毕业设计压摸屏PLC超纯水监控系统说明梯形程序图Word文档格式.docx
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（4）纯水在化工工业中的应用
（5）纯水在其他工业中的应用
1.2国内外的研究状况及发展趋势
长期以来，PLC始终处于工业控制自主动化领域的战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。
同时PLC也承受着来自其他产品的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。
目前全世界PLC生产厂家约200家，生产300多种产品。
日本三菱公司是世界上较早研制和生产PLC的主要厂商之一。
其主流产品包括三菱FX2N、FX2C、FX1系列PLC。
FX2N系列出色表现在以下几个方面：
极高的可靠性；
极丰富的指令集；
易于掌握；
便捷的操作；
丰富的内置集成功能；
实时特性；
强劲的通讯能力；
丰富的扩展模块。
这是日本PLC进入中国市场以来又一个重要的里程碑。
21世纪，PLC会有更大的发展。
从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；
从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；
从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；
从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；
从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思路及工作方法或工作流程
1.设计内容：
水处理主要是顺序逻辑控制，这正是PLC控制的优势所在。
在众多的PLC生产厂家中，三菱公司的FX2NPLC系列产品以其较高的性价比成为众多用户的首选。
FX2N是模块化的中小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用，模块化、无排风扇结构，各种单独的模块之间可进行广泛的组合以用于扩展。
要求完成以下内容：
1.熟悉PLC的特点及应用。
2.熟悉过滤器设备的原理和性能。
3.确定该控制系统的功能并进行方案设计，选择传感器、执行器，选择PLCI/O模块、控制模块、通讯模块等。
4.说明混床控制的工作过程，给出控制原理的详细分析与说明。
5.用三菱PLC编写混床控制梯形图。
1.3、工业纯水的制备技术及工艺
一、反渗透
①基本原理
当纯水和浑水被理想半透膜隔开，理想半透膜只允许水通过而阻止杂质通过，此时膜纯水侧的水会自发地通过半透膜流入混水一侧，这种现象称为渗透，若在膜的混水侧施加压力，那么水的自发流动将受到抑制而减慢，当施加的压力达到某一数值时，水通过膜的净流量等于零，这个压力称为渗透压力，当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力时，水的流向就会逆转，此时，浑水中的水将流入纯水侧，上述现象就是水的反渗透（RO）处理的基本原理。
②RO反渗透膜
RO（ReverseOsmosis）反渗透技术是利用压力表差为动力的膜分离过滤技术，源于美国二十世纪六十年代宇航科技的研究，后逐渐转化为民用，目前已广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领域。
RO反渗透膜孔径小至纳米级（1纳米=10-9米），在一定的压力下，H2O分子可以通过RO膜，而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过RO膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。
一般性的自来水经过RO膜过滤后的纯水电导率5μs/cm（RO膜过滤后出水电导=进水电导×
除盐率，一般进口反渗透膜脱盐率都能达到99%以上，5年内运行能保证97%以上。
对出水电导要求比较高的，可以采用2级反渗透，再经过简单的处理，水电导能小于1μs/cm）,符合国家实验室三级用水标准。
再经过原子级离子交换柱循环过滤，出水电阻率可以达到18.2M.cm，超过国家实验室一级用水标准（GB6682—92）。
目前的主要困难是研制价格便宜、稳定、长期受压无损的反渗透膜。
中国从21世纪初开始掌握自主反渗透膜生产技术，在国家的大力支持下，将该计划列入国家计委高新技术产业化重点发展专项计划，由国家海洋局下的杭州水处理研究开发中心的子公司——杭州北斗星膜制品有限公司承担并研发成功。
目前反渗透膜市场95％为进口膜，国产膜只占据了5%左右的市场，中国的反渗透技术还有很长的路要走。
