6ES7515-2TM01-0AB0型号介绍
引言
我国的污水处理技术起步较晚，污水处理自动化的研究落后于发达国家。对于这样一个污染严重资源受限的发展中人口大国，发展满足排放要求、处理效果好、运行费用低和国产化程度高、且自动化水平较高的污水处理控制系统，对经济的发展具有重大的现实意义，也是对国家节能减排的贡献。
郓城县位于鲁西南平原地区的中心部位，目前排放污水总量已达880万m3/年。大量未经处理的污水直接排入附近水体，导致河流严重污染，城区环境质量明显恶化，对人民群众的身心健康造成很大威胁，为满足国家节能减排的要求，促进郓城县经济和谐发展，郓城县政府投资兴建了郓城县污水处理厂。
项目应用工业控制计算机、可编程控制器plc、工业自动化组态软件技术、电力电子控制技术以及网络通信等技术，结合污水处理厂的特性，设计出运行状态和参数能够自动检测和自动控制、具有自动故障应急处理能力并且具有网络通信能力的高性能、高可靠性的污水处理厂智能监控系统。
2 工艺流程介绍
郓城污水处理厂的进水主要是生活污水和部分工业污水，经检测，主要进水水质指标为codcr≤500mg/l，bod5≤225mg/l，ss≤225mg/l，tn≤45mg/l，nh3-n≤35mg/l，tp≤6mg/l。为了使出水水质符合《城镇污水处理厂污染物排放标准gb18918-2002》一级排放标准的b标准，即codcr≤60mg/l，bod5≤20mg/l，ss≤20mg/l，tn≤20mg/l，nh3-n≤8mg/l，tp≤1mg/l，该厂工艺设计采用倒置a2/o工艺，其总体工艺流程如图1所示。
图1 郓城县污水处理厂总体工艺流程图
郓城污水处理厂包括污水和污泥处理两个系统。污水处理系统包括进水井、粗格栅间、**泵房、细格栅间、曝气沉砂池、鼓风机房、生化反应池、二沉池、紫外线消毒柜、出水渠等，污泥处理系统包括有污泥回流泵房、脱水机房等几部分。
郓城污水处理厂的工艺流程是：污水经污水排放管网进入进水井，由进水井流经粗格栅，滤除大块固体悬浮物后，再由**泵将污水**到细格栅，滤除细小的漂浮物和浮渣，再经计量渠流入曝气沉砂池，进行砂水分离，去除水中密度较大的无机颗粒，以保护后续处理设施的正常运行。而后进入生化反应池，进行生化处理。经生化处理后的污水进入二沉池后经紫外线消毒后到出水渠，后排放。二沉池分离的一部分生物活性污泥回流到生化反应池，另一部分剩余污泥流经污泥泵房进入污泥处理系统，剩余污泥进入污泥贮池，后经进泥泵进入脱水机房进行脱水处理，脱水处理后就可进行二次利用。
3 控制系统方案设计
3.1 设计目标
(1) 建立一个集中管理，分散控制，性能可靠的现场控制、过程监视和计算机管理一体化的系统。
(2) 实现“现场无人值班，总站少人值班”的目标，减轻操作人员的工作量和劳动强度。
(3) 完成对整个工艺过程及全部生产设备的自动监测和控制。
(4) 可显示全厂动态流程图，带有动态参数显示，趋势曲线显示，自动生成各类报表。
(5) 采集污水厂各工艺过程的工艺参数、电气参数及主要设备的运行状态信息。
(6) 对现场数据进行分析、处理、储存，对各类工艺参数做出趋势曲线。
(7) 报警系统将现场设备的各种故障在中控室进行声、光报警，并能将故障分类打印。
3.2 设计思想
可编程控制器包括西门子公司的 s7-300与s7-200系列与欧姆龙公司的cj1w系列。根据工艺流程和控制要求分别在变电室、分配电室、鼓风机房和脱水机房设立了4个分布站，由这4个控制站完成对各现场设备的控制。通过工业以太网将各控制站、中央控制室的工程师站相连，形成一个完整的通讯网络，实现监控。整个自动化监控系统构成scada系统，完成数据采集、处理、监视及对现场设备进行控制的功能。
3.3 系统构成
整个系统由中央控制室、各分布plc控制站和现场仪表及电控柜构成三级监控网络。系统结构如图2所示。
图2 系统结构图
(1) 中央控制级。中央控制级分为中央控制室及厂长室远程管理监控计算机。中央控制室设有工程师站和操作员站。
工程师站既能完成系统组态、调试及控制参数的在线修改和设置等，又能完成对整个污水处理厂的数据采集、监控，报表及打印等功能；操作员站主要完成对整个污水处理厂的数据采集、监控，报表及打印等功能。厂长室远程管理监控计算机以工业以太网形式与本系统相连，以便于厂长对整个系统进行管理和监控，并针对实际情况准确发出操作命令。
