過濾流程plc畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 論文題目： 基于PLC的過濾流程控制系統(tǒng) </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　班級(jí)學(xué)號(hào)： 43 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣自動(dòng)化技術(shù)

2、 </p><p>　　院 （系）： 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師：唐婷老師 職稱 副教授</p><p>　　二零 年 月 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的逐漸提高，對(duì)

3、環(huán)境質(zhì)量提出更高更好的要求。因此，解決好水污染問題，有效地實(shí)現(xiàn)污水處理，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及為人們營(yíng)造舒適生活環(huán)境的重要條件。</p><p>　　本文在參閱大量技術(shù)參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)污水過濾流程的實(shí)際工藝進(jìn)行了詳細(xì)的研究；根據(jù)污水過濾流程的工藝特點(diǎn)和要求，采用PLC實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)控制。其次，依照控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和步驟，分別進(jìn)行了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。在選擇歐姆龍系列的可編程控制器的基礎(chǔ)上，對(duì)沉降罐排污、過濾器過

4、濾和過濾器反沖洗三部分進(jìn)行了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)好的過濾流程PLC控制系統(tǒng)有望實(shí)現(xiàn)污水過濾流程系統(tǒng)的有效控制控制，節(jié)省人力物力。</p><p>　　論文主要由過濾流程工藝、硬件選型和軟件設(shè)計(jì)三大部分組成。過濾流程工藝部分主要介紹了過濾流程的工作原理、工藝特點(diǎn)和控制要求；硬件選型部分詳細(xì)說明了PLC功能模塊的選型、輸入輸出點(diǎn)數(shù)的確定和輸入輸出地址的分配；軟件設(shè)計(jì)部分主要論述了PLC內(nèi)部地址的分配、程序流程圖和梯形圖

5、等內(nèi)容。 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of our national economy and the people’s living standards improved, people need higher quality and better environmental

6、requirements. As a result, solving the problem of water pollution and completing the sewage treatment are the important condition that protects the ecological environment and creates the comfortable living environment. &

7、lt;/p><p>　　After reading a lot of technical reference, researches the actual sewage disposal process in the filtration process, and sewage filter achieves the automatic control by PLC according to the technolo

8、gical characteristics of the process and requirements. Second, completes the system hardware and software design in accordance with the principles and steps of control system design. The control system design can is divi

9、ded into the sewage settling tank, filters and filter backwash in the choice of th</p><p>　　This dissertation has three major components by the filtration process technology, selection of hardware and softwa

10、re design. Filtering process introduces some of the major filtering process flow works, process characteristics and control requirements. Hardware selection section details the selection of PLC modules, input and output

11、points to determine, the distribution of input and output address. Software design discusses some of the major PLC internal address allocation, program flowchart and</p><p>　　Key words: Filtration process;

12、Subside; Backwash; PLC; LD 目錄</p><p><b>　　第一章 緒論4</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義4</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1..1 國(guó)內(nèi)污水處理情況4</p&

13、gt;<p>　　1.2.2 國(guó)外污水處理情況5</p><p>　　第二章 過濾流程及PLC概述7</p><p>　　2.1 工藝流程及設(shè)備控制要求7</p><p>　　2.1.1 沉降、過濾過程的原理7</p><p>　　2.1.2 沉降、過濾過程的工藝流程7</p><p>　　2

14、.1.2.1 沉降罐排污流程8</p><p>　　2.1.2.2 過濾器過濾流程8</p><p>　　2.1.3 工藝設(shè)備的控制要求9</p><p>　　2.1.3.1 控制系統(tǒng)組成9</p><p>　　2.1.3.2 設(shè)備控制原理10</p><p>　　2.2 可編程控制器PLC概述11<

15、/p><p>　　2.2.1 PLC的基本概念11</p><p>　　2.2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)11</p><p>　　2.2.3 PLC的工作原理13</p><p>　　2.2.4 PLC的主要特點(diǎn)14</p><p>　　2.3 本章小結(jié)15</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的

16、硬件設(shè)計(jì)方案16</p><p>　　3.1 PLC硬件選型16</p><p>　　3.2PLC的發(fā)展17</p><p>　　3.3 PLC的分類18</p><p>　　3.3.1 按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類18</p><p>　　3.3.2 按結(jié)構(gòu)形式分類19</p><p>　

17、　3.3.3按功能分類20</p><p>　　3.4 PLC的硬件基本組成20</p><p>　　3.5 PLC選型24</p><p>　　3.6 西門子S7-200 PLC 的特點(diǎn)24</p><p>　　3.7 西門子S7-200 PLC CPU選型25</p><p>　　3.8 PLC 控制輸入

18、/輸出端子接線圖25</p><p>　　第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案27</p><p>　　4.1 PLC內(nèi)部地址分配27</p><p>　　4.2 STEP 7-Micro/WIN 32軟件介紹28</p><p>　　4.2.1 STEP 7-Micro/WIN 32的主要功能29</p><p>　

19、　4.2.2 STEP 7-Micro/WIN 32的基本指令29</p><p>　　4.3系統(tǒng)戶設(shè)計(jì)的原則31</p><p>　　4.4 系統(tǒng)的控制要求31</p><p>　　4.5I/O地址分配31</p><p>　　4.5.1 分配原則32</p><p>　　4.5.2 I/O地址常見分配方法

20、32</p><p>　　4.5.3 沉降、過濾工藝流程圖32</p><p>　　4.5.4軟件程序梯形圖 見附錄34</p><p>　　4.5.5 程序的調(diào)試34</p><p><b>　　結(jié)論35</b></p><p>　　第五章 論文總結(jié)37</p>&l

21、t;p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　第一章 緒論 </b></p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義 </p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的逐漸提高，必然

