PLC和InTouch在净水处理监控系统中的应用研究.pdf

2 0 1 2年第 3期 丁业仪表与 自动化装置 3 7 P L C 和 I n T o u c h在 净水 处 理 监控 系统 中的应 用研 究 强明辉 ， 孔明 兰州理工大学 电气工程与信息工程 学院， 兰州 7 3 0 0 5 0 摘要 针对净水处理厂控制设备多、 控制 系统复杂、 自动化程度要求高等 因素 ， 设计 了基 于 P L C 和 I n T o u c h净水处理过程综合 自动化监控 系统。主要介 绍 了通信软件设计、 I n T o u c h组态软件 与 S Q L数据库的连接及报表软件设计。该 系统实现 了净水处理厂水处理过程 综合 实时 自动化监控 ， 取得 了良好的监控效果。 关键词 净水处理监控 系统； 组态软件 ； P L C 中图分类号 T P 2 9 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 2 0 3 0 0 3 7 0 4 The a pp l i c a t i o n r e s e a r c h o f PLC a n d I n To u c h i n wa t e r t r e a t m e n t m o n i t o r i ng s y s t e m Q I A N G M i n g h u i ， K O N G M i n g C o l l e g e o f E l e c t r i c a l a n d I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g ， L a n z h o u U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ，L a n z h o u 7 3 0 0 5 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e wa t e r t r e a t me n t p l a n t c o n t r o l e q u i p me n t ，c o nt r o l s y s t e m i s c o mp l i c a t e d，a u t o ma t i o n r e q ui r e me nt s d e g r e e h i g h e l e me nt ，d e s i g n e d b a s e d o n t h e PLC a n d I n To u c h wa t e r t r e a t me n t i n t e - g r a t e d a u t o ma t i o n mo n i t o r i n g s y s t e m． Ma i n l y i n t r o d u c e d t h e d e s i g n o f t h e c o mmun i c a t i o n s o f t wa r e，I n - T o u c h a n d S Q L c o n n e c t i v i t y a n d r e p o r t i n g s o ft w a r e d e s i g n ，r e a l i z a t i o n o f a w a t e r t r e a t m e n t p l a n t w a t e r t r e a t me n t p r o c e s s o f i n t e g r a t e d r e a l t i me a u t o ma t i c mo n i t o r i n g ． Ke y wo r ds wa t e r t r e a t me n t mo n i t o r i n g s y s t e m ；c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e；PLC 0 引言 西宁第七水厂以黑泉水库为水源 ， 日处理能力 为 3 0万吨， 为了保证水质 和水处理 过程 的安全 可 靠 ， 该文针对西宁第七水厂水处理过程 ， 采用 自动控 制技术 、 计算机技术 、 网络技术 ， 设计 了基于 P L C和 I n T o u c h净水处理过程综合 自动化监控系统 ， 系统采 用分布式 D C S 设计方法 ， 现场以 P L C为核心 ， 采 用工控机、 触摸屏对子 系统及现场设备进行分 布式 控制 ， 并采用工业以太网技术 ， 实现对全厂生产过程 的综合 自动化监控和数据管理 ， 实现了管控一体化 ， 提高了水处理过程的 自动化水平和管理水平。 