XXXVII醫(yī)藥廢水處理系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例1廢水系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)1.1PLC型號(hào)的選擇1.1.1PLC的概述PLC是可編程控制器的簡(jiǎn)稱，在我們現(xiàn)在生活中應(yīng)用越來(lái)越加常見，其功能作用相似于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。PLC由以下部分組成，核心部分CPU，存儲(chǔ)部分，輸入輸出單元，通訊接口和電源，CUP相對(duì)于是PLC的心臟部分，是所有控制工作的核心和基礎(chǔ)，存儲(chǔ)部分用于信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，類似于倉(cāng)庫(kù)作用；輸入輸出單元是PLC的兩扇大門，對(duì)于數(shù)字信號(hào)的出入進(jìn)行連接；通訊接口與電腦計(jì)算機(jī)或者是其他的接口相連接。從PLC其本身的特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，內(nèi)部包含了許多種不同功能的寄存器和繼電器，并且其內(nèi)部程序含有記憶功能，對(duì)于設(shè)定的程序不需要重復(fù)操作，當(dāng)PLC通電后，內(nèi)部程序數(shù)據(jù)開始初始化，減少程序運(yùn)行過(guò)程中繁雜的運(yùn)行過(guò)程。在檢測(cè)過(guò)程之中，性能穩(wěn)定好，使用壽命長(zhǎng)，對(duì)醫(yī)藥廢水處理系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)響應(yīng)快。PLC輸出程序的可靠性，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否按要求進(jìn)行動(dòng)作。具有運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性能高、抗干擾能力，強(qiáng)體積小、質(zhì)量輕能耗低等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)代可編程序控制器的發(fā)展更適合現(xiàn)代工業(yè)的要求，應(yīng)用廣泛、操作方便，已步入成熟階段，成為當(dāng)代工業(yè)控制不可或缺的技術(shù)之一。其主要特征如下所示：(一)可靠性PLC不需要大量的活元件或有線電子元器件。而且，PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)獨(dú)特個(gè)性化并十分具有可靠性，不會(huì)隨意泄露，維護(hù)簡(jiǎn)單，周期短。示例：冗余設(shè)計(jì)，防停電，故障排除，信息保護(hù)和恢復(fù)。PLC容易上手，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，就算是小白可以獨(dú)自設(shè)計(jì)出無(wú)疏漏的控制系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，錯(cuò)誤是不容易發(fā)生的。PLC是為特殊功能而設(shè)計(jì)的控制調(diào)制器。為了管理計(jì)算機(jī)，編程語(yǔ)言是十分簡(jiǎn)單而有效的，使用簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言來(lái)編寫程序，可以從很大程度上減少程序的錯(cuò)誤發(fā)生。

(二)操作簡(jiǎn)便PLC的程序和普遍的變成一樣，需要編寫、寫入和修改，可以直接寫入程序，也可以在原基礎(chǔ)上修改程序，也可以通過(guò)搜索所需的程序地址來(lái)直接更改。這是因?yàn)楦鞣NPLC編程語(yǔ)言梯形圖接近電圖。很容易掌握和理解。PLC的自診斷功能大大減少了操作者的管理時(shí)間，增加工作效率。所謂的自我診斷，就是系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)整體會(huì)馬上自我診斷，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤來(lái)源，維護(hù)人員可以快速找到故障原因。

(三)靈活性

PLC的控制功能通過(guò)存儲(chǔ)設(shè)備的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，其屬于PLC的存儲(chǔ)設(shè)備控制。要對(duì)控制功能進(jìn)行必要的更改，只需更改軟件指令以使硬件成為軟件即可。邏輯控制功能是對(duì)函數(shù)的一個(gè)處理過(guò)程。同時(shí)這個(gè)功能也是PLC最基本的功能，根據(jù)外部設(shè)備的控制需要，PLC會(huì)經(jīng)過(guò)一系列的運(yùn)算過(guò)程輸送到現(xiàn)場(chǎng)，并能讓外部現(xiàn)場(chǎng)展示出想要的效果。（4）計(jì)數(shù)控制功能PLC具有計(jì)數(shù)的功能，當(dāng)使用者需要設(shè)計(jì)某個(gè)計(jì)數(shù)值時(shí)，可以通過(guò)PLC的計(jì)數(shù)控制功能實(shí)行操作控制，每一個(gè)工作所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值達(dá)到以后，計(jì)數(shù)器就會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)，并進(jìn)行操作控制。

