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1、毕毕 业业 论论 文文 题目：基于LC 控制的污水处理系统 姓 名：彭光雷 身份证号：3513 班 级 ： 9 电器自动化（国） 所在学校: 指导老师: 时间：211 年 10 月 17 日 基于基于 P控制的污水处理系统控制的污水处理系统 摘摘 要要 污水处理对于人们的生产、生活有着重要的意义，它也是国家执行可持续发展目标的一个重要 环节。在本课题设计中,首先概括性地分析了目前PLC的发展现状、主要类型及各自特点等。接着， 对课题中将要用到的PLC的硬件结构与工作原理作了介绍,并着重介绍了S7-20系列LC。然后,详 细地阐述了一个较为简单的污水处理系统的PLC控制的设计实现步骤。将整个控制
2、过程分为四个方 面:污水处理总流程部分、仪表测水质以及根据水质加投药、投药后系统加热控制、紫外线杀菌器。 由这四个方面的协调工作共同组成了整个污水处理的PL控制系统。 关键词关键词: : 污水处理 远程I/ H值控制 PLC 目目 录录 摘摘 要要.1 引言引言 第一章技术介绍第一章技术介绍5 .1.1的基本构成的基本构成5 1 12 2 PLCPLC 的工作原理的工作原理 (2）扫描周期.8 (）PC 的工作原理 .8 第二章第二章 基于基于 PLCPLC 控制的污水处理系统控制的污水处理系统.0 .1 PLC 控制的污水处理系统 .10 2.污水处理总流程部分.11 212 仪表对水质的检
3、测以及检测后加投药部分.14 .13 投药后系统加热控制.18 .1.4 紫外线杀菌系统.22 22 PLC 的抗干扰措施 .23 结论结论 参考文献参考文献.5 致谢致谢52 引言引言 1.PL,即可编程序控制器，是以计算机技术为核心的自动控制装置,在各行业中得到广泛运 用,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。18 年美国M(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
4、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 Pgramale Controll（)。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 Progamabe Lgi Ctrolle（L),现在,仍常常将 PC 简称 PC。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备,改变程序即可改变生产工艺。目前,可编程控制 器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。其具有结构简单、性能优越、可 靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点。近年来,在工业自动控制、机电一体化、改造传 统产业等方面得到了广泛的应用。 P的典型结构如下：
5、 图1 PLC的基本构成 2 中国是一个缺水的国家，人均水资源占有量仅为世界的 1/4,而且中国的水资源在时空和 地域分布也很不均匀，更加重了实际缺水的情况,因此今年来中国城市水资源进一步紧张，许多城 市存在严重缺水，与此同时，水资源的污染也日益加重,所以,许多城市都规划和建设了一些自己的 污水处理厂,来改变目前水资源缺乏的现状。 中国污水处理事业是在 8年代发展起来的,经过几十年的发展已初具规模,但是,与国外的污 水处理系统相比，始终存在着效率低，自动化程度低,能耗高与费用高等缺点，随着全球能源供应 紧张与自动化程度高发展的要求，中国污水处理系统必然朝着无人看守与高自动化的方向发展。目 前,
6、L以其高稳定性,高自动化程度的不断加强,使得 PLC 成为污水处理系统的首选。可编程控制 器(PL）是以微处理器为核心,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新 型、通用的自动控制装置。具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便 等优点。近年来，在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛的应用。 (1）可靠性高,抗干扰能力强 （2)通用性强,使用方便 （3）程序设计简单、易学、易懂 (4）采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便 （5)系统设计周期短 (6）安装简便,调试方便，维护工作量小 (7）对生产工艺改变适应性强,可进行柔性生产 综合以上
7、特点可见，PL的诸多特点正是迎合了广大用户的需求,弥补了其他控制器的不足。 因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域得到了越来越广泛的应用。在现代自动化的污水处理 厂更是不可缺少。污水处理厂的过程控制都有一个共同的特点，就是开关量多,模拟量少。以逻辑 顺序控制为主,闭环回路控制为辅，因此，以次见长的可变成逻辑控制器在污水处理中得到了广泛 的应用。 第一章第一章技术介绍技术介绍 1.11.1P PC C 的基本构成的基本构成 从结构上分，PLC 分为固定式和组合式(模块式）两种。整体式又叫做单元式或箱体式，CU 模块、I/O 模块和电源装在一个箱状机壳内，结构非常紧凑。它的体积小、价格低，小型L
8、C 一般 采用整体式结构。整体式提供多种不同 I/点数的基本单元和扩展单元供用户选用,基本单 元内有 CPU 模块、/O 模块和电源，扩展单元内只有 I/O 模块和电源,基本单元和扩展单元之间用 扁平电缆连接。各单元的输入点与输出点的比例一般是固定的,有的 PC 有全输入型和全输出型的 扩展单元。选择不同的基本单元和扩展单元，可以满足用户的不同要求。 整体式LC一般配备有许多专用的特殊功能单元，如模拟量/O单元、位置控制单元和通信单 元等，使PC的功能得到扩展。 模块式PLC:大、中型PLC(如西门子的730和S7400系列）般采用模块式结构。模块式 C用搭积木的方式组成系统，它由机架和模块组
9、成。模块插在模块插座上,后者焊在机架的总线 连接板上，有的厂家将机架称为基板。PC厂家备有不同槽数的机架供用户选用,如果一个机架容 纳不下所选用的模块,可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用I/扩展电缆相连，有的PLC需 要通过接口模块来连接备机架。 用户可以选用不同档次的PU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能模块,对硬件配置的选择余 地较大,维修时更换模块也很方便。 有的模块式PLC（如西门子的S730系列LC)没有机架，各模块安装在铝质导轨上,相邻的 模块之间用模块下面的U形总线连接器连接。 固定式 PLC 包括PU 板、I/板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸 的
