PLC在水处理中的应用
可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点。随着工业自动化、计算机集成技术的飞速发展，PLC也在向高功能、高速度、大容量发展，PLC系统的的应用范围和应用规模也将会越来越大。城市污水处理工程的建设正以前所未有的速度发展，大大加快了工业自动化的进程。
PLC的主要特点
由于控制对象得复杂性，使用环境的特殊性和运行工作的连续长期性，使得PLC在设计结构上具有许多其他控制器所无法相比得特点：
①可靠性高，抗干扰能力强②通用性强，使用方便③程序设计简单、易学、易懂④采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便⑤系统设计周期短⑥安装简便，调试方便，维护工作量小⑦对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产
综合以上特点可见，PLC的诸多特点正是迎合了广大用户的需求，弥补了其他控制器的不足。因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域得到了越来越广泛的应用。在现代自动化的污水处理厂更是不可缺少。污水处理厂的过程控制都有一个共同的特点，就是开关量多，模拟量少。以逻辑顺序控制为主，闭环回路控制为辅，因此，以次见长的可变成逻辑控制器在污水处理中得到了广泛的应用。
基本组成①CPU PLC的控制中枢，它由控制器和计算器组成，PLC在CPU的控制下使全机有条不紊的协调工作，以实现对现场的各个设备进行控制。②存储器 PLC系统中的存储器主要用于存储系统程序，用户程序和工作状态数据。③输入输出模块 生产过程中有许多控制变量，如温度、压力等PLC与工业生产过程的联系是通过I/O模块实现的。④编程器 PLC的重要外部设备，通过它将用户编写的程序送到PLC的用户程序存储器，因为它的任务就是：输入程序、调试程序和监控程序的执行过程。
工作原理PLC的工作方式与微型计算机相比有较大的不同。PLC不是利用微型计算机中的中断处理方式，而是采用循环扫描的工作方式。CPU按照系统程序所赋予的功能，接收并把用户程序和数据存在RAM中，系统上电后，它按扫描方式开始工作，从第一条用户指令开始，逐条扫描并执行直到最后一条用户指令为止。它不停地进行周期性扫描，没扫描一次，用户程序就被执行一次。
系统的硬件组成
　　PLC在现代工业控制领域中早己得到了广泛的应用。以PLC的控制功能而言，PLC 具有严谨、方便、易编程、易安装、可靠性高等优点。它通用性强，适应面广,特别在数字量输入输出等逻辑控制领域有无可比拟的优点。PLC具有丰富的逻辑控制指令和高级应用指令，它提供高质量的硬件、高水平的系统软件平台和易学易编程的应用软件平台。另外，PLC即有自身的网络体系又有开放I/0及通讯接口，很容易组建网络并实现远程访问。污水处理主要是顺序逻辑控制，这正是PLC控制的优势所在。 在众多的PLC生产厂家中，西门子公司的S7—300系列产品以其较高的性价比成为众多用户的首选。S7—300是模块化的小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。模块化、无排风扇结构，各种单独的模块之间可进行广泛的组合以用于扩展。接口模块（IM）用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER），S7—300通过分布式的主机架（CR）和二个扩展机架（ER）可以操作多达24个模块。中央处理单元（CPU）集成有PROFIBUS—DP和MPI通讯接口，多点接口（MPI）用于同时连接编程器、PC机和人机界面等。信号模块（SM）用于数字量和模拟量的输入输出。
　　在设计当中，根据设备的情况和厂方用户的要求，对主控制器PLC的硬件配置中， CPU模块采用315—2DP，数字量输入（DI）采用SM321模块，数字量输出（DO） 采用 SM322模块，模拟量输入（AI） 采用 SM331模块，模拟量输出（AO） 采用 SM332模块。在现场实际中，数字量输入输出（DI/DO），模拟量输入输出（AI/AO）都有部分冗余，以备系统临时扩充需要。由ET200M模块组成的远程从站可就近放置在现场，利用 SIEMENS公司工业现场总线PROFIBUS-DP完成主——从通讯。通过设置从站的方法可把地理位置相对分散的设备的控制信号，用一根现场总线送到PLC主站，这样不但可节约大量的电缆，同时系统的可靠性也有了很大的提高。在本系统中，PLC主站共下设2个 ET200M远程从站。从站1放置在鼓风机房，实现对鼓风机房的数据采集和控制。从站2放置在污泥泵房，实现对污泥泵房的数据采集和控制。上位机监控系统使用一台工程师站和一台操作员站。两台工业计算机分别采用SIEMENS公司CP5611网卡通过PROFIBUS-S7数据通讯网络完成计算机与PLC主站之间的数据通讯。操作员站的画面组态软件选用SIEMENS公司的WINCC完成用户二次软件的开发。