（5）步進(jìn)控制功能使用PLC的人可以使用PLC的步進(jìn)功能，PLC可以在一個(gè)工作完成以后，經(jīng)過(guò)步進(jìn)功能后就可以自動(dòng)進(jìn)行后面的工作。

（6）數(shù)據(jù)處理功能PLC的數(shù)據(jù)處理功能十分強(qiáng)大，可以運(yùn)用PID運(yùn)算處理各種數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的遷移、運(yùn)輸和轉(zhuǎn)換。

（7）可靠性PLC的可靠性高，表現(xiàn)在下列幾方面：PLC的接線很少，它的維修簡(jiǎn)單，因此維修時(shí)間也很短。PLC有保護(hù)、恢復(fù)信息和診斷故障的功能。PLC的編程容易，操作便利，維修簡(jiǎn)單。

（8）易操作性PLC的易操作性表現(xiàn)在下列三個(gè)方面:操作方便：PLC可以直接輸入程序和更改程序，輸入的程序可以CRT屏幕顯示。

編程方便：PLC有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可以使用，編程容易掌握和理解，因此有利于程序的編寫和學(xué)習(xí)。

維修方便：PLC有自診斷功能，維修人員可以根據(jù)故障顯示信號(hào)燈找到故障的地方，及時(shí)修復(fù)，節(jié)約了大量時(shí)間。1.1.2PLC的組成對(duì)于PLC其實(shí)是一種帶有指令的存儲(chǔ)器，同時(shí)具有輸入/輸出接口，主要是通過(guò)位運(yùn)算，針對(duì)功能可以完成邏輯、順序和定時(shí)等。是目前最為常見和最為常用的面向機(jī)器或者在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行自動(dòng)控制的裝置。經(jīng)過(guò)上一小節(jié)的分析和對(duì)比可知，PLC和其他的工業(yè)控制裝置進(jìn)行比較其具有兩個(gè)特點(diǎn)，分別是具有比較高的可靠性和比較好的通用性。因?yàn)樵趯?shí)際的生活當(dāng)中，可以影響設(shè)備運(yùn)行的因素有很多，比如濕度、光照強(qiáng)度和二氧化碳濃度等參數(shù)變量。所以導(dǎo)致于被測(cè)對(duì)象經(jīng)常會(huì)處于復(fù)雜的環(huán)境中，所以此時(shí)如果想要針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，則針對(duì)系統(tǒng)必須具有非常高的可靠性，而PLC為了保證其工作的可靠性，在進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的過(guò)程中采用了一系列的措施。比如在PLC上的所有輸入和輸出接口都會(huì)采用光耦合器件，通過(guò)此器件完全可以讓PLC的內(nèi)部電路和外部電路直接在電氣上隔離，還在開關(guān)電源上選擇了性能優(yōu)良的開關(guān)電源等。PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖PLC的控制功能通過(guò)存儲(chǔ)設(shè)備的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，其屬于PLC的存儲(chǔ)設(shè)備控制。要對(duì)控制功能進(jìn)行必要的更改，只需更改軟件指令以使硬件成為軟件即可。PLC是可編程控制器的簡(jiǎn)稱，在我們現(xiàn)在生活中應(yīng)用越來(lái)越加常見，其功能作用相似于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。PLC由以下部分組成，核心部分CPU，存儲(chǔ)部分，輸入輸出單元，通訊接口和電源，CUP相對(duì)于是PLC的心臟部分，是所有控制工作的核心和基礎(chǔ)，存儲(chǔ)部分用于信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，類似于倉(cāng)庫(kù)作用；輸入輸出單元是PLC的兩扇大門，對(duì)于數(shù)字信號(hào)的出入進(jìn)行連接；通訊接口與電腦計(jì)算機(jī)或者是其他的接口相連接。從PLC其本身的特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，內(nèi)部包含了許多種不同功能的寄存器和繼電器，并且其內(nèi)部程序含有記憶功能，對(duì)于設(shè)定的程序不需要重復(fù)操作，當(dāng)PLC通電后，內(nèi)部程序數(shù)據(jù)開始初始化，減少程序運(yùn)行過(guò)程中繁雜的運(yùn)行過(guò)程。在檢測(cè)過(guò)程之中，性能穩(wěn)定好，使用壽命長(zhǎng)，對(duì)車庫(kù)檢測(cè)數(shù)據(jù)響應(yīng)快。PLC輸出程序的可靠性,即執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否按要求進(jìn)行動(dòng)作。