摘 要：本文介紹為住宅小區(qū)的典型污水處理系統(tǒng)配置的一種自控裝置。它由觸摸屏和PLC等元件組成，取代傳統(tǒng)的繼電接觸器控制裝置。具有簡單，方便，可靠等特點(diǎn)。文章在簡述小型污水處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，論述了該自控裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理。著重介紹F940WGOT觸摸屏的畫面制作功能，應(yīng)用及設(shè)計(jì)時(shí)注意事項(xiàng)。 關(guān)鍵詞：污水處理 控制裝置 觸摸屏 PLC 　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加，人類對水的需求量越來越大，而人類生產(chǎn)生活中排出的廢水卻又給水環(huán)境帶來了日趨嚴(yán)重的污染，使本來就有限的水資源變得更加緊張。缺水已制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了減少環(huán)境污染、節(jié)約用水，充分利用有限的水資源，我國很多城市已經(jīng)開始建設(shè)城市住宅小區(qū)生活污水處理設(shè)施，將洗滌、盥洗、廚房和廁所的生活污水經(jīng)過處理后作為雜用供水，如：城市綠化用水、洗車用水、清掃用水、景觀用水、消防用水等。這種小型水處理系統(tǒng)正在不斷推廣應(yīng)用，本文介紹城市住宅小區(qū)為這種污水處理設(shè)施相配套的控制裝置，該裝置具有可靠、先進(jìn)、簡單等特點(diǎn)。 一、小型污水處理系統(tǒng)工藝流程 　　圖1為一個(gè)典型小區(qū)生活污水處理系統(tǒng)工藝流程圖 [align=center] 圖1[/align] 　　它由格柵、調(diào)節(jié)池、生化池、沉淀過濾池、消毒池等部分組成，各部分的功能如下： 　　1、格柵 　　污水中一般都有大量雜質(zhì)、漂浮物的存在，格柵主要用來清除污水中體積較大的污物和漂浮物。當(dāng)污水達(dá)到一定水位時(shí)，系統(tǒng)要求啟動(dòng)格柵，自動(dòng)清除這部分雜質(zhì)。 　　2、調(diào)節(jié)池 　　由于通常污水進(jìn)水量和水質(zhì)是不穩(wěn)定的，為保證后續(xù)水處理過程穩(wěn)定高效，設(shè)立調(diào)節(jié)池起到均勻水質(zhì)、調(diào)節(jié)水量等緩沖作用。在調(diào)節(jié)池低液位時(shí)啟動(dòng)進(jìn)水閥，高液位時(shí)關(guān)閉進(jìn)水閥，使池內(nèi)始終保持一定水量。 　　3、生化池 　　這是整個(gè)污水處理中最重要的部份，采用SBR工藝，通過氧化曝氣等手段，使污水中的水、泥分離，并去除小顆粒的雜質(zhì)等。根據(jù)池內(nèi)污水液位控制水泵、空壓機(jī)和污泥回流泵的啟動(dòng)/停止。當(dāng)生化池低液位時(shí)啟動(dòng)進(jìn)水泵，并對相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制。根據(jù)相應(yīng)的液位，順序控制幾個(gè)排水閥的開與關(guān)。還可以根據(jù)電磁流量計(jì)（氣體）的顯示數(shù)據(jù)來控制進(jìn)氣電磁閥從而達(dá)到控制進(jìn)氣流量的目的。 　　4、沉淀過濾池 　　通過生化池處理過的污水中還存在一定量的懸浮物及少量雜質(zhì)。沉淀過濾池的功能就是去除懸浮物和雜質(zhì)等，保證出水水質(zhì)達(dá)到一定的排放標(biāo)準(zhǔn)。在沉淀過濾過程中，當(dāng)池中液位低于規(guī)定高度時(shí),停止過濾泵。 　　5、消毒池 　　消毒池的主要作用是通過加一定量的酸和堿來消滅水中的細(xì)菌和病毒。