1王笑琰 2饶海涛
1飞马智科信息技术股份有限公司 安徽省马鞍山市 243000 2中共句容市委宣传部 江苏省镇江市句容市 212400
摘要：本文根据某厂型材水处理系统的控制要求，结合实际项目中水处理系统的工艺特点，设计了一套基于西门子WINCC组态软件的水处理监控系统，实现了对设备运行的自动控制，实现了数据的采集，监控和分析。
关键词：水处理；监控系统；WINCC；
1、引言
为了提高某厂型材水处理厂的自动化程度，优化生产流程,减少运维人员, 进一步提高该厂的经济和环保效益, 本项目基于西门子S7-300控制器和WinCC 7.3组态软件实现了对该厂水处理设备的监控。
2、系统构成
该型材水处理系统设备选用德国西门子公司的S7- 300 系列产品，采用PLC主站+从站的控制形式, 在中控室可对该厂型材水处理系统的各区域实现实时监控。监控系统设立1 个PLC 主站和8个从站, 其中PLC 主站控制综合泵房的净浊环供水泵、8个从站分别控制综合泵房的其他设备，旋流池设备和污泥间设备。PLC 主站和从站之间通过Profibus-DP 总线进行通讯。PLC主站和中控室的上位机采用以太网方式进行通讯。系统网络拓扑图如图1所示。
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3 系统设计与实现
3.1 组态软件简介
WINCC是PC（Personal Computer）基础上的操作员监控系统软件，WINCC7.3是运行在Windows标准环境下的HMI(Human Machine Interface,人机界面)，具有控制自动化过程的强大功能和极高性价比的SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition,监视控制与数据采集)级的操作监视系统，WINCC的显著特性就是全面开放，它很容易将标准的用户程序结合起来，建立人机界面，精确地满足生产实际要求[1]。基于该版本的WINCC开发的水处理系统，可以提供可靠的技术支持。
3.2 Wincc画面组态设计
监控系统主要实现型材水处理工艺流程流量、液位、压力等参数的实时监视，显示各个设备工作状态的电气参数值以及各种设备的运行状态，并具有超限报警、历史数据查询、报警记录查询、导出打印等功能，同时上位机还可以向PLC发布指令，对设备进行实时启动停止等控制。
WinCC7.3组态软件包括五个功能模块即通讯组态、变量组态、控制组态、图形组态和报表组态。根据甲方的要求, 监控系统画面主要包括：登录界面、泵房总貌（主画面）、净循环总貌、浊循环总貌、污泥间总貌、旋流池总貌、高速过滤器、泵阀运行状态、趋势图、报警记录等。
1、WINCC与PLC的通讯
上位机采用西门子工控机，通过以太网与下位机进行PLC通讯。首先在WinCC7.3软件“变量管理”选项中添加S7协议的驱动连接，然后选择TCP/IP并新建驱动连接，在此驱动连接中设置属性，包括PLC的机架号，CPU的槽位号，以及IP地址[2]。
2、用户登录设计
登录界面针对中控室操作人员而设计，根据不同的用户分配不同的权限，通过登录界面进入系统执行不同的操作，可以避免产生误操作等一些安全问题，如图2。
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3、主画面设计
用户输入登录名和密码进入监控系统之后，即进入如图3所示主画面，图中显示了泵房的整个工艺流程，包含的设备，以及对应设备的工艺参数，在此画面中可进行启停泵、开关阀、以及调节电机频率等的一些操作。
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4、报警画面设计
通过系统导航条的切换，可以切换到报警界面。当发生液位、压力、流量、温度超限或设备故障都会引起系统的报警，并可以查询短期报警记录，长期报警记录，并且可以对报警信息进行统计，导出和打印[3]。
5、其他界面设计
趋势图画面:画面显示现场设备包括水位、温度、频率、流量等参数，在一段时间内的变化趋势，并对这些记录进行归档，同时也具备导出和打印功能。
高速过滤器画面：画面显示工艺段中4个高速过滤器当前的工作状态，以及阀门的工作状态和进出口压力等，还可以对处于全自动状态下的过滤器进行启动和停止操作，以及连锁和非连锁的控制。
泵阀运行状态画面：显示整个水处理系统中所有泵阀的设备状态，当某个设备的某个参数出现异常时，以便于快速发现。
其他画面：净循环、浊循环、污泥间和旋流池总貌画面，分别显示该工艺段设备当前的运行状态，以及各个设备的电气参数以及温度、压力等参数，并具备对部分设备启动停止、开关、以及参数设定等功能。
4、小结
采用具备灵活扩展方式的WINCC软件，与西门子S7系列的PLC配合组成的过程控制系统，使硬件和软件有效的结合起来[4]，实现了对该水处理系统的数据采集、状态监控、报警记录、导出打印等功能，为故障诊断提供了依据。另外，还实现了仪控和电控的一体化，提高了污水处理监控系统的自动化程度，满足了污水处理工艺的要求。本监控系统已经投入运行两年多, 运行效果良好, 达到了设计要求。
参考文献
[1] 向晓汉.西门子WINCC V7.3组态软件完全精通教程[M].北京：化学工业出版社，2017，2-259.
[2] 李建民,裴永清，董国军.基于PLC 与WinCC 的污水处理字的监控系统的设计[J].工业仪表与自动化装置,2011, 2:20-23.
[3] 刘华波.组态软件WinCC及其应用[M].北京:机械工业出版社,2009:25-32.
[4] 廖常初.S7-300/400 PLC应用技术第3版[M].北京：机械工业出版社,2011,10-200.