具有運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性能高、抗干擾能力，強(qiáng)體積小、質(zhì)量輕能耗低等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)代可編程序控制器的發(fā)展更適合現(xiàn)代工業(yè)的要求，應(yīng)用廣泛、操作方便，已步入成熟階段，成為當(dāng)代工業(yè)控制不可或缺的技術(shù)之一。1.1.3PLC型號(hào)的確認(rèn)如今PLC類型具有很多，大致分為日系，德系，美系以及國(guó)產(chǎn)PLC等幾大類型，其中日系的知名代表為三菱PLC，德系知名代表為西門子PLC，我國(guó)則是臺(tái)達(dá)PLC，信捷PLC，不同的PLC所用到的操作指令不同，因此在程序設(shè)計(jì)方面上存在較大的差別，同時(shí)不同PLC的強(qiáng)項(xiàng)領(lǐng)域也不同，如德系西門子PLC的強(qiáng)項(xiàng)用于流體領(lǐng)域的檢測(cè)，比如溫度參數(shù)的采集，流量參數(shù)的采集，壓力參數(shù)的采集，三菱PLC的領(lǐng)域用于電機(jī)的控制，變頻器的控制。三菱PLC具有很多個(gè)型號(hào)，如三菱FX型號(hào)、三菱Q型號(hào)、三菱L型號(hào)。西門子具有S7-200系列、S7-300系列、S7-1200系列、S7-1500系列。臺(tái)達(dá)的ES系列SV系列等。本次設(shè)計(jì)的基于PLC的系統(tǒng)主要完成醫(yī)藥廢液的排污控制，系統(tǒng)要完成水泵控制、閥門的控制、指示燈的控制、蜂鳴器的控制。綜合考慮選擇了我國(guó)臺(tái)達(dá)系列的PLC作為系統(tǒng)的控制器，該款PLC的指令通俗易懂，控制穩(wěn)定，編程簡(jiǎn)單。系統(tǒng)用到了19個(gè)輸入，18個(gè)輸出，在選擇PLC的輸入輸出類型上要保留20%左右的點(diǎn)數(shù)用于項(xiàng)目的后期擴(kuò)展，臺(tái)達(dá)PLC有16端口的，32端口的48端口的，因此48個(gè)端口的控制器，具體型號(hào)選擇選擇了ES2的PLC，本次選擇的PLC具有24個(gè)輸入端口，24個(gè)輸出端口，滿足系統(tǒng)的需要。1.2電氣控制系統(tǒng)在整體的廢水處理系統(tǒng)上，其主要是用來(lái)檢測(cè)數(shù)字的輸入量。其中在系統(tǒng)上需要是做到檢測(cè)模擬量的輸入值。在整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要求要做到保證硬件部分要滿足信息反饋要求，并做到對(duì)廢水的控制。本次的整體電氣控制系統(tǒng)上，其主要是包括有如下幾個(gè)部分的方式。(1）操作面板。(2）顯示面板。(3）電氣控制柜。1.3主電路和控制電路設(shè)計(jì)1.1.1主電路設(shè)計(jì)在整體的設(shè)計(jì)中，其中整體的設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)是最為重要的。對(duì)整體系統(tǒng)中，其具有電動(dòng)機(jī)的作用就是能夠使得順利完成廢水處理系統(tǒng)。在此的控制上其主要是選擇為鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。對(duì)整體的主電路設(shè)計(jì)中，其主要是結(jié)合電動(dòng)機(jī)類完成主電路的接線，在整體主電路中，其中電動(dòng)機(jī)能夠起到降低電流的作用，這樣可以保證廢水在引流方面做到減輕電網(wǎng)的沖擊。其中整體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主電路見下圖3-2所示。圖3-2主電路接線圖本次基于PLC系統(tǒng)的主電路圖如圖3-2所示，主電路為系統(tǒng)的電機(jī)原理圖，由羅茨風(fēng)機(jī)裝置，曝氣風(fēng)機(jī)裝置，清水泵裝置組成。L1,L2,L3為電機(jī)的進(jìn)線端,PE為接地保護(hù)，F(xiàn)U為電機(jī)的熔斷器保護(hù)，F(xiàn)R為電機(jī)的熱繼電器保護(hù)，其中QF為斷路器，控制電路的通斷。KM為接觸器，當(dāng)KM閉合，裝置運(yùn)行。KM斷開，裝置停止。1.1.2PLC接線電路的設(shè)計(jì)在進(jìn)行廢水處理中，其整體的接線電路圖見下圖3-3所示。圖3-3控制電路1.5電動(dòng)機(jī)的選型在整體的控制系統(tǒng)上，其選擇的電動(dòng)機(jī)在整體控制系統(tǒng)上是用于驅(qū)動(dòng)泵的運(yùn)行。在進(jìn)行選擇的電動(dòng)機(jī)是用來(lái)驅(qū)動(dòng)泵的啟動(dòng)工作。在進(jìn)行選擇的電動(dòng)機(jī)中，其要做到保證整體的系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。液位計(jì)傳感器接入水泵的PLC,PLC輸出端控制提升泵啟動(dòng)。