1 工艺简 介 西宁第七水厂水处理工艺采用 了泥渣 回流增效 澄清技术 ， 气水联合反 冲洗过滤技术 ， 共有 3条相对 收稿 日期 2 0 1 1 1 22 6 作者 简介 强明辉 1 9 6 0 ， 男 ， 陕西扶风人 ， 学士学位 ， 教 授级 高 工 ， 硕士生导师 ， 主 要研 究方 向为仪 表及 其 过程 控制 自动化 ， 智能 控制 。 独立的水处理生产线 ， 处理过程 由取水 、 消毒加药、 混合反应、 沉淀排泥、 过滤 、 中途加氯等过程 ， 其处理 生产工艺过程如图 1 所示。 鸯 咂 避喜 篙 图 1 水处理生产工艺过程 1 取水 通过数公里输水管道将黑泉水库水送 入净 水 厂 。 2 加 药 按 一定 的工艺要 求投 入混凝 剂及 氯 气 ， 达到混凝和消毒。 3 混合与絮凝 原水投入混凝剂后进行充分的 搅拌 和反 应 ， 沉 淀泥 砂 和杂 质 ， 进行 水 质 的初 步 处理 。 4 沉淀与排泥 与混凝剂反应后 的水低速流过 平流沉淀池， 以便悬浮颗粒沉淀， 并排出沉淀的 污泥 。 5 过滤 沉淀水通过颗粒介质 石英砂 以去除 其中悬浮杂质使水澄清 ， 并定时反冲洗石英砂 。 6 送水 通过多台大型离心泵将 自来水以一定 的压力和流量送入城市管 网。 3 8 T业仪表与 自动化装置 2 0 1 2年第 3期 7 中途加氯 在送 水管 网进入市 区管 网前 ， 进 行二次加氯 ， 达到水厂输送来的 自来水在管 网中能 继续消毒 、 保证水质的 目的。 2系统硬件结构 控制系统采用分布式 D C S 系统 ， 中央控制室 与现场控制系统采用工业以太网进行通信 。现场控 制系统 以 S c h n e i d e r 公司 M o d i c o n Q u a n t u m系列 P L C 为核心 ， 实现对取水 、 消毒加药 、 混合反应 、 沉 淀排 泥 、 过滤 、 中途加氯等过程的数据采集与控制 ， 具有 手动 、 自动无扰动切换功能 ， 现场设置了触摸屏 ， 就 地进行参数设定 、 丁况显示 、 报警显示 。控制系统有 6个 P L C站 ， 2 4个 P L C子站 ， 控制全厂 3条生产线 的水处理生产过程 ， 总控制点数达 2 6 4 9个 ， 其 中 模拟量输入 3 1 3个 ， 模拟量输出 1 1 9个 ， 数字量输入 1 4 9 8 个 ， 数字量输出 7 l 9个 。中央控制室 由工程师 站 、 操作员站 、 电子显示大屏等组成 ， 实 现对全厂生 产过程的实时监控 、 生产管理 、 数据存储 、 报警记录 、 生产报表的生成与打印等功能。控制系统结构如图 2所示 。 犬屏幕 模拟幕 3 系统监控 软件设计 图 2 控制系统结构图 3 ． 1 软 件介 绍 系统以 I n T o u c h组态软件 为主要开发平 台 ， 开 发监 控 系统 。该软件 由美 国 Wo n d e r w a r e公 司推 出 ， 是应用较广泛的工控组态软件之一 ， 其功能强 大 、 组态方式灵活 ， 是 当前工控领域 中简便易行 的 “ 快速应用程序生成 器”， 特别 是在 生产过 程参数 的监控 中， 更显 示 出它 巨大 的优 点。可实 现对格 栅 系统 、 配水系统 、 过滤 系统 、 加药 系统 、 加氯 系统 等过程的实 时监控 、 数 据显示 、 报警 记 录 、 打 印等 功 能 。 3 ． 2监控 界面 设计 上位机工作站的主要画面包括 工艺总图、 格栅 系统 、 配水系统 、 过滤系统 、 加药系统 、 加氯系统 、 报 警查询等等。监控软件实现的系统功能包括 显示 工艺流程图和各种参数实时测量值 ； 实时修改下位 机所需的各种参数 的数值 ； 上位机和下位机之 问的 通信管理 ； 实时显示故障报警 画面； 实时数据库和历 史数据库管理 ； 生成 系统 日志报表 ； 将过程监控站中 的各类实时数据 、 画面、 图表等信息存入网络数据库 中。