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1、题 目: 污水净化处理系统的PLC控制学 生： 奔跑的蚂蚁 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： cxc 日 期： 2011-12-23 目 录第一章 绪论11.1 课题的发展背景11.2 PLC的发展前景3第二章 污水净化处理系统设计方案42.1 物理法处理技术方案42.2 各污水处理方案的优点和缺点42.3 方案的具体实施42.3.1 系统的组成介绍42.3.2 系统的设计要求52.3.3 工艺流程6第三章 系统方案硬件选型73.1 可编程控制器概述73.2 硬件的选择83.3 硬件实施9第四章 系统软件设计114.1 系统软件选用和设计114.2 输出故障检测和报警114.2.1
2、 故障诊断子程序的作用114.2.2 故障子程序的设计114.3 系统I/O分配表124.4 软件设计的可行性12第五章 污水处理系统通信调试135.1 计算机的通信方式概述135.2 系统采用串行通信接口145.3 硬件S7-200与PROFIBUS通信155.4 系统调试155.5 系统可行性阐述16课程设计小结18参考文献19附 录20系统主程序20故障诊断子程序261第一章 绪论1.1课题的发展背景可编程控制器综合了计算机技术、电子应用技术、自动控制技术及通信技术，是新一代的工业自动化控制设备。它是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，最初叫做可编程控制器（Pr
3、ogrammable Logic Controller），即PLC。用途非常广泛，用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时、计数和算术运算等，通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。1、PLC的基本组成（1）中央处理器（CPU）（2）存储器（3）输入/输出（I/O）单元（4）编程器（5）通信端口（6）电源部分 （7）特殊功能单元2、PLC的特点（1）应用灵活、使用方便用户可以根据自己控制系统的大小来选择。用户可以根据自己控制系统的工艺流程来选择。用户可以根据自己控制系统的控制要求来选择。当用户控制系统要求改变时，不改动PLC外部接
4、线，只须修改程序。（2）可靠性强硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并对采用的器件进行严格的筛选等，具有很强的振动冲击性能等。软件方面，PLC的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运算处理器的延迟，保证在程序出错和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环，等。（3）面向控制过程的编程语言，容易掌握PLC的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。（4）网络功能强大PLC不仅能做到远程控制、进行PLC内部通信与上位机进行通信，还具备专业上网、无线上网等功能。从而提高经济效应。体积小、重量轻、PLC内部电路采用微电子技术设计。（5）易于安装、调试、维修在安装时，由于PLC的输入/输出接口
5、做的很好，因此可以直接和外部设备相连，而且不须专业的接口电路。调试可以先在试验室模拟完成，模拟调试完成后再现场安装、调试。从而缩短周期。在维修方面，PLC完善的诊断和显示功能，通过模块上的显示或编程器等很容易地找出故障的模块。3、PLC的用途目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：（1）开关量逻辑控制取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2）工业过程控制在
6、工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（3）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（4）数据处理PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集
7、、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（5）通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.2 PLC的发展前景PLC具有可靠性高、使用方便、编程简单、体积小、重量轻等特点。目前，全世界PLC生产厂家约为200家，生产300多个品种。作为控制装置，它在许多工业领域都得到广泛的应用。随着微处理器技术和现代通信技术的发展，PLC也得到了迅速发展，其技术和产品日趋完善。PLC的主要发展趋势主要表现在以下几个方面。（1）高速度、高I/O容量、功能强大随着CPU处理速度的提高，
8、PLC程序执行的速度也越来越快；大规模和超大规模集成电路的发展，相应地使I/O的容量也得到增加；智能模块的增加，使PLC能够实现的功能越来越多。（2）强大的PLC联网能力 随着人们对工业自动化的要求越来越高，人们已经不再满足对几个设备、几条生产线的PLC控制，而是要求实现对全工厂的自动化，所以提高PLC控制系统的网络功能成为PLC的发展趋势。以后人们不仅能通过通信模块进行PLC与PLC、PLC与上位机之间的连接，还能通过拨号或者无线的方式使PLC联网。（3）编程软件多样化PLC的梯形图语言、助记符语言和功能模块语言虽然使用方便，而且也能很好地实现控制要求，但是在处理一些高级功能（BASIC、C
