IAC2000可編程控制器在水質監(jiān)測儀中的應用

周 霞，藍 彥，彭文才，熊光亞

（南瑞集團公司（國網電力科學研究院），南京 210003）

六價鉻水質自動在線監(jiān)測儀（簡稱六價鉻水質監(jiān)測儀）采用分光光度法測量，即在酸性溶液中，六價鉻離子與二苯碳酰二肼反應生成紫紅色化合物，于540 nm波長處進行分光光度測定，并通過標準曲線計算水樣中六價鉻離子含量[1]。基于此原理，六價鉻水質監(jiān)測儀由人機交互模塊、自動控制模塊、順序注射模塊、光學分析模塊組成。其中，自動控制模塊完成從水樣導入至濃度計算以及人機交互的自動控制，從而實現(xiàn)水樣中六價鉻離子濃度監(jiān)測自動化。由此可見，自動控制模塊在六價鉻水質監(jiān)測系統(tǒng)中至關重要，自動控制模塊的穩(wěn)定可靠是六價鉻水質監(jiān)測儀準確可靠的自動監(jiān)測的重要保障。

1 IAC2000可編程控制器概述

IAC2000作為微型智能一體化可編程控制器，由1塊主控模塊及各種功能擴展模塊組成。主控模塊IAC2001 CPU為其核心部分，內嵌電源轉換模塊為整套系統(tǒng)提供工作所需的電源，CPU模塊內嵌電路板，全套模塊免螺絲安裝[2]。

其主控模塊主要提供以下功能：通過內部高速數(shù)據(jù)總線實時采集擴展模塊數(shù)據(jù)；通過外部傳感器接口采集各種傳感器數(shù)據(jù)；提供RS232/485和100 Mb/s以太網通訊接口，可與各種通訊設備連接，用于與IACPro軟件連接進行本地調試或者數(shù)據(jù)遠程傳輸；支持可編程的控制功能；其功能擴展模塊包括開關量輸入模塊（DI）、開關量輸出模塊（DO）、模擬量輸出模塊（AO）、專用功能模塊等。

2 組態(tài)編程軟件

IACPro作為IAC2000系列智能可編程控制器的組態(tài)編程軟件，基于Windows平臺，符合IEC61131-3標準，支持梯形圖和流程圖編程語言[3]。這2種編程語言各有所長，用戶可選擇其中1種，也可以同時使用2種語言編程，以實現(xiàn)各種控制方案。

采用“所見即所得”技術設計的流程圖編程語言是一種可視化編程語言，非常適合復雜的順序控制過程。它與設計院等單位設計的流程非常相似，當流程設計完成即意味著編程的結束，編程過程簡單易學。圖1為IACPro組態(tài)編程軟件流程編程界面。

圖1 IACPro組態(tài)編程軟件流程編程界面Fig.1 Flow programming interface of configuration programming software（IACPro）

3 IAC2000可編程控制器的應用設計

3.1 自動在線監(jiān)測儀系統(tǒng)框架

六價鉻水質自動在線監(jiān)測儀由人機交互模塊（HMI）、自動控制模塊、順序注射模塊和光學分析模塊組成，如圖2所示。其中，自動控制模塊包括主控器、DI模件、DO模件和AO模件，順序注射模塊包含取樣組件、計量組件、反應組件等。

人機交互模塊用于實現(xiàn)顯示測量數(shù)據(jù)、設置儀器參數(shù)、調試儀器各部件等功能。該模塊通過通訊接口連接自動控制模塊，其相關指令均通過主控制器下達給順序注射模塊和光學分析模塊去執(zhí)行。

自動控制模塊用于控制順序注射模塊以及光學分析模塊，讀取檢測數(shù)據(jù)并進行計算。自動控制模塊接收來自人機交互模塊的指令，實現(xiàn)管路的切換與動作，待完成測量后，讀取測量數(shù)據(jù)并傳輸給交互模塊；自動控制模塊還可以通過RS485和模擬量輸出模件對外交互測量數(shù)據(jù)。

圖2 六價鉻水質監(jiān)測儀系統(tǒng)框架示意Fig.2 System framework of CrⅥwater quality monitor

順序注射模塊中，進樣組件分別抽取水樣及試劑進入計量組件；計量組件用于對特定體積的試劑進行計量；反應組件由反應池及相關電氣控制回路組成，水樣和試劑在反應池處進行攪拌及化學反應。

光學檢測分析模塊基于分光光度法原理，用于對在反應組件中經過充分反應及穩(wěn)定的混合溶液進行吸光度測量，并將測量數(shù)據(jù)傳輸至自動控制模塊，轉換為相應的六價鉻濃度輸出。

3.2 自動控制模塊的硬件設計

自動控制模塊，主要實現(xiàn)兩大類功能：控制功能，通過輸入輸出接口對檢測系統(tǒng)各部件進行流程控制（切換狀態(tài)、開啟關閉輸出）；通訊功能，通過RS485和RS232的接口與外部設備等進行遠程通訊、人機交互。

選用IAC2000系列產品的主控器、DI模件、DO模件和AO模件，通過其內部的通訊總線連接，即可組成自動控制模塊的硬件系統(tǒng)。

3.3 自動控制模塊的軟件設計

應用該平臺配套的組態(tài)軟件IACPro進行梯形圖和流程圖的編程，很方便地可編寫出水質監(jiān)測儀自動控制模塊所需要的功能。其主流程如圖3所示。

為滿足水質監(jiān)測儀自動控制模塊對順序注射模塊、光學分析模塊的某些特殊控制，并完成歷史數(shù)據(jù)存儲查詢功能，軟件上需要增加PWM波輸出控制、專用通訊塊、歷史數(shù)據(jù)可讀寫等功能支持。為此，設計了PWM，OSASET，OSACOM，OSACAL，WFILE，RFILE，DFILE等功能塊。

圖3 自動控制模塊主流程Fig.3 Main flow chart of automatic control module

圖4 PWM功能塊示意Fig.4 PWM function block

以PWM功能塊為例，該功能塊能夠按照設定的頻率和脈沖數(shù)，輸出占空比為50%的PWM波形。PWM功能塊設計如圖4所示，其管腳說明如表1所示。PWM功能塊在IACPro梯形圖編程中的應用如圖5所示。當調用該子梯形時，自動控制模塊將在端口1輸出頻率為400 Hz的PWM波形，由R0001寄存器中的值來規(guī)定輸出的脈沖數(shù)。

表1 PWM功能塊參數(shù)管腳說明Tab.1 PWM function block pin description

圖5 PWM功能塊在梯形圖中的應用示意Fig.5 Application in ladder diagram of PWM function block

4 結語

應用IAC2000系列智能可編程控制器實現(xiàn)監(jiān)測儀的自動控制功能，方便可靠，縮短了開發(fā)周期，節(jié)約了人力物力，拓寬了該系統(tǒng)的應用領域。所研制的六價鉻水質自動在線監(jiān)測儀測量精度小于5%，穩(wěn)定可靠，已在多個工程現(xiàn)場使用。

[1]六價鉻水質自動在線監(jiān)測儀技術要求（HJ609-2011）[S].北京：中國環(huán)境出版社，2011.

[2]IAC2000系列智能可編程控制器硬件技術說明書V1.1[Z].

[3]IACPro編程軟件使用手冊V1.1[Z].