一 前言

　　水制備系統包括純化水處理（二級反滲透）和注射水制備系統。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對水質(zhì)（包括醫用水和飲用水）的要求也越來(lái)越高。因此，近幾年凈水及制水設備的更新和改造的步伐發(fā)展非?？?，為了得到合格的純化水，對水處理設備的自動(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，這是西門(mén)子WinAC和Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)在純化水處理和制備領(lǐng)域中的應用實(shí)例。

　　二 系統簡(jiǎn)介

　　1. 控制對象

　　該水制備系統由兩部分組成：反滲透純水系統和注射水制備系統。

　　反滲透純水系統包括一級反滲透、二級反滲透。主要控制對象有原水閥、原水泵、砂濾后水控溫閥、一級RO進(jìn)水閥、一級高壓泵、一級RO沖洗閥、一級PW回流/出水閥、二級高壓泵、二級RO沖洗閥、二級PW回流/出水閥、純水泵、藥洗泵、計量泵等。輸入監控點(diǎn)有2個(gè)電導率（水質(zhì)監測）、2個(gè)流量、1個(gè)pH值、3個(gè)水箱液位、2個(gè)溫度點(diǎn)以及故障信號等。

　　注射水制備系統包括1個(gè)蒸餾水機、2個(gè)PID調節回路。主要控制對象有原料水進(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、蒸汽調節閥和冷卻水調節閥等。輸入監控點(diǎn)有1個(gè)電導率（水質(zhì)監測）、1個(gè)流量、3個(gè)水箱液位、8個(gè)溫度點(diǎn)以及故障信號等。

　　2.控制流程

　　系統分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，再由一級高壓泵送入一級RO裝置，經(jīng)過(guò)一級RO處理過(guò)的純化水檢驗合格進(jìn)入中間水箱，不合格則回到原水箱；（3）二級純化水控制回路：中間水箱的水通過(guò)二級高壓泵送入二級RO裝置，經(jīng)過(guò)二級RO處理過(guò)的純化水經(jīng)檢驗合格后進(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，生成注射用水，經(jīng)電導儀檢驗，合格的進(jìn)入注射用水水箱，不合格的則流到回收水箱。

　　三 控制系統的構成

　　1. 系統配置框圖

　　控制系統由一臺工控機配CP5613通信卡和WinAC軟PLC為主站，以S7-200 系列的PLC為從站。該系統的配置框圖如圖1所示。

　　2. 系統配置特點(diǎn)

　　根據這種水制備系統的技術(shù)要求，現場(chǎng)實(shí)時(shí)控制采用S7-200系列PLC——CPU226和CPU224，再加擴展模塊EM222、EM231和EM232，通過(guò)EM277從站模塊，作為從站上掛到Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)。這樣的配置成本較低，從站可以不依賴(lài)于主站獨立運行。上位機監控采用WinAC軟PLC作主站，用微軟的Visual Basic（VB）或西門(mén)子的ProTool/Pro軟件開(kāi)發(fā)監控畫(huà)面，這符合水制備系統的實(shí)時(shí)控制和動(dòng)態(tài)監視要求，實(shí)現過(guò)程也比較容易，因為主從PLC之間的通信接口可通過(guò)WinAC實(shí)現，而無(wú)須費力去開(kāi)發(fā)。

　　四 控制系統的功能與自動(dòng)化的實(shí)現

　　1. 系統功能

　　運行方式：自動(dòng)運行和手動(dòng)操作。用戶(hù)界面：系統提供友好的用戶(hù)界面和方便的操作按鈕。實(shí)時(shí)監控：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。報警功能：系統有自動(dòng)報警功能，并能記錄故障的時(shí)間、原因等信息。打印輸出：系統能定時(shí)或實(shí)時(shí)打印出故障信息、水箱液位、流量、水質(zhì)、溫度等信息。保存數據：系統具有保存數據和與其他應用程序交換數據的功能。在線(xiàn)幫助：系統提供完備的在線(xiàn)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。

