烟厂污水处理论文

第 1 页摘 要摘要：随着社会的进步，经济的发展，人们生活水平的不断提高，环境污染也日益的严重。人们改造自然的能力也越来越高，对污水处理的自动化要求也越来越高。但污水处理行业在相关行业当中和国外相比较还有很大的距离。所以研究基于计算机控制的污水的自动化处理过程控制系统，具有更重要的意义。本文在污水处理的基础上，设计了一系列的烟厂污水处理监控系统。该系统根据污水处理工艺特点和控制要求提出了一套基于 ForceControl6.1 力控组态软件为上位机和以及 S7-200PLC 为下位机的污水处理自动化控制系统的软件设计方案。在此，对控制系统上位机的创建过程进行了进一步的说明，对其功能做了更深一步的介绍并进行了整体规划。本文主要采用 ForceControl6.1 力控组态软件为上位机的人机交互界面，来实现整个污水处理流程的系统监视、监控和数据记录。系统上位机采用ForceControl6.1 力控组态软件开发监控界面，能够完成实时监测和数据动态显示、异常报警、历史报表、时间管理、趋势曲线分析等管理任务。同时详细介绍了污水处理各个系统界面的功能以及其创建过程。在文章的最后还对此次设计研究做出了一系列的总结，并且分析了一些存在的问题。同时对今后的发展进行了展望。关键字：力控组态 污水处理 上位机第 2 页目录摘 要 .11 绪论 .41.1 组态软件介绍 .51.2 本文研究的主要内容 .62 上位机监控画面设计 .62.1 登陆画面设计 .62.1.1 用户登录 .72.1.2 修改密码 .72.1.3 修改用户 .72.1.4 用户注销 .82.2 主界面 污水处理流程画面的设计 .92.2.1 变量设置 .102.2.2 数据变量的连接： .132.3 气浮系统画面设计 .152.3.1 气浮池设计 .162.3.2 容器系统的设计 .172.4 参数一览表 .182.5 参数设定 .192.6 控制界面 .232.6.1 变量设置 .242.6.2 脚本动作 .242.7 趋势曲线 .332.8 历史报表 .352.8.1 历史报表的制作过程 .362.8.2 报表其他功能的设计 .372.9 报警 .382.10 事件 .413 动画设计 .423.3.1 除臭系统烟雾动画 .434 各个界面之间的相互切换 .445 总 结 .47附录：烟厂中水处理电气控制方式 .48致谢 .51第 3 页第 4 页1 绪论近年来计算机技术在自动化领域中应用越来越广泛。随着微型计算机技术和自动控制技术的不断进步与发展，许多领域都引进了计算机监控技术和检测技术，而且随着各领域的监控技术的不断发展，对于计算机自动控制技术的要求也越来越高。ForceControl6.1 力控组态软件正是在这一时期出现的一种先进的工业控制的软件包。他融合了过程控制设计和现场操作和工厂资源管理于一体，将一个企业的内部各个生产管理系统和信息交流汇聚于一体，实现了最优化管理。随着社会的进步、经济的发展、人们生活水平的不断提高，人类改造生态环境的范围和能力不断的扩大，在此污水处理行业占据了相当大的地位。但是污水处理行业在我国相对其他行业或是国外相比还是比较落后的。所以研究基于计算机控制技术的污水处理过程控制系统，具有重要的现实意义。为了提高水处理质量，降低水处理成本，必须应用先进的自动控制设备和技术，设计全自动控制的污水处理厂。本文给出了相关的烟厂污水处理工艺流程图、自动控制系统硬件配置以及软件流程图。完成了污水处理厂的自动控制系统的调试。经过不断的研究最终达到了设计要求。本文还根据污水处理的工艺要求和控制特点，设计出了污水自动化控制系统的大体框架，提出了一套基于 ForceControl6.1 力控组态软件的控制方法。文章最后对污水处理自动控制系统的发展方向还作出了一些展望。 本文设计基于 PLC 和工业组态软件的污水处理的监控系统，对污水处理流程进行自动控制和现场监控。系统上位机采用 ForceControl6.1 力控组态软件开发监控界面，能够完成实时监测和数据动态显示、异常报警、历史报表、时间管理、趋势曲线分析等管理任务。