保證當(dāng)處理站控制系統(tǒng)或者處理站與水泵系統(tǒng)的通訊故障時(shí)，不會(huì)影響到水泵的系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行。良好的PLC能確保水泵的工作效率，但是水泵的選擇也十分重要。水泵的選擇需要考慮水泵的液位和水泵的揚(yáng)程等實(shí)際情況，作具體分析。首先，要滿足以下4個(gè)條件，分別是：1、水泵的液位和水杯的揚(yáng)程是否能滿足水泵的要求；2、水泵機(jī)組在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中，需要的最高工作效率和最低的工作效率；3、水泵型號(hào)，還有臺(tái)數(shù)設(shè)計(jì)的水泵站；4、選擇便于維修的水泵，提高工作效率。所以綜合、以上幾點(diǎn)，我們選用了國(guó)產(chǎn)光泉公司型號(hào)為A2R510、型水泵。A2R510型水泵使用不銹鋼材質(zhì)，擁有很強(qiáng)的耐腐蝕能力，選擇它的理由是，成本方面，價(jià)格適合，它擁有超高的工作效率，而且壽命長(zhǎng)，不銹鋼材質(zhì)十分耐用，能夠節(jié)省不少成本，在工作方面，在城市內(nèi)部進(jìn)行污水排放，A2R510型號(hào)水泵工作聲音小，適合城市工作，其外形上機(jī)體小，節(jié)省工作空間，性能上機(jī)體吸水和揚(yáng)水能力十分顯著。這類型的電動(dòng)機(jī)在實(shí)際使用中，其在啟動(dòng)方面是較為平穩(wěn)的，而且還具有較大的起動(dòng)力矩。其整體結(jié)構(gòu)上較為簡(jiǎn)單化，在運(yùn)行上更加體現(xiàn)出具有可靠的性能和維護(hù)方便。由此可見本次的電動(dòng)機(jī)選擇符合本次的設(shè)計(jì)。1.6變頻器的選型變頻器的選擇上，要做到根據(jù)選擇的電動(dòng)機(jī)出發(fā)。在選擇變頻器在整體系統(tǒng)上，其主要是作用就是能夠固定工頻。在控制系統(tǒng)上，其中變頻器在設(shè)備中主要是起到了變頻調(diào)速的作用。要是一個(gè)設(shè)備在變頻器中可以得到保證工作以及獲得最佳的頻率，那么將會(huì)使得設(shè)備在進(jìn)行運(yùn)行上達(dá)到平穩(wěn)可靠工作。由此可以看出，對(duì)于機(jī)械設(shè)備中要想使得整體運(yùn)行穩(wěn)定保證，那么變頻器是不可缺少的。在另一方面來(lái)看，變頻器還起到了節(jié)能的作用。在本次的變頻器是結(jié)合電動(dòng)機(jī)使用，在電動(dòng)機(jī)中結(jié)合了變頻器其可以達(dá)到節(jié)能作用。一般的變頻器其要結(jié)合設(shè)備上的使用，這樣才能使得整體設(shè)備達(dá)到最佳的頻率。使用變頻器在系統(tǒng)上，其中重要也是為了使得電能保證，而且做到保證設(shè)備使用的壽命。由此可以看出，變頻器在設(shè)備中的應(yīng)用是非常重要的。根據(jù)本次的控制系統(tǒng)上，其所選擇的變頻器在型號(hào)上為FC-111P22KT4P20H4XX變頻器。1.7其他設(shè)備的選型1.7.1中間繼電器選型中間繼電器是一種具有放大任務(wù)功能的小型電磁繼電器裝置。除此之外還能夠切換控制信號(hào)。在控制方案中，中間繼電器通常安裝在中間位置。它介于小功率控制設(shè)備和大容量設(shè)備之間。為了選擇和PLC適配的中間繼電器。這里我使用JZX-22F型號(hào)的中間繼電器，也叫做小型電磁繼電器。觸頭數(shù)量有8腳，11腳和14腳。釋放時(shí)間和引出時(shí)間都低于20ms。輔助觸點(diǎn)為2開2閉，3開3閉，4開4閉。電氣壽命為10萬(wàn)次。工作溫度為-25°到55C°，能在相對(duì)濕度和相對(duì)氣壓較差的環(huán)境下依然擁有良好的工作效率?？稍谌我猸h(huán)境安裝，十分適合PLC在處理污水的排放時(shí)的應(yīng)用。圖3-2中間繼電器實(shí)物圖1.7.2交流接觸器選型接觸器本質(zhì)上是一種開關(guān)，它接收低壓信號(hào)（24V）以接通電源。通過(guò)產(chǎn)生磁場(chǎng)，它會(huì)拉下一塊金屬，連接兩個(gè)高壓側(cè)。這里我使用了CJX21810型號(hào)的交流接觸器。選擇原因是其性能更穩(wěn)定，不容易發(fā)生故障，能負(fù)責(zé)大功率負(fù)載，執(zhí)行能力強(qiáng)，而且這種型號(hào)的交流接觸器的平均使用壽命能達(dá)到5-10年。圖3-4交流接觸器實(shí)物圖1.7.3熱繼電器選型我選擇NR2-254-25A型號(hào)的熱繼電器，主要應(yīng)用于低壓鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)和低額定輸出直流電動(dòng)機(jī)中。此型號(hào)的熱繼電器具有低過(guò)載能力。它的設(shè)計(jì)工作能達(dá)到6至7倍以上的滿載電流。NR2-254~25A型號(hào)的熱繼電器還具有自動(dòng)與手動(dòng)復(fù)位，溫度指示等功能。圖3-5熱繼電器實(shí)物圖1.7.4按鈕開關(guān)選型選用如下按鈕開關(guān)：

