3. 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
污水處理站環(huán)境惡劣，操作和維護(hù)人員在中控室完成對整個(gè)污水站監(jiān)控，并根據(jù)現(xiàn)場狀態(tài)及時(shí)維護(hù)。污水站控制系統(tǒng)由PLC、變頻器、壓力傳感器及上位機(jī)組成。本系統(tǒng)的控制核心為SIEMENS S7-300，硬件主要由電源、CPU、數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入、通信單元等模塊組成。控制系統(tǒng)主要完成數(shù)字、模擬信號采集，邏輯分析和控制，數(shù)字、模擬信號輸出，數(shù)據(jù)通信控制等功能。變頻器根據(jù)管網(wǎng)壓力結(jié)合自帶PID功能對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，保持管網(wǎng)壓力恒定。控制系統(tǒng)及污水處理狀態(tài)采集到PLC中，通過WINCC在工業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示。
4. 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
程序的編制采用模塊化結(jié)構(gòu)，針對污水處理的特點(diǎn)，把程序設(shè)計(jì)為電機(jī)控制子程序、參數(shù)采集程序、系統(tǒng)報(bào)警子程序和安全保護(hù)程序等。由于本系統(tǒng)設(shè)備比較集中，主控制采用SIEMENS公司S7-300控制器，因此系統(tǒng)采用SIEMENS通信模塊CP340將污水處理各個(gè)單獨(dú)的設(shè)備組成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。CP340通信處理是Siemens公司提供的串行通信的低成本解決方案，是Siemens公司PLC與其他智能終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的橋梁。
系統(tǒng)通信子程序是軟件中的重要部分，對變頻器和反應(yīng)池的檢測和控制、故障代碼采集都采用通信的方式，一根通信電纜一次性采集、傳輸多組數(shù)據(jù)，減少電氣連線和信號干擾，已成為智能儀表的發(fā)展方向。
該通信模塊提供了三種不同形式的傳輸接口：
①、RS232C
②、20mA(TTY)
③、RS422／RS485
但每個(gè)CP340只提供一種接口形式。該模塊可以實(shí)現(xiàn)三種通信協(xié)議ASC II碼，3964（R）和打印機(jī)驅(qū)動，通過集成在STEP 7中的參數(shù)化工具可進(jìn)行簡單的參數(shù)化，其設(shè)置主要包括通信方式（波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)和奇偶校驗(yàn)）、接收幀結(jié)束方式、接口方式等，編程人員要關(guān)注的是根據(jù)智能儀表的通信協(xié)議編寫程序。CP340使用自由口模式與這些設(shè)備進(jìn)行信息互換。自由口通信是通過用戶程序控制通信口的操作模式。利用自由口模式，可以實(shí)現(xiàn)通信連接多種智能設(shè)備。STEP 7中的功能塊FB2(P_RCV)和FB3（P_SEND）是系統(tǒng)自帶的專為CP340提供的通信功能塊，利用STEP7自帶的功能塊可以減少編程時(shí)間降低編程難度。
采用CP340主從站、半雙工的通信方式時(shí)，通信子程序考慮：
①、采用半雙工的通信方式，在每個(gè)時(shí)刻總線上只能有一個(gè)站處于接收或發(fā)送狀態(tài)。由于主、從站的工作方式為主站主動、從站完全被動，所以在程序中當(dāng)主站成功發(fā)送完控制命令后，應(yīng)該給予從站足夠的時(shí)間反應(yīng)主站命令。
②、對每次接收的數(shù)據(jù)都應(yīng)該進(jìn)行校驗(yàn)，保證接收的數(shù)據(jù)的正確性從而避免系統(tǒng)發(fā)生誤動作。
③、當(dāng)診斷系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤立即置位標(biāo)識位，給出相應(yīng)的報(bào)警信息，并且根據(jù)報(bào)警信息自動對該報(bào)警信息給予分類，對重故障作停車檢修。設(shè)備故障時(shí)，對此設(shè)備停車并且屏蔽此設(shè)備，程序?qū)⒉辉僭L問該設(shè)備，這樣可以大大節(jié)省由于多次重復(fù)對故障設(shè)備通信所帶來的程序執(zhí)行時(shí)間過長。
