組態(tài)軟件WinCC在污水處理中的應(yīng)用
1、引言
改革開發(fā)以來(lái)，我國(guó)工業(yè)企業(yè)日新月異，規(guī)模日益壯大，先進(jìn)設(shè)備廣泛應(yīng)用，工藝科技含量越來(lái)越高。在生產(chǎn)中，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)普及到各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)車間，這充分說(shuō)明我國(guó)民族工業(yè)的逐漸強(qiáng)大。但是相比之下，在許多企業(yè)的污水處理中自動(dòng)化程度不高，采用的軟硬件落后，甚至有的控制點(diǎn)還依賴于人工操作，無(wú)形中制約了企業(yè)技術(shù)先進(jìn)化的發(fā)展。為此我們結(jié)合某一個(gè)排污量大（平均流量80T/H）、污水成分復(fù)雜（包括面漆水、電泳水、車身濃脫脂水等）、控制設(shè)備多（需要600多控制點(diǎn)）的汽車制造廠在污水處理改造項(xiàng)目中，采用20世紀(jì)90年代國(guó)際上先進(jìn)的工控組態(tài)軟件WinCC，開發(fā)了相應(yīng)的污水處理的控制程序。在一年多時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行中，各項(xiàng)工藝指標(biāo)都達(dá)到了預(yù)期的效果，用戶十分滿意，從而告別了長(zhǎng)期污水排放不達(dá)標(biāo)的被動(dòng)局面。
2、WinCC軟件的簡(jiǎn)介
工控組態(tài)軟件WinCC是一個(gè)集成的人機(jī)界面（HMI）系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)，它是西門子公司在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和微軟公司強(qiáng)大軟件功能的產(chǎn)物，WinCC是視窗控制中心（Windows Control Center）的簡(jiǎn)稱。它包括圖形設(shè)計(jì)器、報(bào)警記錄、標(biāo)記記錄、報(bào)告設(shè)計(jì)器、全局腳本、控制中心、用戶管理等功能，使其具有高性能的過(guò)程耦合、快速的畫面更新、以及可靠的數(shù)據(jù)管理[1～2>。
3、系統(tǒng)構(gòu)成
對(duì)于一個(gè)普通的水處理項(xiàng)目就其工程量而言是巨大的，尤其是一些大型項(xiàng)目，所以開發(fā)控制程序、調(diào)試的時(shí)間不能不成為必須考慮的因素。但是出于可靠性的考慮，將控制系統(tǒng)的功能分離是必須的，即：下位機(jī)執(zhí)行保護(hù)、控制和數(shù)據(jù)的采集，脫離上位機(jī)也能獨(dú)立對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，上位機(jī)執(zhí)行顯示、操作、報(bào)警、儲(chǔ)存等。那么帶來(lái)的問題是上下位機(jī)的通訊又成為費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作。
WinCC能和所有主要廠商的PLC進(jìn)行通訊，如：AB、GE、Omron等。如果與西門子的PLC系列及STEP 7軟件合用，將大幅降低工程時(shí)間，因?yàn)镾TEP 7中定義的變量可以在WinCC中直接使用。
由于工業(yè)污水的水質(zhì)成分復(fù)雜，有害物含量高，所以處理工藝的復(fù)雜（包括調(diào)節(jié)、初沉、混凝氣浮、化學(xué)沉淀、生化處理等），要求控制的部件多，相互關(guān)聯(lián)的控制回路也比較多。其工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。
圖1、車身廠污水處理工藝流程簡(jiǎn)圖
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系統(tǒng)上位機(jī)采用工業(yè)用計(jì)算機(jī)，配置為PⅢ800、256M內(nèi)存、40G硬盤、21顯示器，運(yùn)行中文Windows 2000操作系統(tǒng)，組態(tài)軟件為WinCC5.0SP2中文版，通過(guò)CP5611通訊卡（MPI/PROFIBUS）與下位機(jī)通訊；下位機(jī)采用S7-300系列中的CPU318-2DP，共21塊I/O卡。由于整個(gè)處理工藝的占地面積比較大，控制回路多，為了避免鋪設(shè)大量的控制線路，所以采用西門子的ET200模塊將一部分I/O放置在距離中心控制室較遠(yuǎn)而控制點(diǎn)又比較集中的地方，利用西門子的PROFIBUS－DP通訊協(xié)議形成遠(yuǎn)程I/O？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
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4、 WinCC的組態(tài)實(shí)現(xiàn)
4.1 主控界面的組態(tài)
本系統(tǒng)的設(shè)備比較多，要將所有的設(shè)備都顯示在一張畫面里是不可能的，所以將設(shè)備按照處理工藝的功能步驟分級(jí)在多張畫面內(nèi)，分為電泳線、前處理線、生化線、加藥線等，之間的切換使用按鈕的鼠標(biāo)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。這對(duì)于用WinCC現(xiàn)成的鼠標(biāo)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)是很簡(jiǎn)單的，但是不是要在每張圖上都使用相同數(shù)量且位置排列順序一致的按鈕呢？（出于對(duì)操作的一致性考慮，不能讓操作人員在不同的圖上，不同的位置找想要操作的按鈕）這個(gè)問題的解決我們使用WinCC的腳本編程，在按鈕動(dòng)作中調(diào)用它的內(nèi)部函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先，組態(tài)一幅背景畫面，其中包括要顯示的靜態(tài)文本、OLE（例如，時(shí)鐘）、所有的圖形切換按鈕及推出關(guān)機(jī)按鈕。第二，在背景畫面中插入智能對(duì)象（Smart Object）中的畫面窗口（Picture Window）,并且使其的尺寸與其分級(jí)畫面相同。
