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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。隨著科學技術的發展，人們對水質（包括醫用水和飲用水）的要求也越來越高。因此，近幾年凈水 及制水設備的更新和改造的步伐發展非常快，為了得到合格的純化水，對水處理設備的自動化要求也越來越高。本文介紹一種以軟PLC為主站，以S7-200 系列的PLC為從站的全自動水制備控制系統，這是西門子WinAC和Profibus現場總線在純化水處理和制備領域中的應用實例。

二 系統簡介

　　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。輸入監控點有2個電導率（水質監測）、2個流量、1個pH 值、3個水箱液位、2個溫度點以及故障信號等。注射水制備系統包括1個蒸餾水機、2個PID調節回路。主要控制對象有原料水進口閥、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。輸入監控點有1個電導率（水質監測）、1個流量、3個水箱液位、8個溫度點以及故障信號等。

　　2.控制流程

　 　系統分5個控制回路：（1）原水控制回路：自來水通過原水閥進入原水箱，原水閥的開/關由原水箱的高低液位來控制；（2）一級純化水控制回路：原水箱的 水通過原水泵進入砂濾、碳濾和精濾，再由一級高壓泵送入一級RO裝置，經過一級RO處理過的純化水檢驗合格進入中間水箱，不合格則回到原水箱；（3）二級 純化水控制回路：中間水箱的水通過二級高壓泵送入二級RO裝置，經過二級RO處理過的純化水經檢驗合格后進入純水箱，不合格則回到中間水箱；（4）純化水 使用點控制回路：純水箱中的純化水通過純水泵送到各使用點和原料水箱，根據各使用點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 箱中的純化水通過原料水泵送入蒸餾水機，生成注射用水，經電導儀檢驗，合格的進入注射用水水箱，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

　　根據這種水制備系統的技術要求，現場實時控制采用S7-200系列PLC——CPU226和CPU224，再加擴展模塊EM222、EM231和 EM232，通過EM277從站模塊，作為從站上掛到Profibus-DP現場總線。這樣的配置成本較低，從站可以不依賴于主站獨立運行。上位機監控采用WinAC軟PLC作主站，用微軟的Visual Basic（VB）或西門子的ProTool/Pro軟件開發監控畫面，這符合水制備系統的實時控制和動態監視要求，實現過程也比較容易，因為主從PLC之間的通信接口可通過WinAC實現，而無須費力去開發。

四 控制系統的功能與自動化的實現

　　1. 系統功能

　　運行方式：自動運行和手動操作。用戶界面：系統提供友好的用戶界面和方便的操作按鈕。實時監控：動態顯示水箱的液位、泵閥的開關狀態、模擬水 流、水質、溫度、pH值、液位、瞬時流量和積算流量等，并根據液位、流量和水質的情況自動控制泵閥的開關、流量的大小和出口回流等。報警功能：系統有自動 報警功能，并能記錄故障的時間、原因等信息。打印輸出：系統能定時或實時打印出故障信息、水箱液位、流量、水質、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。在線幫助：系統提供完備的在線幫助信息，操作員遇到問題時能及時得到幫助和指導。

　　2. WinLC組態及編程

　　用STEP編程軟件組態軟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（用戶界面）與實時控制的從站PLC之間的數據信息交換、報警事件的處理、兩個從站之間的運行協調和一些運行參數的存儲等，WinLC主機配置組態如圖2所示。
　　a. 上位機應用程序

　　用Visual Basic高級語言或ProTool/Pro組態軟件設計友好的用戶界面和監控畫面，通過WinLC主機，向Profibus-DP 上的EM277從站（S7-200系列PLC）發送命令，同時讀取從站PLC監測到的設備運行狀態、模擬量 采樣數據和報警信息等。根據這些實時數據，系統在屏幕上動態顯示整個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/關狀態等。一旦發現故障報警信息，系統即顯示明顯的警示畫面，通過WinLC主機向各從站PLC發出停機命令，保存并記錄故障發生的時間、方位和原因 等原始數據。上述程序還可以根據用戶要求保存所需要的歷史數據，定時、實時（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 和有無故障發生等。用ProTool/Pro設計的水制備系統的用戶監控畫面如圖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。該主程序由自動運行程序、手動操作程序、狀態及故障檢測程序、初始化子程序、模擬量處理子程序、總線數據交換子程序和PID回路調節中斷程序等組成。由于采用Profibus-DP總線結構，因此從站PLC程序無須考慮與主站的通信問題，只需在已指定的輸入/輸出緩沖區中交換數據即可。同時，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OPC，系統可以與其他應用程序連接，也可以實現數據共享。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（按自由口通信協議）接打印機、變頻器或其他智能儀表等。

五 結束語

　　該系統是根據純化水處理的特點，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現場總線上的通信問題，從站也可以單獨運行。該系統設計合理、技術先進、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的自動化控制產品，從功能上和產品系列上與其他基于PC的控制產品相比均有所區別。WinAC不是簡單地將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、網絡功能以及工藝技術等功能，產品包括 WinAC插槽型、WinAC實時型、WinAC基本型和WinAC嵌入型等。

　　WinAC 控制功能

　　WinAC允許用戶使用普通PC或工業PC完成PLC的控制功能。WinAC基本型/實時型提供軟件PLC，采用PC機的硬件資源（如CPU、內存、硬盤）來實現控制要求；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）對過程數據的實時存取。同時，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SIMATIC軟件之間的內部集成，WinCC和ProTool/Pro是WinAC最優的可視化和數據存取工具；WinAC內置的OPC服務器可以完成與任何第三方的人機界面軟件的集成。

　　網絡功能

　　WinAC提供連接 Profibus-DP通信板卡的驅動程序，用于連接遠程I/O和電氣驅動裝置或進行遠程編程調試。同時WinAC可以采用現成的PC技術，通過以太網和互聯網實現與生產和管理網絡的連接。

　　工藝技術功能

　　對于用戶的特殊工藝要求，可配合西門子的功能模塊來實現，或使用VB、VC、Java等高級語言編程，由WinAC ODK進行集成。