IAC2000可编程控制器在水质监测仪中的应用

周 霞，蓝 彦，彭文才，熊光亚

（南瑞集团公司（国网电力科学研究院），南京 210003）

六价铬水质自动在线监测仪（简称六价铬水质监测仪）采用分光光度法测量，即在酸性溶液中，六价铬离子与二苯碳酰二肼反应生成紫红色化合物，于540 nm波长处进行分光光度测定，并通过标准曲线计算水样中六价铬离子含量[1]。基于此原理，六价铬水质监测仪由人机交互模块、自动控制模块、顺序注射模块、光学分析模块组成。其中，自动控制模块完成从水样导入至浓度计算以及人机交互的自动控制，从而实现水样中六价铬离子浓度监测自动化。由此可见，自动控制模块在六价铬水质监测系统中至关重要，自动控制模块的稳定可靠是六价铬水质监测仪准确可靠的自动监测的重要保障。

1 IAC2000可编程控制器概述

IAC2000作为微型智能一体化可编程控制器，由1块主控模块及各种功能扩展模块组成。主控模块IAC2001 CPU为其核心部分，内嵌电源转换模块为整套系统提供工作所需的电源，CPU模块内嵌电路板，全套模块免螺丝安装[2]。

其主控模块主要提供以下功能：通过内部高速数据总线实时采集扩展模块数据；通过外部传感器接口采集各种传感器数据；提供RS232/485和100 Mb/s以太网通讯接口，可与各种通讯设备连接，用于与IACPro软件连接进行本地调试或者数据远程传输；支持可编程的控制功能；其功能扩展模块包括开关量输入模块（DI）、开关量输出模块（DO）、模拟量输出模块（AO）、专用功能模块等。

2 组态编程软件

IACPro作为IAC2000系列智能可编程控制器的组态编程软件，基于Windows平台，符合IEC61131-3标准，支持梯形图和流程图编程语言[3]。这2种编程语言各有所长，用户可选择其中1种，也可以同时使用2种语言编程，以实现各种控制方案。

采用“所见即所得”技术设计的流程图编程语言是一种可视化编程语言，非常适合复杂的顺序控制过程。它与设计院等单位设计的流程非常相似，当流程设计完成即意味着编程的结束，编程过程简单易学。图1为IACPro组态编程软件流程编程界面。

图1 IACPro组态编程软件流程编程界面Fig.1 Flow programming interface of configuration programming software（IACPro）

3 IAC2000可编程控制器的应用设计

3.1 自动在线监测仪系统框架

六价铬水质自动在线监测仪由人机交互模块（HMI）、自动控制模块、顺序注射模块和光学分析模块组成，如图2所示。其中，自动控制模块包括主控器、DI模件、DO模件和AO模件，顺序注射模块包含取样组件、计量组件、反应组件等。

人机交互模块用于实现显示测量数据、设置仪器参数、调试仪器各部件等功能。该模块通过通讯接口连接自动控制模块，其相关指令均通过主控制器下达给顺序注射模块和光学分析模块去执行。

自动控制模块用于控制顺序注射模块以及光学分析模块，读取检测数据并进行计算。自动控制模块接收来自人机交互模块的指令，实现管路的切换与动作，待完成测量后，读取测量数据并传输给交互模块；自动控制模块还可以通过RS485和模拟量输出模件对外交互测量数据。

图2 六价铬水质监测仪系统框架示意Fig.2 System framework of CrⅥwater quality monitor

顺序注射模块中，进样组件分别抽取水样及试剂进入计量组件；计量组件用于对特定体积的试剂进行计量；反应组件由反应池及相关电气控制回路组成，水样和试剂在反应池处进行搅拌及化学反应。

光学检测分析模块基于分光光度法原理，用于对在反应组件中经过充分反应及稳定的混合溶液进行吸光度测量，并将测量数据传输至自动控制模块，转换为相应的六价铬浓度输出。

3.2 自动控制模块的硬件设计

自动控制模块，主要实现两大类功能：控制功能，通过输入输出接口对检测系统各部件进行流程控制（切换状态、开启关闭输出）；通讯功能，通过RS485和RS232的接口与外部设备等进行远程通讯、人机交互。

选用IAC2000系列产品的主控器、DI模件、DO模件和AO模件，通过其内部的通讯总线连接，即可组成自动控制模块的硬件系统。

3.3 自动控制模块的软件设计

应用该平台配套的组态软件IACPro进行梯形图和流程图的编程，很方便地可编写出水质监测仪自动控制模块所需要的功能。其主流程如图3所示。

为满足水质监测仪自动控制模块对顺序注射模块、光学分析模块的某些特殊控制，并完成历史数据存储查询功能，软件上需要增加PWM波输出控制、专用通讯块、历史数据可读写等功能支持。为此，设计了PWM，OSASET，OSACOM，OSACAL，WFILE，RFILE，DFILE等功能块。

图3 自动控制模块主流程Fig.3 Main flow chart of automatic control module

图4 PWM功能块示意Fig.4 PWM function block

以PWM功能块为例，该功能块能够按照设定的频率和脉冲数，输出占空比为50%的PWM波形。PWM功能块设计如图4所示，其管脚说明如表1所示。PWM功能块在IACPro梯形图编程中的应用如图5所示。当调用该子梯形时，自动控制模块将在端口1输出频率为400 Hz的PWM波形，由R0001寄存器中的值来规定输出的脉冲数。

表1 PWM功能块参数管脚说明Tab.1 PWM function block pin description

图5 PWM功能块在梯形图中的应用示意Fig.5 Application in ladder diagram of PWM function block

4 结语

应用IAC2000系列智能可编程控制器实现监测仪的自动控制功能，方便可靠，缩短了开发周期，节约了人力物力，拓宽了该系统的应用领域。所研制的六价铬水质自动在线监测仪测量精度小于5%，稳定可靠，已在多个工程现场使用。

[1]六价铬水质自动在线监测仪技术要求（HJ609-2011）[S].北京：中国环境出版社，2011.

[2]IAC2000系列智能可编程控制器硬件技术说明书V1.1[Z].

[3]IACPro编程软件使用手册V1.1[Z].