選擇NP2-B-3-1按鈕開關(guān)。圖3-6按鈕開關(guān)實(shí)物圖1.7.5液位傳感器本文的液位傳感器國(guó)產(chǎn)翔恩公司型號(hào)為XE26F的產(chǎn)品，該款傳感器不僅測(cè)量精、度高，易于安裝、響應(yīng)速度快。圖3-7XE26F型液位傳感器實(shí)物圖該傳感、器的主要性能指標(biāo)如下：1．液位檢、測(cè)范圍：0～50M3/MIN；測(cè)量精、度：±0.3M32．工作電壓、：10～28VDC；3．輸出信號(hào)：4～20mA。2廢水系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)2.1編程軟件的概述本次設(shè)計(jì)的醫(yī)藥廢水處理系統(tǒng)控制器為臺(tái)達(dá)PLC。臺(tái)達(dá)PLC所使用編程軟件為WPLSoft2.41。WPLSoft2.41軟件是集成一體化的控制的軟件，功能強(qiáng)大。具有DVP系列、ES系列、EV系列等編程的功能，WPLSoft2.41的內(nèi)部集成了仿真操作等一系列軟件。WPLSoft2.414為用戶提供了一個(gè)通用的工程組態(tài)框架，可以用來(lái)對(duì)FX系列的PLC進(jìn)行程序的編寫與調(diào)試、硬件的參數(shù)設(shè)置、故障診斷等。此外，它