劉艷軍

摘 要：文章研究了反滲透膜自動(dòng)清洗設(shè)備上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以西門子TP1200觸摸屏作為人機(jī)交互界面，S7-1200PLC作為主控制器，二者之間通過Profinet接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。利用博圖V13組態(tài)軟件進(jìn)行反滲透膜離線自動(dòng)清洗設(shè)備的上位監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)。設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)可實(shí)時(shí)顯示在組態(tài)畫面中。通過現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(rèn)的水除鹽最有效技術(shù)之一。但是，由于反滲透膜在正常運(yùn)行過程中不可避免地會(huì)被無機(jī)鹽垢、膠體、微生物、金屬氧化物等污染[1]。為了延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命，對(duì)于污染嚴(yán)重的反滲透膜必須利用離線清洗設(shè)備進(jìn)行清洗。隨著自動(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展，人機(jī)接口（Human Machine Interface，HMI）作為人機(jī)交互界面已普遍應(yīng)用于機(jī)電一體化設(shè)備。在反滲透膜自動(dòng)清洗設(shè)備中采用西門子觸摸屏TP1200進(jìn)行上位監(jiān)控，利用TIA博圖V13里嵌入的Wincc Advanced軟件進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì)。

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(biāo)準(zhǔn)電纜并通過PROFINET/以太網(wǎng)或USB下載HMI項(xiàng)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(jìn)行，無需在設(shè)備上進(jìn)行附加設(shè)置，簡(jiǎn)化了調(diào)試過程。

1.2 技術(shù)指標(biāo)

TP1200的用戶內(nèi)存達(dá)12 M，屏幕背光平均無故障時(shí)間80 000小時(shí)。通過USB接口可以連接鍵盤鼠標(biāo)打印機(jī)，畫面數(shù)量可達(dá)500幅，變量數(shù)2 048個(gè)，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(gè)?？蛇B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(jì)

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(jiǎn)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(jìn)行擴(kuò)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(jìn)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(hào)是CPU1214C AC/DC/RLY，觸摸屏是TP1200 Comfort。

2.2 軟件組態(tài)設(shè)計(jì)

軟件組態(tài)設(shè)計(jì)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(dòng)清洗設(shè)備的工藝要求，設(shè)置了裝卸膜工位、4個(gè)清洗工位及檢測(cè)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(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)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(cè)工位監(jiān)控畫面、時(shí)間設(shè)定畫面、報(bào)警畫面，共計(jì)8個(gè)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(duì)象以及狀態(tài)反饋在對(duì)應(yīng)畫面中都能監(jiān)控。時(shí)間設(shè)定畫面用于設(shè)定正向清洗時(shí)間、浸泡時(shí)間及反向清洗時(shí)間，設(shè)定的范圍在1分鐘至6小時(shí)。報(bào)警畫面用于反饋溫度超限、PH值超限、電機(jī)過載等信息。

添加的變量包含PLC輸入點(diǎn)變量I、輸出點(diǎn)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(jī)是否過載等信息。輸出變量Q可以用于反饋被控對(duì)象的運(yùn)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(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過PLC程序控制被控對(duì)象動(dòng)作，從而節(jié)省了實(shí)際按鈕的數(shù)量，同時(shí)也減少了PLC輸入點(diǎn)的數(shù)量?？捎肕變量作為被控對(duì)象的中間狀態(tài)變量顯示被控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)。V變量的功能在此設(shè)備中主要用于存儲(chǔ)時(shí)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(jìn)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(jì)。組態(tài)畫面時(shí)需要完成按鈕、I/O域與對(duì)應(yīng)變量的關(guān)聯(lián)組態(tài)，否則畫面中的相關(guān)對(duì)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(dāng)PLC程序與HMI組態(tài)設(shè)計(jì)完成后便可進(jìn)行調(diào)試。對(duì)上位監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試前務(wù)必核實(shí)按鈕與所關(guān)聯(lián)的變量必須一一對(duì)應(yīng)不能混淆，否則容易引起誤動(dòng)作，對(duì)設(shè)備造成損壞。如圖3所示時(shí)間設(shè)定畫面，在此畫面中可對(duì)各工位的正向清洗時(shí)間、浸泡時(shí)間和反向清洗時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。圖4是工位運(yùn)行操作與監(jiān)控畫面。在此畫面中可對(duì)本工位的對(duì)象進(jìn)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(jī)交互界面，S7-1200PLC為主控制器，利用博圖V13組態(tài)軟件進(jìn)行反滲透膜離線自動(dòng)清洗設(shè)備的上位監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)。設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)可實(shí)時(shí)反應(yīng)在組態(tài)畫面上，通過現(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)]

[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.