根據(jù)在線分析儀表顯示的PH值、氨氮、溶氧等值以及綜合進(jìn)水流量來控制變頻器，從而控制加酸藥泵和加堿藥泵的速度完成加藥量的控制。當(dāng)水質(zhì)變化達(dá)到極限，超出變頻調(diào)節(jié)范圍的情況下，可手動(dòng)調(diào)節(jié)藥劑的濃度來改變加藥量。 二、控制裝置的組成 　　目前國內(nèi)的大型污水處理控制系統(tǒng)，是由中央管理機(jī)和現(xiàn)場PLC控制單元組成的兩級(jí)集散型監(jiān)控系統(tǒng)為主要形式。對于小型污水處理系統(tǒng)的控制如小區(qū)生活污水處理大多還是采用傳統(tǒng)的繼電控制裝置。通過操作臺(tái)上按鈕、開關(guān)、指示燈等進(jìn)行控制，個(gè)別也有用PC機(jī)作畫面監(jiān)視。這種繼電控制裝置接線復(fù)雜、體積大、可靠性差、操作安裝和維護(hù)不方便，影響其推廣應(yīng)用。 　　本污水處理控制裝置采用觸摸屏、PLC等器件，應(yīng)用三菱公司的FX1N—60MR型PLC和F940WGOT—TWD—C觸摸屏。FX1N—60MR 為60點(diǎn)（輸入36點(diǎn)，輸出24點(diǎn)）的可編程控制器。F940WGOT觸摸屏具有完善的畫面功能;帶256色TFT高清晰度液晶顯示器;有三個(gè)通信接口可與PC或打印機(jī)（COM2：RS-232C）和PLC（COM1：RS-232C，COM0：RS-422）通信。 　　裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。除“急停”外，所有操作和監(jiān)控均在觸摸屏上完成。按水處理工藝的要求，可分單步、運(yùn)行和維修三種工況。本裝置可對液位、流量和PH值等參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測。并按水處理工藝的要求通過對泵、閥等驅(qū)動(dòng)部件（電機(jī)）的控制實(shí)現(xiàn)對上述參數(shù)的閉環(huán)調(diào)節(jié)，完成對整個(gè)污水處理系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能;用觸摸屏（GOT）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的操作臺(tái)、PC機(jī)或工控機(jī)，觸摸屏作為人機(jī)接口通過系統(tǒng)畫面、用戶制作的工藝流程圖、觸摸鍵和顯示命令等使現(xiàn)場操作人員對整個(gè)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理和操作。 [align=center] 圖2[/align] 　　同時(shí)該水處理系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的環(huán)節(jié)聯(lián)到上層網(wǎng)絡(luò)中，在網(wǎng)絡(luò)中的上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控。本控制裝置與傳統(tǒng)繼電控制裝置相比具有可靠性高、抗干擾性較強(qiáng)、編程簡單靈活、設(shè)計(jì)調(diào)試周期短和易于操作維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。 三、F940WGOT觸摸屏 　　GOT的畫面功能豐富、制作簡單，它包括系統(tǒng)畫面和用戶制作的畫面兩大部分。主要功能如下： 　　1、系統(tǒng)畫面：系統(tǒng)畫面也就是GOT原有的畫面，它主要包括監(jiān)示功能、數(shù)據(jù)采樣功能、報(bào)警功能和輸出打印等功能。 　　