22、對(duì)環(huán)境質(zhì)量提出更高更好的要求。但是伴隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，被污染的淡水資源也在逐年增加。水，作為一種必不可少的資源，長(zhǎng)期以來一直被認(rèn)為是取之不盡，用之不竭的。在這種觀念的驅(qū)使下，水環(huán)境的質(zhì)量越來越惡劣，水資源短缺也越來越嚴(yán)重，由此造成的水危機(jī)將成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素。解決好水污染問題，對(duì)污水處理后再排放，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及為人們營(yíng)造良好舒適生活環(huán)境的重要條件。</p><p>　　我國(guó)“十一五”規(guī)劃綱要

23、提出了“節(jié)能減排”的明確目標(biāo)；2009年7月19日，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《2009年節(jié)能減排工作安排的通知》；2009年12月18日，國(guó)務(wù)院總理溫家寶出席了哥本哈根氣候變化會(huì)議領(lǐng)導(dǎo)人會(huì)議，并發(fā)表了題為《凝聚共識(shí) 加強(qiáng)合作 推進(jìn)應(yīng)對(duì)氣候變化歷史進(jìn)程》的重要講話，全面闡述了我國(guó)政府應(yīng)對(duì)氣候變化問題的立場(chǎng)、主張和舉措。可見節(jié)能減排已是我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇；是維護(hù)中華民族長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的必然要求。</p>&l

24、t;p>　　過濾流程PLC控制系統(tǒng)是利用可編程控制器（PLC）將多套沉降裝置和過濾裝置聯(lián)接起來對(duì)污水實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制的系統(tǒng)；是一套污水處理系統(tǒng)的重要組成部分；是降低水污染、改善水環(huán)境質(zhì)量的重要技術(shù)手段。它把回收的污水（又稱原水）進(jìn)行加藥沉降，上層清液過濾后可以重新利用。這樣就能夠避免直接把廢水排放到自然環(huán)境所造成的環(huán)境污染問題，節(jié)能減排，既能緩解水環(huán)境質(zhì)量不斷惡化的趨勢(shì)，又能改善水資源短缺的態(tài)勢(shì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速穩(wěn)定向前發(fā)展。<

25、;/p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1..1 國(guó)內(nèi)污水處理情況 </p><p>　　目前我國(guó)的水污染較為嚴(yán)重，并且污水的排放量在逐年增加。我國(guó)每年排放的污水量已超過400億立方米且處理率低，大量的污水直接排入天然的水體中，造成了嚴(yán)重的水體污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)已超過80%的河流受到不同程度的污染，因此加快污水處理務(wù)。</p><

26、;p>　　我國(guó)污水處理水平低，不論是設(shè)備還是技術(shù)，或者是處理的深度和廣度，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。我國(guó)平均每200多萬人擁有一座污水處理廠，而且在污水處理的深度上也存在著很大的欠缺。到2004年底，我國(guó)已建設(shè)的城市污水處理廠668座，其中二級(jí)處理廠282座。這些污水處理廠的建設(shè)，極大地提高了污水處理水平，但是處理量的增加仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于污水排放量的增加，兩者之間的差距還在進(jìn)一步拉大。根據(jù)按98年的資料，我國(guó)城市污水的處理率僅為15

27、.8%，而歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)早在1980年就已達(dá)到70%了。我國(guó)現(xiàn)存的污水處理設(shè)備運(yùn)行狀況是1/3運(yùn)行正常、1/3不正常、1/3處于停止?fàn)顟B(tài)，前景堪憂。 </p><p>　　我國(guó)污水處理的普遍情況是污水處理能力增長(zhǎng)緩慢、污水處理率低和自動(dòng)化程度不高，且主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　?、?污水處理技術(shù)落后</p><p>　　長(zhǎng)期以來，我國(guó)污水處理技

28、術(shù)都是沿襲歐美國(guó)家的處理技術(shù)，在吸收、消化的同時(shí)形成自己的技術(shù)，但是我國(guó)現(xiàn)階段采用的大部分技術(shù)都是上個(gè)世紀(jì)歐美國(guó)家的處理技術(shù)。這些技術(shù)存在效率低、能耗高、維修率高、自動(dòng)化水平低等缺點(diǎn)，并且嚴(yán)重制約了我國(guó)污水處理能力的提升，使得我們與同時(shí)期的歐美國(guó)家的污水處理技術(shù)存在很大的差距。</p><p>　　⑵ 污水處理能力不足</p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，污水的排放量日益增加。單獨(dú)

29、依靠以前中下型的污水處理系統(tǒng)很難滿足污水處理的需要，研究和開發(fā)高效的、大型的污水處理系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫了。</p><p><b>　?、?管理水平低</b></p><p>　　我國(guó)各種類型及層次的控制系統(tǒng)并存，良莠不齊。這使得污水處理技術(shù)復(fù)雜，操作人員的技術(shù)素質(zhì)和管理水平不能很好適應(yīng)，這就制約了污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。</p><p>　　1

30、.2.2 國(guó)外污水處理情況</p><p>　　在國(guó)際上，大規(guī)模的水污染治理最早是在二戰(zhàn)后，由于上世紀(jì)50年代經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展帶來的，60年代日益嚴(yán)重的環(huán)境污染而展開的，如英國(guó)的泰晤士河和歐洲的萊茵河等水系的污染和治理就是典型的例子。至70年代末，美國(guó)投入了數(shù)千億美元興建了18000余所污水處理廠，英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、瑞士等各耗費(fèi)巨資興建了7000至8000座污水處理廠，這些污水處理廠的投入運(yùn)行對(duì)這些國(guó)家的水體污染改觀