4.2 單個(gè)部件的組態(tài)
對(duì)于調(diào)節(jié)池，反應(yīng)池等可以用矩形來(lái)表示，以圖形的填充高度來(lái)示意其液位的高度。這里要注意的是一些數(shù)值地轉(zhuǎn)化，由于一些儀表例如E+H的超聲波液位計(jì)，是以4～20毫安的電流信號(hào)進(jìn)入PLC，對(duì)于表的參數(shù)設(shè)定好以后4毫安就對(duì)應(yīng)相應(yīng)池子的液位最低點(diǎn)，而20毫安對(duì)應(yīng)于池子的液位最高點(diǎn)。所以在顯示數(shù)字高度的時(shí)候要將PLC相對(duì)4、20毫安的數(shù)值轉(zhuǎn)化為實(shí)際池子的高度范圍例如，0.5～5.5米。但是對(duì)于圖形填充的時(shí)候是按照百分?jǐn)?shù)來(lái)表 示的所以還要將PLC數(shù)值轉(zhuǎn)化為0～100%的度量范圍。
攪拌機(jī)的組態(tài)可以使用C腳本使其產(chǎn)生動(dòng)畫，在其運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生視覺上的旋轉(zhuǎn)。實(shí)際上攪拌機(jī)的圖形是用兩個(gè)部分橢圓組成的，在橢圓的屬性->幾何->半徑中加入代碼如下：
#include \"apdefap.h\"
long _main（char＊ lpszPictureName, char＊ lpszObjectName, char＊ lpszPropertyName）
｛
static int x="25",y,z;//x為半徑的初始值為25，y為切換變量，z為攪拌機(jī)運(yùn)行狀態(tài)變量
z=GetTagBit（\"202攪拌機(jī)運(yùn)行\(zhòng)"）; //取得PLC攪拌機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)
if（z!=0）
｛
switch（y）
｛
case 0:
x=x-4;
if（x<=0）
y=1;
break;
default :
x=x+4;
if（x>=25）
y=0;
break;
｝
｝
return x;
｝
4.3語(yǔ)音報(bào)警的組態(tài)
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全是極其重要的，無(wú)論從那個(gè)角度講我們應(yīng)該利用一切手段減少故障的發(fā)生。在故障已經(jīng)發(fā)生的時(shí)候，應(yīng)該在第一時(shí)間以多種方式通知操作人員有故障發(fā)生，F(xiàn)代微處理計(jì)算機(jī)的處理速度可以完全勝任對(duì)于圖形，語(yǔ)音地同時(shí)處理。所以我們可以利用計(jì)算機(jī)的聲卡和音箱在有故障發(fā)生的時(shí)候產(chǎn)生語(yǔ)言報(bào)警，但是問題是WinCC本身并不能產(chǎn)生語(yǔ)音的功能，而且其內(nèi)部的上千個(gè)函數(shù)也沒有提供處理聲音的函數(shù)。解決這個(gè)問題的方法歸功于微軟開發(fā)的WinCC與操作系統(tǒng)地完美結(jié)合，因?yàn)樵赪inCC中可以直接調(diào)用Windows的API函數(shù)。實(shí)現(xiàn)的具體C腳本代碼如下：
long _main（char＊ lpszPictureName, char＊ lpszObjectName, char＊ lpszPropertyName）
｛
#pragma code（\"Winmm.dll\"）
void WINAPI PlaySoundA（char ＊pszSound,char ＊hmode,DWORD dwflay）;
#pragma code（）
if（GetTagBit（\"112排泥備泵故障\"））
PlaySoundA（\"d:\\\\\\\\winnt\\\\\\\\media\\\\\\\\Mircosoft Sound.wav\",NULL,8）;
return 1020;
｝
還有一個(gè)值得主意的問題是此段代碼的加入點(diǎn)，通過(guò)反復(fù)多次的實(shí)踐得出結(jié)論，即這個(gè)點(diǎn)必須加在始終顯示于屏幕上的任何圖形元素的屬性中，這樣才能達(dá)到語(yǔ)言報(bào)警的預(yù)期效果。
5、小結(jié)
WinCC采用了當(dāng)今流行的面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，很類似流行的Visual Basic語(yǔ)言。對(duì)象的屬性可以進(jìn)行設(shè)定或編程以實(shí)現(xiàn)對(duì)該對(duì)象的動(dòng)畫及事件的觸發(fā)，內(nèi)嵌的MS C語(yǔ)言減少了開發(fā)者的學(xué)習(xí)時(shí)間，并增加了其靈活性。如果對(duì)于Windows的SDK編程熟悉的話，WinCC中調(diào)用Windows系統(tǒng)的API函數(shù)完全可以實(shí)現(xiàn)象VB、VC等高級(jí)語(yǔ)言所能實(shí)現(xiàn)的功能。但在開發(fā)時(shí)間和易用性、穩(wěn)定性上要優(yōu)于以上兩種語(yǔ)言，因?yàn)樗轻槍?duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)開發(fā)的。
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