刘艳军

摘 要：文章研究了反渗透膜自动清洗设备上位监控系统设计。以西门子TP1200触摸屏作为人机交互界面，S7-1200PLC作为主控制器，二者之间通过Profinet接口进行数据通信。利用博图V13组态软件进行反渗透膜离线自动清洗设备的上位监控组态设计。设备的运行状态可实时显示在组态画面中。通过现场调试应用，上位监控系统工作稳定，操作便捷，提高了设备的可控性和可视化程度。

关键词：反渗透膜；自动清洗；TP200触摸屏；上位监控

反渗透膜法水处理工艺是目前公认的水除盐最有效技术之一。但是，由于反渗透膜在正常运行过程中不可避免地会被无机盐垢、胶体、微生物、金属氧化物等污染[1]。为了延长反渗透膜的使用寿命，对于污染严重的反渗透膜必须利用离线清洗设备进行清洗。随着自动控制技术的快速发展，人机接口（Human Machine Interface，HMI）作为人机交互界面已普遍应用于机电一体化设备。在反渗透膜自动清洗设备中采用西门子触摸屏TP1200进行上位监控，利用TIA博图V13里嵌入的Wincc Advanced软件进行组态设计。

1 TP1200精智面板

1.1 支持多种通信方式

TP1200属于SIMATIC精智面板系列，支持多种通信方式。可以通过PROFINET，PROFIBUS接口连接到相应的网络中，也可通过USB接口连接外围设备。可以使用标准电缆并通过PROFINET/以太网或USB下载HMI项目，无需使用特殊电缆。各种设备参数设置可在组态期间进行，无需在设备上进行附加设置，简化了调试过程。

1.2 技术指标

TP1200的用户内存达12 M，屏幕背光平均无故障时间80 000小时。通过USB接口可以连接键盘鼠标打印机，画面数量可达500幅，变量数2 048个，支持配方、归档及VB脚本功能。配方数最大300，归档数50，VB脚本程序100个。可连接的PLC有西门子S7系列、S5系列，三菱、欧姆龙、莫迪康等主流厂商PLC。

2 系统组态

2.1 硬件组态设计

西门子S7-1200是一款紧凑型、模块化的可编程控制器，可用于完成简单逻辑控制、复杂逻辑控制、HMI和网络通信等任务。西门子S7-1200系统有5种不同的CPU模块，分别为CPU1211C，CPU1212C，CPU1214C，CPU1215C和CPU1217C。其中的每一种模块都可以进行扩展，以满足系统需要。以西门子S7-1200PLC和TP1200触摸屏组成主控系统，二者之间通过PROFINET以太网进行通讯。PLC的IP地址设定为192.168.0.2，HMI的IP地址设定为192.168.0.5。PLC与HMI二者的IP地址必须在同一网段内，否则二者之间无法通信。硬件组态如图1所示，PLC型号是CPU1214C AC/DC/RLY，触摸屏是TP1200 Comfort。

2.2 軟件组态设计

软件组态设计包含添加变量、画面组态及变量关联。依据反渗透膜离线自动清洗设备的工艺要求，设置了装卸膜工位、4个清洗工位及检测工位。清洗工位的工作过程是正向清洗、浸泡、反向清洗，每一过程的运行时间长度均可自由设定。因此，组态的画面包括主画面及其下属的一工位监控画面、二工位监控画面、三工位监控画面、四工位监控画面、检测工位监控画面、时间设定画面、报警画面，共计8个画面如图2所示，不同的画面之间可以直接切换。每一工位内的所有数据采集、被控对象以及状态反馈在对应画面中都能监控。时间设定画面用于设定正向清洗时间、浸泡时间及反向清洗时间，设定的范围在1分钟至6小时。报警画面用于反馈温度超限、PH值超限、电机过载等信息。

添加的变量包含PLC输入点变量I、输出点变量Q、中间变量M及V变量。其中I变量主要用于反馈设备中开关量传感器的值以及断路器是否接通、电机是否过载等信息。输出变量Q可以用于反馈被控对象的运行状态。中间变量M的功能很多，既可以将其和画面中的按钮进行关联，通过PLC程序控制被控对象动作，从而节省了实际按钮的数量，同时也减少了PLC输入点的数量。可用M变量作为被控对象的中间状态变量显示被控对象的运行状态。V变量的功能在此设备中主要用于存储时间值。

在变量表中添加的变量与PLC程序中的变量要一致，在进行触摸屏变量添加之前应先在PLC中添加相应的变量，并完成相应的程序设计。组态画面时需要完成按钮、I/O域与对应变量的关联组态，否则画面中的相关对象将无法工作。其中“按钮”的典型组态过程要通过“事件”中“按下”与“释放”分别添加相应变量。当PLC程序与HMI组态设计完成后便可进行调试。对上位监控系统调试前务必核实按钮与所关联的变量必须一一对应不能混淆，否则容易引起误动作，对设备造成损坏。如图3所示时间设定画面，在此画面中可对各工位的正向清洗时间、浸泡时间和反向清洗时间进行设定。图4是工位运行操作与监控画面。在此画面中可对本工位的对象进行控制操作并能够显示相应的工况。

3 结语

以西门子TP1200触摸屏作为人机交互界面，S7-1200PLC为主控制器，利用博图V13组态软件进行反渗透膜离线自动清洗设备的上位监控组态设计。设备的运行状态可实时反应在组态画面上，通过现场调试应用，上位监控系统工作稳定，操作便捷，提高了设备的可控性和可视化程度。

[参考文献]

[1]王鹏辉.反渗透离线清洗技术研究[J].科技传播，2011（1）：59，61.