WinCC的污水处理集散控制系统的设计
目 录
1 引言 1
1. 1 课题研究的背景及意义 1
1. 2 课题研究的基本思路 1
2 污水处理控制系统的设计 2
2. 1 总体结构 2
2. 2 污水处理的流程 2
2. 3 污水处理的主要组成部分 3
3 可编程逻辑控制器（PLC）在控制系统中的应用 9
3. 1 S7-300 与STEP 7编程软件的介绍 10
3. 2 创建项目和组态硬件 11
3. 3 控制系统I/O地址的分配 12
3. 4 控制系统LAD程序的简要说明 13
3. 5 控制系统程序的仿真和调试 19
4 WinCC在污水处理中的应用 21
4. 1 工业监控软件WinCC的介绍 21
4. 2 项目的创建与属性设置 22
4. 3 用户管理界面的设计 22
4. 4 污水处理监视画面的编辑 23
4. 5 组态通信 25
4. 6 仿真运行与调试 28
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
附录1 PLC梯形图 34
附录2 WinCC监控画面 45
1 引言
现如今，随着城市化的发展与工业生产的迅速扩张，人民大众对于“水”这样一个看似普普通通的东西的需求量却在不断加大。我国的淡水资源总量位居世界第四，但考虑到14多亿的庞大人口基数，那么全球水资源总量的百分之六就显得微不足道了，我国的人均水资源量只有世界平均水平 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
的四分之一，可以很客观的说我国就是全球人均水资源最短缺贫乏的国家其中之一。稀缺的水资源与庞大的水量需求之间产生了剧烈的矛盾，此时，我们必须采取各种方法来加以解决，以实现可持续发展。
1. 1 课题研究的背景及意义
虽然我国的水资源现状令人感到万份忧虑，但我国公民浪费水资源与企业污染水体的现象非常严重，于是我们采取了积极的措施来解决这个迫在眉睫的问题。首先也是最主要的，加大节水方面的教育力度，从思想上重视起来；接着，对于我国这样的制造业大国，众多的工矿企业排放的大量污水也亟待解决，重污染企业生产过程中排放的大量污水不仅污染水体，严重迫害生态平衡，同时也危害着人类的身体健康与农业生产，例如前段时间腾格里沙漠的污染事件，都是对污水的错误处理。与我国经济水平的提高成正比的是人们对于生活质量的要求，人们对“碧水蓝天”的要求更加迫切，但是我国污水处理的现状令人感到忧虑，污水处理厂的数量比较少，规模也都很小，设备老化陈旧，工艺落后，完全无法满足要求。因此，建立一个先进的污水处理自动控制系统，加快污水处理产业化发展的时机已经成熟，对我国的经济社会的可持续发展，老百姓的安居乐业具有重大的意义。
1. 2 课题研究的基本思路
经过前期对相关资料、文献的查阅，对于这个毕业设计，整体上有了初步的了解，大体上可以按以下几个步骤进行：
1）仔细分析任务书，理清设计任务，对所要做的工作有个大概的认识。
2）从图书馆及网上查找污水处理方面的相关资料，对其控制要求与工艺过程有个初步了解，并提出控制方案，即上位机用WinCC做出监控画面，下位机用PLC做出控制程序来完成控制。
3）了解PLC的功能及用法，对PLC硬件和现场设备进行选型，并用STEP7初步做出污水处理的控制系统并进行仿真调试，以满足污水处理的要求。
4）对WinCC工业监控软件有一定的了解，并根据任务要求组态出控制系统的界面并进行参数设置与修改，实现动态化。
5）建立起PLC与WinCC之间的通信，实现监视与控制。
6）对于集散控制系统进行初步的了解，并尝试将其与此课题联系起来。
2 污水处理控制系统的设计
2. 1 总体结构