1.1 组态软件介绍ForceControl6.1力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式” 而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态” ，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用（例如趋势曲线、报警等）第 5 页对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过“组态” 的方式可以大大缩短了自动化工程师的系统集成的时间，提高了集成效率。力控监控组态软件能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，来实现与“第三方”的软、硬件系统来进行整体的集成。1.2 本文研究的主要内容本系统的上位机监控软件是在ForceControl6.1 力控组态软件环境下开发的应用程序，它实现了与下位机PLC 的数据通讯，提供了方便可用的用户操作界面。设计监控系统主要实现如下功能：流程图监控功能、实时趋势监视功能、参数操作、调整功能、报警管理功能、历史事件查询功能、历史数据管理功能、报表功能、趋势曲线显示等功能。 2 上位机监控画面设计上位机监控画面包括10幅主要画面：登录画面、系统流程画面、气浮系统画面、控制参数设定画面、参数表画面、控制界面、趋势曲线界面、历史报表、报警系统、事件管理画面。各个画面之间通过编入一定的脚本程序进行切换。2.1 登陆画面设计监控系统运行时首先进入开机画面，停留10 秒后自动将画面切换到登录画面，操作人员必须在登录画面注册相应的权限才能切换到系统其它画面，否则监视系统不允许操作。针对三个不同的操作登记(操作员、班长级、工程师级、系统管理员级)，本系统共建立了四个用户，分别享有不同操作权限。登录画面如图（1-1）所示。第 6 页图 1-1 登陆界面其中包括：用户登录、修改密码、修改用户、用户注销、退出功能键，方便操作人员操作。涉及变量： userlevel1 、userlevel2 、$UserLevel 皆为字符型中间变量，其中userlevel1 、userlevel2 为自己设置的中间变量，$UserLevel为系统设置的变量，系统变量是力控预先定义界面系统Draw中的一组变量。这些变量由系统自动生成和处理。系统变量名均以符号“$”开头，方便与其它变量区别。这里$UserLevel类型只读整型。变量说明为用户级别，用于限制用户访问的权限，系统变量可以在整个应用程序内各种脚本和动画链接中使用。Rtn为整型中间变量。2.1.1 用户登录强调按钮：用户登录左键动作为：Login(); userlevel2=“;此程序段的语言为：登录系统，后输入用户描述。编译后保存。2.1.2 修改密码强调按钮：修改密码左键动作为：UserPass($UserName)；语言为：用户必须要输入相应的用户名后方能进入系统界面。此程序段编译后保存。操作时按动此按钮后弹出修改密码的对话框方便用户的进一步操作。第 7 页2.1.3 修改用户强调按钮：在登录系统中建立一个增强性按钮“修改用户”，增强型按钮连接新建的窗口“修改用户”。新建一个窗口，命名为“修改用户”，后建立一个增强型按钮“确定”，左键连接窗口“修改用户”如图（1-2）所示：图（1-2）修改用户其中强调型按钮“确定”左键动作：rtn=1;CloseWindow() ；按照操作人员的需求对其进行操作。操作时按下此键就会弹出用户修改对话框方便修改用户。2.1.4 用户注销强调按钮“用户注销”左键动作为：IF LogoutEx()=0 THENuserlevel2=“注销成功！“;ELSEuserlevel2=“注销失败！可能没有登陆用户。“; ENDIF当按下此键后在用户级别和用户描述中分别显示相应的字符。数据连接：用户名连接的是字符串$UserName；用户级别连接字符串userlevel1；用户描述连接字符串 userlevel2。第 8 页在此，我们要说明的是此链接应用到了“动作”中的数据改变动作，变量名为 $UserLevel，其脚本程序为：IF $UserLevel=-1 THENuserlevel1=“当前无登陆用户“;ENDIFIF $UserLevel=0 THENuserlevel1=“操作工级“;userlevel2=“当前用户无 B，C 区权限“;ENDIFIF $UserLevel=1 THENuserlevel1=“班长级“;userlevel2=“当前用户无 A，C 区权限“;ENDIFIF $UserLevel=2 THENuserlevel1=“工程师级“;userlevel2=“当前用户无 A，B 区权限“;ENDIFIF $UserLevel=3 THENuserlevel1=“系统管理员级“;userlevel2=“当前用户具有全区权限“;ENDIF 在此我们总共定义了四种工作级别为：操作工级、班长级、工程师级、系统管理员级。