各主要 画面通 过单独 的菜单 窗 口可 以相互 切 换 ， 在每一张画面上都包含 A l a r m V i e w e r A c t i v e X控 件 ， 以方便查看系统 中所有存在 的报警。系统 主要 监控界面如图 3所示 。 I n T o u c h提供 了常用的作图工具 ， 并 内置丰富的 图片和模型 ， 使得 画图变得简单快 捷 ， 系统采用 的 I n T o u c h 9 ． 5 ， 支持导入符号和图片功能， 用户可 以导 入 b m p或者 w mf 格式的图片作为系统符号 ， 这样做 的好处是可以矢量化导入 的图形 ， 使得用户在绘 图 时可以任意放大或缩小 。 3 ． 3通 信软 件设 计 I n T o u c h在 Wi n d o w s 2 0 0 0 环 境 下 运 行 ， 利 用 Ww I ／ O S e r v e r 提供 的驱 动程序 ， 通 过工业 以太网 卡与下位机 P L C进行数据通信 ， 包括数据采集和发 送数据指令 ， P L C则通过 以太网模块 与上位工控机 交换数据 ， 这种方式使通信程序和组态软件构成一 个完整的通信系统 ， 保证了系统 的高效率运行 。通 过人机界面 ， 可实现对整个系统的动态监控管理 ， 故 障报警 ， 工况记录等功能 。 4 0 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 2 年 第 3期 3 ． 5 报表设计 为了使数据采集及时有效 ， 数据存储安全稳定 ， 报 表查询方便 ， 显示美观等， I n T o u c h自带 的报表功能无 法满足设计要求 ， 因此系统单独开发一套报表系统。 设计 以 I n T o u c h作 为数 据收集工具 ， S Q L数据 库作为数据存储媒介 ， 使用 E x c e l 来显示报表 ， 并使 用 V B灵活的开发功能开发报表查询界面。报表软 件设计过程如图 4所示。 圜 H l 图 4 报 表软件设计 过程 3 ． 5 ． 1 设 计 步骤 1 水厂数据 由在线仪表 、 P L C数据监测系统 进行水厂实时数据采集。 2 监控系统 现场采集数据传送至 中控室管理 计算机 ， 由监控系统进行实时显示。 3 数据库 I n T o u c h与 S Q L数据库建立绑 定连 接 ， 灵活设置数据存储 时刻 ， 由 I n T o u c h将实时数据 保存至数据库 。 4 报表查询 、 显示与打印 结合 I n T o u c h组态软 件和 S Q L数据库功能 ， 使用 V B灵活的开发功能， 将 数据库中对应所查询报表的数据读出 ， 填充至 E x c e l 表格 ， 采用不同方式进行报表查询 、 显示与打印。 3 ． 5 ． 2 设计 方法 1 数据接收 数据接 收是将上位机数据库 中的 数据转储到报表系统 中， 它是系统功能中的关键部 分。系统 的 S Q L数据库与 V B连接 的接 口采用 了 A D O接 口。V B中使用 A D O访 问数 据库 主要 使用 A D O D a t a控件 ， 通过对控件的绑定来访问数据库 中 的数据 。 2 数据查 询 通 过 D T P i c k e r控件 选择 查询 日 期 ， 数据的查询控制采用 S Q L语句。当按“ 查询” 按 钮时 ， 进行该 日的数据查询 。 3 数据显示 通过 V B操作 E x c e l 显示报表 ， 将 查询得到的数据集直接填充至 E x c e l 报 表模 板 中。 报表显示简洁直观、 操作简便 ， 可以调整 图片大小 ， 方便打印。完全能够满 足用户对于报表 的打 印要 求 。图 5为报表查询 、 显示与打印界面。 图 5 报表查询 、 显示 与打印界 面 4 结束语 该文针对西宁第七水厂水处理过程 ， 设计 了净 水处理过程综合 自动化监控系统 ， 系统集数据采集 、 控制 、 管理于一体 ， 实现 了净水 处理厂 的管控 一体 化。监控系统经过一年多 的实际运行表 明， 监测数 据准确 ， 控制稳定可靠 ， 大大提高 了水厂的 自动化程 度和水质 ， 使该 厂的经济效益明显提高 。实现了优 质 、 可靠 、 低成本供水。 