WINAC在造纸废水处理控制系统中的应用 4页

第lO期李艳等．WINAC在造纸废水处理控制系统中的应用1221WINAC在造纸废水处理控制系统中的应用李艳许合金(陕两科技大学，西安710021)摘要采用SIEMENS基于PC的控制器WINAC构建了废水处理的自动化控制系统，以WINACSLOT412为控制器代替了传统的CPU412，并介绍了硬件的组网和软件编程。该方案集中了PLC和Pc的优点．具有可靠性高、易维护及可扩展等特点，大大提高了运算的速度，节省了成本．系统的分布式结构可靠性高、抗干扰能力强，具有较好的应用前景。关键词W1NACPLCPROFIBUS废水处理中图分类号TP273文献标识码B文章编号1000—3932(2011)10-1221-04目前，传统的硬件PLC被广泛应用于连续的过程控制领域，然而当工业生产过程在数据采集、数据管理、网络通讯、视频处理及运动控制等方面有综合需求时，这类结构的控制系统则无法满足要求。随着PC机技术的成熟和发展，基于PC的自动化集成解决方案被提出，并逐步在各种工业控制场合得到应用。它将过程控制、运动控制、人机界面、数据采集、数据处理及网络通讯等自动化任务集成在统一的PC机平台上，并且将生产控制过程与办公信息管理连接了起来。WINAC(WindowsAutomationCenter)控制器是西门子公司在基于PC的自动化集成解决方案中的中央控制处理器。它是西门子公司开发的基于PC控制的核心组件，将SIMATICS7控制器的范围扩展到基于PC的控制器，特别适用于将数据据处理、通讯、可视化、特种工艺及控制⋯等多种不同任务集成于一台Pc的情况。WINAC的功能不仅仅限于在PC机上实现PLC的功能，同时它在PLC与Pc间实现完美的集成，突破了传统PLC开放性差、硬件昂贵、开发周期长及升级困难等束缚。它充分利用了Pc机的软硬件资源，在面对各种不同的生产需求时，既具有良好的灵活性、适应性和扩展性，又保持了PLC原有的可靠性‘21。笔者根据造纸废水处理的工艺要求利用WINACBasis、PROFIBUS和分布式I／O的过程对象组成了控制系统，用SIMATICSTEP'／进行了硬件和软件的组态，用监控组态软件WinCC进行了监控界面的组态，实现了造纸废水处理控制系统的设计并成功地运用到了实际生产中，取得了良好的控制效果。1造纸废水处理工艺该系统应用于辽宁营口市工业区污水处理厂的废水深度处理，其工艺流程如图1所示。首先从二沉池来的废水通过提升泵流入三连通的调节池，此时水质参数COD为200±20mg／L，BOD为60±5mg／L。伴随着工业浓硫酸(浓度为98％)通过计量泵送入调节池l。工位，将待处理废水酸化，并经过搅拌混合后进人调节池2’工位。然后，通过加药泵向2。位注入氧化反应所需的催化剂，搅拌混合后送人到调节池3。工位与注入的1。氧化剂混合反应。接着，通过进Fenton氧化塔提升泵将废水从塔底送人塔内，充分反应后通过溢流管道将氧化后的废水送入到三连通的中和池的l。工位，并通过检测中和池的ORP(电离反应常数)值，控制是否添加2。氧化剂。接下来通过调节烧碱的注入量将中和池内pH维持在7．0±0．5。最后将反应后并和絮凝剂混合充分后的废水通过溢出送入三沉池，经物理沉淀后可达到达标水质。出水水质要求：COD，，≤80mg／L、BOD，≤20mg／L、色度低于10度。2WfNAC控制系统的构成通过分析本污水处理系统的控制要求，初步确定全厂计算机监控系统采用分布式结构，利用W1NAC构成的控制系统的结构如图2所示。PLC与Pc之间采用以太网连接，PLC与ET200M之间通过PROFIBUS现场总线连接。本系统考虑到生产运行的安全性和稳定性，用WINAC产品中的收稿日期：2011-08-15(修改稿)n州¨池图1某纸厂废水深度处理流程图2控制系统结构示意图插槽型PLCSIot412代替传统的s7M00PLC的CPU412-2DP，配合使用电源扩展板，并外接24V直流电源，使控制系统可独立于Pc机的操作系统，保证系统运行的高可靠性。PC与PLC之间采用sIMATICs7PROTOCOLSUITE的SLOTPLC协议进行通讯。PLC与现场分布式I／O(ET200M节点)问采用PROFIBUSDP现场总线进行通讯，保证了系统的可扩展性，可挂接多个分布在不同现场的ET200M模块。WINACSlot412作为系统的中央控制器是整个控制系统的PROFIBUS．DP主站，西门子ET200M模块通过PROFIBUS-DP现场总线连接至SLOTPLC卡上的PROFIBUS-DP接口。作为从站，ET200M上配置有开关量I／O和模拟量I／O模块，通过信号线传输过程对象的变送器检测信号和执行器操作信号”J。Pc上装有编程组态软件STEP'／和监控组态软件WINCC，并通过总线适配卡和连接在PROFIBUS．DP总线网络上的PLC之间进行实时通信，因此，这台Pc机既可作为工程师站进行系统组态和监控界面设计，又可作为操作站对过程进行人机监控，从而实现整个控制系统的分散控制和集中监管。