1、第1章 緒 論1.1 水處理控制系統(tǒng)的意義我國(guó)是個(gè)缺水的國(guó)家，人均水資源占有量?jī)H為世界人均占有量的1/4。而且我國(guó)的水資源在時(shí)空和地域分布上的分布不均勻，更加重了實(shí)際的缺水情況。因此近些年來(lái)我國(guó)城市水資源進(jìn)一步緊張，許多城市嚴(yán)重缺水。與此同時(shí)，水資源污染卻日益嚴(yán)重，因此許多工廠都建立自己的自來(lái)水處理廠，來(lái)改變目前水資源緊缺且污染的現(xiàn)狀。我國(guó)城市污水處理事業(yè)是在80年代初逐步發(fā)展起來(lái)的，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。但是，與國(guó)外同期的工業(yè)污水處理廠相比較，始終存在效率低、自動(dòng)化程度低、能耗高且運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)。隨著全球能源供應(yīng)緊張和對(duì)自動(dòng)化程度要求的不斷增加，我國(guó)的自來(lái)水處理廠必然向著高度自動(dòng)化

2、和無(wú)人職守的方向發(fā)展。環(huán)境保護(hù)問(wèn)題日益成為影響和制約人類社會(huì)發(fā)展的因素之一。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展和城市人口的急劇增加，大量工業(yè)和生活污水未經(jīng)處理流入江河湖海，使環(huán)境和飲用水被嚴(yán)重污染。因此，建立高度自動(dòng)化的自來(lái)水處理廠是解決供水問(wèn)題的有效途徑。PLC 作為一種新型的工業(yè)控制器,以其通用性好、可靠性高、安裝靈活、擴(kuò)展方便、性能價(jià)格比高等一系列優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)控制中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,在自來(lái)水處理中也得到一定程度的推廣，而且在其穩(wěn)定性、高自動(dòng)化程度的不斷加強(qiáng)，使得其成為城市自來(lái)水處理自動(dòng)化方面的首選。1.2 本人主要工作在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我采用的是用PLC控制水處理控制系統(tǒng)的完成,在這期間我利用三年來(lái)學(xué)

3、習(xí)的專業(yè)知識(shí)綜合PLC的控制系統(tǒng)知識(shí)對(duì)水處理控制系統(tǒng)的進(jìn)行了全方面的設(shè)計(jì),在我的設(shè)計(jì)中有以下亮點(diǎn): 首先,用PLC替代了傳統(tǒng)的繼電器來(lái)控制系統(tǒng),與傳統(tǒng)的繼電器相比 (1) 控制邏輯:繼電器控制邏輯采用硬接線圖邏輯,利用繼電器機(jī)械點(diǎn)的串聯(lián)或者并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合成控制邏輯,其連線多而且復(fù)雜,一旦系統(tǒng)構(gòu)成后,想再改變或增加功能都很困難.而PLC才用存儲(chǔ)邏輯,其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中,要改變控制邏輯,只需要改變程序,故稱為“軟接線”，其連線少，體積小，加之PLC中沒(méi)只繼電器的觸點(diǎn)數(shù)理論上無(wú)限制，因此靈活性擴(kuò)展性很好。 （2）工作方式 當(dāng)電流接通時(shí)，繼電器控制線路中各繼電器都處于受

4、約狀態(tài)。而PLC的控制邏輯中，各繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，從宏觀上看，每個(gè)繼電器受制約接通的時(shí)間是短暫的。 （3）控制速度：繼電器控制邏輯依據(jù)觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低。而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，速度快，一般一條擁護(hù)指令的執(zhí)行時(shí)間在微妙數(shù)量級(jí)。 （4）限時(shí)控制 （5）記數(shù)控制 （6）設(shè)計(jì)與施工 （7）可靠性和可維護(hù)性PLC在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異,可靠行高,設(shè)計(jì)施工周期短,調(diào)試修改方便,而且體積小,功耗低,維護(hù)方便等. 再次，使用程序控制系統(tǒng)又是一大亮點(diǎn)，程序是人們根據(jù)系統(tǒng)的要求，編寫(xiě)一套有目的的語(yǔ)言文字。既便于修改維護(hù)也便于工程人員的交流，而且隨著計(jì)

5、算機(jī)軟件的發(fā)展，采用機(jī)構(gòu)化編程方式更使程序設(shè)計(jì)從單一向多人共同發(fā)展，大大縮短了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期。 1.3 總體方案設(shè)計(jì)步驟1. 深入了解和分析被空控對(duì)象的工藝條件和控制要求(1)被控對(duì)象就是受控對(duì)象的工藝條件和控制要求(2)控制要求主要是指控制的基本方式,應(yīng)完成的動(dòng)作，自動(dòng)工作循環(huán)的組成,必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等.對(duì)較復(fù)雜的控制系統(tǒng),還可以將控制任務(wù)分成幾個(gè)獨(dú)立部分,這種可化繁為簡(jiǎn),有利于編程和調(diào)試2. 確定I/O設(shè)備 根據(jù)被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的功能要求,確定系統(tǒng)所需的用戶輸入,輸出設(shè)備.常用的輸入設(shè)備有按紐,選擇開(kāi)關(guān),行程開(kāi)關(guān),傳感器等,常用的輸入設(shè)備有繼電器,接觸器,指示燈等等. 3.選擇適合的