31、起到了關(guān)鍵的作用，也為人們治理水污染積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的歐美國(guó)家除了非常重視污水處理的新理念和新技術(shù)之外，更重視污水處理的自動(dòng)控制問題，先后研究開發(fā)了各種高效率，智能型和集約型的污水處理系統(tǒng)，并采用了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制處理工藝，取得了非常理想的效果。許多先進(jìn)的污水處理廠基本實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和運(yùn)行過程控制，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)無人值守控制模式。如美國(guó)的愛阿華污水處理廠采用數(shù)字式計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)加釩，運(yùn)轉(zhuǎn)一年就降低釩消耗20%，并且提高了

32、管理水平和穩(wěn)定了水質(zhì)。此外，德國(guó)慕尼黑城市污水處理廠、日本東京朝霞污水處理廠等也先后采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制污水處理工藝，并取得很理想的效果?，F(xiàn)在美國(guó)大中型污水處理廠均采用一套集散型的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)</p><p>　　多樣化的污水處理工藝和先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)使得歐美國(guó)家的污水處理產(chǎn)業(yè)在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有較為重要的地位，并使得他們的污水處理規(guī)模、工藝、自動(dòng)化程度都處在世界領(lǐng)先的地位。</p><p&

33、gt;　　目前歐美國(guó)家的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)一般具有以下的特點(diǎn)：</p><p>　?。?） 采用分布式計(jì)算機(jī)控制；</p><p>　?。?） 工藝的自動(dòng)調(diào)整；</p><p>　?。?） 工藝過程趨于復(fù)雜；</p><p>　?。?） 冗余化設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?） 大量采用智能儀表；</p>

34、<p>　?。?） 無線通信技術(shù)。</p><p>　　第二章 過濾流程及PLC概述</p><p>　　2.1 工藝流程及設(shè)備控制要求</p><p>　　2.1.1 沉降、過濾過程的原理</p><p>　　圖2.1是一個(gè)污水處理的流程原理圖。</p><p>　　圖2.1 完整的污水處理流程圖&l

35、t;/p><p>　　它是將原水（污水，廢水）經(jīng)過加藥、消毒，然后在沉降罐中沉降，最后通過過濾器過濾成可以正常利用的水。原水過濾包括污水處理和污泥處理兩個(gè)子系統(tǒng)，他們之間相輔相成，共同構(gòu)成一個(gè)完整的污水處理系統(tǒng)。今天我的論文不是來討論這整個(gè)系統(tǒng)，而是探討其中的一小部分——沉降和過濾。</p><p>　　眾所周知，過濾流程是將原水經(jīng)過加藥處理過后，在水中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成許多的絮凝物，再經(jīng)過一段

36、時(shí)間的靜置，最終將原水中的大分子物質(zhì)沉降到罐的底部，上層的清液由沉降罐的頂部流出。經(jīng)過加壓泵直接進(jìn)入過濾器中，液體通過過濾器過濾就可以達(dá)到所要求的技術(shù)指標(biāo)。沉降罐底部的淤泥需要定時(shí)排出。</p><p>　　沉降和過濾過程是通過沉降罐和過濾器實(shí)現(xiàn)的。沉降罐是用來沉降液體中的絮凝物，一般采用3～5個(gè)沉降罐并聯(lián)工作。該過濾流程工藝采用了4個(gè)沉降罐，并且每個(gè)沉降罐底部周圍都有4個(gè)排污閥，在設(shè)定的循環(huán)周期中，4個(gè)排污閥依

37、次打開（4個(gè)排污閥中只有1個(gè)打開），將罐底的淤泥排出。過濾器是內(nèi)部填充有多層濾料的承壓罐，一般采用6～10個(gè)過濾器并聯(lián)工作，該過濾流程工藝使用了8個(gè)過濾器。每個(gè)過濾器過濾一段時(shí)間之后要進(jìn)行反沖洗操作，這樣可以清除濾料上的污漬，以保證整個(gè)流程連續(xù)不斷的運(yùn)行。過濾器從開始進(jìn)水過濾到反沖洗完畢算作一個(gè)周期。</p><p>　　2.1.2 沉降、過濾過程的工藝流程</p><p>　　污水處理

38、系統(tǒng)的過濾流程的工藝流程圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 帶設(shè)備的過濾工藝流程圖</p><p>　　2.1.2.1 沉降罐排污流程</p><p><b>　?、?沉降</b></p><p>　　原水在經(jīng)過加藥混合后，沿著管道分別送入M1、M2、M3、M4等四個(gè)沉降罐中。靜置一段時(shí)間，等到將大部分雜

39、質(zhì)沉淀在沉降罐底部時(shí)，再將上層清液由頂部的出水口流出，最后通過加壓泵加壓進(jìn)入過濾器中。</p><p><b>　?、?排污</b></p><p>　　沉降一段時(shí)間后，每個(gè)沉降罐底部都會(huì)產(chǎn)生大量的淤泥，這時(shí)就需要依次將沉降罐底部的4個(gè)排污閥門打開，并且每次只能有一個(gè)閥門打開，最終將底部的淤泥全部排出。</p><p>　　2.1.2.2 過濾

40、器過濾流程</p><p><b>　?、?過濾</b></p><p>　　把經(jīng)過沉降的上層清液分別送入N1～N8等8個(gè)過濾器中。將每個(gè)過濾器的進(jìn)水閥和出水閥都打開，上層清液由進(jìn)水閥流入，經(jīng)過過濾器的多層過濾后，由出水閥流出，最后送入清水池存儲(chǔ)起來。</p><p><b>　?、?反沖洗</b></p>

41、<p>　　每個(gè)過濾器過濾一段時(shí)間后都要進(jìn)行反沖洗。首先將過濾器的進(jìn)水閥和出水閥關(guān)閉，再打開排水閥和排氣閥，將過濾器中的水和氣體排出。待水和氣體排出后，再將排水閥和排氣閥關(guān)閉。最后啟動(dòng)反沖洗泵，打開反沖洗進(jìn)水閥和出水閥，開始反沖洗操作。</p><p>　　2.1.3 工藝設(shè)備的控制要求</p><p>　　該過濾工藝采用的設(shè)備都具有手動(dòng)/自動(dòng)功能。當(dāng)設(shè)備處于自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，所有

