西門子WinAC軟PLC在水制備系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　一、前言
　　
　　水制備系統(tǒng)包括純化水處理（二級(jí)反滲透）和注射水制備系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)水質(zhì)（包括醫(yī)用水和飲用水）的要求也越來(lái)越高。因此，近幾年凈水及制水設(shè)備的更新和改造的步伐發(fā)展非常快，為了得到合格的純化水，對(duì)水處理設(shè)備的自動(dòng)化要求也越來(lái)越高。本文介紹一種以軟PLC為主站，以S7-200系列的PLC為從站的全自動(dòng)水制備控制系統(tǒng)，這是西門子WinAC和Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線在純化水處理和制備領(lǐng)域中的應(yīng)用實(shí)例。
　　
　　二、系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　
　　1.控制對(duì)象
　　
　　該水制備系統(tǒng)由兩部分組成：反滲透純水系統(tǒng)和注射水制備系統(tǒng)。
　　
　　反滲透純水系統(tǒng)包括一級(jí)反滲透、二級(jí)反滲透。主要控制對(duì)象有原水閥、原水泵、砂濾后水控溫閥、一級(jí)RO進(jìn)水閥、一級(jí)高壓泵、一級(jí)RO沖洗閥、一級(jí)PW回流/出水閥、二級(jí)高壓泵、二級(jí)RO沖洗閥、二級(jí)PW回流/出水閥、純水泵、藥洗泵、計(jì)量泵等。輸入監(jiān)控點(diǎn)有2個(gè)電導(dǎo)率（水質(zhì)監(jiān)測(cè)）、2個(gè)流量、1個(gè)pH值、3個(gè)水箱液位、2個(gè)溫度點(diǎn)以及故障信號(hào)等。
　　
　　注射水制備系統(tǒng)包括1個(gè)蒸餾水機(jī)、2個(gè)PID調(diào)節(jié)回路。主要控制對(duì)象有原料水進(jìn)口閥、注射水出口閥、純蒸汽出口閥、注射水泵、原料水泵、冷卻水泵、回收
　　
　　冷凝水泵、蒸汽調(diào)節(jié)閥和冷卻水調(diào)節(jié)閥等。輸入監(jiān)控點(diǎn)有1個(gè)電導(dǎo)率（水質(zhì)監(jiān)測(cè)）、1個(gè)流量、3個(gè)水箱液位、8個(gè)溫度點(diǎn)以及故障信號(hào)等。
　　
　　2.控制流程
　　
　　系統(tǒng)分5個(gè)控制回路：（1）原水控制回路：自來(lái)水通過(guò)原水閥進(jìn)入原水箱，原水閥的開(kāi)/關(guān)由原水箱的高低液位來(lái)控制；（2）一級(jí)純化水控制回路：原水箱的水通過(guò)原水泵進(jìn)入砂濾、碳濾和精濾，再由一級(jí)高壓泵送入一級(jí)RO裝置，經(jīng)過(guò)一級(jí)RO處理過(guò)的純化水檢驗(yàn)合格進(jìn)入中間水箱，不合格則回到原水箱；（3）二級(jí)純化水控制回路：中間水箱的水通過(guò)二級(jí)高壓泵送入二級(jí)RO裝置，經(jīng)過(guò)二級(jí)RO處理過(guò)的純化水經(jīng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)入純水箱，不合格則回到中間水箱；（4）純化水使用點(diǎn)控制回路：純水箱中的純化水通過(guò)純水泵送到各使用點(diǎn)和原料水箱，根據(jù)各使用點(diǎn)的用水量和原料水箱的液位控制純水泵；（5）注射用水控制回路：原料水箱中的純化水通過(guò)原料水泵送入蒸餾水機(jī)，生成注射用水，經(jīng)電導(dǎo)儀檢驗(yàn)，合格的進(jìn)入注射用水水箱，不合格的則流到回收水箱。
　　
　　三、控制系統(tǒng)的構(gòu)成
　　
　　1.系統(tǒng)配置框
　　
　　控制系統(tǒng)由一臺(tái)工控機(jī)配CP5613通信卡和WinAC軟PLC為主站，以S7-200系列的PLC為從站。
　　
　　2.系統(tǒng)配置特點(diǎn)
　　
　　根據(jù)這種水制備系統(tǒng)的技術(shù)要求，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制采用S7-200系列PLC——CPU226和CPU224，再加擴(kuò)展模塊EM222、EM231和EM232，通過(guò)EM277從站模塊，作為從站上掛到Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線。這樣的配置成本較低，從站可以不依賴于主站獨(dú)立運(yùn)行。上位機(jī)監(jiān)控采用WinAC軟PLC作主站，用微軟的VisualBasic（VB）或西門子的ProTool/Pro軟件開(kāi)發(fā)監(jiān)控畫面，這符合水制備系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制和動(dòng)態(tài)監(jiān)視要求，實(shí)現(xiàn)過(guò)程也比較容易，因?yàn)橹鲝腜LC之間的通信接口可通過(guò)WinAC實(shí)現(xiàn)，而無(wú)須費(fèi)力去開(kāi)發(fā)。
　　
　　四、控制系統(tǒng)的功能與自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)