6、PLC類型 根據(jù)已確定的擁護(hù)I/O設(shè)備,統(tǒng)計(jì)所需的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù),選擇合適的PLC類型,包括機(jī)型選擇,容量選擇,I/O模塊的選擇,電源模塊的選擇等等. 4.分配I/O點(diǎn) 分配PLC的輸入輸出點(diǎn),編制出輸入/出分配表或者畫(huà)出輸入/輸出端子接線圖.接著就可以進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì),同時(shí)可進(jìn)行控制柜或操作臺(tái)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工. 5.設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序 根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計(jì)出梯形圖即編程.這一步是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作,也是比較困難的一步,要設(shè)計(jì)好梯形圖,首先要十分熟悉控制要求,同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn). 6.將程序輸入PLC 當(dāng)使用簡(jiǎn)易編程器將程序輸入PLC時(shí),需要

7、先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符,以便輸入.當(dāng)使用可編程控制器的輔助編程軟件在計(jì)算機(jī)上編程時(shí),可通過(guò)上下位機(jī)的連接電纜將程序下載到PLC中去. 7.進(jìn)行軟件測(cè)試 程序輸入PLC后,應(yīng)先進(jìn)行測(cè)試工作.因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)過(guò)程中,難免會(huì)有疏漏的地方,因此在將PLC連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上去之前,必須進(jìn)行軟件測(cè)試,以排除程序中的錯(cuò)誤,同時(shí)也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ),縮短整體調(diào)試的周期. 8.應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試 在PLC軟硬件設(shè)計(jì)和控制柜及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后,就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試,如果控制系統(tǒng)是由幾個(gè)部分組成,則應(yīng)先作局部調(diào)試,然后再進(jìn)行整體調(diào)試;如果控制系統(tǒng)的步序較多,則可先進(jìn)行分段調(diào)試,然后再連接起來(lái)總調(diào).調(diào)試中發(fā) 現(xiàn)的

8、問(wèn)題,要逐一排除,直至調(diào)試成功. 9.編制技術(shù)文件 系統(tǒng)技術(shù)文件包括說(shuō)明書(shū),電氣原理圖,電器布置圖,電氣元件明細(xì)表。第2章 水處理控制系統(tǒng)控制方案2.1 水處理控制系統(tǒng)的工作原理 水處理是提供工業(yè)或民業(yè)用水的常用辦法,處理過(guò)程是通過(guò)濾池過(guò)濾,濾池工作一定時(shí)間就要進(jìn)行反沖洗,反沖洗過(guò)程要求按一定的時(shí)序控制風(fēng)機(jī)的啟停及各類的開(kāi)與關(guān),閥門(mén)動(dòng)作順序要求嚴(yán)格.某水源工程一期設(shè)計(jì)8個(gè)濾池,每個(gè)濾池有6個(gè)控制閥,而濾池的反沖洗過(guò)程要求同一時(shí)間不能有兩個(gè)濾池同時(shí)沖洗,采用手動(dòng)控制時(shí)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大,難免出現(xiàn)誤動(dòng)作,對(duì)此特定的過(guò)程選用三菱公司的可編程控制器進(jìn)行控制,經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行可靠,效果良好.在系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)

9、,首先根據(jù)江水的渾濁度設(shè)置每個(gè)濾池沖洗時(shí)間間隔,即設(shè)置計(jì)數(shù)器和計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)值.時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)易出現(xiàn)濾池大高液位現(xiàn)象,過(guò)短造成濾池沖洗過(guò)于頻繁,風(fēng)機(jī)啟動(dòng)頻繁減少設(shè)備的使用壽命.投運(yùn)時(shí)根據(jù)當(dāng)時(shí)江水的狀況設(shè)置時(shí)間間隔為12h,運(yùn)行效果良好.因在軟件設(shè)計(jì)時(shí)全面考慮了邊界條件,可一次性將8個(gè)濾池的手動(dòng)開(kāi)關(guān)打到PLC自動(dòng)狀態(tài).因每個(gè)濾池的沖洗周期均為12h,同時(shí)切換為PLC自動(dòng),會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的濾池同時(shí)沖洗,程序中設(shè)置了自動(dòng)優(yōu)選功能,做到每次只有一個(gè)濾池沖洗,保證運(yùn)行安全可靠.2.2 水處理控制系統(tǒng)控制方案要求自來(lái)水廠對(duì)江水處理過(guò)程通常是通過(guò)濾池過(guò)濾。濾池工作一定時(shí)間就要進(jìn)行反沖洗，反沖洗過(guò)程要

