一、系統(tǒng)構(gòu)成及方案設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)的配置為PLC為執(zhí)行級(jí)，工控機(jī)為管理級(jí)，數(shù)據(jù)采集由PLC完成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

     控制系統(tǒng)主要分為上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)和下位機(jī)水處理控制系統(tǒng)兩部分。根據(jù)工藝流程和監(jiān)控要求，上位機(jī)采用西門子S7300中型PLC，該系列PLC為模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置靈活，功能強(qiáng)大，便于擴(kuò)充，完全滿足控制要求，共需開(kāi)關(guān)量模塊，模擬量模塊及通訊模塊。作為控制主機(jī)的下位機(jī)采用了西門子S7200系列小型PLC并配有模擬量模塊及通訊模塊，系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

2、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝流程，系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的控制和操作分運(yùn)行和再生兩大步。上位機(jī)利用組態(tài)王軟件編制相應(yīng)的監(jiān)控程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝流程圖及測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示；上位機(jī)設(shè)置純水系統(tǒng)、污水系統(tǒng)，中水系統(tǒng)及供水系統(tǒng)的控制界面，通過(guò)人機(jī)對(duì)話方式分別由人工選定其操作的方式即點(diǎn)操、步操、手動(dòng)、自動(dòng)；同時(shí)工藝管理人員或操作人員可在上位機(jī)界面上設(shè)定每一步的工作時(shí)間、調(diào)節(jié)參數(shù)、給定值、閥門點(diǎn)動(dòng)的開(kāi)關(guān)界面，并將需控制的各項(xiàng)參數(shù)送入下位機(jī)的指定地址內(nèi)。采用西門子公司提供的V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6作為下位機(jī)編程軟件。下位機(jī)完成數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)控制、數(shù)據(jù)計(jì)算、向上位機(jī)輸送數(shù)據(jù)及狀態(tài)信號(hào)，接受上位機(jī)來(lái)的相關(guān)地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)應(yīng)的控制模塊進(jìn)行處理和輸出，控制閥門的開(kāi)/關(guān)及泵和風(fēng)機(jī)的啟/停。

PLC軟件設(shè)計(jì):程控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用梯形圖，并采取了模塊化的設(shè)計(jì)，把系統(tǒng)所需完成的功能分成若干模塊，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)方便，便于程序修改，程序條理清楚，用戶容易掌握。

1)       運(yùn)行和過(guò)程自動(dòng)控制模塊

該模塊是程控系統(tǒng)梯形圖程序的主要部分，包括運(yùn)行過(guò)程自動(dòng)控制和過(guò)程自動(dòng)控制。執(zhí)行運(yùn)行流程時(shí)，操作者只要按下“運(yùn)行確認(rèn)”鍵，系統(tǒng)便按照運(yùn)行流程自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)操作，直至按“結(jié)束”鍵結(jié)束該過(guò)程或經(jīng)過(guò)系統(tǒng)檢測(cè)判斷系統(tǒng)需要自動(dòng)運(yùn)行為止。

2)       手動(dòng)操作模塊

由于運(yùn)行和自動(dòng)控制模塊是自動(dòng)執(zhí)行的順序過(guò)程，它們?cè)趫?zhí)行時(shí)需要一些必要的反饋信號(hào)，如閥門是否開(kāi)（關(guān)）到位、反饋的參數(shù)是否合格、時(shí)間是否到等，以此作為執(zhí)行下一步操作的依據(jù)。有時(shí)因故障反饋信號(hào)不能正常發(fā)出，就需要手動(dòng)操作，操作者按照運(yùn)行或工藝流程每執(zhí)行一步發(fā)出一個(gè)指令。該模塊分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分。在設(shè)計(jì)手動(dòng)操作模塊的程序時(shí)，為保證設(shè)備的安全，程序設(shè)置了必要的閉鎖條件。如某閥門正在執(zhí)行打開(kāi)命令時(shí)，即使操作者誤按下該閥門的關(guān)閉鍵，系統(tǒng)也不會(huì)發(fā)出關(guān)閉信號(hào)。

3)       模擬量處理模塊

當(dāng)溫度、液位、電導(dǎo)率，壓力等信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)以后，一方面系統(tǒng)把該信號(hào)與預(yù)置值進(jìn)行比較，將結(jié)果作為自動(dòng)執(zhí)行模塊的依據(jù)，另一方面PLC對(duì)該信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，然后傳送給上位機(jī)進(jìn)行顯示。

4)       與上位機(jī)的通信模塊

系統(tǒng)采用上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)。通過(guò)上下位機(jī)通信模塊，PLC把現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)送給上位機(jī)處理，并從上位機(jī)處接收命令和數(shù)據(jù)，啟動(dòng)自動(dòng)過(guò)程或直接控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

5)       報(bào)警模塊

6)       系統(tǒng)發(fā)出驅(qū)動(dòng)某個(gè)閥門的命令后，如果該閥門經(jīng)過(guò)相應(yīng)時(shí)間的延時(shí)還未到達(dá)位置，將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒運(yùn)行人員采取措施，排除故障。