　　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，并對主機編程。該程序主要是處理主站的應用程序（用戶(hù)界面）與實(shí)時(shí)控制的從站PLC之間的數據信息交換、報警事件的處理、兩個(gè)從站之間的運行協(xié)調和一些運行參數的存儲等，WinLC主機配置組態(tài)如圖2所示。

　　a. 上位機應用程序

　　用Visual Basic高級語(yǔ)言或ProTool/Pro組態(tài)軟件設計友好的用戶(hù)界面和監控畫(huà)面，通過(guò)WinLC主機，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監測到的設備運行狀態(tài)、模擬量采樣數據和報警信息等。根據這些實(shí)時(shí)數據，系統在屏幕上動(dòng)態(tài)顯示整個(gè)水制備裝置的運行情況，包括水流方向、水箱液位、電導率、pH值、流量、溫度和泵閥的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)等。一旦發(fā)現故障報警信息，系統即顯示明顯的警示畫(huà)面，通過(guò)WinLC主機向各從站PLC發(fā)出停機命令，保存并記錄故障發(fā)生的時(shí)間、方位和原因等原始數據。上述程序還可以根據用戶(hù)要求保存所需要的歷史數據，定時(shí)、實(shí)時(shí)（如故障信息）或按操作鍵打印所需的數據和信息，如電導率、pH值、流量、溫度和有無(wú)故障發(fā)生等。用ProTool/Pro設計的水制備系統的用戶(hù)監控畫(huà)面如圖3所示。

　　b. 從站PLC程序

　　用STEP7 Micro/WIN軟件設計從站PLC（S7-200系列）程序。該主程序由自動(dòng)運行程序、手動(dòng)操作程序、狀態(tài)及故障檢測程序、初始化子程序、模擬量處理子程序、總線(xiàn)數據交換子程序和PID回路調節中斷程序等組成。由于采用Profibus-DP總線(xiàn)結構，因此從站PLC程序無(wú)須考慮與主站的通信問(wèn)題，只需在已指定的輸入/輸出緩沖區中交換數據即可。同時(shí)，該從站PLC還可以脫離主站而單獨運行。

　　c. 系統的可擴展性

　　通過(guò)OPC，系統可以與其他應用程序連接，也可以實(shí)現數據共享。從站數量可以擴展，從站PLC的模塊亦可以根據要求擴展，甚至還可以擴展一些新的功能，如利用從站PLC上的編程口（按自由口通信協(xié)議）接打印機、變頻器或其他智能儀表等。

　　五 結束語(yǔ)

　　該系統是根據純化水處理的特點(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。這種設計方便地解決了上位機應用程序在Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)上的通信問(wèn)題，從站也可以單獨運行。該系統設計合理、技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、硬件成本低，便于推廣和應用。

　　什么是WinAC系統？

　　SIMATIC WinAC是SIEMENS基于PC的自動(dòng)化控制產(chǎn)品，從功能上和產(chǎn)品系列上與其他基于PC的控制產(chǎn)品相比均有所區別。WinAC不是簡(jiǎn)單地將PLC替換為PC，而是將PLC和PC的功能完美地結合，包括控制功能、通信功能、可視化功能、網(wǎng)絡(luò )功能以及工藝技術(shù)等功能，產(chǎn)品包括WinAC插槽型、WinAC實(shí)時(shí)型、WinAC基本型和WinAC嵌入型等。

　　WinAC 控制功能

　　WinAC允許用戶(hù)使用普通PC或工業(yè)PC完成PLC的控制功能。WinAC基本型/實(shí)時(shí)型提供軟件PLC，采用PC機的硬件資源（如CPU、內存、硬盤(pán)）來(lái)實(shí)現控制要求；WinAC插槽型提供硬件PCI插卡型PLC，控制性能與S7 400系列PLC中的412-2DP/416-2DP相同。

　　計算功能

　　WinAC提供標準的ActiveX控件，用于標準化軟件包（如MS Visual Basic或Office）對過(guò)程數據的實(shí)時(shí)存取。同時(shí)，WinAC內置Software Container（ActiveX容器）用于集成自帶的和第三方的ActiveX 控件。

　　可視化功能

　　WinAC 提供兩種與人機界面軟件的連接方式：

　　通過(guò)SIMATIC軟件之間的內部集成，WinCC和ProTool/Pro是WinAC最優(yōu)的可視化和數據存取工具；WinAC內置的OPC服務(wù)器可以完成與任何第三方的人機界面軟件的集成。

　　網(wǎng)絡(luò )功能

　　WinAC提供連接 Profibus-DP通信板卡的驅動(dòng)程序，用于連接遠程I/O和電氣驅動(dòng)裝置或進(jìn)行遠程編程調試。同時(shí)WinAC可以采用現成的PC技術(shù)，通過(guò)以太網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現與生產(chǎn)和管理網(wǎng)絡(luò )的連接。

　　工藝技術(shù)功能

　　對于用戶(hù)的特殊工藝要求，可配合西門(mén)子的功能模塊來(lái)實(shí)現，或使用VB、VC、Java等高級語(yǔ)言編程，由WinAC ODK進(jìn)行集成。