10、求按一定的時(shí)間控制風(fēng)機(jī)的啟停及各類閥門(mén)的開(kāi)與關(guān)，且閥門(mén)動(dòng)作順序要求按時(shí)間嚴(yán)格控制。此設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)了8個(gè)濾池，每個(gè)濾池有6個(gè)控制閥門(mén)，而濾池的反沖洗過(guò)程要求同一時(shí)間不能有2個(gè)濾池同時(shí)沖洗。根據(jù)上述要求和系統(tǒng)運(yùn)行的條件，可以把8個(gè)濾池按串聯(lián)的方式工作，且通過(guò)時(shí)間這一要素來(lái)控制8個(gè)濾池按先后順序依次工作。由于8個(gè)濾池的具體工作過(guò)程相同，只是時(shí)序上的不同而已。因此，我們可以拿某一個(gè)濾池為代表來(lái)分析和設(shè)計(jì)程序（如1號(hào)濾池）。根據(jù)1號(hào)濾池工藝過(guò)程及沖洗時(shí)間的過(guò)程：過(guò)濾階段要求反沖洗閥V1-3、排水閥V1-4、氣路閥V1-5關(guān)閉，進(jìn)水閥V1-1出水閥V1-2打開(kāi)，江水進(jìn)經(jīng)V1-1進(jìn)入濾池，經(jīng)過(guò)濾后由V1

11、-2引出凈化水。當(dāng)濾池工作一定時(shí)間后就要進(jìn)行反沖洗，以保證濾池的正常工作。要進(jìn)行反沖洗時(shí)。首先關(guān)V1-1，9分鐘后啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)D，當(dāng)風(fēng)機(jī)出口壓力P0.15MPa時(shí)，打開(kāi)電動(dòng)蝶閥K，反沖洗過(guò)程開(kāi)始。當(dāng)沖洗過(guò)程結(jié)束時(shí)，打開(kāi)V1-1和V1-2，同時(shí)打開(kāi)V1-6排氣，1分鐘后關(guān)閉。濾池反沖洗時(shí)間程序見(jiàn)表1.1。濾池反沖洗控制系統(tǒng)原理如圖1.2所示。表2-1 濾池反沖洗時(shí)間程序 閥門(mén) 狀態(tài)時(shí)間/m進(jìn)水閥V1-1出水閥V1-2反沖閥V1-3排水閥V1-4氣路閥V1-5排氣閥V1-6說(shuō)明0以前開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)過(guò)濾階段0關(guān)反沖洗階段010重力階段10關(guān)開(kāi)氣沖洗開(kāi)始1014氣沖洗過(guò)程14開(kāi)開(kāi)關(guān)水沖洗開(kāi)始1418水沖洗

12、過(guò)程18開(kāi)關(guān)關(guān)開(kāi)排氣開(kāi)始1819開(kāi)關(guān)排氣過(guò)程19以后關(guān)過(guò)濾過(guò)程圖2-1濾池沖洗過(guò)程PLC控制系統(tǒng)第3章 水處理控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 水處理控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì)根據(jù)自來(lái)水廠水處理的開(kāi)展要求：由于該系統(tǒng)的控制輸入量多，控制過(guò)程也很復(fù)雜，因此采用手動(dòng)控制方式工人的勞動(dòng)強(qiáng)大很大，且難免會(huì)出現(xiàn)誤操作，所以在此采用自動(dòng)控制的方式。根據(jù)自動(dòng)控制方式與手動(dòng)控制方式相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)水處理控制系統(tǒng)的要求:輸入量共12個(gè)分別為:第1個(gè)輸入信號(hào)是液位傳感器 第2個(gè)輸入信號(hào)是壓力傳感器第3個(gè)輸入信號(hào)是啟動(dòng)按鈕 第4個(gè)輸入信號(hào)是停止按鈕第5個(gè)輸入信號(hào)是進(jìn)水閥開(kāi)關(guān) 第6個(gè)輸入信號(hào)是出水閥開(kāi)關(guān) 第7個(gè)輸入信號(hào)是反沖閥開(kāi)關(guān)

13、 第8個(gè)輸入信號(hào)是排水閥開(kāi)關(guān) 第9個(gè)輸入信號(hào)是氣路閥開(kāi)關(guān) 第10個(gè)輸入信號(hào)是排氣閥開(kāi)關(guān)第11個(gè)輸入信號(hào)是啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān) 第12個(gè)輸入信號(hào)是啟動(dòng)電動(dòng)蝶閥輸出量共有50個(gè)分別為:第1個(gè)輸出信號(hào)是1#濾池的進(jìn)水閥 第2個(gè)輸出信號(hào)是1#濾池的出水閥第3個(gè)輸出信號(hào)是1#濾池的反沖閥 第4個(gè)輸出信號(hào)是1#濾池的排水閥第5個(gè)輸出信號(hào)是1#濾池 的氣路閥 第6個(gè)輸出信號(hào)是1#濾池的排氣閥第7個(gè)輸出信號(hào)是鼓風(fēng)機(jī) 第8個(gè)輸出信號(hào)是電動(dòng)蝶閥第9個(gè)輸出信號(hào)是1#濾池的進(jìn)水閥 第10個(gè)輸出信號(hào)是1#濾池的出水閥第11個(gè)輸出信號(hào)是2#濾池的反沖閥 第12個(gè)輸出信號(hào)是1#濾池的排水閥第13個(gè)輸出信號(hào)是1#濾池的氣路閥 第1