控制系统的功能实现
　　根据对现场污水处理工艺的了解和操作人员的具体要求和建议 ，以及以往系统的开发经验，可把系统的控制功能实现分为上位机实现和下位机实现。下面将分别介绍。
1 下位机PLC控制系统的功能实现：手动操作，PLC远程手动遥控操作，全自动操作三种方式。
　　前两种方式一般只在设备调试或维修时使用，系统主要以全自动操作方式为主。在这种方式下，各类泵、风机等设备的开、停，各种工况的切换都由可编程控制器按照预先编制的程序自动生成，不需要操作人员干预。每种工况的运行时间及各种测量参数均可以在线或离线调整，每台设备和每种工况的运行情况也都可以由PLC系统进行监视。现场的泵类、风机、搅拌器等信号通过PLC的控制转化也在上位机上显示。这样，既能对设备开关量，如各类泵、风机、搅拌器等的开停进行控制，又能对现场的模拟量：曝气池内的溶解氧、消化池的泥温等进行调节，使全厂的工艺、设备运行得到全面的控制。
2上位机监控系统的功能实现：
① 提供工艺过程参数检测流程图，模拟量显示图，模拟量棒图，趋势图等动态画面显示各主要设备运行时间参数和控制回路参数设置画面。据此操作人员或工艺员可对整个工艺和设备有一个详细和形象的了解。
② 系统主要参数和报警信号登录。登录数据可供工艺人员和控制系统设计人员参考，以分析设备运行情况，进一步改进控制方案，提高系统的运行效率。并对故障设备及超越仪表设定值闪烁报警，提醒操作人员采取相应措施，确保了生产安全同时给出可能的故障原因和解决办法。
③ 可通过键盘（或鼠标）直接控制现场设备，如启动或停止各类泵、风机、阀、搅拌器、刮泥桥等。
④ 进入和退出系统的口令保护，以免非工作人员进入系统或随意中断运行中的系统。
系统软件设计
 用户的软件设计质量的好坏直接关系到系统的控制质量和人员设备的安全，所以开发一套功能完善、可靠性高的软件尤显重要。 根据系统的实际情况，用户的软件设计同样分为上位机软件设计和下位机软件设计，下面将分别给予介绍。
1 下位机程序设计
　　PLC主站的用户程序是在基于SIEMENS公司的SIMATIC STEP7 V5.1软件平台上完成硬件组态、地址和站址的分配以及用户程序的设计开发的，在主程序（OBI）中将各种控制功能和各站点间的通讯数据分别编写在不同的子程序（功能块FB、DB FC）中。在本系统中，根据所控制设备的实际情况，可把整个污水处理流程分为若干个分流程，每个分流程对应一个功能（FC）或功能块（FB）,例如粗隔栅控制（FC1），细隔栅控制（FC3），曝气沉砂池控制（FC4），生化反应池控制（FB1）等。另外还有一些中间转换控制模块，例如从温度传感器上通过PLC的模拟量输入模块中得到的数据必须通过量程转换才能变成实际的温度值，通过编写单独的模块FC8，完成从 WORD到实数的转换。考虑到传感器测到的温度可能由于干扰信号在极短的时间内出现阶跃，为避免干扰，采用在10秒内采集5个温度，平均这5个温度，从而有效的避免了干扰。
2 上位机程序设计
　　上位机的编程平台采用SIEMENS公司的SIMATIC WINCC5.1。在工程师站安装WINCC-RC用于开发，操作员站安装WINCC-RT用于运行， WINCC运行于 Windows NT V4.0操作系统平台之上，以增加系统运行安全和稳定性。WINCC通过读取下位机的DB块，在上位机显示对应的状况，如显示实际温度、水泵的开闭状态等。另外可以把上位机的操作命令传到下位机的DB块中，来实现对下位机的在线操作。在本系统中，通过共享数据块DB1把下位机的工作状态传到上位机，通过共享数据块DB2把上位机的命令传到下位机。
结束语
　　用PLC设计的自控系统在某污水处理厂投入使用以来，大大降低了操作人员的劳动强度，并改善了操作人员的工作环境。设备具有调试简单、操作方便、使用安全、运行可靠、效率高、故障率低，污水处理效果好的特点，同时由于软硬件均采用模块化结构，方便了工程技术人员的安装、调试和维修，为我们带来了很好的社会效益和经济效益。