42、的設(shè)備將按PLC程序中設(shè)定的時(shí)間間隔工作。當(dāng)設(shè)備處于手動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，操作工可以使用控制盤上面的按鈕來控制設(shè)備的運(yùn)行22(。</p><p>　　2.1.3.1 控制系統(tǒng)組成 </p><p>　　在控制室有一面控制盤?？刂票P上有用于控制操作的開關(guān)、按鈕和定時(shí)器，以及用于顯示工作狀態(tài)的指示燈等控制設(shè)備?？刂票P內(nèi)安裝有一臺(tái)OMRON的CQM1系列的PLC。PLC輸出節(jié)點(diǎn)通過電纜線和現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備相

43、連。控制閥均采用氣動(dòng)蝶閥，控制電磁閥采用兩位五通單電控電磁閥。</p><p>　　控制系統(tǒng)組成如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 控制系統(tǒng)組成圖</p><p>　　2.1.3.2 設(shè)備控制原理</p><p><b>　?、?沉降罐的控制</b></p><p>　　沉降罐的控制

44、分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。這兩種控制方式都是由PLC按程序設(shè)定好的操作順序依次控制沉降罐閥門的開啟和關(guān)閉，不需要操作工到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟閉控制閥門。</p><p><b>　?、? 手動(dòng)狀態(tài)</b></p><p>　　當(dāng)沉降罐選擇手動(dòng)方式開啟時(shí)，該沉降罐不會(huì)按照沉降罐定時(shí)器所設(shè)定好的時(shí)間間隔定時(shí)自動(dòng)操作，而是通過操作工啟動(dòng)儀表盤上的按鈕來啟動(dòng)該沉降罐，使其完成排污過程

45、。</p><p><b>　?、? 自動(dòng)狀態(tài)</b></p><p>　　當(dāng)沉降罐選擇自動(dòng)方式開啟時(shí)，該沉降罐將按照沉降罐定時(shí)器所設(shè)定好的時(shí)間間隔定時(shí)自動(dòng)操作，不需要操作工的干預(yù)。</p><p>　　在任何時(shí)候，均可以中斷沉降罐的排污過程。</p><p><b>　?、?過濾器的控制</b>&

46、lt;/p><p>　　過濾器的控制分為手動(dòng)、自動(dòng)和差壓三種控制方式。這三種控制方式都是PLC按程序設(shè)定好的操作順序依次控制過濾器閥門的開啟和關(guān)閉，不需要操作工到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟閉閥門。</p><p><b>　　ⅰ. 手動(dòng)狀態(tài)</b></p><p>　　當(dāng)過濾器選擇手動(dòng)方式開啟時(shí)，該過濾器不會(huì)按照過濾器定時(shí)器所設(shè)定好的時(shí)間間隔定時(shí)自動(dòng)操作，而是通過

47、操作人員來啟動(dòng)儀表盤上的按鈕來啟動(dòng)該過濾器，使其完成反沖洗過程。</p><p><b>　　ⅱ. 自動(dòng)狀態(tài)</b></p><p>　　當(dāng)過濾器選擇自動(dòng)方式開啟時(shí)，該過濾器將按照過濾器定時(shí)器所設(shè)定好的時(shí)間間隔定時(shí)自動(dòng)操作，不需要操作工的干預(yù)。</p><p><b>　?、? 差壓控制狀態(tài)</b></p>

48、<p>　　無論過濾器選擇何種方式工作時(shí)，只要該過濾器的差壓開關(guān)動(dòng)作后，儀表盤上的差壓報(bào)警指示燈點(diǎn)亮，都將自動(dòng)開始過濾器的反沖洗過程。</p><p>　　當(dāng)過濾器正在反沖洗時(shí)，以上的控制都不起作用，只有等到反沖洗操作停止之后才能起作用。在任何時(shí)候，均可中斷過濾器的反沖洗過程。</p><p>　　2.2 可編程控制器PLC概述</p><p>　　2.2

49、.1 PLC的基本概念 </p><p>　　PLC（Programmable Logic Controller）可編程邏輯控制器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或者生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分。早期的可編程控制器稱作可編程邏

50、輯控制器，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過出邏輯控制的范圍。因此，今天這種裝置被稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱相混淆，所以將可編程序控制器簡(jiǎn)稱PLC。</p><p>　　2.2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　PLC雖然是一種專用于工業(yè)控制的

51、計(jì)算機(jī)，但是其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本結(jié)構(gòu)如圖2.4所示： </p><p>　　圖2.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　⑴ 電源 </b></p><p>　　PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電

52、壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。</p><p>　?、?中央處理單元(CPU) </p><p>　　中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)

53、場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映像區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果，并送入I/O映像區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器中。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，將I/O映像區(qū)內(nèi)的輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置上，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止工作。 </p><p>　　為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系

54、統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 </p><p><b>　　⑶ 存儲(chǔ)器 </b></p><p>　　存儲(chǔ)器（Memory）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)才有記憶功能，才能保證

55、正常工作。按用途存儲(chǔ)器可分為主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）和輔助存儲(chǔ)器（外存）,也有分為外部存儲(chǔ)器和內(nèi)部存儲(chǔ)器的分類方法。外存通常是磁性介質(zhì)或光盤等，能長(zhǎng)期保存信息。內(nèi)存指主板上的存儲(chǔ)部件，用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)和程序，但僅用于暫時(shí)存放程序和數(shù)據(jù)，關(guān)閉電源或斷電，數(shù)據(jù)會(huì)丟失。</p><p>　　⑷ 輸入輸出接口電路 </p><p>　　1、現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是