14、4個(gè)輸出信號(hào)是1#濾池的排氣閥第15個(gè)輸出信號(hào)是3#濾池的進(jìn)水閥 第16個(gè)輸出信號(hào)是3#濾池的出水閥第17個(gè)輸出信號(hào)是3#濾池的反沖閥 第18個(gè)輸出信號(hào)是3#濾池的排水閥第19個(gè)輸出信號(hào)是3#濾池的氣路閥 第20個(gè)輸出信號(hào)是3#濾池的排氣閥第21個(gè)輸出信號(hào)是4#濾池的進(jìn)水閥 第22個(gè)輸出信號(hào)是4#濾池的出水閥第23個(gè)輸出信號(hào)是4#濾池的反沖閥 第24個(gè)輸出信號(hào)是4#濾池的排水閥第25個(gè)輸出信號(hào)是4#濾池的氣路閥 第26個(gè)輸出信號(hào)是4#濾池的排氣閥第27個(gè)輸出信號(hào)是5#濾池的進(jìn)水閥 第28個(gè)輸出信號(hào)是5#濾池的出水閥第29個(gè)輸出信號(hào)是5#濾池的反沖閥 第30個(gè)輸出信號(hào)是5#濾池的排水閥 第31個(gè)

15、輸出信號(hào)是5#濾池的氣路閥 第32個(gè)輸出信號(hào)是5#濾池的排氣閥 第33個(gè)輸出信號(hào)是6#濾池的進(jìn)水閥 第34個(gè)輸出信號(hào)是6#濾池的出水閥 第35個(gè)輸出信號(hào)是6#濾池的反沖閥 第36個(gè)輸出信號(hào)是6#濾池的排水閥 第37個(gè)輸出信號(hào)是6#濾池的氣路閥 第38個(gè)輸出信號(hào)是6#濾池的排氣閥 第39個(gè)輸出信號(hào)是7#濾池的進(jìn)水閥 第40個(gè)輸出信號(hào)是7#濾池的出水閥第41個(gè)輸出信號(hào)是7#濾池的反沖閥 第42個(gè)輸出信號(hào)是7#濾池的排水閥第43個(gè)輸出信號(hào)是7#濾池的氣路閥 第44個(gè)輸出信號(hào)是7#濾池的排氣閥 第45個(gè)輸出信號(hào)是8#濾池的進(jìn)水閥 第46個(gè)輸出信號(hào)是8#濾池的出水閥 第47個(gè)輸出信號(hào)是8#濾池的反沖閥

16、第48個(gè)輸出信號(hào)是8#濾池的排水閥 第49個(gè)輸出信號(hào)是8#濾池的氣路閥 第50個(gè)輸出信號(hào)是8#濾池的排氣閥其主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)64點(diǎn)/64點(diǎn)具有豐富的功能指令，且不僅滿足該應(yīng)用系統(tǒng)目前的要求，還給以后自來(lái)水廠改進(jìn)該系統(tǒng)留有一定的余地。在該系統(tǒng)中應(yīng)用到了液體和壓力連續(xù)來(lái)年量的控制，還應(yīng)選用帶有A/D轉(zhuǎn)換的模擬輸入模塊配接相應(yīng)的液體傳感器LT和壓力傳感器PT。3.2 PLC選型及介紹3.2.1 PLC型號(hào)選擇的方法 在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜(需要大量中間繼電器,時(shí)間繼電器,計(jì)數(shù)器等),工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁,需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理(有數(shù)據(jù)運(yùn)算,模擬量的控制,PID調(diào)節(jié)等),系統(tǒng)要求有較高的可靠性

17、,準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)等情況下,使用PLC控制是很必要的. 目前,國(guó)內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多中系列功能各異的PLC產(chǎn)品,一般選擇機(jī)型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨,不要盲目貪大求全,以免造成投資和設(shè)備資源的浪費(fèi).機(jī)型的選擇可從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮.1. 對(duì)輸入/輸出的選擇要先弄清楚控制系統(tǒng)的I/O總點(diǎn)數(shù),再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的1520留出備量(為系統(tǒng)的改造等留有余地)后確定所需PLC的點(diǎn)數(shù). 另外要注意,一些高密度輸入點(diǎn)的模塊對(duì)同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)有限制,一般同時(shí)接通的輸入點(diǎn)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)的60;PLC每個(gè)處處點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力也是有限的,有的PLC其每點(diǎn)處處電流的大小還隨所加負(fù)載電壓的不同而異;一般P

18、LC的允許處處電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等. PLC的輸出點(diǎn)可分為共點(diǎn)式,分組式和隔離式幾種接法.隔離式的各組輸出點(diǎn)之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級(jí),但這種PLC平均每點(diǎn)的價(jià)格較高.如果輸出信號(hào)之間不需要隔離,則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的PLC.2. 對(duì)存儲(chǔ)量的選擇對(duì)存儲(chǔ)容量只能作粗略的估算,在僅對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中,可以用入總點(diǎn)數(shù)乘10字/點(diǎn)+輸出總點(diǎn)數(shù)乘5字/點(diǎn)來(lái)估算;計(jì)數(shù)器/定時(shí)器按(35)字/個(gè)估算;有運(yùn)算處理按(510)字/量估算;在有模擬量輸入/輸出的系統(tǒng)中,可以按每輸入/一路模擬量約需(80100)字左右的存儲(chǔ)容量來(lái)估算;有通信處理時(shí)按每個(gè)接口200字以上的數(shù)量粗略估算.

