3. 控制系統硬件設計
污水處理站環境惡劣，操作和維護人員在中控室完成對整個污水站監控，并根據現場狀態及時維護。污水站控制系統由PLC、變頻器、壓力傳感器及上位機組成。本系統的控制核心為SIEMENS S7-300，硬件主要由電源、CPU、數字量輸入輸出、模擬量輸入、通信單元等模塊組成。控制系統主要完成數字、模擬信號采集，邏輯分析和控制，數字、模擬信號輸出，數據通信控制等功能。變頻器根據管網壓力結合自帶PID功能對電機進行調速，保持管網壓力恒定。控制系統及污水處理狀態采集到PLC中，通過WINCC在工業計算機實時顯示。
4. 控制系統軟件設計
程序的編制采用模塊化結構，針對污水處理的特點，把程序設計為電機控制子程序、參數采集程序、系統報警子程序和安全保護程序等。由于本系統設備比較集中，主控制采用SIEMENS公司S7-300控制器，因此系統采用SIEMENS通信模塊CP340將污水處理各個單獨的設備組成工業網絡。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與其他智能終端進行數據交換的橋梁。
系統通信子程序是軟件中的重要部分，對變頻器和反應池的檢測和控制、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、傳輸多組數據，減少電氣連線和信號干擾，已成為智能儀表的發展方向。
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CP340只提供一種接口形式。該模塊可以實現三種通信協議ASC II碼，3964（R）和打印機驅動，通過集成在STEP 7中的參數化工具可進行簡單的參數化，其設置主要包括通信方式（波特率、數據位數、停止位數和奇偶校驗）、接收幀結束方式、接口方式等，編程人員要關注的是根據智能儀表的通信協議編寫程序。CP340使用自由口模式與這些設備進行信息互換。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，可以實現通信連接多種智能設備。STEP 7中的功能塊FB2(P_RCV)和FB3（P_SEND）是系統自帶的專為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間降低編程難度。
采用CP340主從站、半雙工的通信方式時，通信子程序考慮：
①、采用半雙工的通信方式，在每個時刻總線上只能有一個站處于接收或發送狀態。由于主、從站的工作方式為主站主動、從站完全被動，所以在程序中當主站成功發送完控制命令后，應該給予從站足夠的時間反應主站命令。
②、對每次接收的數據都應該進行校驗，保證接收的數據的正確性從而避免系統發生誤動作。
③、當診斷系統出現錯誤立即置位標識位，給出相應的報警信息，并且根據報警信息自動對該報警信息給予分類，對重故障作停車檢修。設備故障時，對此設備停車并且屏蔽此設備，程序將不再訪問該設備，這樣可以大大節省由于多次重復對故障設備通信所帶來的程序執行時間過長。
④、每次發送新信息前，確保接收緩沖器中的內容取走，并且應對接收緩沖區和接收緩沖區清零。電動機控制程序依據管網實際壓力值，自動切換電機（即變頻器頻率出現工頻或者最低PI調節頻率時）。因此采集的管網壓力值的可靠性尤為重要，壓力取自管網的壓力傳感器，其傳輸線較長，并且經過干擾較大的變頻器等設備，所以在使用雙絞屏蔽線的基礎上必須經過軟件濾波等處理。精確判斷管網壓力，大大減少了切換泵的次數，且采用了變頻器不僅提高了系統的安全性也克服了電機起動時的大電流沖擊。系統報警子程序是對系統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字量和模擬量輸入模塊，所以當硬件檢測到現場故障信號時，便自動執行硬件中斷處理程序塊（OB40），對故障進行判別并按故障級別作相應處理。
上位機采用組態軟件WinCC，針對串口操作，可以通過調用編寫好的VB串口通訊程序來實現數據交換，也可以用全局腳本VBS實現對串口的訪問，在WINCC圖形編輯器中調用Active X控件MSComm，如添加按鈕，按鈕鏈接了一個VBS鼠標動作，主要是對串口進行初始化。在MSComm中組態了一個oncomm事件，利用事件觸發的形式對串口進行讀寫操作。在按鈕1的鼠標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. 污水站系統特點
（1）可靠的控制策略。遠程自動控制、遠程手動控制、就地控制三種控制方式保證系統安全啟停。變頻器、電機等設備都具有獨立的控制且能夠相互備用，即可以在自動方式下實現任意組合的連鎖控制，又能在手動方式下獨立控制。
（2）形象的監控見面，強大的報表功能。工業控制計算機顯示污水處理工藝流程圖、設備運行情況、運行趨勢圖、故障報警畫面等。操作人員通過這些畫面可以全面的了解污水處理運行情況，方便對設備進行操作。大大降低操作人員工作強度。
6. 結束語
基于PLC、變頻器、無線通訊等設備組成的污水處理工業網絡，很好的滿足了現代化污水處理需求。采用Siemens公司的S7-300系列控制器，通過串口通訊功能，根據現場的不便布線特點，采用工業無線通訊，實現了數據遠程采集與集中監控功能，大大降低了污水處理成本，目前該系統運行效果良好。
