IAC2000可編程控制器在水質(zhì)監(jiān)測儀中的應(yīng)用

周 霞，藍(lán) 彥，彭文才，熊光亞

（南瑞集團(tuán)公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院），南京 210003）

六價鉻水質(zhì)自動在線監(jiān)測儀（簡稱六價鉻水質(zhì)監(jiān)測儀）采用分光光度法測量，即在酸性溶液中，六價鉻離子與二苯碳酰二肼反應(yīng)生成紫紅色化合物，于540 nm波長處進(jìn)行分光光度測定，并通過標(biāo)準(zhǔn)曲線計算水樣中六價鉻離子含量[1]。基于此原理，六價鉻水質(zhì)監(jiān)測儀由人機(jī)交互模塊、自動控制模塊、順序注射模塊、光學(xué)分析模塊組成。其中，自動控制模塊完成從水樣導(dǎo)入至濃度計算以及人機(jī)交互的自動控制，從而實(shí)現(xiàn)水樣中六價鉻離子濃度監(jiān)測自動化。由此可見，自動控制模塊在六價鉻水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中至關(guān)重要，自動控制模塊的穩(wěn)定可靠是六價鉻水質(zhì)監(jiān)測儀準(zhǔn)確可靠的自動監(jiān)測的重要保障。

1 IAC2000可編程控制器概述

IAC2000作為微型智能一體化可編程控制器，由1塊主控模塊及各種功能擴(kuò)展模塊組成。主控模塊IAC2001 CPU為其核心部分，內(nèi)嵌電源轉(zhuǎn)換模塊為整套系統(tǒng)提供工作所需的電源，CPU模塊內(nèi)嵌電路板，全套模塊免螺絲安裝[2]。

其主控模塊主要提供以下功能：通過內(nèi)部高速數(shù)據(jù)總線實(shí)時采集擴(kuò)展模塊數(shù)據(jù)；通過外部傳感器接口采集各種傳感器數(shù)據(jù)；提供RS232/485和100 Mb/s以太網(wǎng)通訊接口，可與各種通訊設(shè)備連接，用于與IACPro軟件連接進(jìn)行本地調(diào)試或者數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸；支持可編程的控制功能；其功能擴(kuò)展模塊包括開關(guān)量輸入模塊（DI）、開關(guān)量輸出模塊（DO）、模擬量輸出模塊（AO）、專用功能模塊等。

2 組態(tài)編程軟件

IACPro作為IAC2000系列智能可編程控制器的組態(tài)編程軟件，基于Windows平臺，符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，支持梯形圖和流程圖編程語言[3]。這2種編程語言各有所長，用戶可選擇其中1種，也可以同時使用2種語言編程，以實(shí)現(xiàn)各種控制方案。

采用“所見即所得”技術(shù)設(shè)計的流程圖編程語言是一種可視化編程語言，非常適合復(fù)雜的順序控制過程。它與設(shè)計院等單位設(shè)計的流程非常相似，當(dāng)流程設(shè)計完成即意味著編程的結(jié)束，編程過程簡單易學(xué)。圖1為IACPro組態(tài)編程軟件流程編程界面。

圖1 IACPro組態(tài)編程軟件流程編程界面Fig.1 Flow programming interface of configuration programming software（IACPro）

3 IAC2000可編程控制器的應(yīng)用設(shè)計

3.1 自動在線監(jiān)測儀系統(tǒng)框架

六價鉻水質(zhì)自動在線監(jiān)測儀由人機(jī)交互模塊（HMI）、自動控制模塊、順序注射模塊和光學(xué)分析模塊組成，如圖2所示。其中，自動控制模塊包括主控器、DI模件、DO模件和AO模件，順序注射模塊包含取樣組件、計量組件、反應(yīng)組件等。

人機(jī)交互模塊用于實(shí)現(xiàn)顯示測量數(shù)據(jù)、設(shè)置儀器參數(shù)、調(diào)試儀器各部件等功能。該模塊通過通訊接口連接自動控制模塊，其相關(guān)指令均通過主控制器下達(dá)給順序注射模塊和光學(xué)分析模塊去執(zhí)行。