19、最后,一般按估算容量的50100留有裕量.對(duì)缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者,選擇容量時(shí)留有大量的裕量要大些.3. 對(duì)I/O響應(yīng)時(shí)間的選擇PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間包括輸入電路延遲,輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時(shí)間延遲(一般在23個(gè)掃描周期)等.對(duì)開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng),PLC和I/O響應(yīng)時(shí)間一般都能滿足實(shí)際工程的要求,可不必考慮I/O響應(yīng)問(wèn)題.但對(duì)模擬量控制的系統(tǒng),特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個(gè)問(wèn)題.4. 根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型 不同的負(fù)載對(duì)PLC的輸出方式有相應(yīng)的要求.例如,頻繁通斷的感性負(fù)載,應(yīng)選擇晶體管或者晶閘管輸出型的,而不應(yīng)選用繼電器輸出型的.但是繼電器輸出型的PLC有許多優(yōu)點(diǎn),如導(dǎo)通壓降低,有隔離作用,價(jià)格

20、相對(duì)較便宜,承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng),其負(fù)載電壓靈活(可交流,可直流)且電壓等級(jí)范圍大等.所以動(dòng)作不頻繁的交,直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型的PLC.5. 對(duì)在線和離線編程的選擇 離線編程是指主機(jī)和編程器共用一個(gè)CPU,通過(guò)編程器的方式選擇開(kāi)關(guān)來(lái)選擇PLC的編程,監(jiān)控和運(yùn)行工作狀態(tài).編程狀態(tài)時(shí),CPU只為編程服務(wù),而不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制.專用編程器屬于這種情況.在線編程是指主機(jī)和編程器各有一個(gè)CPU,主機(jī)的CPU完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制,在每個(gè)掃描周期末尾與編程器通信編程器把修改的程序發(fā)給主機(jī),在下一個(gè)掃描周期主機(jī)將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制.計(jì)算機(jī)輔助編程既能實(shí)現(xiàn)離線編程,也能實(shí)現(xiàn)在線編程.在線編程

21、需購(gòu)置計(jì)算機(jī),并配置編程軟件.采用哪種編程方式應(yīng)根據(jù)需要決定. 6. 根據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型 若PLC控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò),則PLC需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能,即要求PLC應(yīng)具有連接其他PLC,上位計(jì)算機(jī)及CRT等的接口.大,中型機(jī)都有通信功能,目前大部分小型機(jī)也具有通信功能. 7. 對(duì)PLC結(jié)構(gòu)形式的選擇 在相同功能和相同I/O點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況下,整體式比模塊式價(jià)格低.但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活,維修方便,容易判斷故障等優(yōu)點(diǎn),要按實(shí)際需要選擇PLC結(jié)構(gòu)形式.3.2.2 水處理控制系統(tǒng)PLC型號(hào)的選擇基于本次系統(tǒng)要求和以上對(duì)系統(tǒng)的需求分析得：輸出點(diǎn)數(shù)必須大于11，輸入點(diǎn)數(shù)必須大于26，必須給傳感器

22、提供24v電壓，給計(jì)數(shù)器提供+5v直流電壓，根據(jù)其價(jià)格比和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在本設(shè)計(jì)中選用三菱公司生產(chǎn)的FX2N-128MT系列為可編程序控制器作為主控單元，下面為FX2N-128MT的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)：一般技術(shù)指標(biāo)： 環(huán)境溫度 使用時(shí)：055，儲(chǔ)存時(shí)：-20+70 環(huán)境濕度 35%89%RH（不結(jié)露）使用時(shí) 抗震 JIS C0911標(biāo)準(zhǔn)1055Hz 0.5mm（最大2G）3軸方向各2h（但用DIN導(dǎo)軌安裝時(shí)0.5G） 抗沖擊 JIS C0912 標(biāo)準(zhǔn) 10G 3軸方向各3次 抗噪聲干擾 用噪聲仿真器產(chǎn)生電壓為1000VP-P，噪聲脈沖寬度為1s，周期為30100Hz的噪聲，在此噪聲干擾下PLC工作正

23、常 耐 壓 AC1500V 1min 接 地 第三種接地，不能接地時(shí)，亦可浮空 使用環(huán)境 無(wú)腐蝕性氣體，無(wú)塵埃 電源電壓 AC100240V 50/60Hz 允許瞬間斷電時(shí)間 對(duì)于10ms以下的瞬間斷電，控制動(dòng)作不受影響 傳感器電源 DC4V 460mA 以下（無(wú)擴(kuò)展部件） DC5V 基本單元290mA 擴(kuò)展單元690mA（有擴(kuò)展單元）表3-1輸入技術(shù)指標(biāo)：輸入電壓24V DC隔離光點(diǎn)耦合輸入電流7mA響應(yīng)時(shí)間10ms表3-2 輸出技術(shù)指標(biāo)：項(xiàng)目晶體管輸出外部電源530V DC最大負(fù)載電阻負(fù)載0.5A/1點(diǎn)，0.8A/4點(diǎn)感性負(fù)載12W/24V DC燈負(fù)載1.5W/24V DC開(kāi)路漏電流0.1

