摘 要： 該文圍繞混合礦物質(zhì)水處理系統(tǒng)工藝，主要介紹了該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成、硬件配置和軟、硬件設(shè)計。系統(tǒng)以西門子S7-300 系列 PLC 為控制核心，并運用西門子SIMATIC STEP7和WINCC Flxible編程軟件編寫了相應控制程序，從而實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。

關(guān)鍵詞：混合礦物質(zhì)水；STEP 7編程軟件；WINCC Flxible組態(tài)軟件

引言

近年來，隨著人們生活水平的提高，人們對飲用水的水質(zhì)要求也越來越高，各種先進的水處理設(shè)備得到廣泛的應用，目前，根據(jù)市場的需求研發(fā)混合礦物質(zhì)水的設(shè)備將具有極其重要的現(xiàn)實意義。本文根據(jù)混合礦物質(zhì)水設(shè)備的工藝要求，采用西門子S7-300 PLC[1]為控制核心所研發(fā)設(shè)備主要用于大型飲用水生產(chǎn)企業(yè)，能夠?qū)⒏叩V物質(zhì)水與純凈水按照一定比例配制，滿足一定的電導率要求，同時，經(jīng)過后期工藝處理，達到飲用水的標準。

1 總體設(shè)計方案

一套礦水配置設(shè)備主要有以下三部分組成：純水與礦水比兌部分；混合緩存部分；水量輸出部分。該設(shè)備結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，

要想完成純水與礦水的比兌，達到一定的電導率，首先要有測量其純水和礦水的電導率的測量傳感器，并把所測量數(shù)值發(fā)送到控制器中，控制器根據(jù)其實時電導率對高礦物質(zhì)水流量做PID控制[2]。由于在PID過程中有一定得延遲和滯后性，需要增加混存罐，對其進行緩存，使其在流量變化的瞬間產(chǎn)生的偏差得以緩和，增加電導達標率。在混合完全后，需要把比兌水輸入到水輸入管路中，根據(jù)各個管路的開啟度，以PID調(diào)節(jié)方式自動調(diào)節(jié)水流量，同時把實時流量反饋到控制器中，當做純水流量的參考值。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：系統(tǒng)硬件主要由水泵（包含變頻電機）、變頻器、壓力傳感器、氣動閥門、電導率傳感器、流量計，控制器，HMI（人機界面），直流電源，閥島，電機保護器，接觸器，負荷開關(guān)，按鈕，指示燈等組成。動力電源采用380V交流，控制電源為24VDC，分別為控制器和控制元器件提供電源，模擬信號為4-20mA。電機保護器的選取以脫扣等級為10，整定電流以40℃時為標準電機的額定電流。負荷開關(guān)本身具有隔離開關(guān)，用于在泵本身的維修時的鎖定?？刂齐娫捶峙涠俗忧岸蔚脑骷钠钐嵝延砂惭b在面板上的指示燈完成，后端的則由HMI的報警信息提示。

西門子S7-300 PLC是模塊化小型PLC系統(tǒng)，完全滿足中、小規(guī)模的性能要求，同時硬件維護方便。人機界面（HMI） 已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，用戶只需在人機界面（HMI）中輸入數(shù)據(jù)，S7-300就會自動地按用戶命令傳送與處理數(shù)據(jù)[3]。因此，本系統(tǒng)控制器選取西門子S7-300系列， HMI選取MP系列觸摸屏，從而方便高效的完成對現(xiàn)場設(shè)備的控制。

系統(tǒng)中輸水泵變頻器本身具有PID調(diào)節(jié)功能，我們預先在該變頻器內(nèi)給出了設(shè)定值。輸出壓力傳感器將數(shù)據(jù)首先傳送到控制器，再由控制器把數(shù)據(jù)傳送給變頻器，同時HMI通過通訊總線接受來自控制器的數(shù)據(jù)，并在界面將壓力值顯示出來。對于純水泵和高礦水泵的控制主要由PLC控制器發(fā)出信號控制相應的變頻器，根據(jù)對應的流量值把頻率模擬量信號發(fā)送給變頻器來控制變頻器的輸出。對于變頻器本身的控制信號由控制器驅(qū)動繼電器完成，從而實現(xiàn)了相應變頻器控制。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)的軟件采用SIMATIC STEP7和WINCCFlxible編程[4]，是西門子公司推出的面向其產(chǎn)品本身的編程平臺。該平臺不僅提供了編輯平臺，還具有各種測試、通信、控制和數(shù)值分析的能力，具有控制功能強大、庫函數(shù)豐富、實時性強、編程容易等優(yōu)點。為了日后的更新、維護與拓展，在設(shè)計過程中采用模塊化的思想，整個系統(tǒng)分為PLC程序和HMI程序，其中PLC分為常用信號模塊，功能模塊，報警信號處理模塊，通訊模塊，熱啟動模塊，以及PLC本身故障模塊，時間中斷模塊，PID處理模塊。HMI程序分為畫面程序，報警信息模塊，手動操作模塊，曲線模塊，PID參數(shù)輸入模塊，報告模塊，以及打印模塊。系統(tǒng)軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖圖如圖3所示：

在軟件設(shè)計中，最為重要的是PID程序模塊和功能模塊，功能模塊主要完成的是數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)換，PID模塊主要完成的是純水泵和礦水泵對流量的處理和頻率的輸出。在實際設(shè)備調(diào)試過程中，根據(jù)混合水的生產(chǎn)工藝要求及設(shè)備的運行狀態(tài)經(jīng)過對PID參數(shù)的不斷調(diào)整，從而實現(xiàn)了最佳的控制狀態(tài)。調(diào)整界面如圖4所示。

4 結(jié)論

該系統(tǒng)以工業(yè)控制器為平臺，軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計思想，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護性。該系統(tǒng)已用于某大型飲用水制造企業(yè)，實際應用表明該系統(tǒng)具有測試準確、穩(wěn)定可靠、人機界面友好等特點，滿足了用戶的要求。

參考文獻

[1]廖常初.S7-300/400PLC應用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005

[2]陳景平，西門子 S7-300/400 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計與應用，北京，清華大學出版社，2009

[3]用于S7-300/400系統(tǒng)和標準功能的系統(tǒng)軟件參考冊[Z].2004.

[4]SIMATIC HMI WinCC flexible 2008 使用手冊