一、系統(tǒng)構(gòu)成及方案設(shè)計

1、系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)的配置為PLC為執(zhí)行級，工控機為管理級，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)主要分為上位機監(jiān)控管理系統(tǒng)和下位機水處理控制系統(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，功能強大，便于擴充，完全滿足控制要求，共需開關(guān)量模塊，模擬量模塊及通訊模塊。作為控制主機的下位機采用了西門子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)膶崟r性。

2、系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)工藝流程，系統(tǒng)對設(shè)備的控制和操作分運行和再生兩大步。上位機利用組態(tài)王軟件編制相應(yīng)的監(jiān)控程序，實現(xiàn)對工藝流程圖及測量數(shù)據(jù)的顯示；上位機設(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，通過人機對話方式分別由人工選定其操作的方式即點操、步操、手動、自動；同時工藝管理人員或操作人員可在上位機界面上設(shè)定每一步的工作時間、調(diào)節(jié)參數(shù)、給定值、閥門點動的開關(guān)界面，并將需控制的各項參數(shù)送入下位機的指定地址內(nèi)。采用西門子公司提供的V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6作為下位機編程軟件。下位機完成數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)控制、數(shù)據(jù)計算、向上位機輸送數(shù)據(jù)及狀態(tài)信號，接受上位機來的相關(guān)地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，通過對應(yīng)的控制模塊進行處理和輸出，控制閥門的開/關(guān)及泵和風(fēng)機的啟/停。

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

1)       運行和過程自動控制模塊

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

2)       手動操作模塊

由于運行和自動控制模塊是自動執(zhí)行的順序過程，它們在執(zhí)行時需要一些必要的反饋信號，如閥門是否開（關(guān)）到位、反饋的參數(shù)是否合格、時間是否到等，以此作為執(zhí)行下一步操作的依據(jù)。有時因故障反饋信號不能正常發(fā)出，就需要手動操作，操作者按照運行或工藝流程每執(zhí)行一步發(fā)出一個指令。該模塊分為幾個相對獨立的部分。在設(shè)計手動操作模塊的程序時，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)行打開命令時，即使操作者誤按下該閥門的關(guān)閉鍵，系統(tǒng)也不會發(fā)出關(guān)閉信號。

3)       模擬量處理模塊

當(dāng)溫度、液位、電導(dǎo)率，壓力等信號進入系統(tǒng)以后，一方面系統(tǒng)把該信號與預(yù)置值進行比較，將結(jié)果作為自動執(zhí)行模塊的依據(jù)，另一方面PLC對該信號進行簡單處理，然后傳送給上位機進行顯示。

4)       與上位機的通信模塊

系統(tǒng)采用上、下位機結(jié)構(gòu)。通過上下位機通信模塊，PLC把現(xiàn)場數(shù)據(jù)送給上位機處理，并從上位機處接收命令和數(shù)據(jù)，啟動自動過程或直接控制現(xiàn)場設(shè)備。

5)       報警模塊

6)       系統(tǒng)發(fā)出驅(qū)動某個閥門的命令后，如果該閥門經(jīng)過相應(yīng)時間的延時還未到達位置，將發(fā)出報警信號，提醒運行人員采取措施，排除故障。

3、上位機組成

上位機選用工業(yè)級控制計算機（IPC），全金屬外殼，防磁，防震，抗干擾能力強，適合本項目的特殊環(huán)境使用。

1>組態(tài)軟件介紹

該系統(tǒng)的上位機監(jiān)控程序選用了組態(tài)王軟件進行開發(fā)，畫面為256色，操作系統(tǒng)采用Windows平臺，根據(jù)工藝流程設(shè)計系統(tǒng)監(jiān)控畫面，并實現(xiàn)系統(tǒng)中工控機和PLC之間的數(shù)據(jù)通信，對采集的數(shù)據(jù)進行處理，具有數(shù)據(jù)存儲、查詢、生成趨勢曲線，報警提示、存儲、查詢以及報表的生成和輸出等功能。

2>監(jiān)控畫面組態(tài)

對于一個工業(yè)過程監(jiān)控系統(tǒng)來說，設(shè)計一套形象、直觀、生動、簡捷的畫面是重要的。在軟件的開發(fā)過程中，人機界面的友好性顯得至關(guān)重要，因為它直接和操作人員交流信息。良好的人機界面不僅要直觀、生動，而且還要能準確地實時再現(xiàn)被控對象的真實狀態(tài)，如閥門的開關(guān)、泵的啟停等。根據(jù)現(xiàn)場運行的實際情況，在訪問期間并考慮到操作的方便性和高效性，本項目利用組態(tài)王軟件強大的繪圖功能設(shè)計了4個主畫面和8個子畫面。每個畫面都可以通過鼠標(biāo)或鍵盤相互切換。所有的被控對象都設(shè)置了動態(tài)屬性，如閥門開關(guān)狀態(tài)的變化就會引起其顏色的變化。

3>控制方式

根據(jù)水處理系統(tǒng)中各設(shè)備運行有很強的時序性這一特點，PLC又設(shè)置了點操、步操及自動等3種操作方式。點操是通過計算機用鼠標(biāo)對單個的可控設(shè)備（閥門、泵及風(fēng)機等）執(zhí)行遠方開/關(guān)控制；步操是指成組操作，即根據(jù)系統(tǒng)運行的時序相關(guān)性成組地操作某一步序所涉及的所有相關(guān)設(shè)備；自動方式則指某一個系統(tǒng)從啟動、運行、失效到再生后重新投運的整個過程自動運行及在線監(jiān)視。而所有的控制均可以組態(tài)系統(tǒng)中進行方便的設(shè)置，工作人員只需要用鼠標(biāo)對控制方式進行設(shè)定，便可以將命令發(fā)給PLC執(zhí)行相應(yīng)的控制程序，同時對于點操和步操，每個控制設(shè)備均設(shè)計有單獨控制窗口，設(shè)置確認項，保證了系統(tǒng)的安全操作。

二、           系統(tǒng)主要功能介紹

上位機監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)工藝設(shè)計模擬畫面，并根據(jù)PLC所采集的各種數(shù)據(jù)進行顯示、報警、打印以及發(fā)送各種命令。上位機具有以下主要功能：

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)的實時數(shù)據(jù)及設(shè)備的運行狀態(tài)(全開或運行時為紅色，全關(guān)或停止時為綠色，故障時為黃色)。畫面動點的更新速率為1s。在流程畫面上，可通過屏幕彈出窗口，手動控制畫面上的被控設(shè)備。

2、操作事件記錄：對運行人員的操作及重要報警信息進行記錄，可方便地進行事故分析和故障追憶。

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

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

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