3WINAC控制系统的组态系统的组态(图3)是在下位机STEP"／软件中和池完成的，主要包含以下几部分：a．组态基于WlNAC的Pc主站。创建一个新的工程，组态硬件WINAC控制器和CP5613网络通讯设备(用于连接从站)。b．上位机的组态。本方案采用以太网连接方式，即CPU与PC机之间采取的是以太网，故应插入SIMATICNETOPC服务器，和“IEGeneral”。按照同样的方法组态WINACSlot412。c．组态SIMATICNETOPCServer与WINAC的连接。单击SIMATICManager工具栏上的按钮，打开网络组态程序“NetPro”。设置PC-Station站上的OPCServer和“WinLC”作为通讯伙伴，其连接类型为“s7connection”，如此即可建立连接，并可以编写OPC客户端程序访问OPCServer服务器。d．建立连接后可完成WINAC主站与PLC从站的组态，便构成了PROFIBUS—DP总线网络。●_■∞■●o舢∞彤蛐∞●■o-口∞●-∞I吲斟劓!l到I剖。酬l掣吐二上．j—』——L图3水处理控制系统的网络组态界面4上位机软件WinCC与WINAC的连接WinCC提供了专门的通道单元来访问WINAC控制器中的数据。WINAC与WinCC安装在同一台Pc机上，使用“SIMATICs7PROTOCOL塞n第lO期李艳等．WINAC在造纸废水处理控制系统中的应用1223SUITE”下的通道单元“SoftPLC”和“SlotPLC”，WINACBasis和WINACRTX使用SoftPLC通道，WINACSlot412／416使用SlotPI．C通道。在WinCC与WINAC建立连接时，由于WinCC与WINAC安装在同一PC机上，是通过内部通道进行通讯的，因此设置连接参数时与WINAC的站地址无关。在通道单元SoftPLC和SlotPLC连接属性中的站地址和插槽号应相同，且都为WINAC在PC站中的虚拟插槽号。WinCC连接WINACBasis／RTX时，地址与插槽号都设置成2，WinCC连接WINACSlot时，站地址与插槽号设置成3，即WINACSlot在Pc站中的虚拟插槽号。5WINAC控制系统的软件程序WINAC的编程与s7PLC一样，采用Step7软件，编程语言主要有：梯形图(LAD)、语句表(STL)和功能图(FBD)。在本套控制系统中主要采用了语句表编程语言，程序设计应用模块化设计的思想，应用组织块(OB)、功能块(FB)、功能(FC)和数据块(DB)组成对废水处理控制系统的程序(图4)。阿而刁f隶盱始化II程序lI．．．．．．．．．．．．．．．JlI艺。，I)I；块ll状怠’，I)n块¨jI：岂’≯挖删俄块墨爿FC状态’，校块IOBlr赣：F面巫F【：2j-．动拎制{51块图4WINAC控制系统的软件程序结构示意图PLC从工业现场采集回来的信号可分为开关量和模拟量。开关量用0和1即可表示，而对模拟量的处理比较复杂，需要根据外部的变送器或仪表来选择量程，且要把模拟量表示为PLC内部的数字量。在该控制系统中需要控制的量有催化剂液位、浓硫酸液位、NaOH液位、氧化剂液位、烧碱液位、pH值、ORP值和调节池出口废水流量。为了实现在控制或编程时系统参数设置的直观性，需要对PLC内部数值与外部实际工程数值进行对应转换，转换过程可由STEP7编程软件提供的标准功能FCl05(SCALE)或功能FCl06(UN·SCALE)来完成。另外在调试过程中，通过加载组织块OB84、OB86、OB87、OBl20和OBl22，使得当系统出现网络故障或I／O寻址故障时，则由CPU显示报警但无需停机¨】。如果控制程序没有包括这些组织块，当系统网络中有从站断开，CPU会直接进入停止运行状态。因此，在Slot412的控制程序中装入这些组织块使PROFIBUS从站自由地从网上断开而不影响主站的运行。6结束语根据造纸废水处理的工艺及对控制系统的要求，笔者将基于WINAC的Pc与现场总线的分布式控制系统应用于辽宁营口工业区污水处理厂废水处理系统的改造与优化的工程中。经过半年多的运行，达到了预期的目标，该系统实现了PRO-FIBUS主站(PC+WINAC)与各个单元PLC从站之间的正常通信，通过WinCC组态软件建立了废水处理系统的监控界面，实现了系统运行状态的实时监控。通过这个项目可以发现，随着PC机及网络技术在工业现场的快速发展，基于PC的自动化产品解决了传统PLC不足之处，它的大容量实时数据处理、大容量的系统资源、方便的网络连接、极高的性价比以及快速的指令处理等能力，会使该类产品在工业自动化领域中得到越来越多的应用。参考文献[1]任俊杰，李嫒，苏秀丽．WINAC控制器在过程控制中的应用[J]．微计算机信息，2005，21(7)：29—31．【2]孙树文，杨建武，李屹等．PROFIBUS总线与软PLC在分布式监控系统中的应用[J]．制造业自动化，2007，29(6)：56—59．[3]刘锴，周海．深入浅出西门子WINAC[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2004．[4】乐嘉荣．