9、、FORTRAN等）、图形语言、汇编语言兼容。这样不仅可以通过梯形图语言、助记符语言和功能模块语言来编写程序，也可以通过高级语言来编程。 第二章 污水净化处理系统设计方案2.1 物理法处理技术方案 磁力分离法 磁力分离式利用磁场力截留和分离废水中污染物质的方法。主要应用于去除废水中磁性及非磁性悬浮物和重金属离子，对废水中有机物和营养物的去除也有帮助。 当废水通过磁场时，水中磁性粒子同时受磁场吸引力、外力和重力、粒子互相作用等的作用，如磁力大于外力磁性粒子既能被磁场捕获，从水中分离出来。磁场吸引力还可以起到促进絮凝的作用。 使用较多的磁过滤器的主要部分为电磁铁和铁磁性过滤介质金属球、钢毛等。其次
10、为磁吸离器，它由不锈钢圆盘制成，上面粘结了极性交错排列的数百块永久磁铁，并用铝板覆盖。运转时圆盘转动，浸没部分吸引水中磁性物质，转离水面后，将表面泥渣即被挂走。 磁性铁粉可以在用分离心法从泥渣中回收。该分离机以其特有的快速分离的特点在生产中得到了实际应用。2.2 污水处理方案的优点和缺点磁力分离法方案：优点：操作方便，结构简单，设备简单，清洗时断掉电源，关闭进水阀和出水阀，让压缩空气强行把水箱中的水打入磁滤器中，冲洗磁铁，去掉附着的氧化铁杂质使冲洗后的污水流入污水池，进行二次处理，处理后的固体杂质还可以回收再利用。对废水中有机物和营养物的去除也有帮助。在方案中的污水处理后，污水不仅得到了净化还
11、可以回收再利用，净化后得到的氧化铁杂质也可以回收再利用。缺点：对于其他无磁性的固体杂质不能及时的处理。2.3 方案的具体实施2.3.1 系统的组成介绍 从简单经济可靠性出发，本系统由2台磁滤器，10只电磁阀和连接管道组成。系统组成示意图2-1所示。1号进水阀2号进水阀污水1号磁滤器1号水箱1号出水阀2号磁滤器2号水箱2号出水阀1号排水阀2号排污阀到污水池1号空气压缩阀2号空气压缩阀压缩空气到冷却塔图2-1系统组成示意2.3.2 系统的设计要求 (1)两台机组的滤水工序，可单独进行，也可以同时进行。而反洗工序只允许单台机组进行工作，一台机组反洗是，另一台必须等待。两台机组同时要求反洗时，1号机组
12、优先。 (2)为保证滤水工序的正常进行，在每台机组的管道上均安装了压差检测仪表，只出表现了“管压差高”信号，则应立即停止滤水工序，自动进入反洗工序。 (3)为增强系统的可靠性，将每台机组的磁滤器及各个电磁阀线圈的接通信号反馈到PLC的输入端，一旦某一输出信号不正常，要立即停止系统工作，这样可避免发生事故。 (4)执行器输出故障检测及报警。2.3.3 工艺流程 污水净化处理可分为两道工序，以1号机组为例，其工艺流程上图所示。 (1)滤水工序：打开进水阀和出水阀，污水流经磁滤器时，如果磁滤器的线圈一直通电，则污水中的氧化铁杂质会附在磁滤器的磁铁上，使水箱中流出的是净化水。(2)反洗工序：滤水一段时
13、间后，必须清洗附在磁铁上的氧化铁杂质。这时只要切断磁滤器线圈的电源，关闭进水阀和出水阀，让压缩空气强行把水箱中的水打入磁滤器中，冲洗磁铁，去掉附着的氧化铁杂质使冲洗后的污水流入污水池，进行二次处理。第三章 系统方案硬件选型3.1 可编程控制器概述 可编程控制器是是一种数字运算操作的电子系统，专业在工业环境下应用而设计。它利用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，来控制各类型的机械或生产的过程。 (1)PLC的基本结构 PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成如图3-1所示。PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。图3-
14、1 PLC控制系统示意图 (2)PLC特点 可编程控制器编程方法简单易学，功能强，性能价格比高，硬件配齐全，用户使用放便，使用性强，可靠性高，抗干扰能力强。系统的设计、安装、 调试工作量少，维护工作量少，维护方便，体积小，能耗低。 (3)PLC应用领域 在发达的工业国家，PLC已经广泛地应用在所有的工业部门，随着其性能的提高，应用范围不断扩大，主要有以下几个方面：数字逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理、通信联网几方面。 (4)PLC工作过程 PLC通电后，需要对硬件和软件作一些初始化的工作。为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后反复不停的分阶段处理各种不同的任务如图3-2，
15、这种周而复始的循环工作模式称为扫描工作模式。图3-2 扫描过程3.1.2 污水净化过程PLC控制的必要性 伴随这经济的发展需要，对于工行工业自动化控制的需求也在不断的增加，可编程控制器是应用时分广泛的微机控制装置，是自动化控制系统中的关键设备。西门子公司的S7-200在中小型PLC中应用最广，市场占有率最高。 对于污水净化处理系统中可编程控制的使用也使相当的广泛，因为可编程控制器编程方法简单易学，功能强，性能价格比高，硬件配齐全，用户使用放便，使用性强，可靠性高，抗干扰能力强。系统的设计、安装、 调试工作量少，维护工作量少，维护方便，体积小，能耗低。所以在使用PLC来控制污水净化处理的过程，可以增强达到净化的目的。为了增加可靠性和安全性