56、PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 </p><p>　　2、現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用是PLC通過現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 </p><p><b>　?、?功能模塊 </b></p><p>　　隨著PLC應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，各PLC制造廠家在提高PLC主機(jī)性能的同時(shí)，還開

57、發(fā)了專門用途的功能模塊，以滿足各種工業(yè)控制的特定需要。這些模塊包括：高速計(jì)數(shù)器模塊、定位控制模塊、A/D和D/A模塊、PID模塊、PLC模塊、PLC網(wǎng)絡(luò)模塊、PLC與計(jì)算機(jī)通信模塊、中斷控制模塊、溫度傳感器輸入模塊、BASIC模塊、語(yǔ)音輸出模塊等。 </p><p><b>　　⑹ 通信模塊 </b></p><p>　　備或主計(jì)算機(jī)之間的通信，如以太網(wǎng)、RS485、

58、Profibus-DP通訊模塊等。遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通信接口模塊。</p><p>　　2.2.3 PLC的工作原理</p><p>　　當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 </p><p>&l

59、t;b>　?、?輸入采樣階段 </b></p><p>　　在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映像區(qū)中相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映像區(qū)中相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能

60、被讀入。 </p><p>　?、?用戶程序執(zhí)行階段 </p><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映像區(qū)中對(duì)

61、應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 </p><p>　　在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映像區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)在I/O映像區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程

62、序起作用。 </p><p><b>　?、?輸出刷新階段 </b></p><p>　　當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映像區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外部設(shè)備。</p><p>　　2.2.4 PLC的主要特點(diǎn) </p><p>　　PL

63、C是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，所以在工業(yè)控制方面，它具有繼電器控制或通用計(jì)算機(jī)所無法比擬的特點(diǎn)。</p><p>　?、?可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　PLC的平均故障間隔時(shí)間可達(dá)幾十萬小時(shí)。硬件方面抗干擾措施有隔離、綠寶，軟件方面設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序、狀態(tài)信息保護(hù)功能。</p><p>　　⑵ 編程軟件簡(jiǎn)單易學(xué)</p>

64、<p>　　PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。</p><p>　?、?適應(yīng)性好，具有柔性</p><p>　　由于可編程控制器產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)展方便?？蓡螜C(jī)控制，也可聯(lián)網(wǎng)操作。</p><p>　?、?功能完善，接口多樣</p>&l

65、t;p>　　具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、A/D、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。</p><p>　?、?易于操作，維護(hù)方便</p><p>　　安裝方便，具有DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝卡扣，用螺絲刀可以完成與不同設(shè)備的連接，有完善的自診斷功能和運(yùn)行故障指示裝置。</p><p>　　目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于汽車裝配、數(shù)控機(jī)床、機(jī)械制造

66、、電力石化、冶金鋼鐵、交通運(yùn)輸、輕工紡織、污水處理等各行業(yè)中。</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了污水處理中沉降、過濾過程的工藝流程和工藝設(shè)備的控制要求，并簡(jiǎn)單介紹了可編程控制器PLC的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、工作原理和主要特點(diǎn)。為下一章進(jìn)行過濾流程的硬件設(shè)計(jì)奠定好基礎(chǔ)。</p><p>　　第

67、三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案</p><p>　　3.1 PLC硬件選型</p><p><b>　　( 接觸器）</b></p><p>　　在控制系統(tǒng)中，所有設(shè)備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)定時(shí)器的反饋值進(jìn)行動(dòng)作的，因此需要PLC根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設(shè)備的起停。在此會(huì)用到了接觸器、反沖洗泵接觸器，為此該系統(tǒng)選用施耐

68、德LCI-D0901M5C交流接觸器，其額定電壓220V，額定電流9A。其特點(diǎn)有：高標(biāo)準(zhǔn)：符合IEC60947-4-1和GB14048.4標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)壽命：機(jī)械壽命高達(dá)2000萬次；電壽命高達(dá)200萬次.強(qiáng)適應(yīng)性：“TH”防護(hù)處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。寬電壓：線圈控制電壓在70%-120%Uc之間波動(dòng)，不影響產(chǎn)品正常工作，強(qiáng)通用性：具有50Hz-60Hz通用線圈，可以全世界通用。模塊化：產(chǎn)品本體上可以附加輔助觸頭，通電/斷電延時(shí)觸頭，機(jī)

69、械閉鎖等模塊。也可以很方便的組合可逆接觸器、星-三角啟動(dòng)器。</p><p><b>　　( 電磁閥）</b></p><p>　　電磁閥是通過線圈驅(qū)動(dòng)來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動(dòng)。工作原理：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。控制閥門采用氣動(dòng)蝶閥，控制電磁閥采用

70、兩位五通單控電磁閥。</p><p><b>　　( 加壓泵）</b></p><p>　　一般的泵產(chǎn)品，就驅(qū)動(dòng)方式而言，可分為交流泵和直流泵。如果要改變管道流量的話，通過改變電磁閥開度或者改變蹦的轉(zhuǎn)速，都可以實(shí)現(xiàn)。蹦是輸送液體或者使液體增壓的機(jī)械。它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或者其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加。泵主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸濁液和液態(tài)

71、金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。在過濾過程中使用普通型的增壓泵即可滿足控制要求。根據(jù)上述分析，選擇18WG-18即可滿足要求。</p><p>　?、?I/O接口的統(tǒng)計(jì)</p><p>　　由于本檢測(cè)點(diǎn)的是數(shù)字量，所以只用到數(shù)字量輸入/輸出。輸入/輸出點(diǎn)統(tǒng)計(jì)見表3.1</p><p>　　表3.1系統(tǒng)I/O接口對(duì)應(yīng)圖表</p>

72、<p><b>　　3.2PLC的發(fā)展</b></p><p>　　早期的的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時(shí)的PLC多少有點(diǎn)繼電器控制裝置的代替物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上做了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求。裝置中的期間主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，儲(chǔ)存器采用磁心儲(chǔ)存器。另外，還采取了一些措施

