水处理系统中基于新一代 PLC进行重要参数实时通讯

陈楚瑜

华电水务科技有限公司水务工程第三事业部 北京市 100021

摘要：目前水处理行业多数采用的Siemens品牌CPU逐渐由老款的400H系列替换为新款的1500R/H的冗余新版CPU，而对于发电行业配套所属的水处理系统而言，不仅自身需要一套PLC系统控制预处理、精处理等系统，还需要将本系统内的某些重要实时运行状态、仪表反馈参数等信息上传至集控处DCS系统之中；就现阶段的硬件拓扑性、通讯稳定性来讲，Modbus TCP/IP通讯协议将是比较优先的选择方式。

关键词：水处理行业；Siemens PLC;冗余版CPU; Modbus TCP/IP协议。

0 引言

目前我国总体经济的快速发展和改革开放的持续深入，无论是城市生产力，还是城市人口数量都稳步增长；以及国内大环境逐渐对于环保目标的重视，随之而来的便是我国污水排放处理量的增大，对于城市配套污水处理设备，发电行业配套预处理、精处理等需求也随之增长。对于目前发电厂等集成性多套控制系统并行运行的环境下，水处理辅助厂房不仅需要一套独立的PLC系统，并且要将例如入水产水浊度、电导、ORP、PH等关键模拟量状态以及部分重要容器的液位高低报警数字量状态上传至上级DCS系统之中；综合系统的编程难易程度、数据传输量、通讯稳定性、系统接口间耦合性等因素，目前采用Modbus TCP/IP协议将是最优选择。

1 通讯环境预设定

1. 1. 功能模块设置

对于1500R/H系列CPU将无法使用Siemens step7系列编程软件，只能使

用TIA portal step7进行编程，并且版本号不低于V15.1。

在进行项目整体工艺流程基本逻辑、步序逻辑编程完毕后，通过通信组中可添加MB_client客户机功能或者MB_server服务器功能；对于一般项目而言，仅需要本方PLC上报数字量的反馈状态和仪表模拟量实时读数反馈，所以在这里选择MB_server服务器功能。对应的MB_server_DB功能块的管脚定义分别为(如图P1.1所示)：DISCONNET表示为0代表被动建立与客户端的通信连接，为1代表终止连接；MB_HOLD_REG表示为指向 Modbus保持寄存器的指针，这里设定P#M0.0 INT8180定义可读取至位存储器8180地址段；CONNECT指向连接描述结构的指针（TCON_IP_v4），后续新建的DB块中包含了连接参数的IPv4地址；NDR为0代表无数据，为1代表从 Modbus 客户端写入新的数据；DR为0代表无读取的数据，为1代表从 Modbus 客户端读取的数据；ERROR为0以及为1分别代表错误位信息；STATUS表示指令的详细状态信息，设置完管脚定义后继续完善该功能对应数据块的设置。

P1.1 服务器功能设定

1. 2. 服务器DB块设置

第二步创建服务器参数的DB数据块，用以填写详细通讯连接参数（如P1.2所示）：interfaceID填写具体CPU通讯PN口的硬件标识符，通过硬件属性可查看；ID为连接ID可填写范围为1~4095；Connection Type为连接类型默认为16#0B；ActiveEstablished填0为服务器类型；ADDR为服务器地址，应填写客户端侧IP，若全填0则任意IP都可连接；RemotePort为远程端口默认填0；LocalPort为本地端口默认填502。设置完毕后，连接PLC并启动即可开展通讯调试工作。

P1.2 服务器DB数据块设置

2. 实时数据传输通讯

   1. I点数字量反馈

因本项目还未与上级DCS连线，所以使用MODSCAN32进行仿真测试。I点数字量反馈取“2号混凝剂加药泵运行状态”反馈点，地址为I0.3；MODSCAN32选择02INPUT STATUS模式，数据类型选择BOOL二进制，当I0.3地址变量为TRUE数值为1时，对应MODBUS 中10004地址数值为1（如图P2.1所示），由仿真结果可见数字量I点通讯成功。

P2.1 I点反馈

1. 2. IW点模拟量反馈

IW模拟量反馈取“饮用水水箱液位高度”未经过标准化处理的数据，地址为IW496；MODBUSSCAN32选择04INPUT REGISTER模式，数据类型为十进制，当IW496数值为15000，对应MODBUS中30249地址数值为15000（如图P2.2所示），地址对应关系为PLC地址除以二加一后得出MODBUS后四位地址；由仿真结果可见模拟量IW点通讯成功。

P2.2 IW点反馈

1. 3. 位存储器数字量反馈

位存储器数字量取“2号助凝剂计量泵开启命令”、“1号混凝剂计量泵开启命令”、“1号混凝剂计量泵停机命令”，地址分别为M1.2、M0.0、M0.1，数值全部赋值为1；MODBUSSCAN32选择03HOLDING REGISTER模式，数据类型为二进制，对应MODBUS地址40001数值为0000001100000100（如图P2.3所示）；地址对应关系为MODBUS地址高八位对应位存储器M0.0至M0.7，低八位地址对应位存储器M1.0至M1.7，由仿真结果可知位存储器数字量通讯成功。

P2.3位存储器数字量反馈

1. 4. 位存储器模拟量反馈

位存储器模拟量取“生活水箱液位”反馈点，地址为MD730，MODBUSSCAN32选择02INPUT STATUS模式，数据类型为浮点数，对应MODBUS地址为40366；当IW496数值赋值为15000，经过标准化计算后MD730数值为4.340278，对应MODBUS地址40366数值为4.3403（如图P2.4所示），地址对应关系为PLC地址除以二加一后得出MODBUS后四位地址；由仿真结果可知位存储器模拟量通讯成功。

P2.4 位存储器模拟量反馈

1. 5. 状态及故障反馈

若从PLC端监视故障以及运行状态，SE

VER功能块的ERROR针脚对应错误状态，STATUS针脚对应当前通讯状态；若从DCS端通过MODBUS报文码则可知道详细错误信息。

3. 工程应用

实际编程中，系统各设备运行状态的反馈不仅有底层逻辑的直接反馈（例如I区），对于类似活性炭过滤器和超滤装置以及反渗透装置等，单设备系统内有数个阀门、风机、水泵等构成顺序步序以及循环步序，以上步序的联锁运行状态将由位存储器区的点位监视反馈。由以上通讯测试可知，当水系统辅助厂房作为服务器端向上机发送实时运行反馈信息时，所有关键存储器的反馈数字量和模拟量都可通过MODBUS TCP/IP协议传输至上级DCS；并且1500R/H系列CPU全面支持了profinet 以太网通讯协议，无需像老款400H系列CPU还需要类似CP网络模块，从分布式IO ET200SP模块至CPU表头再到工业路由器以及拓扑至上级皆可用以太网物理介质进行传输，组态简洁；并且Siemens旗下HMI WINCC软件通讯集成了MODBUS TCP/IP协议，底层下位硬件若有该形式的连接需求也可直接接入工作站之中。

4. 结束语

本文通过对MODBUS TCP/IP的实际编

程调试，完成了水系统辅助厂房关键参数实时上报集控处的需求；目前面临逐步更新换代的新式PLC硬件和新一代编程软件，MODBUS TCP/IP通信在1500R/H系统中的成功实现，为跨系统间实时通讯方向的应用与需求具有重要意义。

参考文献：

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