24、mA/30V DC最小負(fù)載響應(yīng)時(shí)間OFFON0.2ms以下ONOFF0.2ms以下隔離方式光耦合器隔離表3-3 功能技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目性能指標(biāo)注釋操作控制方式反復(fù)掃描程序有邏輯控制器LSI執(zhí)行I/O刷新方式批處理方式（在END指令執(zhí)行是成批刷新）有直接I/O指令及輸入濾波器時(shí)間常數(shù)調(diào)整指令操作處理時(shí)間基本指令0.48us/步功能指令幾百us/步編程語(yǔ)言 繼電器符號(hào)語(yǔ)言（梯形圖）+步進(jìn)指令可用SFC方式編程程序容量/存儲(chǔ)器類型2K步RAM（標(biāo)準(zhǔn)配置）4K步EEPROM卡盒（選配）8K步RAM，EEPROM，EPROM卡盒（選配）項(xiàng)目性能指標(biāo)注釋指令數(shù)基本指令20條，步進(jìn)指令2條，應(yīng)用指令87條輸入繼電

25、器DC輸入24V DC，7mA，光電隔離X0X37（8進(jìn)制）I/O點(diǎn)數(shù)共64點(diǎn)輸出繼電器 繼電器250V AC，30V DC ，2A（電阻負(fù)載）Y0Y37（8進(jìn)制）晶體管30V DC， 0.5A/點(diǎn)，0.8A/4點(diǎn)輔助繼電器通用型M0M499（500點(diǎn)）范圍可通過(guò)參數(shù)設(shè)置來(lái)改變鎖寸型電池后備M500M1023（524點(diǎn)）特殊型M8000M8255（256點(diǎn)）狀態(tài)初始化用用于初始狀態(tài)S0S9（10點(diǎn)）通用S10S499（400點(diǎn)）可通過(guò)參數(shù)設(shè)置改變其范圍鎖存電池后備S500S899（100點(diǎn)）報(bào)警電池后備S900S999（100點(diǎn)）定時(shí)器100ms0.13276.7sT0T199（共200點(diǎn)）1

26、0ms0.01327.67sT200T245（共46點(diǎn)）1ms（積算）0.00132.767s電池后備（保持）T246T249（4點(diǎn)）100ms（積算）0.13276.7sT250T255（6點(diǎn)）計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)器16bit132767通用型C0C99（100點(diǎn)）范圍可通過(guò)參數(shù)設(shè)置電池后備C100C199（100點(diǎn)）3.2.3 PLC 觸點(diǎn)保護(hù)措施PLC 本身具有很高的可靠性,具有完整的自診斷程序,出現(xiàn)故障時(shí)可借助自診斷程序找到故障部位。但對(duì)PLC 輸入、輸出觸點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行必要的保護(hù)。本系統(tǒng)中PLC 的觸點(diǎn)采用熔斷方式進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。輸出觸點(diǎn)可根據(jù)感性負(fù)載和容性負(fù)載進(jìn)行保護(hù)。感性負(fù)載通過(guò)增加阻容吸收電路

27、進(jìn)行保護(hù),容性負(fù)載通過(guò)二極管泄流進(jìn)行保護(hù),具體見(jiàn)圖3-1、圖3-2所示。 圖3-1 感性負(fù)載的觸點(diǎn)保護(hù) 圖3-2 容性負(fù)載的觸點(diǎn)保護(hù)研究故障及故障分析：（1）電機(jī)不正常運(yùn)行時(shí)報(bào)警并停機(jī)；邏輯錯(cuò)誤檢測(cè)程序：將系統(tǒng)中各部件邏輯關(guān)系編人程序，當(dāng)上下、前后、左右互為條件關(guān)系同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，PLC停機(jī)；（3）信號(hào)比就檢測(cè)程序：各信號(hào)及邏輯元件應(yīng)嚴(yán)格按照時(shí)序脈沖的先后進(jìn)行邏輯組合,通過(guò)信號(hào)燈自動(dòng)組合顯示程序,建立故障掃描時(shí)鐘,使自動(dòng)線在運(yùn)行過(guò)程中能自動(dòng)檢測(cè)出故障單元,從而消除故障。3.3 I/O端口的分配將2個(gè)模擬輸入信號(hào)11個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入和50個(gè)輸出信號(hào)按各自的功能類型分配好，并與PLC的I/O端口一一對(duì)應(yīng)

28、，編排好地址。為了敘述簡(jiǎn)便，將一號(hào)濾池簡(jiǎn)約1#，其余的依次類推。列出外端I/O信號(hào)端地址編號(hào)對(duì)照表見(jiàn)表3-1,表3.2。表3-1輸入信號(hào)端地址編號(hào)對(duì)照編 號(hào)功 能X0液位傳感器X1壓力傳感器X2啟動(dòng)按鈕X3停止按鈕X4進(jìn)水閥開(kāi)關(guān)X5出水閥開(kāi)關(guān)X6反沖閥開(kāi)關(guān)X7排水閥開(kāi)關(guān)X8氣路閥開(kāi)關(guān)X9排氣閥開(kāi)關(guān)X10啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)X11啟動(dòng)電動(dòng)蝶閥表3-2輸出信號(hào)端地址編號(hào)對(duì)照編號(hào)功能編號(hào)功能Y11#進(jìn)水閥Y324#排氣閥Y21#出水閥Y335#進(jìn)水閥Y31#反沖閥Y345#出水閥Y41#排水閥Y355#反沖閥Y51#氣路閥Y365#排水閥Y61#排氣閥Y375#氣路閥Y7鼓風(fēng)機(jī)DY405#排氣閥Y10電動(dòng)

