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1、新疆工业高等专科学校电气系系课程设计说明书 工业污水处理的 PLC 控制 专业班级 电气自动化 09 40 1 班 学生姓名 姚春要 指导教师 毛昀 完成日期 2011 年 12 月 18 日 新疆工业高等专科学校 电气与信息工程系课程设计任务书 11 12 学年上学期 2011 年 12 月 18 日 专业电气自动化班级09 40 1 班课程名称PLC 基础及应用 设计题目工业污水处理的 PLC 控制指导教师毛昀 起止时间2011 12 12至12 18周数1 周设计地点PLC 实验室 设计目的 根据控制要求 明确设计任务 拟定设计方案与进度计划 运用所学的理论知识 控制原理设计 硬件系统设
2、计 软件系统设计 提高理论知识工程应用能力 系统调 试能力 分析问题与解决问题的能力 设计任务或主要技术指标 1 设计出硬件系统的结构图 接线图 时序图等 2 程序结构与控制功能自行设计 3 系统有启动 停止功能 4 进行系统调试 实现 控制污水处理过程中污水的流量控制 PH 值的调节 温度 处理 水位控制 控制要求 5 设计报告要做到层次清晰 论述清楚 图表正确 书写工整 格式正确 设计进度与要求 12 月 12 13 日 查阅资料 12 月 14 15 日 题目设计 12 月 16 17 日 编程与设计 12 月 18 日答辩 主要参考书及参考资料 1 廖常初 PLC 基础及应用 第 2
3、版 机械工业出版社 2011 2 张运波 刘淑荣 工厂电气控制技术 第 2 版 高等教育出版社 2011 3 俞国亮 PLC 原理与应用 三菱 FX 系列 北京 清华大学出版社 2005 6 4 教研室主任 签名 系 部 主任 签名 年月日 新疆工业高等专科学校电气与信息工程系 课程设计评定意见 设计题目 工业污水处理的 PLC 控制 学生姓名 姚春要专业电气自动化班级09 40 1 班 评定意见 评定成绩 指导教师 签名 年月日 评定意见参考提纲 评定意见参考提纲 1 学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求 2 学生的勤勉态度 3 设计或说明书的优缺点 包括 学生对理论知识的掌握程度 实
4、践工作能力 表现出 的创造性和综合应用能力等 引 言 随着经济的发展特别是我国工业的迅速膨胀对工业污水的处理已成为社会普遍关 注的问题 为保证工业污水处理过程的安全性 可靠性和生产的连续性提高污水处理厂 的自动化水平本课题的任务是运用可编程控制器来控制污水处理过程中污水的流量控 制 PH 值的调节 温度处理 水位控制 本文介绍了工厂污水处理的基本工艺和流程 并通过研究设计一套基于 PLC 控制的 污水处理系统 文章首先介绍了基于 PLC 污水处理控制系统的工艺及相关流程 来说明 PLC 在污水处理过程中的应用 关键词 污水处理 PLC 目 录 1 PLC 的概述 1 1 1 PLC 的定义 1
5、 1 2 PLC 的发展历程 1 1 3 PLC 的基本组成及各部分作用 1 1 4 PLC 的应用领域 4 1 6 PLC 的工作原理 5 2 三菱 PLC 编程软件 GX Developer 的介绍 6 2 1 三菱 PLC 编程软件 GX Developer 的简介 6 2 2 三菱 PLC 编程软件 GX Developer 的使用 7 2 2 1 打开程序 7 2 2 2 创建新工程 7 2 2 3 输入梯形图 11 2 2 4 梯形图编辑 13 2 2 5 步进指令输入 13 2 2 6 程序的转换 14 2 2 7 程序传送 电脑 PLC 14 3 设计任务 15 3 1 任务描
6、述 15 3 2 控制要求说明 15 3 3 程序流程图 16 3 4 元件注释 17 4 运行调试 18 总 结 19 致 谢 20 参考文献 21 附 录 A 梯形图 22 工业污水处理的 PLC 控制 1 1 PLC 的概述 1 1 PLC 的定义 PLC 可编程序控制器 PLC 英文全称 Programmable Logic Controller 中文全称为 可编程逻辑控制器 定义是 一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境应用而设 计的 它采用一类可编程的存储器 用于其内部存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数与算术操作等面向用户的指令 并通过数字或模拟式输入 输出控制各种类
