小型污水处理厂控制系统的触摸屏界面设计

小型污水处理厂控制系统的触摸屏界面设计
王海生;任杉;赵欣;韩青
【摘要】介绍了污水处理的工艺流程以及计算机监控系统在这一行业的应用；分析了SIMATIC WinCC的系统构成和数据通信,并用其设计出适合污水控制系统的监控触摸屏人机界面.
【期刊名称】《林业机械与木工设备》
【年(卷),期】2011(039)007
【总页数】3页(P44-45,54)
【关键词】污水处理;人机界面;SIMATIC WinCC组态软件
【作者】王海生;任杉;赵欣;韩青
【作者单位】红河学院工学院,云南蒙自661100;红河学院工学院,云南蒙自661100;红河学院工学院,云南蒙自661100;红河学院工学院,云南蒙自661100【正文语种】中文
【中图分类】TP273.5
由于经济的高速发展和人口的持续增长，造成淡水需求量也在不断增加，但地球上的淡水资源却在不断萎缩。

中国是一个水资源相对匮乏的国家，约有300多个地区和城市缺水，其中严重缺水的城市就有50个。

由于缺水造成了生态环境的严重恶化，而水污染又加剧了水资源的供求矛盾。

随着我国城市化进程的加快，水体质量也在急剧恶化，如不采取有效措施，恶化的水体必将对人类的生存造成威胁。

因
此，污水治理已经刻不容缓。

1 控制系统人机界面及其工作原理
人机界面（HMI）是连接可编程序控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入或输入工作参数和操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备,其由硬件和软件两部分组成。

硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口和数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能。

HMI软件一般分为两部分，即运行于HMI 硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件。

使用者必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI产品的串行通讯接口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。

2 污水处理工艺流程
污水处理的工艺流程如图1所示。

图1 污水处理工艺流程
3 计算机监控系统
本系统采用西门子公司的SIMATIC WinCC flexible 2007软件进行设计。

污水处理工艺比较复杂，相应的自动化系统技术要求较高，技术要求如下：
①计算机监控系统首先要完成对主要生产设备的启动/停止控制和运行状态检测,如格栅、皮带运输机、泥浆泵等，控制上要求各设备既可单个启/停，也可由计算机实现自动启/停，要求不同控制方式之间做到无扰切换。

②监测主要模拟量的参数值，如进厂水流量、液位等，并全部通过计算机屏幕显示给操作员。

③生产过程报警和故障处理。

要求对现场的事故停车和模拟量越限做报警处理，报警时要同时驱动现场和中控室的声、光报警，并由计算机自动记录。

④具备系统趋势调用显示。

按趋势钮或切入趋势页，用鼠标选中需要显示的标签即可显示出变化趋势。

4 西门子Wincc系统构成
Wincc基本系统是许多应用程序的核心。

其主要包括以下几个部件：
①变量管理器。

管理Wincc中所使用的外部变量、内部变量和通讯驱动程序。

②图形编辑器。

用于设计各种图形画面。

③报警记录。

负责采集和归档报警信息。

④变量归档。

负责处理测量值，并长期存储所记录的过程值。

⑤报表编辑器。

负责提供标准的报表，也可根据需要设计各种格式的报表，并可打印。

⑥用户管理器。

用于分配、管理及监控用户对组态和运行系统的访问。

5 人机界面设计
5.1 HMI设备选型
根据小型污水处理厂的控制需要，选择SIEMENS TP270 10英寸触摸屏。

5.2 界面设计
结合某污水处理厂的实际工艺及运行情况，利用SIMATIC WinCC的各种组态工具，设计出的界面如图2所示。

触摸屏上电后，系统会以默认的参观组身份
User1登陆进入到系统的主界面。

参观组仅有监视权限不能对设备进行相应的控制操作，要对设备进行控制操作必须点击主画面上的登录按钮，以管理组身份或操作组身份登录后才能进行相关操作。

在图2所示的登陆画面中，系统为用户分配了
三个组，即管理组、操作组和参观组。

管理组有管理、控制操作及监控的所有权限，操作组只具有对某些设备的操作权限，而参观组则仅能对工程进行监视，不能进行任何控制操作。

图2 系统主界面
登录之后进入到污水处理系统的主画面中，如图3所示。

画面中主菜单包含数据表、参数设置、历史趋势、实时状态、报警一览、报警确认、语言切换和登录等功能按钮，点击后可以进入相应的画面；另外还配备了过程画面的格栅处、提升泵房、沉沙池、配水井、风机房以及6个反应池按钮，点击后即可以进入相应画面进行
控制操作。

图3 污水处理系统主画面
从图3可以看出，污水在经过人工格栅、机械粗格栅过滤后，由进水泵房中的水
泵将其提升进入厂区配水系统，由细格栅去除水中的杂质后，通过平流沉砂池将水中的泥砂沉淀去除。

然后，水在经过巴氏计量槽计量后，由六角配水井将其均匀地分布至6个ICEAS反应池，在经过一系列生化反应过程后，达标的水被排出池外，生化反应过程中产生的剩余污泥则被抽至污泥浓缩池，经过脱水机脱水后压榨成泥饼外运。

至此，整个污水处理过程完成。

图4所示为提升泵房界面，其可直接监控泵房所有设备的状态，包括手动、自动、复位按钮，发生故障后可进行复位操作。

自动运行时设备会按已经编好的PLC程
序运行，两台泵轮流作业，其中的一台泵为备用泵。

手动运行时既可以远程控制操作也可以现场操作，如启动/停止提升泵、电磁阀和输送机，同时还可将反应池的
实时液位通过测量转换后输出到监控画面上。

设定了液位的上限和下限，水位在1.5~4m时开一台泵，水位在4m以上时开两台泵，水位低于1.5m时则停止所有的泵，并输出相关报警信息。

图4 提升泵房界面
6 结束语
本文介绍了污水处理厂计算机监控系统的特点以及西门子公司的人机界面软件SIMATIC Wincc flexible 2007，指出Wincc的优点、设计方法、各个系统组成
部分以及Wincc的功能选件，进而设计出污水处理厂实时地监控及远程控制污水
处理各个环节的人机界面，提高了污水处理的自动化水平及出水质量。

【相关文献】
［1］程景云，倪亦泉.人机界面设计与开发工具［M］.北京：电子工业出版社，1994. ［2］董士海.人机交互和多通道用户界而［M］.北京：科学出版社，1999.
［3］罗仕鉴，朱上上，孙守迁.人机界面设计［M］.北京:机械工业出版社，2002. ［4］严盈富.触摸屏与PLC入门［M］.北京：人民邮电出版社，2006.。