(2) 分布式控制站。监控系统共设五个分布控制站，plc2站、plc4站和plc5站分别配备一个触摸屏。现场plc完成对各点信号采集及控制，**了系统的可靠性与可维护性。触摸屏既可以显示仪表数据和设备状态，又能对现场设备进行控制。现场的五个plc站以及触摸屏通过工业以太网与中央控制室的工程师站连接。
(3) 现场控制级。各现场控制柜具有两部分功能，一是进行现场的手动操作，二是与各个plc站连接，将各设备状态信号传送到plc的相关采集模块。现场手动操作具有比分布控制站和中央控制室更高的优先权，只有将状态选择开关打到自动状态，远程控制程序才起作用。所以在进行自动控制调试前，首先要完成对现场各控制柜的调试，在保证现场设备安全的前提下才能进行远程控制。
4 组态王6.52在本系统中的应用
4.1 对上位监控软件的要求
组态现场工艺流程画面，要求生动、形象；要求采集现场所有模拟量和数字量的信号，并以文字或图形方式显示。被控对象的工作参数包括温度、液位、**、压力等；在自动方式下，在现场有关条件满足的情况下，可以通过中控室工控机远程控制各个开关；被控对象的各个模拟量参数要求加以范围限制，超出范围要求报警；被控对象的各个模拟量参数要有趋势曲线图，便于查看变化过程；模拟量的数据要求归档，以保证操作的可靠性和安全性；组态报表打印。
4.2 上位监控画面的设计
程序运行时首**入主画面，显示污水处理的整个工艺流程。显示画面显示各个模拟量实时值和开关量的状态。可以实现模拟量的存档、历史曲线以及模拟量的报警表格。期间用户如果想对画面进行操作，包括控制和更改参数，必须有操作员或管理员的权限。在登录状态下，不同的用户具有不同的权限，可以对给予授权的参数进行修改。如果离开，则必须退出登录状态，以防止其他无权限人员的误操作。在中央控制室的工程师站和操作员站都可以对现场设备进行启、停控制，参数采集以及仪表数据显示。
(1) 主画面设计。主画面显示整个污水处理厂的工艺流程，在此处并不显示各工段的运行状态各个模拟量实时值，只提供通往各分画面的连接，如果想了解某个工序段的现场情况，可以切换到某个分画面。点击“系统管理”将出现下拉菜单“用户登录”、“退出登录”、“用户管理”等，点击所想要实现的功能。主画面还有“报表曲线”“报警窗口”“故障复位”“系统设置”“退出系统”等菜单，点击可进入相应画面进行操作，如图3所示。
图3 工艺流程主画面
(2) 分画面设计。分画面按工艺流程顺序设计。分画面显示各模拟量的实时值及各开关量的状态。通常每个设备都有工作、自动和故障三个状态，闸门还另设有开到位和关到位这两个状态，控制部分分为启动和停止两个状态。通常设备处于哪个状态，则相应的显示装置就会改变颜色来表示，在我们的系统中，通常红色为运行，绿色为停止，黄色为故障。只有当设备处于自动状态、用户被授予权限且启动和停止的条件满足时，启动和停止按钮才有效，如图4所示。
图4 格栅间画面
当点击各设备时都会弹出相应的控制连接，在面板里则可以控制运行或停止，如图5所示。
图5 细格栅1＃电动闸门控制
(3) 曲线设计。曲线包括历史趋势曲线和实时曲线，一般都是将模拟量添入趋势曲线的显示中，记录其值的变化，以便工程人员及时对工艺进行改进。对画面的时间轴进行左右卷动就能看到你想看到的时间的数据。图6为历史趋势曲线。
图6 历史趋势曲线
(4) 报表系统设计。报表系统同样也有历史报表和实时报表，在画面上添加“报表”控件，然后在其内部设定报表名，添加要显示的变量名，具体的方法许多都是要添加命令语言函数，例如给某个格置一个变量的值时，需要用语言函数 reportsetcellvalue("实时报表", 3,2, \\本站点\**泵液位);
此句函数的意思是将**泵液位的值填入到“实时报表”的第3行第2列中。打印报表是 reportprint2("实时报表",0)，意思是打印整个实时报表。还有很多类似的函数，不再一一介绍。
(5) 设计报警画面。在定义变量时定义好各报警值，此时需在画面中添加一个报警报表控件，加入一些额外功能，例如打印报表、报警确认，然后在其动画连接的命令语言中添入函数，比如打印报表是reportprint2("报警画面",0)。报警确认的函数则是ack(郓城)；表示确认郓城报警组的所有报警。