73、，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式— 梯形圖。因此，早期的PLC性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易懂、便于安裝、體積小、體積小、能耗低、有故障顯示、能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語(yǔ)言—梯形圖一直沿用至今。</p><p>　　20世紀(jì)70年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國(guó)、日本、德國(guó)等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理

74、單元(CPU),這樣使PLC的功能大大增強(qiáng)，在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以及，還增加了算數(shù)、數(shù)據(jù)處理和傳送、通信，自診斷等功能。在硬件方面，除了保持原有的開關(guān)模擬以為，還增加模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊，各種特殊功能模塊并擴(kuò)大了儲(chǔ)存器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加。除此以外，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器。</p><p>　　進(jìn)入20世紀(jì)80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)

75、展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)出專用邏輯處理芯片，這樣使得PLC軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。</p><p>　　3.3 PLC的分類</p><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)有了多種形式，而且功能也不盡相同。分類時(shí)，一般按以下原則來考慮。</p><

76、p>　　3.3.1 按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類 </p><p>　　一般而言，處理I/O點(diǎn)數(shù)越多，控制關(guān)系就越復(fù)雜，用戶要求的程序存儲(chǔ)器容量越大，要求PLC指令及其他功能比較多，指令執(zhí)行的過程也比較快。按PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的多少可將PLC分為以下三類。</p><p><b>　　小型機(jī) </b></p><p>　　小型機(jī)PLC的功

77、能一般以開關(guān)量控制為主，小型PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)器容量在4K左右。現(xiàn)在的高性能小型PLC還具有一定的通訊能力和少量的模擬量處理能力。這類的PLC的特點(diǎn)是價(jià)格低廉，體積小巧，適合于控制單臺(tái)設(shè)備和開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。 </p><p>　　典型的小型機(jī)有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整

78、體式PLC產(chǎn)品。</p><p><b>　　中型機(jī) </b></p><p>　　中型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在256到2048點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到8K字左右。中型PLC不僅具有開關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有更強(qiáng)的</p><p>　　數(shù)字計(jì)算能力，它的通信功能和模擬量處理功能更強(qiáng)大，中型機(jī)比小型機(jī)更豐富，中型機(jī)適用于更復(fù)雜的邏

79、輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過程控制系統(tǒng)場(chǎng)合。</p><p>　　典型的中型機(jī)有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列等模塊式PLC產(chǎn)品。</p><p><b>　　大型機(jī) </b></p><p>　　大型機(jī)總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶程序儲(chǔ)存器容量達(dá)到16K以上。大型PLC的性能

80、已經(jīng)與大型PLC的輸入、輸出工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相當(dāng)，它具有計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)的能力，還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力，有些PLC還具有冗余能力。它的監(jiān)視系統(tǒng)采用CRT顯示，能夠表示過程的動(dòng)態(tài)流程，記錄各種曲線，PID調(diào)節(jié)參數(shù)等；它配備多種智能板，構(gòu)成一臺(tái)多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號(hào)的控制器互聯(lián)，和上位機(jī)相聯(lián)，組成一個(gè)集中分散的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)化控制、過程自動(dòng)化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。</p>

81、<p>　　典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列、AB公司的SLC5/05等系列。 </p><p>　　3.3.2 按結(jié)構(gòu)形式分類 </p><p>　　根據(jù)PLC結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC主要可分為整體式和模塊式兩類。</p><p><b>　　整體式結(jié)構(gòu) </b></

82、p><p>　　整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將PLC的基本部件，如CPU板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊的安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成PLC的一個(gè)基本單元（主機(jī)）或擴(kuò)展單元。基本單元上設(shè)有擴(kuò)展端口，通過擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元相連，配有許多專用的特殊功能的模塊，如模擬量輸入/輸出模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，以構(gòu)成PLC不同的配置。整體式結(jié)構(gòu)的PLC體積小，成本底，安裝方便。 微型和小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)。

83、如西門子的S7-200 </p><p><b>　　模塊式結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　模塊式結(jié)構(gòu)的PLC是由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊如CPU模塊、輸入</p><p>　　模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等，將這些模塊插在框架上和基板上即可。各個(gè)模塊功能是獨(dú)立的，外型尺寸是統(tǒng)一的，可根據(jù)需要靈活配置。目前大、中型PLC都

84、采用這種方式。如西門子的S7-300和S7-400系列。 </p><p>　　整體式PLC每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，在小型控制系統(tǒng)中一般采用整體式結(jié)構(gòu)。但是模塊式PLC的硬件組態(tài)方便靈活，I/O點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式PLC大的多，維修時(shí)更換模塊、判斷故障范圍也很方便，因此較復(fù)雜的、要求較高的系統(tǒng)一般選用模塊式PLC。</p>

85、<p>　　3.3.3按功能分類 </p><p>　　根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。 低檔PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。 </p><p>　　中檔PLC除具有低檔PLC的功能外，還具

86、有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。 </p><p>　　高檔PLC除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。

87、</p><p>　　3.4 PLC的硬件基本組成</p><p>　　可編程控制器的構(gòu)成框圖和計(jì)算機(jī)是一樣的，都由中央處理器（CPU）、存貯器和輸入/輸出接口等構(gòu)成。因此，從硬件結(jié)構(gòu)來說，可編程控制器實(shí)際上就是計(jì)算機(jī)，圖4-2是其硬件系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。從圖中可以看出PLC內(nèi)部主要部件</p><p><b>　　有: </b></p>

88、;<p>　　（1）CPU（Central Process Unit） </p><p>　　CPU是PLC的核心組成部分，與通用微機(jī)的CPU一樣，它在PLC系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，故稱為“電腦”。其功能是：</p><p>　　按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能，?接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。</p><p>　　b、用掃描方式接

