一 前言
水制備系統(tǒng)包括純化水處理（二級反滲透）和注射水制備系統(tǒng)。隨著科學技術的發(fā)展，人們對水質（包括醫(yī)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(fā)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(tǒng)，這是西門子WinAC和Profibus現(xiàn)場總線在純化水處理和制備領域中的應用實例。 二 系統(tǒng)簡介
1. 控制對象
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(jiān)控點有2個電導率（水質監(jiān)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(tǒng)包括1個蒸餾水機、2個PID調節(jié)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(jié)閥和冷卻水調節(jié)閥等。輸入監(jiān)控點有1個電導率（水質監(jiān)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(tǒng)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(jīng)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(jīng)過二級RO處理過的純化水經(jīng)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(jù)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(jīng)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(tǒng)的構成
1. 系統(tǒng)配置框圖
控制系統(tǒng)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(tǒng)的配置框圖如圖1所示。
2. 系統(tǒng)配置特點
根據(jù)這種水制備系統(tǒng)的技術要求，現(xiàn)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(xiàn)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(jiān)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(fā)監(jiān)控畫面，這符合水制備系統(tǒng)的實時控制和動態(tài)監(jiān)視要求，實現(xiàn)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(xiàn)，而無須費力去開發(fā)。
四 控制系統(tǒng)的功能與自動化的實現(xiàn)
1. 系統(tǒng)功能
運行方式：自動運行和手動操作。用戶界面：系統(tǒng)提供友好的用戶界面和方便的操作按鈕。實時監(jiān)控：動態(tài)顯示水箱的液位、泵閥的開關狀態(tài)、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(jù)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)：系統(tǒng)具有保存數(shù)據(jù)和與其他應用程序交換數(shù)據(jù)的功能。在線幫助：系統(tǒng)提供完備的在線幫助信息，操作員遇到問題時能及時得到幫助和指導。
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（用戶界面）與實時控制的從站PLC之間的數(shù)據(jù)信息交換、報警事件的處理、兩個從站之間的運行協(xié)調和一些運行參數(shù)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高級語言或ProTool/Pro組態(tài)軟件設計友好的用戶界面和監(jiān)控畫面，通過WinLC主機，向Profibus-DP 上的EM277從站（S7-200系列PLC）發(fā)送命令，同時讀取從站PLC監(jiān)測到的設備運行狀態(tài)、模擬量采樣數(shù)據(jù)和報警信息等。根據(jù)這些實時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在屏幕上動態(tài)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(tài)等。一旦發(fā)現(xiàn)故障報警信息，系統(tǒng)即顯示明顯的警示畫面，通過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、實時（如故障信息）或按操作鍵打印所需的數(shù)據(jù)和信息，如電導率、pH值、流量、溫度和有無故障發(fā)生等。用ProTool/Pro設計的水制備系統(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(tài)及故障檢測程序、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回路調節(jié)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(qū)中交換數(shù)據(jù)即可。同時，該從站PLC還可以脫離主站而單獨運行。
c. 系統(tǒng)的可擴展性
通過OPC，系統(tǒng)可以與其他應用程序連接，也可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。從站數(shù)量可以擴展，從站PLC的模塊亦可以根據(jù)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
該系統(tǒng)是根據(jù)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(xiàn)場總線上的通信問題，從站也可以單獨運行。該系統(tǒng)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(tǒng)？
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(qū)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(wǎng)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(yè)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(yōu)的可視化和數(shù)據(jù)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(wǎng)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(xiàn)成的PC技術，通過以太網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)與生產和管理網(wǎng)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(xiàn)，或使用VB、VC、Java等高級語言編程，由WinAC ODK進行集成。
