符与数据库变量建立联系，当数据库变量发生变动时图符就表现出来。即水位发生变化时，图符会以动画的形式适时显示出来。

7、调试。当以上步骤完成以后，先进行组态检查通过后就可以进入运行环境进行调试。

4.2.3 设计要求及效果

1、界面设计要求

(1) 污水处理远程计算机控制系统。它采用MCGS组态软件来控制和管理，是一套由组态软件构造和生成计算机监控系统，通过对现场数据进行采集显示、报警处理和报表输出等多种方式，以最直观的方式表现出监控对象状态与参数，从而实现流程控制，当系统出现问题时，向用户提供解决实际问题的方案。

(2) 要达到预期的监控目标，需要综合考虑系统的整体构成、工艺流程以及被监控对象的具体特征。

(3) 要拟定工程的总体规划和设想，要考虑许多问题如系统需要实现哪些功能，控制流程采用何种方式实现，需要设定何种用户窗口界面，最终达到的动画效果怎样以及怎么定义实时数据库中数据变量等。而且，必须分清变量，如那些变量是与设备相连接的，哪些变量是软件内部用来实现动画显示的等[15]。

2、界面设计效果

程序运行时首先进入主画面，显示污水处理的整个工艺流程，电机状态画面显示各个开关量的状态，液位报警窗口显示各个污水池水位的高低，并且报警灯发光。期

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间如果用户想对画面进行操作，包括控制和更改参数，必须有操作员或者管理员的权限。在登入状态下，不同的用户有不同的权限，可以对给予授权的参数进行修改。在中央控制室的操作人员都可以对现场设备进行启、停控制。 4.2.4 定义数据对象

先对系统进行分析后，再确定需要定义的数据对象。数据对象作为实时数据库的基本单元，因此定义数据对象的过程也就是建立实时数据库的过程。

定义数据对象的内容主要包括： 1、定义数据变量名称与类型；

2、确定数据变量存盘信息，如存盘的周期、存盘的时间和保存期限等。本设计需要的数据变量如图4-8所示。

图4-8 定义数据对象

4.2.5 主界面的设计

主画面显示整个污水处理厂的工艺流程。显示画面显示各个开关量的状态。如果想了解污水池的液位、电机的状态等情况，可以切换到某个分画面。点击“系统管理”将会出现下拉菜单“用户窗口管理”、“退出系统”，点击想要实现的功能。主画面上

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还有“液位显示”、“报警数据”、“数据显示”等菜单，点击可进入相应画面进行操作。

1、编辑界面

首先进入画面编辑环境，利用“插入元件”工具从元件库中选择所需要的阀门、泵、电机等设备，调整大小及位置，然后保存。画完后如图4-9所示。

图4-9 工艺流程主画面

2、动画连接

(1) 在水位监控画面中双击集水池，弹出属性设置窗口，进入“动画连接”页如图4-10所示。

图4-10 将集水池进行动画连接

(2) 选中“折线”，右端出现的〉。

(3) 单击〉进入属性设置窗口。在“大小变化”页按图4-11进行属性设置。

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图4-11 属性设置

(4) 单击“确认”按钮，完成粗格栅除污池的设置。

(5) 用同样的方法建立SBR1池与液位2及SBR2与液位0之间的动画连接。注意设置参数，表达式：液位2、液位0；最大变化百分比对应表达式的值：100。

(6) 单击“保存”按钮。

(7) 进入允许环境，按下开始按钮，可观察到水罐水位的升降变化的动画效果。 4.2.6 实时报警

实时报警可提示操作人员进行及时处理，避免事故发生。历史报警能对指定时间内的所有参数越限情况进行记录、显示和打印，以便对系统运行情况进行分析。选取“工具箱”中的“报警显示”构件。如图4-12所示。

图4-12 报警窗口

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双击报警窗口，弹出属性设置窗口，如图4-13所示。

图4-13 报警窗口属性设置

4.2.7 设备连接

在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”进入，点击工具条中的“工具箱”图标，点击“设备管理”按钮。在通用设备中选择“通用串口父设备”和“西门子_S700PPI”，点击确认。在设备管理中先双击“通用串口父设备”再双击“西门子_S700PPI”。使“西门子_S700PPI”成为“通用串口父设备”的子目录。双击“通用串口父设备”设置如图4-14所示。

图4-14 通用串口父设备属性编辑

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以上参数设置，要按照所通讯设备的要求来设置，如果设置错误，会导致无法正常通讯。在设置过程中需要注意串口端号的选择，其选择需要与连接PLC的串口端号一致，“数据校验方式”选择“2-偶校验”，否则在需要PLC连接实现实时监控时会出现图4-15显示的界面。

当与PLC连接出现图4-15所示的画面时，需要做以下检查：PLC端口连接是否正常；PLC端口设置是否与上述“通用串口父设备属性编辑”中各属性的的设置一致；PLC是否被其它设备占用，在MCGS下载过程中需要停止PLC编程软件的使用，否则，该软件占用PLC端口，会出现图4-15显示的界面。

图4-15 通信设备初始化失败图

选择“设备工具箱”添加“西门子_S7200PPI”驱动。添加完成之后双击，对其属性设置，如图4-16所示。

图4-16 添加驱动图

选择“内部属性”可以增加和删除通道，如图4-17所示。

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图4-17 通道属性设置

4.2.8 脚本程序介绍

在策略组态中，右击

图标选择“新增策略行”，此时会出现一条策略，但

没有添加脚本程序。如果需要添加脚本程序而没有策略工具箱，请单击工具条中的图标，弹出“策略工具箱”，单击“策略工具箱”中的“脚本程序”，把鼠标移出“策略工具箱”，会出现一个小手，把小手放在