4.3 opc技术及其在本系统中的应用
由于s7-200的以太网驱动还不完善，需要通过opc(用于过程控制的链接与嵌入)实现plc与上位组态软件的通讯。opc服务器由siemens厂家提供的v1.0 pc access软件来担当。具体配置步骤比较简单，介绍如下：
安装v1.0 pc access软件后，在组态王的工程浏览器左端“设备”的下拉菜单中点击“opc服务器”，再右端双击“新建”将出现以下画面，然后再单击s7200.opcserver，其余都可以按默认设置即可，单击确定就建立了opc服务器，如图7所示。
图7 添加opc服务器
s7-200的变量不能直接添加，需要在v1.0 pc access中先定义，然后保存后默认为当前打开的工程，我们就可以在组态王中添加这个opc变量了，分别如图8、图9所示。
图8 在v1.0 pc access中定义变量
图9 添加opc变量
完成以上步骤之后，便可以在上位监控画面中对相应变量进行监视、操作
随着单片机技术在工控领域及社会生活的各个方面得到广泛应用，对单片机开发成本及速度的要求也越来越高。按照传统的模式，在整个项目开发过程中，先根据控制系统要求设计原理图，制作硬件电路；然后进行软件编程，通过仿真器对系统硬件和软件调试；后将调试成功的程序固化到单片机中。这一过程的主要问题是应用程序需要在硬件完成的情况下才能进行调试。虽然有的软件可以进行模拟调试，但是对于一些复杂的程序(如人机交互程序)，在没有硬件时，界面没有真实感，给调试带来很大困难。在软硬件的配合中如果需要修改硬件，就必须重新制板。纵观整个过程，无论是从硬件成本上，还是从调试周期上，传统开发模式的效率都有待**。能否只使用一种开发工具，兼顾仿真、调试、制板以及大限度的软件模拟来作为单片机的开发平台，从而取代编程器、仿真器、成品前的硬件测试等。
英国Labcenter Electronics公司推出的Proteus 6ISIS是专用于开发单片机的集成软件，用户可以在该软件上简捷、高效地设计出各种模拟电路、数字系统、专用IC及各种芯片。在仿真过程中Proteus 6 ISIS给我们以大程度上的视觉感受，为电子产品的开发和电子系统工程提供了一种全新的手段和便捷的途径。本文用上述软件对定位系统进行了仿真和设计。
1 定位系统原理及构成
1．1 定位系统原理
定位系统的基本原理是：每颗GPS卫星时刻发布其位置和时间数据信号，用户接收机测量每颗卫星信号到接收机的时间延迟，根据信号传输速度就可以计算出接收机与不同卫星之间的距离。
GPS模块接收卫星的定位信号运算出自身的位置(经度、纬度、高度)，时间和运动状态(速度、航向)，每秒1次送给单片机并存储，以便随时提供定位信息。由单片机控制定位系统的协调工作。
1．2 定位系统硬件构成
定位系统是基于AT89C52和GARMINGPS25LP的定位测量系统。其基本功能可分为单片机对GPS器件的控制以及显示采集的信息两部分。
系统由3个功能模块构成：
①单片机系统：采用AT89C52单片机控制GPS的数据读取和数据传输过程，并将数据发送到LCD进行显示。
②外围电路：一部分是GPS和辅助电路；另一部分是LCD显示电路。
③C51程序：编写C51程序，实现单片机控制GPS器件完成方位数据的采集，并输出LCD显示。
本系统采用的GPS器件为美国GARMIN公司的GARMINGPS25LP，采用全密封方式，位置精度<15 m，速度精度<0．1 m／s，外形尺寸为46．5 mm×69．5 mm×11．4 mm。GARMINGPS25LP是同类型的GPS OEM板中常用的一款，在飞机领域使用很多。GARM-
INGPS25LP有其独特的输出／输入语句格式。在调试GPS时，通过串口和GPS板进行数据交换，由于GPS输出的也是RS232信号，因此可以直接与计算机进行通信。通过串口通信程序进行读／写控制，对GPS进行设置和调试。
1．3定位系统程序设计
该程序主要功能有两方面：一方面是使用单片机与GPS模块进行通信，获得当前的方位数据；另一方面是单片机将所得的数据处理成数值，并发送到液晶显示模块进行显示。
此系统的函数分为4类：主程序、GPS的数据通信程 序、液晶驱动程序以及液晶显示程序。