污水处理采用分布式计算机监控管理方式，由中央控制室的上位计算机管理控制系统、厂区三个现场控制站组成。现场控制站采用S7-400系列西门子PLC，CPU采用416-3DP CPU，配有开关量输入DI模块、开关量输出DO模块、模拟量AI模块和通讯模块，并采用STEP7 5.1软件对PLC各个模块的参数进行组态。现场控制站在与设备自带的西门子PLC通讯时，采用ProfiBus-FMS的方式[2]，包括现场自动化单元、集控单元和现场总线通讯三个部分，现场总线物理层采用EIA-RS-485协议，通信板卡采用CP5611，用于主站和从站之间通讯。CP5611的传输速率从9.6k bit/s 到12M bit/s，每个字符为11个位。在CP5611通信软卡安装时，与Softnet-DP软件配套使用;10KV及各变电所的相关信号，通过智能继电保护装置及智能空气断路器、用PROFIBUS-DP的通讯方式与现场控制站交换数据，每个间隔保护及测量装置均作为现场控制站的从站。
中央控制室的上位计算机采用工业计算机，并用大型电子投影仪作为电子屏，操作系统选用bbbbbbs2000 Professional，并配用WinCC组态软件。该工控组态软件是一个集成的西门子触摸屏系统和监控管理系统，具有画面显示、趋势曲线、报警处理、报表处理、数据管理、网上浏览等功能。其特性之一是全面开放，各系统集成商可用WinCC 作为其系统扩展的基础，通过开放接口开发自己的应用软件。本系统将WinCC 与STEP7 配合使用。因为在STEP7 中定义的变量可以在WinCC中直接使用，从而节省了工程开发时间。另外，WinCC中的C语言脚本及提供的与数据库之间的接口更增加了其应用功能，可满足用户的复杂要求[3]。
3 西门子plc的主要控制功能
污水处理控制系统主要有6个子系统组成[4]：粗细格栅程控系统、水泵程控系统、生物反应池空气量调节系统、回流污泥量调节系统、泥温调节系统、清化调节系统。
3.1 粗细格栅程控系统
粗细格栅均采用液位差控制，在粗细格栅前后装有超声波液位探头，由变送器将0～10V的液位差信号送到PLC模拟量输入模块，当液位差超过设定值时，西门子PLC强制启动格栅进行清渣，否则按预定周期清渣。为保证控制可靠运行，需定期对超声波液位计进行维护和校正。格栅程控系统根据格栅前后的水位差，自动控制栅耙，按预定周期运行，以保证格栅正常工作，格栅调节有现场控制（手动）和远程控制（自动）两种模式。
3.2 水泵程控系统
水泵程控系统按水泵池的液位经过西门子变频器，并采用数字增量式PID方式控制水泵的转数和流量。每台泵房均有主运行泵、备用泵，以备不测。对每个泵的控制，同样有现场控制和远程控制两种模式。
3.3 生物反应池空气量调节系统
生物反应池是污水进行生化反应的场所，主要通过转刷控制污水的曝气时间。生物反应池中设有转刷，并在出水口设有溶解氧仪、氧化还原电位计和污泥浓度计、SIPAN32液体分析仪。溶解氧仪和氧化还原电位计输入信号连接在西门子PLC不同的输入模块上，以免由于模块损坏造成控制失调。曝气空气量的调整，采用控制鼓风机导叶片的方式，即通过改变鼓风机导叶片的角度来改变空气量，从而保证溶解氧的需求量。
3.4 回流污泥量调节系统
回流污泥量的调节是为了将氧化沟中的悬浮污泥浓度控制在规定的范围内，其调节采用数字式增量PID控制方式，按进入氧化沟的水量控制回流污泥泵的开启台数和回流污泥管道上阀门的角度，以保证回流污泥管道上阀门的合适比例，所有泵的调节均由西门子变频器控制。
3.5 泥温调节系统
其任务是为了控制污泥沟中的泥温在允许范围内，以保证其在35℃内充分发酵。泥温调节采用热平衡控制方式，即改变换热器的热水温度或流量来改变换热量，以实现污泥温度的调节。对每个泵的控制，也都有现场控制和远程控制两种模式。
3.6 清化调节系统
清化调节系统由沼气搅拌程控系统、消化池配泥程控系统、滤池程控系统等组成，主要完成水质的清化过程，满足环保要求。若以上各现场控制单元西门子PLC任何一台出现故障，现场报警信号立即通过网络反馈到中控监视室，并在监视屏上显示故障位置，同时声光报警，操作人员便可根据实际情况进行操作，排除故障或自动启动备用泵。