上，单击鼠标左键，出现脚本程序

策略行，可以进行脚本程序的添加，脚本程序可添加多个，添加后如图4-18所示。

图4-18 添加脚本图

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为使界面能够单独运行，所以在集水池、SBR1池、SBR2池进/出水需要用到脚本程序，其中鼓风机运作时间控制需要用到定时器或者延时函数。控制本次设计模拟运行的的脚本程序参见附录二。

经过以上设计，最终设计MCGS手动界面如图4-19所示。

图4-19 手动界面

在手动模式下，可以对进水泵、进泥泵、鼓风机、滗水器和出泥泵进行单独控制，当集水池到达高/低水位时，进行高/低水位报警。

MCGS自动界面如图4-20所示。

图4-20 自动界面

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在工程应用中，大多数监控系统需要对数据采集设备采集的数据进行存盘，统计分析，并根据实际情况打印出数据报表，所谓数据报表就是根据实际需要以一定格式将统计分析后的数据记录显示和打印出来，如：实时数据报表、历史数据报表。实时数据报表是实时将当前的数据变量按一定报告格式显示和打印，实时数据报表可以通过MCGS系统的实时表格构件来组态显示实时数据报表。

在实际生产过程控制中，对实时数据、历史数据的查看、分析是不可缺少的工作。但对大量数据仅做定量的分析还远远不够，必须根据大量的数据信息，画出曲线，分析曲线的变化趋势并从中发现数据变化规律，曲线处理在工控系统中也是一个非常重要的部分。如图4-21所示，图中包含了集水池、SBR1池、SBR2池的实时数据显示，历史数据显示，实时曲线显示，以及历史曲线显示。

图4-21 实时显示

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第5章 调试

经过长时间的前期准备工作，在电脑上进行模拟仿真，确定程序无误，考虑到软件模拟与现实中存在一定的误差，在模拟调试完成之后进入实验室进行试验调试。试验调试就是根据工业应用的特定环境对设计进行检查，看它是否能达到预期的目标。然后根据现场各种状况来进一步完善设计，达到设计要求。

5.1 模拟调试

限于实验室条件的限制，需要先利用软件对已经设计好的PLC程序进行模拟调试，本次设计采用S7_200汉化版的软件对PLC程序进行模拟仿真。其主界面如图5-1。限于该软件条件的限制，需修改PLC程序中部分I/O端口再进行模拟仿真。

图5-1 S7_200主界面

使用该软件模拟之前需要将已经编写好的PLC程序在“V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6（西门子S7-200PLC编程软件）”软件环境中“编译”并“导出”。将导出的文件装载进S7_200汉化版软件，选择“程序”下的“装载程序”如图5-1。装载完成之后即可启动程序，对已经编写好的PLC程序进行模拟仿真。

启动系统，按下I0.0进水泵Q0.0启动，5秒钟以后粗/细格栅除污机Q0.1、Q0.2及集水池进水泵Q0.3同时启动，如变化如图5-2所示。

图5-2 粗/细格栅启动状态

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当集水池达到高水位即I0.1=1时，集水池高水位指示灯（Q2.0）亮10秒，同时所有泵停止工作，如图5-3所示

图5-3 集水池高水位状态

定时到达，Q2.0灭，同时SBR1池进水阀(Q0.5)打开，进水泵(Q0.4)启动，如图5-4所示：

图5-4 SBR1池进水

当SBR1池到达高水位，传感器（I0.2）相应，高水位指示灯(Q2.2)亮，同时SBR2池进水阀（Q0.6）打开，SBR2池开始进水，鼓风机（Q10）、进泥泵（Q14）SBR1池进泥阀（Q15）打开如图5-5所示。

图5-5 SBR2池进水SBR1池设备动作

SBR2池到达高水位，高水位指示灯(Q2.4)亮，鼓风机(Q11)启动，进泥阀（Q1.6）打开，如图5-6所示。

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图5-6 SBR2池满设备动作

一分钟后，SBR1池进泥阀（Q1.5）与鼓风机(Q1.0)停止，SBR1池静置，如图5-7所示

图5-7 SBR1池静置

一段时间后，SBR2池鼓风机(Q1.1)、进泥电磁阀(Q1.6)和进泥泵(Q1.4)全部停止，SBR2池也进入静置阶段，如图5-8所示

图5-8 SBR1、SBR2池均静置

静置一段时间后，静置结束过后滗水器（Q0.7）启动，滗水器将反应池的污水滗出，并排入河道，SBR1池高水位指示灯（Q2.2）灭，排水阀（Q1.3）打开，如图5-9所示。

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图5-9 SBR1池排水

SBR2池静置时间到，SBR2池指示灯（Q2.4）灭，排水阀（Q1.2）打开，如图5-10所示。

图5-10 SBR2池排水

SBR1池到达低水位，SBR1池低水位指示灯（Q2.3）亮，排水阀（Q1.3）关闭，如图5-11所示。

图5-11 SBR1池排水结束

SBR2池到达低水位，低水位指示灯（Q2.5）亮，滗水器（Q0.7）、SBR2池排水阀（Q1.2）关闭，2S后，SBR1池再次进水，进入下一次循环。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/iq6g.html