下转第 7 3页 2 0 1 2年第 3期 工业仪表与自动化装置 7 3 3 8 。 -1 2 3 8 0 一 1 一 ／J 一 3 8 0 L 1 2 0 0 - 得到的电流和电压方程如下 1 w I 唧 I W U I U I v I W 0 一 u 5 ， u 1 5 1 u 一5 1 0 5 ， 1 0 ， 一 5 ， 一 P 0 1 5 1 u 1 0 ， w 6 ， 刚 0 将以上方程整理得到 若设 A B [ 0 0 0 U u U U U ] I l u l v I W I l J v l 1 w U 则有A I B， 故 I i n v A B 2 M A T L A B程序 c l e a r； ul38 0； u 2 3 8 0 一1 ． ／ 2一 j s q r t 3 ． ／ 2 ； u 3 3 8 0 一1 ． ／ 2 J s q r t 3 ． ／ 2 ； A[ 1 1 1 0 0 0 ； 1 0 0 1 0 1 ； 0 0 1 0 1 1 ； 5 5 0 1 5 0 0 ； 0 5 5 0 1 0 0 ； 0 0 0 1 5 1 0 6 ] ； B[ 0 ； 0； 0 ； u l ； u 2 ； u 3 ] ； d i s p i U i V i W i U V i V W i WU ； I i n v A B h c o m p a s s I ； 3 MA T L A B运行结果 i U i V i W i UV i VW 1 wu I3 3． 1 1 6 53 4． 6 2 7 一 21 ． 3 6 5 5 1 1 ． 6 3 05 i l1 ． 751 046． 2 5 7 6i 7．1 7 2 7 7． 6 6 55 i 一 1 4． 1 9 283． 9 6 4 9i 一 2 5． 9 4 384 2． 2 9 2 6i 得到的相量图如图 9所示。 9 】5 O 4 结语 2 2 7 0 图 9三相电路的电流相量 图 介绍 了 M A T A L B软件在直流电路 、 正 弦交流电 路 、 三相电路 以及暂 态 电路等多方 面的典型应用。 M A T L A B软件应用到电路分析教学中， 可以使教学 更加直观 ， 同时有助于培养 学生利用计算机分析 电 路的能力 ， 为今后从事相关工作打下一定的基础。 参考 文献 [ 1 ] 戚 新波．电路 的计 算机辅 助分 析M A T L A B与 P S p i c e 应用技术[ M] ． 北京． 电子工业出版社， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 陈怀 琛． MA T L A B及 其在 理 T课 程 中的应 用 [ M] ． 3 版． 西安 西安电子科技 大学出版社 ， 2 0 0 7 ． 上接第 4 0页 参考文献 [ 1 ] 富宏亚 ， 韩振字 ， 王红亮． 基 于 P L C和组态软 件的分 布 式光学组件控制系统[ J ] ． 哈尔滨_T业大学学报， 2 0 0 7 1 1 1 7 4 51 7 4 7 ． [ 2 ] 谢卓成． 基于 V B和 A c c e s s的 I n T o u e h报表系统的开 发[ J ] ． 工业控制计算机， 2 0 1 0 9 3 5 ． [ 3 ] 金文兵 ． 由组 态软 件 、 智 能仪表 及 P L C等组成 的工 业 控制系统[ J ] ． 电力 自动化设备， 2 0 0 5 6 7 37 6 ． [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 马福昌， 胡欣宇 ， 马瑁． 基于虚拟仪器的污水水质在线 监测系统[ J ] ． 电子设计工程 ， 2 0 1 1 0 9 1 4 41 4 6 ． 廖常初． 可编程序控制器编程方法与工程应用 [ M] ． 重庆 重庆大学出版社 ， 2 0 0 1 ． 孙增圻． 智能控制理论与技术[ M] ． 北京 清华大学出 版社 ， 2 0 0 1 ． 张炜． 中文 版 V i s u a l B a s i c 6 ． 0数 据库 开发应 用 教程 [ M] ． 北京 航空工业出版社， 2 0 0 0 ． 0 1 - _ 0 0 6 0 0 0 m 1 5 5 0 1 0 0 0 0 0 0 0 5 O 1 1_