④、每次發(fā)送新信息前，確保接收緩沖器中的內(nèi)容取走，并且應(yīng)對接收緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)清零。電動機(jī)控制程序依據(jù)管網(wǎng)實(shí)際壓力值，自動切換電機(jī)（即變頻器頻率出現(xiàn)工頻或者最低PI調(diào)節(jié)頻率時(shí)）。因此采集的管網(wǎng)壓力值的可靠性尤為重要，壓力取自管網(wǎng)的壓力傳感器，其傳輸線較長，并且經(jīng)過干擾較大的變頻器等設(shè)備，所以在使用雙絞屏蔽線的基礎(chǔ)上必須經(jīng)過軟件濾波等處理。精確判斷管網(wǎng)壓力，大大減少了切換泵的次數(shù)，且采用了變頻器不僅提高了系統(tǒng)的安全性也克服了電機(jī)起動時(shí)的大電流沖擊。系統(tǒng)報(bào)警子程序是對系統(tǒng)所有的告警信號處理程序，例如電源故障、蓄水池水位超限、電動機(jī)溫度超溫、變頻器故障和PLC模塊故障等。由于選用了具有中斷能力的數(shù)字量和模擬量輸入模塊，所以當(dāng)硬件檢測到現(xiàn)場故障信號時(shí)，便自動執(zhí)行硬件中斷處理程序塊（OB40），對故障進(jìn)行判別并按故障級別作相應(yīng)處理。
上位機(jī)采用組態(tài)軟件WinCC，針對串口操作，可以通過調(diào)用編寫好的VB串口通訊程序來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，也可以用全局腳本VBS實(shí)現(xiàn)對串口的訪問，在WINCC圖形編輯器中調(diào)用Active X控件MSComm，如添加按鈕，按鈕鏈接了一個(gè)VBS鼠標(biāo)動作，主要是對串口進(jìn)行初始化。在MSComm中組態(tài)了一個(gè)oncomm事件，利用事件觸發(fā)的形式對串口進(jìn)行讀寫操作。在按鈕1的鼠標(biāo)事件中做端口初始化，具體代碼如下：
Sub procedure20
，打開串口
Dim objMSComm1
Dim tagConnection
Set objMSComm1 = HMIRuntime.Screens("Main").ScreenItems("MSComm1")
Set tagConnection = HMIRuntime.Tags("Connection")
If objMSComm1.PortOpen = False Then
objMSComm1.Commport = 1
objMSComm1.Settings = "9600,e,7,1"
objMSComm1.InputLen = 0
objMSComm1.PortOpen = True
tagConnection.Write(True)
HMIRuntime.Trace("Port open." & vbCrLf)
Else
HMIRuntime.Trace("Port is already opened." & vbCrLf)
End If
End Sub
Sub procedure1()
‘關(guān)閉串口
Dim objMSComm1, tagConnection
Set objMSComm1 = HMIRuntime.Screens("Main").ScreenItems("MSComm1")
Set tagConnection = HMIRuntime.Tags("Connection")
If objMSComm1.PortOpen = True Then
objMSComm1.PortOpen = False
tagConnection.Write(False)
HMIRuntime.Trace("Port close." & vbCrLf)
End If
End Sub
5. 污水站系統(tǒng)特點(diǎn)
（1）可靠的控制策略。遠(yuǎn)程自動控制、遠(yuǎn)程手動控制、就地控制三種控制方式保證系統(tǒng)安全啟停。變頻器、電機(jī)等設(shè)備都具有獨(dú)立的控制且能夠相互備用，即可以在自動方式下實(shí)現(xiàn)任意組合的連鎖控制，又能在手動方式下獨(dú)立控制。
（2）形象的監(jiān)控見面，強(qiáng)大的報(bào)表功能。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)顯示污水處理工藝流程圖、設(shè)備運(yùn)行情況、運(yùn)行趨勢圖、故障報(bào)警畫面等。操作人員通過這些畫面可以全面的了解污水處理運(yùn)行情況，方便對設(shè)備進(jìn)行操作。大大降低操作人員工作強(qiáng)度。
6. 結(jié)束語
基于PLC、變頻器、無線通訊等設(shè)備組成的污水處理工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，很好的滿足了現(xiàn)代化污水處理需求。采用Siemens公司的S7-300系列控制器，通過串口通訊功能，根據(jù)現(xiàn)場的不便布線特點(diǎn)，采用工業(yè)無線通訊，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集與集中監(jiān)控功能，大大降低了污水處理成本，目前該系統(tǒng)運(yùn)行效果良好。