此程序的设计主要是针对系统的安全区域操作设置的。即就是每一个级别的人员有相对应的安全区权限设置，超过了一定的权限，操作者便不能进入一部分安全区进行具体的操作。同时我们要说明的是此窗口动作还设计了相应的“条件动作” 。这里，我们向大家先介绍一下所谓的“条件动作” 。为了给用户提供最大的灵活性和能力，力控提供了动作脚本编译系统，具有自己的编程语言，语法采用类 BASIC的结构。这些程序设计语言，允许在力控的基本功能的基础上，扩展自定义的功能来满足用户的要求。力控的动作脚本语言功能很强大，可以访问和控制实时系统的所有组件，如实时数据、历史数据、报警、报表、趋势和安全等；同时，用户通过这类脚本语言，可以实现从简单的数字计算到用于高级控制的算法的功能。力控中动作脚本是一种基于对象和事件的编程语言，可以说，每一段脚本都是与某一个对象或触发事件紧密关联的，利用开发系统编制完的动作脚本，可以在运行系统中执行，运行系统通过脚本对变量、函数的操作，便可以完成对现场数据的处理和控制，进行图形化监控。这里的“条件动作”就是当指定的条件发生时执行的动作。其中我们设置的“条件动作为：UserMan();rtn=0;第 9 页在此，登陆界面的“窗口动作”可以在窗口打开时执行、窗口关闭时执行或者窗口存在时周期执行为：IF $UserLevel=-1 THENuserlevel1=“当前无登陆用户“;ENDIFuserlevel2=“;2.2 主界面污水处理流程画面的设计当用户完成登录后，系统自动将画面切换到污水处理流程画面。流程画面包含本系统所有控制节点，是处理流程的一个整体显示。画面包括：栅格、提升井、调节池、气浮池、中水池 1、水解酸化池、曝气池、过滤池、消毒池、中水池、中水池 2、变频供水系统、除臭系统、污泥池、污泥提升系统、鼓风机等。污水处理厂的系统流程画面如图（1-3）所示。图（1-3）污水处理流程图画面上每一个控制节点或者控制器都可以手动双击进入相应的子画面，进行控制设定等操作。正上方为各个界面的切换操作，因为此时没有对任何变量进行操作，即就是改变相应的参数，所以主界面上的各个泵还有各个系统都为默认的关闭状态。在此，向大家介绍一下各个系统的具体工作机制。粗格栅及提升泵：粗格栅是由一组粗制的钢制删条所制而成的，设在水泵前面的为粗格栅，设在构筑物前面的为细格栅。粗格栅的目的是截留污水中较第 10 页大的的悬浮物和漂流物，防止污水提升泵的阻塞。减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。细格栅进一步去除污水中的细小悬浮物和细小纤维降低生物处理负荷。污水经过粗格栅进入提升泵房，由提升泵提升污水，经过细格栅达到最高点，来满足后续处理设备的水里要求。曝气沉砂池：其主要功能是除去砂和其他惰性物质，主要是惰性无机物和有机物。同时，还能使有机物颗粒和无机颗粒分开，保护后续设备安全稳定运行，便于后续处理。污泥提升房：主要是是对污泥进行处理，包括对污泥的初步减溶，将污泥中的有机物进行脱水，直至形成干饼运走。具体是将沉淀池出来的剩余污泥通过剩余污泥泵打进污泥脱水放进行脱水处理，经过加药固化，随后经过压滤机变成固态运走。2.2.1 变量设置在此界面中我们定义的数据库变量皆为数字 I/O 点，数字 I/O 点的输入值为离散量，可对输入信号进行状态检查。九个泵体包括：提升井泵 P1、调节池泵 P2、气浮池提升泵 P3、中水池 1泵 P4、中间泵 P5 泵、污泥提升泵 P6、中水过滤泵 P7、中水曝气泵 P8、中水池 2 泵 P9。六个容器系统变量：水解酸化池变量 shuijie.pv、生物曝气池变量baoqi.pv、鼓风机变量 gufeng.pv、过滤池变量 guolv.pv、供水变频系统变量bianpin.pv、除臭系统变量 chuchou .pv。其中六个容器系统变量专门针对容器的开关设定的。例如鼓风机