l 監(jiān)示功能：在命令清單程序方式下進(jìn)行PLC程序的讀出/寫入/插入/刪除，還可以監(jiān)示變更可編程控制器的各軟元件的ON/OFF狀態(tài)，定時(shí)器、計(jì)數(shù)器及數(shù)據(jù)寄存器的設(shè)定值或現(xiàn)在值;通過相應(yīng)的觸摸鍵操作選擇元素序號(hào)進(jìn)行畫面顯示;對指定的PLC位元件進(jìn)行強(qiáng)制ON/OFF;監(jiān)示功能中還有一個(gè)PC診斷功能，即能顯示可編程控制器的I/O錯(cuò)誤、PC硬件錯(cuò)誤和通信錯(cuò)誤等信息。 　　l 數(shù)據(jù)采樣功能：指定所采樣的數(shù)據(jù)寄存器、采樣的時(shí)間（觸動(dòng)條件或特定周期）、采樣的開始和終止時(shí)間，在觸摸屏上用清單或圖表形式顯示采樣的時(shí)間（小時(shí)、分、秒）和數(shù)據(jù)，采樣數(shù)據(jù)也能在用戶制作的畫面上顯示。 　　l 報(bào)警功能：此功能使整個(gè)系統(tǒng)的故障檢修變得簡單，可使最多256點(diǎn)的可編程控制器的連續(xù)位元件與報(bào)警信息相對應(yīng)，預(yù)先設(shè)定有關(guān)數(shù)據(jù)例如水位、流量等的上下限，當(dāng)超過此限時(shí)，通過預(yù)設(shè)的報(bào)警聲或相關(guān)畫面就能夠自動(dòng)報(bào)警提示操作人員。 　　l 輸出打印功能：采樣的數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄等數(shù)據(jù)可以打印和讀出保存到軟盤，并且可以轉(zhuǎn)化為文本（.TXT）形式，便于在EXCEL及WORD等常用的軟件中進(jìn)行編輯。 　　2、用戶制作畫面 　　用戶制作畫面是用戶用畫面制作軟件（SWOPC-FXDU/WIN-C）根據(jù)工藝和現(xiàn)場要求而制作的一系列畫面。只需在上層網(wǎng)絡(luò)的電腦中使用同一個(gè)畫面制作軟件，觸摸屏上的畫面就能被顯示，使現(xiàn)場GOT的畫面資源被不同層次的個(gè)人電腦所使用。所以當(dāng)整個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)到上層網(wǎng)絡(luò)時(shí)，上層網(wǎng)絡(luò)的電腦操作畫面不需要重新設(shè)計(jì)，就能與現(xiàn)場同步地進(jìn)行顯示和操作。這一特點(diǎn)不僅保持了操作的一致性而且大大縮短了設(shè)計(jì)過程。用戶制作畫面主要有以下幾個(gè)功能： 　　l 畫面保護(hù)功能：用戶制作保護(hù)畫面設(shè)定登陸密碼和不同的保護(hù)級(jí)別，使操作人員、編程人員和工作人員等分別只能對自己權(quán)限范圍之內(nèi)的畫面進(jìn)行操作、修改等，保證了系統(tǒng)畫面的安全性。 　　l 顯示功能：用戶根據(jù)工藝要求可以制作500個(gè)顯示畫面;在GOT上可同時(shí)顯示數(shù)個(gè)畫面;根據(jù)預(yù)設(shè)的切換條件和時(shí)間各個(gè)畫面之間可以自由來回切換。本系統(tǒng)中制作了十幾幅畫面，分別顯示開機(jī)畫面、登陸畫面、工況選擇畫面、各個(gè)工況中每個(gè)池的工作畫面以及重要參數(shù)的顯示報(bào)警畫面等。圖3為前3幅畫面。制作畫面時(shí)除了可調(diào)用軟件圖形庫中的圖形外，還能從外部文件中導(dǎo)入位圖文件。 [align=center] 圖3[/align] 　　l 監(jiān)示功能：用戶制作的監(jiān)示畫面通過數(shù)值或（圓形或條形）圖監(jiān)示并顯示PLC字元件的設(shè)定值或現(xiàn)在值。