污水处理控制系统设计最终版.docx

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污水处理控制系统设计最终版

前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

1.课程设计的任务和要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.1、课程设计的任务．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.2、课程设计的基本要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

2.总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

2.1PLC选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

2.2端子分配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

2.3端子接线图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.4控制面板．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8.

3.PLC程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

3.1设计思想．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

3.2顺序功能图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

3.3PLC梯形图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

4.程序调试说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

5.结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

6.参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

前言

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。

运行时按存储程序的容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。

PLC的CPU有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。

PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。

不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。

PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。

它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。

大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。

把计算结果送给PLC的控制器。

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

1.课程设计的任务和要求

1.1课程设计的任务

对PLC有深刻地了解，能灵活地运用，掌握其主要的使用方法，设计一套完整的污水处理系统的设计方案，系统有三套子系统。

每个子系统组成如图1.1所示。

（1）．滤水时，打开进水阀和出水阀，污水流经磁滤器电的电磁铁，则污水中的氧化铁杂质会附在磁铁上，从水箱流出净化水，实现滤水；

（2）．一段时间后，断开电磁铁，关闭进水阀和出水阀，打开排污阀和空气压缩阀，压缩空气将水箱的水打入磁滤器，冲洗磁铁，污水由排污管流入污水池，进行二次处理，实现反洗。

（3）．三套子系统同时工作。

完成控制循环，整理出梯形图，顺序功能图，IO端子接线图。

外部接线图，按停止按钮，完成当前循环后再停。

要求同时控制三套子系统的运行，要求可以实现手动和自动控制。

污水净化示意图1.1

1.2课程设计的基本要求

系统由三台磁滤器等组成，分为三套子系统。

每个系统工作均相同。

污水净化系统的控制过程：

（1）初始放空：

在系统通电初始时，所有的闸门均断开，磁滤器也断开。

（2）净化过程

 按下启动按钮，净化系统按以下规律循环工作。

通磁滤器电源2s，使磁滤器的磁性达到额定值。

②2s后接通出水阀和进水阀，进行滤水工作40min．

③40min后断开进水阀和出水阀。

④5s后，断开磁滤器电源。

⑤2s后，进行反洗工艺，接通排污阀，空压阀，将氧化铁冲洗倒排污池。

⑥1min断开空压阀，排污阀和响铃，反洗结束。

⑦5s后在进行滤洗工作，如此循环。

⑧按下停止按钮，执行完本次循环结束。

滤水工艺流程图1.2

2总体设计

2.1PLC选型

一、输入输出（I/O）点数的估算

　I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。

实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点对输入输出点数进行圆整。

二、存储器容量的估算

　　存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。

设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。

为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。

存储器存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。

综合，选择PLC型号为216，并扩展两个八位的EM223I/O接口。

2.2端子分配图

端子分配图图2.1

选用I0.0和I0.1开关作自动，手动。

选用I0.2和I0.3开关作启动和停止按钮。

选用I1.0~I1.5作手动程序中的磁滤器，出水阀，进水阀，排污阀，空压阀，响铃的开关。

选用I2.0作三套系统的公共空气压缩阀的开关。

2.3外部接线图

外部接线图图2.2

各个开关并联，其中I0.0和I0.1开关控制整个自动程序的进行，用I0.2来控制启动，用I0.3控制停止，按下停止按钮I0.3后系统在完成当前循环后停止，其中I1.0~I1.5控制手动程序。

三套系统各个输出口并联来实现同步工作

2.4控制面板

控制面板图2.3

自动程序通过启动和停止按钮控制

手动程序通过I1.0~I1.5和I2.0来实现三套系统相同步骤的同步工作

3.PLC程序设计

3.1设计思想

本次课程设计要求可以实现手动，自动。

为了能完成这些动作，必须设计主程序和子程序，其中子程序含有手动，自动控制。

启动时必须先读主程序，然后调用子程序，加以实现。

手动控制时：

在控制面板上有一些按钮，I1.0控制三个系统的磁滤器，I1.1控制三套系统的出水，I1.2控制三套系统的进水，I1.3控制三套系统的排污，I1.4控制三套系统的空压阀，I1.5控制三套系统的响铃，I1.6控制三套系统的空气压缩机开关。

自动时：

用I0.2来控制启动，用I0.3控制停止，按下停止按钮I0.3后系统在完成当前循环后停止。

自动和手动旋转开关可以切换来同时控制三套子系统的运行

3.2自动程序的顺序功能图

顺序功能图图3.1

图3.1处理单周期，连续工作方式的顺序功能图。

M0.0和M0.1到M0.6用典型的启保停电路控制通磁滤器电源2s，使磁滤器的磁性达到额定值，2s后接通出水阀和进水阀，进行滤水工作40min。

40min后断开进水阀和出水阀。

5s后，断开磁滤器电源。

2s后，进行反洗工艺，接通排污阀，空压阀，将氧化铁冲洗倒排污池。

1min断开空压阀，排污阀和响铃，反洗结束。

5s后在进行滤洗工作，如此循环。

按下停止按钮，执行完本次循环结束。

3.3PLC梯形图

公用程序

自动程序

手动程序

4.程序调试说明

首先在V4.0STEP7MicroWINSP6里将事先设计好的程序写入，然后再将程序导出，然后再在S7-200的仿真软件里进行调试仿真。

在CPU配置中选择CPU216型号，并且扩展两个八位I/O口。

当选择自动开关I0.0时，按下启动按钮I0.2可以观察到三个磁器电源同时接通，2s之后三套系统的出水和进水阀接通，滤水进行40min后进水阀和出水阀断开。

5s之后磁滤器复位，又过2s后排污阀，空压阀，响铃，以及空气压缩机打开进行反洗1min。

然后断开，5s之后进入下一循环。

中途按下停止按钮时，三套系统完成当前循环后停到初始步。

手动控制时：

在控制面板上有一些按钮，I1.0控制三个系统的磁滤器，I1.1控制三套系统的出水，I1.2控制三套系统的进水，I1.3控制三套系统的排污，I1.4控制三套系统的空压阀，I1.5控制三套系统的响铃，I1.6控制三套系统的总空气压缩机开关。

5.结束语

通过这次课程设计，我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法有了更加深刻的理解，在对理论的运用中提高了我们的工程素质。

明白了理论和实践的差距，在没有做课设之前，我们掌握的都是思想上的，对一些细节和具体操作不是很重视，当我们把自己的理论成果用于具体的实践中，出现的各种问题无法预估，结果和预期效果不是太符合，再通过自己和同学的探讨以及查阅有关资料，问题一点一点被解决，经过调试和改正，最后才达到预期的效果。

在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见，最后诚挚的感我们的指导老师，您的悉心的教导使我们得以一窥喷泉控制系统领域的深奥，不时的讨论并指点我正确的方向，使我在课程设计这段时间中获益匪浅。

6.参考文献

[1]白宁,段智敏,文波.《机电传动控制基础》[M].；

东北大学，2002.

[2]蔡行健,黄文羽,娟.《深入浅出西门子S7-200PLC》[S]2001.

[3]廖常初.PLC编程及应用.[M]：

机械工业，2002.