7、 型的机械或生产过程 1 2 PLC 的发展历程 在工业生产过程中 大量的开关量顺序控制 它按照逻辑条件进行顺序动作 并按 照逻辑关系进行连锁保护动作的控制 及大量离散量的数据采集 传统上 这些功能是 通过气动或电气控制系统来实现的 1968 年美国 GM 通用汽车 公司提出取代继电气 控制装置的要求 第二年 美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置 首次采用程序化的手段应用于电气控制 这就是第一代可编程序控制器 称 Programmable Controller PC 个人计算机 简称 PC 发展起来后 为了方便 也为 了反映可编程控制器的功能特点 可编程序控制器定名为 Prog
8、rammable Logic Controller PLC 现在 仍常常将 PLC 简称 PC PLC 的定义有许多种 国际电工委员 会 IEC 对 PLC 的定义是 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工 业环境下应用而设计 它采用可编程序的存贮器 用来在其内部存贮执行逻辑运算 顺 序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字的 模拟的输入和输出 控 制各种类型的机械或生产过程 可编程序控制器及其有关设备 都应按易于与工业控制 系统形成一个整体 易于扩充其功能的原则设计 上世纪 80 年代至 90 年代中期 是 PLC 发展最快的时期 年增长率一直保持为 30 40 在这
9、时期 PLC 在处理模拟量能力 数 字运算能力 人机接口能力和网络能力得到大幅度提高 PLC 逐渐进入过程控制领域 在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统 PLC 具有通用性强 使 用方便 适应面广 可靠性高 抗干扰能力强 编程简单等特点 PLC 在工业自动化控 制特别是顺序控制中的地位 在可预见的将来 是无法取代的 1 3 PLC 的基本组成及各部分作用 PLC 是一种通用的工业控制装置 其组成与一般的微机系统基本相同 按结构形式 的不同 PLC 可分为整体式和组合式两类 整体式 PLC 是将中央处理单元 CPU 存储器 输入单元 输出单元 电源 通信 接口等组装成一体
10、 构成主机 另外还有独立的 1 0 扩展单元与主机配合使用 主机中 CPU 是 PLC 的核心 1 0 单元是连接 CPU 与现场设备之间的接口电路 通信接口用于 PLC 与编程器和上位机等外部设备的连接 工业污水处理的 PLC 控制 2 组合式 PLC 将 CPU 单元 输入单元 输出单元 智能 1 0 单元 通信单元等分别 做成相应的电路板或模块 各模块插在底板上 模块之间通过底板上的总线相互联系 装有 CPU 单元的底板称为 CPU 底板 其它称为扩展底板 CPU 底板与扩展底板之间通 过电缆连接 距离一般不超过 10m 无论哪种结构类型的 PLC 都可以根据需要进行配 置与组合 1 中
11、央处理单元 CPU CPU 在 PLC 中的作用类似于人体的神经中枢 它是 PLC 的运算 控制中心 它按 照系统程序所赋予的功能 完成以下任务 1 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据 2 诊断电源 PLC 内部电路的工作状态和编程的语法错误 3 用扫描的方式接收输入信号 送入 PLC 的数据寄存器保存起来 4 PLC 进入运行状态后 根据存放的先后顺序逐条读取用户程序 进行解释和执行 完成用户程序中规定的各种操作 5 将用户程序的执行结果送至输出端 现代 PLC 使用的 CPU 主要有以下几种 1 通用微处理器 如 8080 8088 Z80A 8085 等 通用微处理器的价格便宜 通用