数控机床所用PLC的指令必须满足数控机床信息处理和动作控制的特殊要求。例如由NC输出的M、S、T二进制代码信号的译码（DEC），机械运动状态或液压系统动作状态的延时（TMR）确认，加工零件的计数（CTR），刀库、分度工作台沿短路径旋转和现在位置至目标位置步数的计算（ROT），换刀时数据检索（DSCH）等。对于上述的译码、定时、计数、短路径选择，以及比较、检索、转移、代码转换、四则运算、信息显示等控制功能，仅用一位操作的基本指令编程，实现起来将会十分困难。因此要增加一些具有专门控制功能的指令，这些专门指令就是功能指令。功能指令都是一些子程序，应用功能指令就是调用了相应的子程序。
表1列出了35种功能指令和处理内容。
表1 功能指令和处理内容
序号
指 令
处 理 内 容
格式1
（梯形图）
格式2
（纸带穿孔与程序显示）
格式3
（程序输入）
1
END1
SUB1
S1
1级（）程序结束
2
END2
SUB2
S2
2级程序结束
3
END3
SUB48
S48
3级程序结束
4
TMR
T
定时器处理
5
TMRB
SUB24
S24
固定定时器处理
6
DEC
D
译码
7
CTR
SUB5
S5
计数处理
8
ROT
SUB6
S6
旋转控制
9
COD
SUB7
S7
代码转换
10
MOVE
SUB8
S8
数据“与”后传输
11
COM
SUB9
S9
公共线控制
12
COME
SUB29
S29
公共线控制结束
13
JMP
SUB10
S10
跳转
14
JMPE
SUB30
S30
跳转结束
15
PARI
SUB11
S11
奇偶检查
16
DCNV
SUB14
S14
数据转换（二进制 BCD码）
17
COMP
SUB15
S15
比较
18
COIN
SUB16
S16
符合检查
19
DSCH
SUB17
S17
数据检索
20
XMOV
SUB18
S18
变址数据传输
21
ADD
SUB19
S19
加法运算
22
SUB
SUB20
S20
减法运算
23
MUL
SUB21
S21
乘法运算
24
DIV
SUB22
S22
除法运算
25
NUME
SUB23
S23
定义常数
26
PACTL
SUB25
S25
位置Mate-A
27
CODE
SUB27
S27
二进制代码转换
28
DCNVE
SUB31
S31
扩散数据转换
29
COMPB
SUB32
S32
二进制数比较
30
ADDB
SUB36
S36
二进制数加
31
SUBB
SUB37
S37
二进制数减
32
MULB
SUB38
S38
二进制数乘
33
DIVB
SUB39
S39
二进制数除
34
NUMEB
S40
定义二进制常数
35
DISP
SUB49
S49
在NC的CTR上显示信息
4 控制程序设计
系统有四种控制方式：本地手动控制、单台设备点动控制、成组设备自动控制、全厂设备全自动控制。前三种方式一般只在设备调试或维修时使用，正常状况下系统主要以全自动控制方式运行，在这种方式下，所有各类设备都由PLC按照预先编制的程序自动控制，不需要操作人员干预，各种现场数据通过西门子PLC传至中控室的上位机，中控室可监视各现场站的全部运行信息，并可控制现场设备的启动和停止。生物反应池中的生物处理部分是整个污水处理的关键部分，限于篇幅，仅介绍生物反应池空气量调节系统的程序设计。 根据上述控制过程要求，应用程序主要由5个程序模块组成：
（1）公用程序模块（OB1），包括初始化部分、反应周期设定、工艺时间设定、溶解氧设定、调用条件设定等。
（2）开关量顺序控制模块（FC10），其功能包括协调控制各个阀、泵、风机等设备的运行及相关故障的报警，池的进气阀、进水阀、出水阀、回流泵、剩余污泥泵的控制。
（3）断电保护模块（FC16），功能是系统断电后，将所有状态锁存，待加电后使西门子PLC恢复所保持的状态继续运行。
（4）通信模块（FC20），用来完成西门子PLC与西门子触摸屏的各种数据传送。
（5）溶解氧值自动调节模块（FC5），主要功能是根据溶解氧值来调节风机转速以及相关故障的报警。