89、收現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置的狀態(tài)式數(shù)據(jù)，并存入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中。</p><p>　　c、診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 </p><p>　　d、在PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，去啟閉有關(guān)控制門電路。分時(shí)分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和變換等操作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯式算術(shù)運(yùn)算等任

90、務(wù)。根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，再由輸出映象寄存器的位狀態(tài)式數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印式數(shù)據(jù)通訊等。 </p><p>　　PLC常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機(jī)或雙極型位片式微處理器。通用的微處理器常用的是8位機(jī)和16位機(jī)，如Z80A、8085、8086、6502、M6800、M6809、M68000等。單片機(jī)常用的有8039、8049、8031、805

91、1等。雙極型位片式微處理器常用的有AMD2900、AMD2903等。</p><p>　?、儆猛ㄓ梦⑻幚砥髯鰿PU</p><p>　　在低檔PLC中，用Z80A做CPU較為普遍，Z80A用于PLC有如下長(zhǎng)處： Z80（或Z80A）CPU及其配套的芯片廉價(jià)、普及、通用，用這套芯片制成的PC，給維修及推廣普及帶來方便。Z80有獨(dú)立的輸入/輸出指令,而且指令格式較短，?執(zhí)行時(shí)間也較短，這樣有利

92、于掃描周期的縮短。Z80輸入/輸出指令格式較短，相應(yīng)的輸入/輸出設(shè)備編碼也較短，所以相應(yīng)的譯碼硬件器較簡(jiǎn)單。由于Z80的信息是采用輸入/輸出映射方式，因而設(shè)計(jì)流程序時(shí)，對(duì)輸入/輸出與存儲(chǔ)器尋址容易區(qū)別。</p><p>　?、谟脝纹瑱C(jī)作CPU </p><p>　　自從1974年出現(xiàn)單片機(jī)以來，?已有不少產(chǎn)品采用單片機(jī)做可編程序控制器。日本三菱F系列PLC就采用美國(guó)INTEL公司MES－

93、48系列的單片機(jī)8049和8039做處理器，8039單片機(jī)在一塊片子上集成了8位的CPU，?128×8的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。27條輸入/輸出線，T0、T1、INT測(cè)試線及8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，時(shí)鐘振蕩電路等。</p><p>　　自80年代以來，出現(xiàn)了集成度更高。功能更強(qiáng)，并帶有“布爾機(jī)”而又便于作數(shù)據(jù)通信的MCS-51系列單片機(jī)以及功能更高的16位單片機(jī)，大有取代MCS－48系列之勢(shì)。日本三菱的F2系列PLC即

94、采用CPU8031。MCS－51系列單片機(jī)是美國(guó)INTEL公司在MCS－48單片機(jī)基礎(chǔ)上，于80年代初推出的產(chǎn)品，具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低價(jià)格等特點(diǎn)。它有三個(gè)代表產(chǎn)品：8051、8751和8031，它們分別有不同的應(yīng)用特性。8051是以4K字節(jié)EPR0M代替4K字節(jié)的R0M的8051； 8031是內(nèi)部無R0M8051。必須外接EPR0M；INTEL公司的96系列的單片機(jī)，字長(zhǎng)為16，運(yùn)算速度比51系列更高，這必將為高檔

95、次的PLC開發(fā)和應(yīng)用帶來美好的遠(yuǎn)景。用單片機(jī)制成的PLC有以下顯著特點(diǎn)：為機(jī)電設(shè)備一體化創(chuàng)造了條件，因?yàn)橛蓡纹瑱C(jī)制成PLC，體積更小。同時(shí)PLC邏輯功能很強(qiáng)，并且具有數(shù)值運(yùn)算和通信接口。 </p><p>　?、塾梦黄轿⑻幚砥髯鰿PU </p><p>　　位片式微處理器的主要特點(diǎn)是：速度快、靈活性強(qiáng)、?效率高等特點(diǎn)?？梢赃M(jìn)行“級(jí)聯(lián)”，易于“流水線”操作。</p>&l

96、t;p>　?。?）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 </p><p>　　它用以存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋功能子程序的調(diào)用管理程序，?以及對(duì)應(yīng)定義（I/0、內(nèi)部繼電器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器等存儲(chǔ)系統(tǒng)）參數(shù)等功能。</p><p>　?。?）用戶存儲(chǔ)器 </p><p>　　用以存放用戶程序即存放通過編程器輸入的用戶程序。PLC的用戶存儲(chǔ)

97、器通常以字（16位/字）為單位來表示存儲(chǔ)容量。同時(shí)，由于前面所說的系統(tǒng)程序直 </p><p>　　接關(guān)系到PLC的性能，不能由用戶直接存取。因而通常PLC產(chǎn)品資料中所指的存</p><p>　　儲(chǔ)器型式或存儲(chǔ)方式及容量，是對(duì)用戶程序存儲(chǔ)器而言。</p><p>　　常用的用戶存儲(chǔ)方式及容量型式或存儲(chǔ)方式有CM0SRAM，EPR0M和EEPR0M。信息儲(chǔ)存常用盒式磁

98、帶和磁盤。</p><p>　　M0SRAM存儲(chǔ)器是一種中高密度、低功能、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池作為備用電源。?一旦交流電源停電，用鋰電池來維持供電，可保存RAM內(nèi)停電前的數(shù)據(jù)。?鋰電池壽命一般為1―5年左右。</p><p>　　EPR0M存儲(chǔ)器是一種常的只讀存儲(chǔ)器，定入時(shí)加高電平，擦除時(shí)用紫外線照射。?PLC通過寫入器可將RAM區(qū)的用戶程序固化到R0M盒中的EPR0M中去。