自動控制模塊用于控制順序注射模塊以及光學(xué)分析模塊，讀取檢測數(shù)據(jù)并進(jìn)行計算。自動控制模塊接收來自人機(jī)交互模塊的指令，實(shí)現(xiàn)管路的切換與動作，待完成測量后，讀取測量數(shù)據(jù)并傳輸給交互模塊；自動控制模塊還可以通過RS485和模擬量輸出模件對外交互測量數(shù)據(jù)。

圖2 六價鉻水質(zhì)監(jiān)測儀系統(tǒng)框架示意Fig.2 System framework of CrⅥwater quality monitor

順序注射模塊中，進(jìn)樣組件分別抽取水樣及試劑進(jìn)入計量組件；計量組件用于對特定體積的試劑進(jìn)行計量；反應(yīng)組件由反應(yīng)池及相關(guān)電氣控制回路組成，水樣和試劑在反應(yīng)池處進(jìn)行攪拌及化學(xué)反應(yīng)。

光學(xué)檢測分析模塊基于分光光度法原理，用于對在反應(yīng)組件中經(jīng)過充分反應(yīng)及穩(wěn)定的混合溶液進(jìn)行吸光度測量，并將測量數(shù)據(jù)傳輸至自動控制模塊，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的六價鉻濃度輸出。

3.2 自動控制模塊的硬件設(shè)計

自動控制模塊，主要實(shí)現(xiàn)兩大類功能：控制功能，通過輸入輸出接口對檢測系統(tǒng)各部件進(jìn)行流程控制（切換狀態(tài)、開啟關(guān)閉輸出）；通訊功能，通過RS485和RS232的接口與外部設(shè)備等進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊、人機(jī)交互。

選用IAC2000系列產(chǎn)品的主控器、DI模件、DO模件和AO模件，通過其內(nèi)部的通訊總線連接，即可組成自動控制模塊的硬件系統(tǒng)。

3.3 自動控制模塊的軟件設(shè)計

應(yīng)用該平臺配套的組態(tài)軟件IACPro進(jìn)行梯形圖和流程圖的編程，很方便地可編寫出水質(zhì)監(jiān)測儀自動控制模塊所需要的功能。其主流程如圖3所示。

為滿足水質(zhì)監(jiān)測儀自動控制模塊對順序注射模塊、光學(xué)分析模塊的某些特殊控制，并完成歷史數(shù)據(jù)存儲查詢功能，軟件上需要增加PWM波輸出控制、專用通訊塊、歷史數(shù)據(jù)可讀寫等功能支持。為此，設(shè)計了PWM，OSASET，OSACOM，OSACAL，WFILE，RFILE，DFILE等功能塊。

圖3 自動控制模塊主流程Fig.3 Main flow chart of automatic control module

圖4 PWM功能塊示意Fig.4 PWM function block

以PWM功能塊為例，該功能塊能夠按照設(shè)定的頻率和脈沖數(shù)，輸出占空比為50%的PWM波形。PWM功能塊設(shè)計如圖4所示，其管腳說明如表1所示。PWM功能塊在IACPro梯形圖編程中的應(yīng)用如圖5所示。當(dāng)調(diào)用該子梯形時，自動控制模塊將在端口1輸出頻率為400 Hz的PWM波形，由R0001寄存器中的值來規(guī)定輸出的脈沖數(shù)。

表1 PWM功能塊參數(shù)管腳說明Tab.1 PWM function block pin description

圖5 PWM功能塊在梯形圖中的應(yīng)用示意Fig.5 Application in ladder diagram of PWM function block

4 結(jié)語

應(yīng)用IAC2000系列智能可編程控制器實(shí)現(xiàn)監(jiān)測儀的自動控制功能，方便可靠，縮短了開發(fā)周期，節(jié)約了人力物力，拓寬了該系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。所研制的六價鉻水質(zhì)自動在線監(jiān)測儀測量精度小于5%，穩(wěn)定可靠，已在多個工程現(xiàn)場使用。

[1]六價鉻水質(zhì)自動在線監(jiān)測儀技術(shù)要求（HJ609-2011）[S].北京：中國環(huán)境出版社，2011.

[2]IAC2000系列智能可編程控制器硬件技術(shù)說明書V1.1[Z].

[3]IACPro編程軟件使用手冊V1.1[Z].