③应用范围
太空水、纯净水、蒸馏水等制备；
酒类制造及降度用水；
医药、电子等行业用水的前期制备；
化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备；
锅炉补给水除盐软水；
海水、苦咸水淡化；
造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。
以高分子分离膜为代表的膜分离技术作为一种新型，、高效流体分离单元操作技术，30年来取得了令人瞩目的飞速发展，已广泛应用于国民经济的各个领域。
第二章纯水系统的研究现状与意义
随着现在社会的不断发展，无疑对于自动化行业的要求水平就越来越高，可以说，一个社会的经济发展与该国自动化行业的发展有着密切的联系。
现如今，随着科技发展，PLC、触摸屏以其优异的性能而被广泛的应用于各个自动化与非自动化行业，在这竞争激烈的社会，掌握PLC、触摸屏设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。
PLC即可编程控制器，是针对工业自动化控制领域开发设计的、适用于工业现场工作的、以现代微处理器技术为核心的控制器，PLC的控制功能可以根据使用者所编译的软件不同而不同，但可实现多种功能，PLC的学习比较一般编程学习困难的地方就在于要完成一个控制系统不仅需要掌握一定的编程技术，更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合理的PLC型号，然后进行资源配置，并以此为基础，设计控制系统。
对于比较复杂的自动化要求较高的研究系统，要求作者不仅要有充分的实战经历，更要求有更为缜密的逻辑思维。
触摸屏是一种无需通过专业学习，只需根据人性化的思维方式就能操作使用的电脑输入设备，它是目前最简单、方便自然的一种人机交换方式，应用非常广阔。
对于我们这样的初学者来说，通过这项毕业设计无疑是对编程级相关这方面都是一种锻炼，学习和提高，因为这项毕业设计是我自这学习以来所遇到最符合实际性的，最真实的，也是最艰难的一个编程设计的课题，具有非常挑战性的任务，我相信通过这一课课题的设计编程，会让我在以前对于PLC、触摸屏所学的很多存在的漏洞得以修复和改正的。
二、基本内容
超纯水自动监控系统采用“PLC控制系统+现场人机界面（HMI）+触摸屏上位机数据采集系统”的设计方式，通过混过滤器的反复过滤，再进行树脂再生，到处理完毕。
全部设备可随时实现完美的手、自动运行，最大限度保证控制系统的人性化、操作的灵活性、系统的安全性及系统的可控性。
控制系统对同类N用1备用设备均采用“均衡磨损运行控制机制”及“设备故障替换自动投入控制机制”，实现设备使用寿命的最大化，实现生产的连续性。
进水——增压泵——不锈钢过滤器活性炭滤器¬
¬
——保安过滤器——RO高压泵——中间水箱——混床——纯水箱——输送泵——终端膜过滤器——使用
本课题基于PLC、触摸屏的超纯水监控系统，对于设计者的要求有:
1、熟悉超纯水系统的组成、结构以及其功能；
2、掌握PLC的使用与编程——包括选型、编程及调试能力；
3、掌握触摸屏与PLC的通信及其应用；
4、熟悉触摸屏软件的使用；
5、熟悉相应仪表的选型与参数调整能力；
三、重点难点
本课题可以在自动控制综合实验室中完成，该实验室具备了本课题所需的软件、硬件
对于这项课题设计，我觉得其重点和难点就在于其中混床的工艺流程，不用说其他的控制，单混床中的许多各种通道的阀上就让我这个初学者足以看得眼花缭乱，还有在混床中的树脂再生，看的也是似懂非懂，还有整个图的工艺流程，虽然在注释上已经为设计者提供大量的说明信息，但整图的控制还是有很大困难的，因为这个设计的项目没提供任何关于这系统设计的说明，只有在混床和过滤器中提供了简单说明，我也曾试着去研究过，但我觉得还是有太大难度，希望在这方面有老师的专业指点，只有了解整个工艺流程级各个元器件作用，才能进行系统设计。
第三章系统控制要求
3.1自动控制说明
传化设备自动控制可分为三部分：
预处理+反渗透、混床、输送。
一、预处理+反渗透
预处理+反渗透的控制点包括原水箱低水位、原水泵（2台，一开一备）、絮凝剂计量泵、机械过滤器、活性炭过滤器、阻垢剂计量泵、低压开关、高压泵、冲洗电磁阀、中间水箱高水位等，具体控制如下：
原水箱低水位控制为开关控制，由浮球液位开关控制，不需要电信号，当水位到达低水位时，原水泵停止工作；
当原水泵停止工作时，絮凝剂计量泵、机械过滤器、活性炭过滤器、阻垢剂计量泵、高压泵都相应的停止工作；
当机械过滤器或活性炭过滤器其中一个在反冲洗时，由于无水而产生低压，低压开关起作用，高压泵停止工作；
当中间水箱高水位时，原水泵、絮凝剂计量泵、阻垢剂计量泵、高压泵停止工作；
当设备开机时，高压泵启动后电磁阀自动打开，对反渗透膜进行低压冲洗，冲洗5分钟后，自动关闭；
机械过滤器、活性炭过滤器的操作详见机械过滤器、活性炭过滤器的操作说明书。
