一、系统构成及方案设计
1、系统构成
本系统的配置为PLC为执行级，工控机为管理级，数据采集由PLC完成。系统结构框图如图1所示。
图1系统结构图
控制系统主要分为上位机监控管理系统和下位机水处理控制系统两部分。根据工艺流程和监控要求，上位机采用西门子S7300中型PLC，该系列PLC为模块化结构，系统配置灵活，功能强大，便于扩充，完全满足控制要求，共需开关量模块，模拟量模块及通讯模块。作为控制主机的下位机采用了西门子S7200系列小型PLC并配有模拟量模块及通讯模块，系统采用工业以太网通讯，保证了数据传输的实时性。
2、系统软件设计
根据工艺流程，系统对设备的控制和操作分运行和再生两大步。上位机利用组态王软件编制相应的监控程序，实现对工艺流程图及测量数据的显示；上位机设置纯水系统、污水系统，中水系统及供水系统的控制界面，通过人机对话方式分别由人工选定其操作的方式即点操、步操、手动、自动；同时工艺管理人员或操作人员可在上位机界面上设定每一步的工作时间、调节参数、给定值、阀门点动的开关界面，并将需控制的各项参数送入下位机的指定地址内。采用西门子公司提供的V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6作为下位机编程软件。下位机完成数据采集、状态控制、数据计算、向上位机输送数据及状态信号，接受上位机来的相关地址内的数据，通过对应的控制模块进行处理和输出，控制阀门的开/关及泵和风机的启/停。
PLC软件设计:程控系统的软件设计采用梯形图，并采取了模块化的设计，把系统所需完成的功能分成若干模块，分别进行设计，这样做的优点是设计方便，便于程序修改，程序条理清楚，用户容易掌握。
1) 运行和过程自动控制模块
该模块是程控系统梯形图程序的主要部分，包括运行过程自动控制和过程自动控制。执行运行流程时，操作者只要按下“运行确认”键，系统便按照运行流程自动执行相应操作，直至按“结束”键结束该过程或经过系统检测判断系统需要自动运行为止。
2) 手动操作模块
由于运行和自动控制模块是自动执行的顺序过程，它们在执行时需要一些必要的反馈信号，如阀门是否开（关）到位、反馈的参数是否合格、时间是否到等，以此作为执行下一步操作的依据。有时因故障反馈信号不能正常发出，就需要手动操作，操作者按照运行或工艺流程每执行一步发出一个指令。该模块分为几个相对独立的部分。在设计手动操作模块的程序时，为保证设备的安全，程序设置了必要的闭锁条件。如某阀门正在执行打开命令时，即使操作者误按下该阀门的关闭键，系统也不会发出关闭信号。
3) 模拟量处理模块
当温度、液位、电导率，压力等信号进入系统以后，一方面系统把该信号与预置值进行比较，将结果作为自动执行模块的依据，另一方面PLC对该信号进行简单处理，然后传送给上位机进行显示。
4) 与上位机的通信模块
系统采用上、下位机结构。通过上下位机通信模块，PLC把现场数据送给上位机处理，并从上位机处接收命令和数据，启动自动过程或直接控制现场设备。
5) 报警模块
6) 系统发出驱动某个阀门的命令后，如果该阀门经过相应时间的延时还未到达位置，将发出报警信号，提醒运行人员采取措施，排除故障。
3、上位机组成
上位机选用工业级控制计算机（IPC），全金属外壳，防磁，防震，抗干扰能力强，适合本项目的特殊环境使用。
1>组态软件介绍
该系统的上位机监控程序选用了组态王软件进行开发，画面为256色，操作系统采用Windows平台，根据工艺流程设计系统监控画面，并实现系统中工控机和PLC之间的数据通信，对采集的数据进行处理，具有数据存储、查询、生成趋势曲线，报警提示、存储、查询以及报表的生成和输出等功能。
2>监控画面组态
对于一个工业过程监控系统来说，设计一套形象、直观、生动、简捷的画面是重要的。在软件的开发过程中，人机界面的友好性显得至关重要，因为它直接和操作人员交流信息。良好的人机界面不仅要直观、生动，而且还要能准确地实时再现被控对象的真实状态，如阀门的开关、泵的启停等。根据现场运行的实际情况，在访问期间并考虑到操作的方便性和高效性，本项目利用组态王软件强大的绘图功能设计了4个主画面和8个子画面。每个画面都可以通过鼠标或键盘相互切换。所有的被控对象都设置了动态属性，如阀门开关状态的变化就会引起其颜色的变化。
3>控制方式
根据水处理系统中各设备运行有很强的时序性这一特点，PLC又设置了点操、步操及自动等3种操作方式。点操是通过计算机用鼠标对单个的可控设备（阀门、泵及风机等）执行远方开/关控制；步操是指成组操作，即根据系统运行的时序相关性成组地操作某一步序所涉及的所有相关设备；自动方式则指某一个系统从启动、运行、失效到再生后重新投运的整个过程自动运行及在线监视。而所有的控制均可以组态系统中进行方便的设置，工作人员只需要用鼠标对控制方式进行设定，便可以将命令发给PLC执行相应的控制程序，同时对于点操和步操，每个控制设备均设计有单独控制窗口，设置确认项，保证了系统的安全操作。
二、 系统主要功能介绍
上位机监控系统根据系统工艺设计模拟画面，并根据PLC所采集的各种数据进行显示、报警、打印以及发送各种命令。上位机具有以下主要功能：
1、画面监控功能：显示工艺系统的模拟流程画面，画面上有相应参数的实时数据及设备的运行状态(全开或运行时为红色，全关或停止时为绿色，故障时为黄色)。画面动点的更新速率为1s。在流程画面上，可通过屏幕弹出窗口，手动控制画面上的被控设备。
2、操作事件记录：对运行人员的操作及重要报警信息进行记录，可方便地进行事故分析和故障追忆。
3、系统报警功能：任一参数报警时，画面的报警指示灯亮，同时在报警画面上自动显示相应报警信息，显示内容包括报警发生的时间、名称、当前值、报警属性、报警属性对应的限值及单位。报警出现时报警条闪烁，确认后停止闪烁。报警按优先级顺序显示报警信息，同一优先级内，以时间顺序显示报警信息。另外配有报警一览画面，可以看到全部报警信息及对历史报警进行自定义查询。
4、系统历史记录：历史趋势画面可定义16条趋势曲线，以不同颜色加以区别，并配有相应的变量说明信息和工程单位数值。而通过趋势画面还可在线调整全程周期和扫描周期，并可在线更改趋势变量。
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