99、在PLC機(jī)中插入R0M盒，PLC則執(zhí)行R0M盒中用戶程序；反之，不插上R0M盒，?PLC則執(zhí)行RAM區(qū)用戶程序。</p><p>　　EEPR0M存儲(chǔ)器是一種可用電改寫的只讀存儲(chǔ)器。 </p><p>　　（4）輸入輸出組件（I/0模塊）</p><p>　　I/?0模塊是CPU與現(xiàn)場(chǎng)I/0裝置或其它外部設(shè)備之間的連接部件。PLC提供了各種操作電平與驅(qū)動(dòng)能力的I/0

100、模塊和各種用途的I/0組件供用戶選用。如輸入/輸出電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、?誤碼較驗(yàn)、A/D或D/A轉(zhuǎn)換以及其它功能模塊等。I/0模塊將外界輸入信號(hào)變成CPU能接受的信號(hào)，或?qū)PU的輸出信號(hào)變成需要的控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象（包括開關(guān)量和模擬量），以確保整個(gè)系統(tǒng)正常工作。 輸入的開關(guān)量信號(hào)接在IN端和0V端之間，PLC內(nèi)部提供24V電源，輸入信號(hào)通過光電隔離，通過R/C濾波進(jìn)入CPU控制板，CPU發(fā)出輸出信號(hào)至輸出端。P

101、LC輸出有三種型式：繼電器方式、晶體管方式和晶閘管方式。</p><p><b>　?。?）編程器 </b></p><p>　　編程器是用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試檢查和監(jiān)視等。還可以通過其鍵盤去調(diào)用和顯示PLC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它通過通訊端口與CPU聯(lián)系，完成人機(jī)對(duì)話連接。編程器上有供編程用的各種功能鍵和顯示燈以及編程、監(jiān)控轉(zhuǎn)換開關(guān)。編程器的鍵盤采用梯形

102、圖語(yǔ)言鍵符式命令語(yǔ)言助記符，也可以采用軟</p><p>　　件指定的功能鍵符，通過屏幕對(duì)話方式進(jìn)行編程。 </p><p>　　編程器分為簡(jiǎn)易型和智能型兩類。前者只能連機(jī)編程，而后者既可連機(jī)編程又可脫機(jī)編程。同時(shí)前者輸入梯形圖的語(yǔ)言鍵符，后者可以直接輸入梯形圖。根據(jù)不同檔次的PLC產(chǎn)品選配相應(yīng)的編程器。 </p><p><b>　　（6）外部設(shè)備

103、</b></p><p>　　一般PLC都配有盒式錄音機(jī)、打印機(jī)、EPR0M寫入器、?高分辨率屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)等外部設(shè)備。 </p><p><b>　?。?）電源</b></p><p>　　根據(jù)PLC的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，它對(duì)電源并無特別要求，可使用一般工業(yè)電源。</p><p>　　3.5 PLC選型

104、</p><p>　　由于設(shè)計(jì)的污水處理控制系統(tǒng)是應(yīng)用在小規(guī)模的污水處理，PLC可以用于代替幾點(diǎn)起的簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可以用用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。由于他有極強(qiáng)的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮起作用，PLC在下列領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用：機(jī)床控制、食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、陶瓷工業(yè)、電力自動(dòng)化</p><p>　　設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、電梯、中央空調(diào)、真空裝置、恒壓供水和化工系統(tǒng)各種泵

105、和電磁閥的控制等。西門子S7-200 PLC在污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，屬于在該系列PLC的典型應(yīng)用。</p><p>　　含油污水過濾控制系統(tǒng)的核心是PLC，哪些信號(hào)需要輸入至PLC，PLC需要哪些負(fù)載，以及采用何種編程方式，都是需要認(rèn)真考慮的問題，都會(huì)影響到其內(nèi)部I/O點(diǎn)數(shù)的分配。因此，I/O點(diǎn)數(shù)的確定是設(shè)計(jì)含油污水過濾自動(dòng)控制首先需</p><p>　　要解決的問題，決定著系統(tǒng)硬件部

106、分的設(shè)計(jì)，也是系統(tǒng)軟件編寫的前提。由于工</p><p>　　藝流程比較固定、環(huán)境條件比較好，所以選用西門子S7-200 PLC.</p><p>　　3.6 西門子S7-200 PLC 的特點(diǎn)</p><p>　　S7-200S是西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)開發(fā)、生產(chǎn)的整體式小型PLC。S7-200 </p><p>　　PLC除了能夠驚醒傳統(tǒng)的

107、繼電邏輯控制、計(jì)數(shù)與計(jì)數(shù)控制，還能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)</p><p>　　運(yùn)算、處理模擬量信號(hào)，并可支持多種協(xié)議和形式與其他智能設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。</p><p>　　S7-200的核心部件是CPU（即中央處理器），實(shí)際的工藝計(jì)算就在CPU中進(jìn)行。開發(fā)人員必須根據(jù)實(shí)際的工藝要求，在軟件開發(fā)環(huán)境中選擇合適的指令，把它們編輯，組合成能夠完成上述功能的程序并下載到CPU中執(zhí)行。</p>

108、<p>　　S7-200的指令豐富，結(jié)構(gòu)緊湊，指令功能強(qiáng)大，易于掌握，操作方便，同時(shí)它的擴(kuò)展性良好，內(nèi)置有高速計(jì)數(shù)器、高速輸出、PID控制器、RS-485通信/編程接口、PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信功能。最多可以擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O口，最多有26KB程序和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間。</p><p>　　3.7 西門子S7-200 PLC CPU選型 </p>

109、<p>　　根據(jù)沉降和過濾控制要求和I/O控制點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)，本系統(tǒng)選用CPU226</p><p>　　本機(jī)集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊

110、協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.8 PLC 控制輸入/輸出端子接線圖</p><p>　　控制輸入/輸出端子接線圖3.8</p><p><b>　　3.1&