10、整体。模块式 PL包括 CP模块、I/模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按 照一定规则组合配置。 图 2 PLC 的基本组成 . .PLPL的工作原理的工作原理 最初研制生产的LC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方 式是不相同的： (1)继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式,即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器 所有的触点(包括其常开或常闭触点)在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。 (2）PLC的PU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接 通或断开,该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作,
11、必须等扫描到该触点时才会动 作。 为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异,考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间 一般在10毫秒以上，而L扫描用户程序的时间一般均小于10毫秒，因此,PLC采用了一种不 同于一般微型计算机的运行方式-扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器 控制装置的处理结果上就没有什么区别了。 输入输出滞后时间又称系统响应时间,是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外 部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔,它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫 描工作方式产生的滞后时间这三部分组成。 输入模块的RC滤波电路用来滤除由输入端引入
12、的干扰噪声，消除因外接输入触点动作时产生的 抖动引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为毫秒左右。 输出模块的滞后时间与模块的类型有关,继电器型输出电路的滞后时间一般在10毫秒左右：双 向晶间管型输出电路在负载通电时的滞后时间约为1毫秒，负载由通电到断电时的最大滞后时间为 I0毫秒;晶体管型输出电路的滞后时间一般在1毫秒以下。 由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达两个多扫描周期。 PLC总的响应延迟时间一般只有几十毫秒,对于一般的系统是无关紧要的。要求输入输出信号 之间的滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的LC或采取其他措施。反之将断电。 如果读入输入映像寄
13、存器 XX的均为二进制数，在程序执行阶段,经过上述逻辑运算过 程之后，运算结果仍为 Y0=0,所以 K的线圈处于断电状态。按下起动按钮 Sl,现变为 1 状态， 经逻辑运算后 Y变为 1 状态，在输出处理阶段，将 Y0 对应的输出映像寄存器中的送到输出模 块,PLC 内0 对应的物理继电器的常开触点接通,接触器 K的线圈通电。存器,外部触点接通时存 入寄存器的是二进制数 1，反之存入 0。 执行第1条指令时，从O对应的输入映像寄存器中取出二进制数并保存起来。执行第条指令 时，取出Y0对应的输出映像寄存器中的二进制数，与O对应的二进制数相“或”(电路的并联对应 “或”运算）。 执行第3条或第4条
14、指令时，分别取出X或对应的输入映保寄存器中的二进制数，因为是 常闭触点，取反后与前面的运算结果相“与”（电路的串联对应“与”运算),然后存入运算结果寄 存器。 执行第条指令时，将运算结果寄存器中的二进制数送入Y0对应的输出映像寄存器。 在输出处理阶段,C将各输出映像寄存器中的二进制数传送给输出模块并钡存起来,如果Y0对 应的输出映像寄存器存放的是二进常开触点的状态读入相应的输入映像 （1）扫描工作方式 PLC有两种基本的工作模式,即运行(RU)模式与停止（O)模式。在运行模式， 通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使LC的输出及时地响应随时可能变 化的输入信号,用户程序不是只
15、执行一次,而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到TOP工作模 式。 除了执行用户程序之外，在每次循环过程中,PLC还要完成内部处理、通信处理等工作,一次循 环可分为个阶段（见图25)。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算 机执行指令的速度极高,从外部输入输出关系来看,处理过程似乎是同时完成的。 图3 扫描过程 在内部处理阶段,PC检查CP模块内部的硬件是否正常,将监控定时器复位,以及完成一些其 它内部工作。 在通信服务阶段,L与其它的带微处理器的智能装置通信,响应编程器键入的命令更新编程 器的显示内容。当PLC处于停止(SOP)模式时,只执行以上的操作。PLC处于运
16、行(RUN)模式时还要 完成另外三个阶段的操作。在LC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状 态,它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。H龙梯形图中的其他编程元件也有对应的映保 存储区,它们统称为元件映像寄存器。 内部处理 通信服务 输入处理 程序执行 输出处理 内部处理 通信服务 RUN STOP 在输入处理阶段,LC把所有外部输入电路的接砌断开状态读入输入映像寄存器。外部输入电路 接通时，对应的输入映像寄存器为1状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通,常闭触点断 开。外部输入触点电路断开时，对应的输入映像寄存器。状态，梯形图中对应的输入继电器的常开 触点断开，常闭触点接通。某一编程元件对应的映像寄存器为状态时,称该编程元件为N,映像 寄存器为0状态时,称该编程元件为F。 在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化,输入映像寄存器的状态也不会随之而变, 输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。PLC的用户程序由若干条指 令组成,指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始,逐条顺序 地执行用户程序,