这个毕业设计以监视软件WinCC、逻辑控制器PLC、传感器等检测仪表以及现场装置构成自动控制系统的方案中,监视器用到了SIEMENS的WinCC,具体控制部分用到了可编程逻辑控制器S7-300,加上相应的传感器等设备对处理运行中的参数进行收录和处置,对废水处理的流程和装置的使用状况保持始终的监视，并通过WinCC的组态画面对现场设备进行相应的控制，完成污水处理的监视与控制。PLC同工控机间，通过微机设立通讯端子、多点接口MPI地址、传送速率等参数，通过MPI端子对PLC进行硬件配置，在新的连接之下设置外部变量，再拿基础工具以及全局库中的图形绘制污水处理全过程的监控画面，将变量标签与每个对象连接，再设置相应的各项属性，就能实现以下效果：在画面上监视、控制现场设备。集散控制也可以称作分布式控制，操作员站与现场控制站通过总线连接。在这里，我们只拿出其中的一个现场控制站来举例。
2. 2 污水处理的流程
此污水处理控制系统主要采用SBR工艺，也就是常说的间歇式活性污泥法，包含以下四个程序：进水，反应，沉淀，排水。它是将原来的空间分割操作方式用更先进的时间分割操作方式来取代，不但加强了生化反应的效果，使污水不断出现有氧无氧状态，提高处理效果，达到了脱氮除磷的预期效果，并且也显著节省了空间使得设备便于操作和维护管理。
污水处理工艺说明：经潜水泵提升进来的污水分别经粗栅格机和细栅格机进行不同程度的杂志过滤后进入集水池。然后集水池中的污水进入SBR池进行反应，此反应包括进水，曝气，沉淀，排水四个过程。反应结束后，SBR反应池中的上层清水通过提升泵抽取至清水池，而剩余的污泥则通过剩余污泥泵排至污泥池。
下图2-1即为污水处理流程图，下图2-2即为工艺流程图。
图2-1 污水处理流程图
图2-2 污水处理工艺流程图
2. 3 污水处理的主要组成部分
2.3.1 潜水泵系统
下图2-3就是潜水泵系统的主要流程图，对潜水泵的起停以及报警进行控制：
（1）自动过程开始启动潜水泵。
（2）根据污水池的水位，若下限值（20）低，则进行延时（2S）防误。
（3）延时到，假如水位仍低于下限（20），那么把潜水泵关闭，不然让它继续工作。
（4）如果池内水位在下限值（20）与上限值（80）之内，再次启动延时（2S）防误。
（5）延时结束，假设污水池水位依旧位于上限值(80)之上时，那么警报灯亮。
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1 引言 1
1. 1 课题研究的背景及意义 1
1. 2 课题研究的基本思路 1
2 污水处理控制系统的设计 2
2. 1 总体结构 2
2. 2 污水处理的流程 2
2. 3 污水处理的主要组成部分 3
3 可编程逻辑控制器（PLC）在控制系统中的应用 9
3. 1 S7-300 与STEP 7编程软件的介绍 10
3. 2 创建项目和组态硬件 11
3. 3 控制系统I/O地址的分配 12
3. 4 控制系统LAD程序的简要说明 13
3. 5 控制系统程序的仿真和调试 19
4 WinCC在污水处理中的应用 21
4. 1 工业监控软件WinCC的介绍 21
4. 2 项目的创建与属性设置 22
4. 3 用户管理界面的设计 22
4. 4 污水处理监视画面的编辑 23
4. 5 组态通信 25
4. 6 仿真运行与调试 28
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
附录1 PLC梯形图 34
附录2 WinCC监控画面 45
1 引言
现如今，随着城市化的发展与工业生产的迅速扩张，人民大众对于“水”这样一个看似普普通通的东西的需求量却在不断加大。我国的淡水资源总量位居世界第四，但考虑到14多亿的庞大人口基数，那么全球水资源总量的百分之六就显得微不足道了，我国的人均水资源量只有世界平均水平 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
的四分之一，可以很客观的说我国就是全球人均水资源最短缺贫乏的国家其中之一。稀缺的水资源与庞大的水量需求之间产生了剧烈的矛盾，此时，我们必须采取各种方法来加以解决，以实现可持续发展。
1. 1 课题研究的背景及意义