12、性强 还可以借用微机成熟的实时操作系统 丰富的软硬件资源 2 单片机 如 8051 等 单片机由于集成度高 体积小 价格低和可扩充性好 很适 合在小型 PLC 上使用 也广泛地用于 PLC 的智能 UO 模块 3 位片式微处理器 如 AMD2900 系列等 位片式微处理器是独立于微型机的另一 分支 它主要追求运算速度快 它以 4 位为一片 用几个位片级联 可以组成任意 字长的微处理器 改变微程序存储器的内容 可以改变计算机的指令系统 位片式 结构可以使用多个微处理器 将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分 几个 微处理器同时进行处理 这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合 很适合于
13、以顺序扫描方式工作的 PLC 使用 2 存储器 根据存储器在系统中的作用 可以把它们分为以下 3 种 1 系统程序存储器 和各种计算机一样 PLC 也有其固定的监控程序 解释程序 它们决定了 PLC 的功能 称为系统程序 系统程序存储器就是用来存放这部分程序的 系统程序是不能由用户更改的 故所使用的存储器为只读存储器 ROM 或 EPROM 2 用户程序存储器 用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序 用 户程序存放在用户程序存储器中 由于用户程序需要经常改动 调试 故用户程序存储 器多为可随时读写的 RAM 由于 RAM 掉电会丢失数据 因此使用 RAM 作用户程序存 储器的 PLC
14、 都有后备电池 铿电池 保护 RAM 以免电源掉电时 丢失用户程序 当用 户程序调试修改完毕 不希望被随意改动时 可将用户程序写入 EPROM 目前较先进的 PLC 如欧姆龙公司的 CPMIA 型 PLC 采用快闪存储器作用户程序存储器 快闪存储器可 工业污水处理的 PLC 控制 3 随时读写 掉电时数据不会丢失 不需用后备电池保护 3 工作数据存储器 工作数据是经常变化 经常存取的一些数据 这部分数据存 储在 RAM 中 以适应随机存取的要求 在 PLC 的工作数据存储区 开辟有元件映象寄 存器和数据表 元件映象寄存器用来存储 PLC 的开关量输入 输出和定时器 计数器 辅助继电器等内部继电
15、器的 ON OFF 状态 数据表用来存放各种数据 它的标准格式是 每一个数据占一个字 它存储用户程序执行时的某些可变参数值 如定时器和计数器的 当前值和设定值 它还用来存放 A 0 转换得到的数字和数学运算的结果等 根据需要 部分数据在停电时用后备电池维持其当前值 在停电时可保持数据的存储器区域称为数 据保持区 3 1 0 单元 I 0 单元也称为 I 0 模块 PLC 通过 I 0 单元与工业生产过程现场相联系 输入单元 接收用户设备的各种控制信号 如限位开关 操作按钮 选择开关 行程开关以及其他 一些传感器的信号 通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信 号 并存到输入映像
16、寄存器 运行时 CPU 从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理 将处理结果放到输出映像寄存器 输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成 输出接 口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出 以驱动电磁阀 接触器 指示灯被控设备的执行元件 4 电源部分 PLC 一般使用 220V 的交流电源 内部的开关电源为 PLC 的中央处理器 存储器等 电路提供 5V 12V 24V 的直流电源 使 PLC 能正常工作 电源部件的位置形式可有多种 对于整体式结构的 CPU 通常电源封装到机壳内部 对于模块式 PLC 有的采用单独电源模块 有的将电源与 CPU 封装到一个模块中 5 扩展接口 扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连 使 PLC 的配置更加灵活 以满足不同控制系统的需要 6 通信接口 为了实现 人一机 或 机一机 之间的对话 PLC 配有多种通信接口 PLC 通过 这些通信接口可以与监视器 打印机和其他的 PLC 或计算机相连 当 PLC 与打印机相 连时 可将过程信息 系统参数等输出打印 当与监视器相连时 可将过程图像显示出来 当与其他 PLC 相连时 可以组成多机系统