3、上位機(jī)組成

上位機(jī)選用工業(yè)級(jí)控制計(jì)算機(jī)（IPC），全金屬外殼，防磁，防震，抗干擾能力強(qiáng)，適合本項(xiàng)目的特殊環(huán)境使用。

1>組態(tài)軟件介紹

該系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控程序選用了組態(tài)王軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，畫面為256色，操作系統(tǒng)采用Windows平臺(tái)，根據(jù)工藝流程設(shè)計(jì)系統(tǒng)監(jiān)控畫面，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中工控機(jī)和PLC之間的數(shù)據(jù)通信，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、生成趨勢(shì)曲線，報(bào)警提示、存儲(chǔ)、查詢以及報(bào)表的生成和輸出等功能。

2>監(jiān)控畫面組態(tài)

對(duì)于一個(gè)工業(yè)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)一套形象、直觀、生動(dòng)、簡(jiǎn)捷的畫面是重要的。在軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，人機(jī)界面的友好性顯得至關(guān)重要，因?yàn)樗苯雍筒僮魅藛T交流信息。良好的人機(jī)界面不僅要直觀、生動(dòng)，而且還要能準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)再現(xiàn)被控對(duì)象的真實(shí)狀態(tài)，如閥門的開(kāi)關(guān)、泵的啟停等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況，在訪問(wèn)期間并考慮到操作的方便性和高效性，本項(xiàng)目利用組態(tài)王軟件強(qiáng)大的繪圖功能設(shè)計(jì)了4個(gè)主畫面和8個(gè)子畫面。每個(gè)畫面都可以通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤相互切換。所有的被控對(duì)象都設(shè)置了動(dòng)態(tài)屬性，如閥門開(kāi)關(guān)狀態(tài)的變化就會(huì)引起其顏色的變化。

3>控制方式

根據(jù)水處理系統(tǒng)中各設(shè)備運(yùn)行有很強(qiáng)的時(shí)序性這一特點(diǎn)，PLC又設(shè)置了點(diǎn)操、步操及自動(dòng)等3種操作方式。點(diǎn)操是通過(guò)計(jì)算機(jī)用鼠標(biāo)對(duì)單個(gè)的可控設(shè)備（閥門、泵及風(fēng)機(jī)等）執(zhí)行遠(yuǎn)方開(kāi)/關(guān)控制；步操是指成組操作，即根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)序相關(guān)性成組地操作某一步序所涉及的所有相關(guān)設(shè)備；自動(dòng)方式則指某一個(gè)系統(tǒng)從啟動(dòng)、運(yùn)行、失效到再生后重新投運(yùn)的整個(gè)過(guò)程自動(dòng)運(yùn)行及在線監(jiān)視。而所有的控制均可以組態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行方便的設(shè)置，工作人員只需要用鼠標(biāo)對(duì)控制方式進(jìn)行設(shè)定，便可以將命令發(fā)給PLC執(zhí)行相應(yīng)的控制程序，同時(shí)對(duì)于點(diǎn)操和步操，每個(gè)控制設(shè)備均設(shè)計(jì)有單獨(dú)控制窗口，設(shè)置確認(rèn)項(xiàng)，保證了系統(tǒng)的安全操作。

二、           系統(tǒng)主要功能介紹

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)模擬畫面，并根據(jù)PLC所采集的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、報(bào)警、打印以及發(fā)送各種命令。上位機(jī)具有以下主要功能：

1、畫面監(jiān)控功能：顯示工藝系統(tǒng)的模擬流程畫面，畫面上有相應(yīng)參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)(全開(kāi)或運(yùn)行時(shí)為紅色，全關(guān)或停止時(shí)為綠色，故障時(shí)為黃色)。畫面動(dòng)點(diǎn)的更新速率為1s。在流程畫面上，可通過(guò)屏幕彈出窗口，手動(dòng)控制畫面上的被控設(shè)備。

2、操作事件記錄：對(duì)運(yùn)行人員的操作及重要報(bào)警信息進(jìn)行記錄，可方便地進(jìn)行事故分析和故障追憶。

3、系統(tǒng)報(bào)警功能：任一參數(shù)報(bào)警時(shí)，畫面的報(bào)警指示燈亮，同時(shí)在報(bào)警畫面上自動(dòng)顯示相應(yīng)報(bào)警信息，顯示內(nèi)容包括報(bào)警發(fā)生的時(shí)間、名稱、當(dāng)前值、報(bào)警屬性、報(bào)警屬性對(duì)應(yīng)的限值及單位。報(bào)警出現(xiàn)時(shí)報(bào)警條閃爍，確認(rèn)后停止閃爍。報(bào)警按優(yōu)先級(jí)順序顯示報(bào)警信息，同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)，以時(shí)間順序顯示報(bào)警信息。另外配有報(bào)警一覽畫面，可以看到全部報(bào)警信息及對(duì)歷史報(bào)警進(jìn)行自定義查詢。

4、系統(tǒng)歷史記錄：歷史趨勢(shì)畫面可定義16條趨勢(shì)曲線，以不同顏色加以區(qū)別，并配有相應(yīng)的變量說(shuō)明信息和工程單位數(shù)值。而通過(guò)趨勢(shì)畫面還可在線調(diào)整全程周期和掃描周期，并可在線更改趨勢(shì)變量。

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