反滲透膜自動清洗設(shè)備上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

劉艷軍

摘 要：文章研究了反滲透膜自動清洗設(shè)備上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。以西門子TP1200觸摸屏作為人機交互界面，S7-1200PLC作為主控制器，二者之間通過Profinet接口進行數(shù)據(jù)通信。利用博圖V13組態(tài)軟件進行反滲透膜離線自動清洗設(shè)備的上位監(jiān)控組態(tài)設(shè)計。設(shè)備的運行狀態(tài)可實時顯示在組態(tài)畫面中。通過現(xiàn)場調(diào)試應(yīng)用，上位監(jiān)控系統(tǒng)工作穩(wěn)定，操作便捷，提高了設(shè)備的可控性和可視化程度。

關(guān)鍵詞：反滲透膜；自動清洗；TP200觸摸屏；上位監(jiān)控

反滲透膜法水處理工藝是目前公認的水除鹽最有效技術(shù)之一。但是，由于反滲透膜在正常運行過程中不可避免地會被無機鹽垢、膠體、微生物、金屬氧化物等污染[1]。為了延長反滲透膜的使用壽命，對于污染嚴重的反滲透膜必須利用離線清洗設(shè)備進行清洗。隨著自動控制技術(shù)的快速發(fā)展，人機接口（Human Machine Interface，HMI）作為人機交互界面已普遍應(yīng)用于機電一體化設(shè)備。在反滲透膜自動清洗設(shè)備中采用西門子觸摸屏TP1200進行上位監(jiān)控，利用TIA博圖V13里嵌入的Wincc Advanced軟件進行組態(tài)設(shè)計。

1 TP1200精智面板

1.1 支持多種通信方式

TP1200屬于SIMATIC精智面板系列，支持多種通信方式。可以通過PROFINET，PROFIBUS接口連接到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中，也可通過USB接口連接外圍設(shè)備。可以使用標準電纜并通過PROFINET/以太網(wǎng)或USB下載HMI項目，無需使用特殊電纜。各種設(shè)備參數(shù)設(shè)置可在組態(tài)期間進行，無需在設(shè)備上進行附加設(shè)置，簡化了調(diào)試過程。

1.2 技術(shù)指標

TP1200的用戶內(nèi)存達12 M，屏幕背光平均無故障時間80 000小時。通過USB接口可以連接鍵盤鼠標打印機，畫面數(shù)量可達500幅，變量數(shù)2 048個，支持配方、歸檔及VB腳本功能。配方數(shù)最大300，歸檔數(shù)50，VB腳本程序100個。可連接的PLC有西門子S7系列、S5系列，三菱、歐姆龍、莫迪康等主流廠商PLC。

2 系統(tǒng)組態(tài)

2.1 硬件組態(tài)設(shè)計

西門子S7-1200是一款緊湊型、模塊化的可編程控制器，可用于完成簡單邏輯控制、復(fù)雜邏輯控制、HMI和網(wǎng)絡(luò)通信等任務(wù)。西門子S7-1200系統(tǒng)有5種不同的CPU模塊，分別為CPU1211C，CPU1212C，CPU1214C，CPU1215C和CPU1217C。其中的每一種模塊都可以進行擴展，以滿足系統(tǒng)需要。以西門子S7-1200PLC和TP1200觸摸屏組成主控系統(tǒng)，二者之間通過PROFINET以太網(wǎng)進行通訊。PLC的IP地址設(shè)定為192.168.0.2，HMI的IP地址設(shè)定為192.168.0.5。PLC與HMI二者的IP地址必須在同一網(wǎng)段內(nèi)，否則二者之間無法通信。硬件組態(tài)如圖1所示，PLC型號是CPU1214C AC/DC/RLY，觸摸屏是TP1200 Comfort。

2.2 軟件組態(tài)設(shè)計

軟件組態(tài)設(shè)計包含添加變量、畫面組態(tài)及變量關(guān)聯(lián)。依據(jù)反滲透膜離線自動清洗設(shè)備的工藝要求，設(shè)置了裝卸膜工位、4個清洗工位及檢測工位。清洗工位的工作過程是正向清洗、浸泡、反向清洗，每一過程的運行時間長度均可自由設(shè)定。因此，組態(tài)的畫面包括主畫面及其下屬的一工位監(jiān)控畫面、二工位監(jiān)控畫面、三工位監(jiān)控畫面、四工位監(jiān)控畫面、檢測工位監(jiān)控畫面、時間設(shè)定畫面、報警畫面，共計8個畫面如圖2所示，不同的畫面之間可以直接切換。每一工位內(nèi)的所有數(shù)據(jù)采集、被控對象以及狀態(tài)反饋在對應(yīng)畫面中都能監(jiān)控。時間設(shè)定畫面用于設(shè)定正向清洗時間、浸泡時間及反向清洗時間，設(shè)定的范圍在1分鐘至6小時。報警畫面用于反饋溫度超限、PH值超限、電機過載等信息。

添加的變量包含PLC輸入點變量I、輸出點變量Q、中間變量M及V變量。其中I變量主要用于反饋設(shè)備中開關(guān)量傳感器的值以及斷路器是否接通、電機是否過載等信息。輸出變量Q可以用于反饋被控對象的運行狀態(tài)。中間變量M的功能很多，既可以將其和畫面中的按鈕進行關(guān)聯(lián)，通過PLC程序控制被控對象動作，從而節(jié)省了實際按鈕的數(shù)量，同時也減少了PLC輸入點的數(shù)量?？捎肕變量作為被控對象的中間狀態(tài)變量顯示被控對象的運行狀態(tài)。V變量的功能在此設(shè)備中主要用于存儲時間值。

在變量表中添加的變量與PLC程序中的變量要一致，在進行觸摸屏變量添加之前應(yīng)先在PLC中添加相應(yīng)的變量，并完成相應(yīng)的程序設(shè)計。組態(tài)畫面時需要完成按鈕、I/O域與對應(yīng)變量的關(guān)聯(lián)組態(tài)，否則畫面中的相關(guān)對象將無法工作。其中“按鈕”的典型組態(tài)過程要通過“事件”中“按下”與“釋放”分別添加相應(yīng)變量。當PLC程序與HMI組態(tài)設(shè)計完成后便可進行調(diào)試。對上位監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試前務(wù)必核實按鈕與所關(guān)聯(lián)的變量必須一一對應(yīng)不能混淆，否則容易引起誤動作，對設(shè)備造成損壞。如圖3所示時間設(shè)定畫面，在此畫面中可對各工位的正向清洗時間、浸泡時間和反向清洗時間進行設(shè)定。圖4是工位運行操作與監(jiān)控畫面。在此畫面中可對本工位的對象進行控制操作并能夠顯示相應(yīng)的工況。

3 結(jié)語

以西門子TP1200觸摸屏作為人機交互界面，S7-1200PLC為主控制器，利用博圖V13組態(tài)軟件進行反滲透膜離線自動清洗設(shè)備的上位監(jiān)控組態(tài)設(shè)計。設(shè)備的運行狀態(tài)可實時反應(yīng)在組態(tài)畫面上，通過現(xiàn)場調(diào)試應(yīng)用，上位監(jiān)控系統(tǒng)工作穩(wěn)定，操作便捷，提高了設(shè)備的可控性和可視化程度。

[參考文獻]

[1]王鵬輝.反滲透離線清洗技術(shù)研究[J].科技傳播，2011（1）：59，61.