通過繪制（條形或圓形）統(tǒng)計(jì)圖顯示字元件現(xiàn)在值的比例，例如可以顯示各個(gè)池中當(dāng)前的水位高度比例等。 　　l 數(shù)據(jù)變更功能：在觸摸屏的畫面上通過觸摸鍵可以變更正在監(jiān)示的數(shù)值或圖型上的數(shù)據(jù)。例如在調(diào)試過程中可以變更PLC定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)，從而改變電機(jī)或泵的運(yùn)行時(shí)間。 　　l 開關(guān)功能：將顯示畫面的觸摸鍵設(shè)定為開關(guān)功能，就能用此鍵來ON/OFF可編程控制器的位元件 。本裝置中就用此方法，控制現(xiàn)場各種泵、閥的開（啟）和關(guān)（停）。簡化了裝置的硬件，操作也更加方便、明了。 　　3、設(shè)計(jì)時(shí)注意事項(xiàng)： 　　l 全畫面共通設(shè)定與個(gè)別畫面設(shè)定：在通過觸摸鍵切換畫面時(shí)務(wù)必注意兩者的區(qū)別并合理應(yīng)用之。如：有幾幅畫面都有一個(gè)返回“菜單畫面”的鍵，此時(shí)，該鍵就用共通設(shè)定。將畫面切換設(shè)定為全畫面共通設(shè)定時(shí)，畫面切換時(shí)無論在哪個(gè)顯示畫面都將返回到菜單畫面。當(dāng)畫面切換設(shè)定為個(gè)別畫面設(shè)定時(shí)，則根據(jù)切換條件將切換到相應(yīng)的畫面。 　　l 通信數(shù)據(jù)的格式：當(dāng)通過可編程控制器字元件（T,C,D,V,Z）指定顯示漢字和字母時(shí)，要注意字元件的存儲(chǔ)格式。例：用D0指定‘AB’（A=41H，B=42H），AB在D0中的存儲(chǔ)狀態(tài)為：B在高四位，A在低四位，如圖4中a所示;用D0指定文字‘科’（89C8H）,存儲(chǔ)狀態(tài)是科的低四位存在D0的高四位，科的高四位存在D0的低四位，如圖4中b所示;用D0，D1指定‘A科B’時(shí)，D0、D1中的存儲(chǔ)狀態(tài)如圖4中c所示。 [align=center] 圖4[/align] 　　l 利用畫面存儲(chǔ)準(zhǔn)確反饋所需畫面：例從畫面1和畫面2均可以切換到畫面3，見圖5所示。若在切換前存儲(chǔ)的畫面序號(hào)為“1”，則從畫面3可回到畫面1而不能返回到畫面2。同理，若存儲(chǔ)畫面序號(hào)設(shè)為2，則可返回到畫面2。所以在設(shè)計(jì)畫面時(shí)務(wù)必注意前后畫面的相互關(guān)系和切換條件，存儲(chǔ)相應(yīng)的畫面序號(hào)。 [align=center] 圖5[/align] 四、軟件設(shè)計(jì) 　　本污水處理系統(tǒng)有三種工況：運(yùn)行、單步和維修，運(yùn)行為正常工作時(shí)的工況;單步主要是用于調(diào)試、檢測設(shè)備;維修是在現(xiàn)場任何設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)的工況。根據(jù)不同的工況在觸摸屏上選擇相應(yīng)的工況畫面，通過畫面上的鍵，使PLC按程序控制相應(yīng)的設(shè)備。所以PLC的工作流程也有三種。圖6為運(yùn)行工況的流程圖。（其它兩種流程圖略） [align=center] 圖6 運(yùn)行工況流程圖[/align] 參考文獻(xiàn) 　　1 《F940GOT操作手冊》 三菱公司 　　2 程建芳 陳漢民 城市污水處理控制系統(tǒng) 自動(dòng)化儀表 2000年第21卷第七期：33—35 　　3 汪小澄 肖志懷 PLC在一級(jí)污水處理廠中的應(yīng)用 微計(jì)算機(jī)信息 2001年第17卷第1期：11-12 　　4 金旭華 可編程控制器在小型污水處理站的應(yīng)用 電子器件 2000年第23卷第3期：224-226