　　
　　1.系統(tǒng)功能
　　
　　運(yùn)行方式：自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)操作。用戶界面：系統(tǒng)提供友好的用戶界面和方便的操作按鈕。實(shí)時(shí)監(jiān)控：動(dòng)態(tài)顯示水箱的液位、泵閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、模擬水流、水質(zhì)、溫度、pH值、液位、瞬時(shí)流量和積算流量等，并根據(jù)液位、流量和水質(zhì)的情況自動(dòng)控制泵閥的開(kāi)關(guān)、流量的大小和出口回流等。報(bào)警功能：系統(tǒng)有自動(dòng)報(bào)警功能，并能記錄故障的時(shí)間、原因等信息。打印輸出：系統(tǒng)能定時(shí)或?qū)崟r(shí)打印出故障信息、水箱液位、流量、水質(zhì)、溫度等信息。保存數(shù)據(jù)：系統(tǒng)具有保存數(shù)據(jù)和與其他應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)的功能。在線幫助：系統(tǒng)提供完備的在線幫助信息，操作員遇到問(wèn)題時(shí)能及時(shí)得到幫助和指導(dǎo)。
　　
　　2.WinLC組態(tài)及編程
　　
　　用STEP編程軟件組態(tài)軟PLC主站和EM277從站的配置，并對(duì)主機(jī)編程。該程序主要是處理主站的應(yīng)用程序（用戶界面）與實(shí)時(shí)控制的從站PLC之間的數(shù)據(jù)信息交換、報(bào)警事件的處理、兩個(gè)從站之間的運(yùn)行協(xié)調(diào)和一些運(yùn)行參數(shù)的存儲(chǔ)等.
　　
　　a.上位機(jī)應(yīng)用程序
　　
　　用VisualBasic語(yǔ)言或ProTool/Pro組態(tài)軟件設(shè)計(jì)友好的用戶界面和監(jiān)控畫面，通過(guò)WinLC主機(jī)，向Profibus-DP上的EM277從站（S7-200系列PLC）發(fā)送命令，同時(shí)讀取從站PLC監(jiān)測(cè)到的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、模擬量采樣數(shù)據(jù)和報(bào)警信息等。根據(jù)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在屏幕上動(dòng)態(tài)顯示整個(gè)水制備裝置的運(yùn)行情況，包括水流方向、水箱液位、電導(dǎo)率、pH值、流量、溫度和泵閥的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)等。一旦發(fā)現(xiàn)故障報(bào)警信息，系統(tǒng)即顯示明顯的警示畫面，通過(guò)WinLC主機(jī)向各從站PLC發(fā)出停機(jī)命令，保存并記錄故障發(fā)生的時(shí)間、方位和原因等原始數(shù)據(jù)。上述程序還可以根據(jù)用戶要求保存所需要的歷史數(shù)據(jù)，定時(shí)、實(shí)時(shí)（如故障信息）或按操作鍵打印所需的數(shù)據(jù)和信息，如電導(dǎo)率、pH值、流量、溫度和有*發(fā)生等。用ProTool/Pro設(shè)計(jì)的水制備系統(tǒng)的用戶監(jiān)控畫面如圖3所示。
　　
　　b.從站PLC程序
　　
　　用STEP7Micro/WIN軟件設(shè)計(jì)從站PLC（S7-200系列）程序。該主程序由自動(dòng)運(yùn)行程序、手動(dòng)操作程序、狀態(tài)及故障檢測(cè)程序、初始化子程序、模擬量處理子程序、總線數(shù)據(jù)交換子程序和PID回路調(diào)節(jié)中斷程序等組成。由于采用Profibus-DP總線結(jié)構(gòu)，因此從站PLC程序無(wú)須考慮與主站的通信問(wèn)題，只需在已的輸入/輸出緩沖區(qū)中交換數(shù)據(jù)即可。同時(shí)，該從站PLC還可以脫離主站而單獨(dú)運(yùn)行。
　　
　　c.系統(tǒng)的可擴(kuò)展性
　　
　　通過(guò)OPC，系統(tǒng)可以與其他應(yīng)用程序連接，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。從站數(shù)量可以擴(kuò)展，從站PLC的模塊亦可以根據(jù)要求擴(kuò)展，甚至還可以擴(kuò)展一些新的功能，如利用從站PLC上的編程口（按自由口通信協(xié)議）接打印機(jī)、變頻器或其他智能儀表等。
　　
　　五、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　該系統(tǒng)是根據(jù)純化水處理的特點(diǎn)，利用WinAC可替代硬件作為主站這一特性，并使用S7-200系列的PLC作為從站。這種設(shè)計(jì)方便地解決了上位機(jī)應(yīng)用程序在Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線上的通信問(wèn)題，從站也可以單獨(dú)運(yùn)行。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、技術(shù)*、可靠性高、硬件成本低，便于推廣和應(yīng)用。