虽然我国的水资源现状令人感到万份忧虑，但我国公民浪费水资源与企业污染水体的现象非常严重，于是我们采取了积极的措施来解决这个迫在眉睫的问题。首先也是最主要的，加大节水方面的教育力度，从思想上重视起来；接着，对于我国这样的制造业大国，众多的工矿企业排放的大量污水也亟待解决，重污染企业生产过程中排放的大量污水不仅污染水体，严重迫害生态平衡，同时也危害着人类的身体健康与农业生产，例如前段时间腾格里沙漠的污染事件，都是对污水的错误处理。与我国经济水平的提高成正比的是人们对于生活质量的要求，人们对“碧水蓝天”的要求更加迫切，但是我国污水处理的现状令人感到忧虑，污水处理厂的数量比较少，规模也都很小，设备老化陈旧，工艺落后，完全无法满足要求。因此，建立一个先进的污水处理自动控制系统，加快污水处理产业化发展的时机已经成熟，对我国的经济社会的可持续发展，老百姓的安居乐业具有重大的意义。
1. 2 课题研究的基本思路
经过前期对相关资料、文献的查阅，对于这个毕业设计，整体上有了初步的了解，大体上可以按以下几个步骤进行：
1）仔细分析任务书，理清设计任务，对所要做的工作有个大概的认识。
2）从图书馆及网上查找污水处理方面的相关资料，对其控制要求与工艺过程有个初步了解，并提出控制方案，即上位机用WinCC做出监控画面，下位机用PLC做出控制程序来完成控制。
3）了解PLC的功能及用法，对PLC硬件和现场设备进行选型，并用STEP7初步做出污水处理的控制系统并进行仿真调试，以满足污水处理的要求。
4）对WinCC工业监控软件有一定的了解，并根据任务要求组态出控制系统的界面并进行参数设置与修改，实现动态化。
5）建立起PLC与WinCC之间的通信，实现监视与控制。
6）对于集散控制系统进行初步的了解，并尝试将其与此课题联系起来。
2 污水处理控制系统的设计
2. 1 总体结构
这个毕业设计以监视软件WinCC、逻辑控制器PLC、传感器等检测仪表以及现场装置构成自动控制系统的方案中,监视器用到了SIEMENS的WinCC,具体控制部分用到了可编程逻辑控制器S7-300,加上相应的传感器等设备对处理运行中的参数进行收录和处置,对废水处理的流程和装置的使用状况保持始终的监视，并通过WinCC的组态画面对现场设备进行相应的控制，完成污水处理的监视与控制。PLC同工控机间，通过微机设立通讯端子、多点接口MPI地址、传送速率等参数，通过MPI端子对PLC进行硬件配置，在新的连接之下设置外部变量，再拿基础工具以及全局库中的图形绘制污水处理全过程的监控画面，将变量标签与每个对象连接，再设置相应的各项属性，就能实现以下效果：在画面上监视、控制现场设备。集散控制也可以称作分布式控制，操作员站与现场控制站通过总线连接。在这里，我们只拿出其中的一个现场控制站来举例。
2. 2 污水处理的流程
此污水处理控制系统主要采用SBR工艺，也就是常说的间歇式活性污泥法，包含以下四个程序：进水，反应，沉淀，排水。它是将原来的空间分割操作方式用更先进的时间分割操作方式来取代，不但加强了生化反应的效果，使污水不断出现有氧无氧状态，提高处理效果，达到了脱氮除磷的预期效果，并且也显著节省了空间使得设备便于操作和维护管理。
污水处理工艺说明：经潜水泵提升进来的污水分别经粗栅格机和细栅格机进行不同程度的杂志过滤后进入集水池。然后集水池中的污水进入SBR池进行反应，此反应包括进水，曝气，沉淀，排水四个过程。反应结束后，SBR反应池中的上层清水通过提升泵抽取至清水池，而剩余的污泥则通过剩余污泥泵排至污泥池。
下图2-1即为污水处理流程图，下图2-2即为工艺流程图。
图2-1 污水处理流程图
图2-2 污水处理工艺流程图
2. 3 污水处理的主要组成部分
2.3.1 潜水泵系统
下图2-3就是潜水泵系统的主要流程图，对潜水泵的起停以及报警进行控制：
（1）自动过程开始启动潜水泵。
（2）根据污水池的水位，若下限值（20）低，则进行延时（2S）防误。
（3）延时到，假如水位仍低于下限（20），那么把潜水泵关闭，不然让它继续工作。
（4）如果池内水位在下限值（20）与上限值（80）之内，再次启动延时（2S）防误。
（5）延时结束，假设污水池水位依旧位于上限值(80)之上时，那么警报灯亮。
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