城市污水处理监控系统软件设计

摘要：通过研究设计一套基于PLC控制的污水处理系统。重点探讨了上位机软件和组态软件的设计方案。系统实现了实时监控、故障报警、历史数据的存储和查询、报表的显示和打印等多项功能，且用户界面操作良好，易于学习。

关键词：污水处理；监控系统；软件设计

随着工业的发展，人们的物质生活的提高，同时也产生了对我们的生活环境的污染。环境是人类赖以生存的空间，是人类索取基本生活物质的宝库。一旦被破坏，被污染则直接影响人类的生活和发展。因此，对环境污染的治理将是不可或缺的一项重要工作。

1、系统构成

为了保证系统的稳定性和可靠性，设计中采用了两级控制方案对整套污水处理系统进行监控，上位机选用两台工业控制计算机，下位机可选用PLC，系统构成图如图1：

图1系统构成图

上位机提供一个人机交互界面，使操作人员可以通过CRT和模拟屏直观的了解现场各工艺参数及故障报警，发出相应的控制指令。大容量存储器记录历史数据。控制核心采用PLC，编程后的PLC能够按照内部程序对系统进行实时监控，程序启停现场设备。

由于现场监控点多、布局分散，且各工序工艺独立，为简化电缆铺设、降低系统成本、提高系统稳定性，采用两台PLC对生产工艺进行监控。其中主PLC控制提升泵站、沉砂池、氧化沟、二沉池、回流污泥泵站的所有设备及传感器。从PLC控制剩余污泥泵站、储泥池、加药间、脱水间的所有设备及传感器。主、从PLC数据通过Control-Link总线进行数据交换，实现数据共享。

操作人员通过上位机向PLC发出相应的控制指令后，由PLC对现场进行直接控制。此时即便上位机出现故障（如死机、掉电等），也不会影响系统的正常工作。PLC与上位机的通讯采用RS485方式，传输距离远，技术可靠。

2、测控方式

整套污水处理流程可有多个监控点，包括液位、PH值、溶氧、浊度、频率、泵运行状态等。各模拟量参数通过相应的变送器输出4~20mA的标准信号，通过屏蔽电缆接至PLC的AI模块。信号从PLC的AO模块通过屏蔽电缆接至相应变频器、启闭阀门。数字输入信号为24V直流电信号，通过电缆接至PLC的DI模块。数字输出控制信号为24V直流电信号，从PLC的DO模块通过电缆接至现场设备。每台现场设备原则在其相应现地箱上输出有三个状态信号：故障、运行/停止、手动/自动；和一个启动信号。为了使现场与PLC完全隔离，PLC所有数字量模块与现地箱中间必须加辅助继电器。所有输出信号（包括模拟量和数字量）由PLC内部程序或上位机指令控制。

3、软件设计

（1）上位机软件。上位机软件可采用的是组态软件组为开发平台，整套系统建设有多幅实时监控画面，包括系统总貌、提升泵站与除砂池、氧化沟、二沉池、泥路、加药脱水间。其通过指示灯表明设备运行状态。在电机运行方式为手动时，用鼠标点击画面下排电机启动按钮可远程启动现场设备。传感器的瞬时值依据实际安装位置被分别标注到不同的分布工艺流程图中，其实时数据和历史数据被做成相应分布图的子画面，可在分布工艺流程图中直接点击按钮进入。整个软件界面呈树状排列，查阅、操作简便。数据库是上位机监控软件的核心所在，因此必须依据实际需要首先将其建设好，然后将各功能模块进行恰当的组合。实际编程过程中在定义变量时，记录可设定为不计录、数据变化时记录和定时记录，要根据实际情况选择相应的设置，从而节省存储空间。报表分为实时报表和历史报表2种。

（2）组态软件设计。画面设计包括变频器的状态监视，可查看任何一台变频器的运行状态并可设置其参数；可对上位机进行通讯方式及其它设置。变频器的监控组态界面；其中包括主要数据:电流、电压、频率的列表显示、动画显示及实时曲线显示；便于从直观上了解电机的运行状态。一旦出现报警情况则立即进入报警状态，并根据报警内容作出相应处理（如紧急停机等）。可实现电机的正反转、加减速、停机等控制，还可以获得一些历史数据（表、曲线、图）、故障报警等。极大的方便了生产操作人员对一线现场的监督、控制、管理。实践证明本系统的实时性很好，能很好的反映实际数据的变化。污水趋势曲线运行界面如图2所示。

图2污水趋势曲线运行界面

（3）PLC软件和触摸屏软件。使用欧姆龙的CX-PROGRAM 3.1对主、从PLC分别进行编程。触摸屏软件界面同样采用树形结构设计，依据不同的生产工艺区，将所有控制设备分成：提升泵站、沉沙除沙池、氧化沟、二沉池、回流污泥泵站、剩余污泥泵站、储泥池、加药间、脱泥间设备。所有传感器量均归属于各自的子界面。触摸屏的另一个特点是主、从PLC各自挂接的触摸屏可以完全互换，它们公用一套软件，这主要得益于Control-Link的数据共享机制。

4、总结

系统实现了实时监控、故障报警、历史数据的存储和查询、报表的显示和打印等多项功能，且用户界面操作良好，易于学习。系统具有良好的通用性、可扩展性和可维护性。通过以上设计可使，大大降低了工人的劳动强度，提高了管理水平。该系统为城市污水处理全自动化设计提供了极好的物质参考。

参考文献：

[1]张培山.基于PLC的工业污水处理厂自控系统的实现[J].控制系统,2006（1）

[2]李英辉.基于PLC的中水处理系统[J].石家庄职业技术学院报,2008（4）

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。