29、蝶閥KY416#進(jìn)水閥Y112#進(jìn)水閥Y426#出水閥Y122#出水閥Y436#反沖閥Y132#反沖閥Y446#排水閥Y142#排水閥Y456#氣路閥Y152#氣路閥Y466#排氣閥Y162#排氣閥Y477#進(jìn)水閥Y173#進(jìn)水閥Y507#出水閥Y203#出水閥Y517#反沖閥Y213#反沖閥Y527#排水閥Y223#排水閥Y537#氣路閥Y233#氣路閥Y547#排氣閥Y243#排氣閥Y558#進(jìn)水閥Y254#進(jìn)水閥Y568#出水閥Y264#出水閥Y578#反沖閥Y274#反沖閥Y608#排水閥Y304#排水閥Y618#氣路閥Y314#氣路閥Y628#排氣閥3.4 水處理控制系統(tǒng)硬件接線圖

30、本次水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用的是自動(dòng)與手動(dòng)相結(jié)合的方法,通過(guò)上一章節(jié)的的分析外部輸入有2個(gè)模擬信號(hào)和10個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)組成,而外部輸出中有50個(gè)輸出量,水處理控制系統(tǒng)的PLC外接線圖如圖3-3所示: 圖3=3水處理控制系統(tǒng)PLC的外接線圖 本次設(shè)計(jì)中,開(kāi)關(guān)SB1SB10為手動(dòng)開(kāi)關(guān).因?yàn)榭紤]到在實(shí)際的工作中有可能出現(xiàn)各種各樣的情況,例如PLC出現(xiàn)故障,計(jì)時(shí)器出現(xiàn)暫時(shí)無(wú)法恢復(fù)的問(wèn)題,或者其他不可預(yù)計(jì)的情況發(fā)生,PLC無(wú)法正常進(jìn)行自動(dòng)控制.這時(shí)配置手動(dòng)開(kāi)關(guān)就可以維持水處理系統(tǒng)可靠安全的運(yùn)行,并且在PLC出現(xiàn)故障時(shí)可以起到檢測(cè)故障所在環(huán)節(jié)的作用。第4 章 水處理控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì) 控制程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工

31、作的條件，是保證系統(tǒng)正常、安全、可靠的關(guān)鍵。因此，控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。程序設(shè)計(jì)主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計(jì)梯形圖、編制語(yǔ)句表程序清單。4.1常用梯形圖設(shè)計(jì) 在PLC控制系統(tǒng)中，梯形圖的設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵的問(wèn)題。梯形圖不但沿用和發(fā)展了電氣控制技術(shù)，而且其功能和指令已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電氣控制范疇。它不僅可實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，而且還具算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。由于它是把繼電器控制的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的功能齊全、靈活性、通用性相結(jié)合，因此，在設(shè)計(jì)方法上與繼電器控制設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)程序既有相同點(diǎn)，也有不同點(diǎn)。常用的梯形圖設(shè)計(jì)方法有以下幾種：（1）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。（2）翻譯設(shè)計(jì)法。（3

32、）邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法。（4）順序控制設(shè)計(jì)法。（5）功能模塊設(shè)計(jì)法。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況及以上幾種設(shè)計(jì)方法的比較，自來(lái)水處理的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用第四種設(shè)計(jì)方法即順序控制設(shè)計(jì)法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。順序控制設(shè)計(jì)法：對(duì)那些按動(dòng)作的先后順序進(jìn)行控制的系統(tǒng)，非常適宜使用順序控制設(shè)計(jì)法編程。在順序控制設(shè)計(jì)法編程時(shí)，順序功能圖是很重要的工具，順序功能圖能很清楚表示各個(gè)工作點(diǎn)的功能，點(diǎn)與點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。 控制步驟分析： (1) 分析控制系統(tǒng)，將控制過(guò)程分為若干個(gè)工步，明確各個(gè)工步的功能，確定各工步的轉(zhuǎn)換條件。 (2) 為每個(gè)工步設(shè)定控制位。控制位最好使用同一個(gè)通道的若干連續(xù)位。 (3) 在前兩點(diǎn)的基礎(chǔ)上

33、畫(huà)出功能表圖。 (4) 根據(jù)功能圖畫(huà)出梯形圖。 順序控制設(shè)計(jì)法有一定的規(guī)律可循，所編寫(xiě)的程序易讀，易修改?，F(xiàn)根據(jù)工藝步驟畫(huà)出工業(yè)污水處理的PLC控制工作流程圖，流程圖如圖3.2所示：流程圖已經(jīng)設(shè)計(jì)出，現(xiàn)在只要根據(jù)此流程圖及I/O和所用內(nèi)部元件地址分配表就可以設(shè)計(jì)出此次設(shè)計(jì)的順序功能圖。 順序功能圖語(yǔ)言 簡(jiǎn)稱SFC編程語(yǔ)言，順序功能圖又稱為功能表圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。它將一個(gè)完整的控制過(guò)程分為若干個(gè)階段（狀態(tài)），各階段具有不同動(dòng)作，階段間有一定的轉(zhuǎn)化條件，條件滿足就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移，上一狀態(tài)動(dòng)作結(jié)束，下一狀態(tài)動(dòng)作開(kāi)始。采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移方式表達(dá)一個(gè)完整的控制過(guò)程。 4.2 水處理控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì)4.2.1 1