西门子基于PC自动化产品在纺织生产线上的应用[J]．国内外机电一体化技术，2003．(3)：7—9．WlNACApplicationinWastewaterTreatmentControlSystemLIYah，XUHe-jin(ShaanxiUniversityofScienceandTechnology，Xi’fitn710021。China)(ContinuedOnPage1229)n第10期黄剑龙等．基于WIA工业无线网关的设计1229供了一个良好的网络平台。WIA工业无线网关在实现工业无线测控系统和工业以太网互联的同时也可以完成对无线网络的管理。无线网关的实现，使整个工业网络得到优化，提升了整个网络的管理能力和运行效率。参考文献[1]曾鹏，徐皑冬．工业无线通信技术——第一章背景与[2][3][4]优势[J]．仪器仪表标准化与计量，2007，(1)：2l一23．刘元安．叶靓，邵谦明等．无线传感器网络与TCP／IP网络的融合[J]．北京邮电大学学报，2006，12(6)：8～lO．DunkelsA，AlonsoJ，VoigtTeta1．ConnectingWire—lessSensorNetworkwithTCP／IPNetwork[EB／OL]．http：／／www．sics．se／adam／，2007-05-01．张振江．智能化无线安全网关的研究[J]．北京电子科技学院学报，2006，(2)：5l一53．DesignofWIA-basedIndustriaIWirelessGatewayHUANGJian-long，WANGZhong—feng，LILi·gang，ZHUZhen(IndustriallnformaticsDepartmentofCASShenyangAutomationInstitute。Shenyang110016。China)AbstractTheWIA-basedindustrialwirelessgateway，includingitshardwareandEthernetnetworkprotocolconversionweredesignedtoimplementacommunicationbetweenWIAwirelessnetworkandEthemetwirednetwork，andtoconnectnetworkmonitoring，terminalscontrollerandEthernettogether，aswellastoprovidetheWIAsensornetworkwitharemotenetworkcontrolplatformtocompletethedatatransparenttransmissionandtheprotocolconversionbetweenwirelessnetworkandEthernet．KeywordsWIA，wirelessgateway，protocolconversion(ContinuedfromPage1223)AbstractThePC-basedWINACwasutilizedtodevelopawastewatertreatmentcontrolsystem。inwhich。theWINACreplacedPLCandWINACSLOT412substitutedCPU412；anditshardwarenetworkingandsoftwareprogrammingwereintroduced．Thisdesignboastingofdistributedarchitecturewhichhashighreliabilityandlessmaintenanceandexpandabilitycanincreasethecomputingspeedandsavecosts，KeywordsWINAC，PLC。PROFIBUS，wastewatertreatment西门子与沃尔沃汽车公司在电动交通领域建立合作伙伴关系西门子和沃尔沃汽车公司于2011年8月31日在德国莫慕尼黑宣布双方将合作推动电动汽车的技术研发并在电动汽车领域开展广泛的战略合作，合作的重点将围绕电力驱动技术、电力电子技术和充电技术的研发，以及这些系统在沃尔沃汽车C30电动汽车上的整合应用。首批配置了西门子电机设备的C30电动汽车有望在今年年底进入测试车道。从2012年年底开始，沃尔沃汽车将向西门子提供200辆电动汽车用于西门子内部测试车队在实际路况中进行测量。西门子为沃尔沃电动汽车设计的电机采用模块化设计。非常紧凑。峰值输出功率为108kW，最大扭矩220N·m。逆变器的设计将进行综合优化，以满足汽车使用过程中的所有安全要求。此外．西门子还将提供高效、快速的车载和分离充电系统。敖十年来，西门子驱动技术已经被应用于众多交通解决方案，其中包括铁路系统和混合动力客车。作为世界领先的机电驱动系统制造商．西门子驱动技术集团有3万6千多名员工．遍布全球的43处生产基地。西门子的电动交通产品组合覆盖广泛，包括可再生能源发电、智能电网、充电基础设施和多式联运交通管理。