34、#濾池狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的設(shè)計(jì)根據(jù)自來(lái)水廠水處理控制系統(tǒng)的工藝流程及設(shè)備要求，編寫(xiě)控制程序如下4-2所示。4-2 1#濾池狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖4.2.2 1#濾池狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖轉(zhuǎn)換成梯形圖 由以上分析可看出,水處理控制系統(tǒng)的SFC圖基本上是以機(jī)械控制的流程表示狀態(tài)(工序)的流程,而STL圖全部是由繼電器來(lái)表示控制流程的程序. 4-3 1#濾池狀態(tài)梯形圖4.3水處理控制系統(tǒng)編碼表 根據(jù)狀態(tài)梯形圖同樣可以把它轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表如下所示。LD X002 ANI X003 MC N0 SP M100 ORI X001MC N0 移母線SP M100LD M8002 運(yùn)行開(kāi)始對(duì)狀態(tài)S0驅(qū)動(dòng) SET S0 STL S0 LD

35、X000 SET S21 STL S21 RST Y003 關(guān)反沖閥 RST Y004 關(guān)排水閥 RST Y005 關(guān)氣路閥 RST Y006 關(guān)排氣閥 SET Y001 開(kāi)進(jìn)水閥 SET Y002 開(kāi)出水閥 OUT T0 K3600 延時(shí)60分鐘 LD T0 SET S22 STL S22 RST Y001 關(guān)進(jìn)水閥 OUT T1 K5400延時(shí)9分鐘 LD T1 SET S23 STL S23 OUT Y007 開(kāi)鼓風(fēng)機(jī) LD X001 SET S24 STL S24 OUT Y010 開(kāi)電動(dòng)蝶閥 OUT T2 K6000 延時(shí)10分鐘 LD T2SET S25STL S25 RST Y0

36、02 關(guān)出水閥SET Y005 開(kāi)氣路閥OUT T3 K2400 延時(shí)4分鐘LD T3SET S26STL S26RST Y005 關(guān)氣路閥SET Y003 開(kāi)反沖閥SET Y004 開(kāi)排水閥OUT T4K2400 延時(shí)4分鐘LD T4SET S27STL S27RST Y003 關(guān)反沖閥RET 步進(jìn)程序結(jié)束SET Y001 開(kāi)進(jìn)水閥SET Y006 開(kāi)排水閥OUT T5 K600 延時(shí)1分鐘LD T5SET S28STL S28SET Y002 開(kāi)出水閥OUT T6 K600 延時(shí)1分鐘LD T6SET S29STL S29RST Y006 關(guān)排水閥RET 步進(jìn)程序結(jié)束MCR N0 返回母線

37、END結(jié) 束 語(yǔ)我國(guó)是個(gè)缺水的國(guó)家，人均水資源占有量?jī)H為世界人均占有量的1/4。而且我國(guó)的水資源在時(shí)空和地域分布上的分布不均勻，更加重了實(shí)際的缺水情況。因此近些年來(lái)我國(guó)城市水資源進(jìn)一步緊張，許多城市嚴(yán)重缺水。與此同時(shí)，水資源污染卻日益嚴(yán)重，因此許多工廠都建立自己的自來(lái)水處理廠，來(lái)改變目前水資源緊缺且污染的現(xiàn)狀。我國(guó)城市污水處理事業(yè)是在80年代初逐步發(fā)展起來(lái)的，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。但是，與國(guó)外同期的工業(yè)污水處理廠相比較，始終存在效率低、自動(dòng)化程度低、能耗高且運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)。隨著全球能源供應(yīng)緊張和對(duì)自動(dòng)化程度要求的不斷增加，我國(guó)的自來(lái)水處理廠必然向著高度自動(dòng)化和無(wú)人職守的方向發(fā)展。環(huán)境

38、保護(hù)問(wèn)題日益成為影響和制約人類社會(huì)發(fā)展的因素之一。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展和城市人口的急劇增加，大量工業(yè)和生活污水未經(jīng)處理流入江河湖海，使環(huán)境和飲用水被嚴(yán)重污染。因此，建立高度自動(dòng)化的自來(lái)水處理廠是解決供水問(wèn)題的有效途徑。PLC 作為一種新型的工業(yè)控制器,以其通用性好、可靠性高、安裝靈活、擴(kuò)展方便、性能價(jià)格比高等一系列優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)控制中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,在自來(lái)水處理中也得到一定程度的推廣，而且在其穩(wěn)定性、高自動(dòng)化程度的不斷加強(qiáng)，使得其成為城市自來(lái)水處理自動(dòng)化方面的首選。用PLC 設(shè)計(jì)的自控系統(tǒng)在某自來(lái)水處理廠投入使用以來(lái)，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并改善了操作人員的工作環(huán)境。設(shè)備具有調(diào)試簡(jiǎn)單、操作方便、使用安全、運(yùn)行可靠、效率高、故障率低，污水處理效果好的特點(diǎn)，同時(shí)由于軟硬件均采用模塊化結(jié)構(gòu)，方便了工程技術(shù)人員的安裝、調(diào)試和維修，為我們帶來(lái)