3.2混床
混床的操作控制点包括中间水箱低水位、中间增压泵（2台，一开一备）、混床、纯水箱高水位等，具体控制如下：
当中间水箱低水位时，中间增压泵停止工作；
当纯水箱高水位时，中间增压泵停止工作；
当中间增压泵停止工作时，混床也停止工作；
混床的操作（包括正常工作、树脂冲洗分层、再生、清洗、气水混合、正洗等）详见混床操作说明书。
3.3、输送
输送的操作控制点包括纯水箱低水位、输送泵（2台，一开一备）、紫外线等，具体控制如下：
1、当纯水箱低水位时，输送泵停止工作；
2、当输送泵停止工作时，紫外线也停止工作。
四、显示
本设备有部分仪表带有输出信号，需将数据传送到触摸屏控制系统，具体包括如下：
原水电导仪、反渗透产水电导仪、混床出水电阻仪（2台）等。
五、其它电源线
本设备另外有一些辅助设备，在设备正常工作时不需要使用此辅助设备，如清洗系统，混床再生系统；
清洗系统上有1台清洗水泵，需通电；
混床再生系统上有2台酸碱水泵，需通电。
3.4混床操作说明
混床（见混床示意图）操作分为正常工作、树脂再生（包括冲洗分层、再生、清洗、混合、正洗）两部分。
每个交换柱的上层为阴树脂，下层为阳树脂。
当一个交换柱再生时，另一个仍可为正常工作并提供符合要求的产水。
而当两个交换柱同时工作时为串联（亦可并联），在此混床操作上，除酸阀、碱阀为普通球阀外，其余阀门全为气动阀，又电磁阀控制，实现混床的全自动操作。
一、正常工作
每次运行前打开排气阀，在开始正常工作时关闭。
正常工作时，阀门的操作情况如下：
1、以左交换柱为一级混床、右交换柱为二级混床为例：
阀1、阀3、阀2’、上进阀1、上进阀1’出水阀1’打开，其余阀门关闭。
进水流经阀1、上进阀1进入左交换柱顶部，然后从左交换柱底部经阀3、阀2’、上进阀1’进入右交换柱顶部，然后从右交换柱底部经出水阀1’出，作为产水进入纯水箱。
2、当一交换柱工作，而另一交换柱再生时，以左交换柱工作、右交换柱再生为例（不考虑右交换柱再生情况）：
阀1、上进阀1、出水阀1打开，其余相关阀门关闭。
进水流经阀1、上进阀1进入左交换柱顶部，然后从左交换柱底部经出水阀1出，作为产水进入纯水箱。
二、冲洗分层
当树脂失效后，须对树脂进行再生，再生前先对树脂进行反洗分层，使上层为阴树脂，下层为阳树脂；
现以左交换柱为例说明操作方法：
三、反冲洗分层
打开阀1、上排阀1、下进阀1，关闭其余相关阀门。
进水经过阀1、下进阀1到左交换柱底部，然后从左交换柱顶部经过上排阀1出，作为废水排放。
反冲洗分层过程中，进水压力在保持为3psi，时间为10分钟。
结束时应缓慢关闭阀1，同时打开下排阀1，使树脂颗粒逐步沉降，并使水位高于阴树脂约15cm。
关闭下排阀1。
以沉降后阳、阴树脂层界面是否清晰判别分层效果。
如一次操作未达到要求，可重复操作以获得满意的分层效果。
四、树脂再生
树脂的再生为酸、碱分别流经阳、阴树脂层的两步再生法，本设备再生为酸碱注入式，即通过酸碱泵将酸碱溶液从酸碱储箱中打入混床，以再生左交换柱树脂为例：
五、再生
1）阴树脂再生
打开碱阀、进碱阀1、阀1、下进阀1、中排阀1，关闭其余相关阀门；
碱液流经碱阀，通过碱泵，流经进碱阀1，到左交换柱顶部，同时纯水流经阀1、下进阀1到左交换柱底部，调节水流，使处理后的水从中排阀1出，作为废水排放；
循环0.5~1小时，完毕。
2.52阳树脂再生
打开酸阀、阀1、阀4、上进阀1、中排阀1，关闭其余相关阀门；
酸液流经酸阀，通过酸泵，流经阀4，到左交换柱底部，同时纯水流经阀1、上进阀1到左交换柱顶部，调节水流，使处理后的水从中排阀1出，作为废水排放，循环0.5~1小时，完毕。
六、慢冲洗
打开阀1、上进阀1、下进阀1、中排阀1，其余相关阀门关闭。
上进水经过阀1、上进阀1到达左交换柱顶部，下进水经过阀1、下进阀1到达左交换柱底部，调整上下进水的流量，使得上进水略大于下进水，以保证树脂不发生翻动。
完成标志：
出水pH达到6~7，Cl-合格，时间约30分钟。
七、快冲洗
打开阀1、上进阀1、下排阀1，其余相关阀门关闭。
进水经过阀1、上进阀1到左交换柱顶部，然后从左交换柱底部经过下排阀1出，作为废水排放。
快冲洗时水量要大，时间约15分钟。
八、进气混合
打开进气阀1、排气阀1，其余相关阀门关闭。
从进气口通入0.3MPa清洁压缩空气4~5分钟，待柱内树脂颜色一样时，停止搅拌，此时柱内阴、阳树脂充分混合均匀。
混合均匀后用反渗透产水赶走树脂层中的空气，直到树脂不动（切忌太慢，防止阴、阳树脂分层），关好相应阀门。
正洗
混床再用合格的反渗透出水，按正常工作运行流向通入混床，底部排水，出水合格后作为二级混床进入工作系统。
3.5过滤器操作说明
过滤器操作分为正常工作、反冲洗（水反冲、气反冲）、正冲洗四部分。
1.正常工作
每次开机前打开排气阀，到正常工作时关闭，此后为常闭。
当正常工作时，阀1、4打开，阀2、3、5、排气阀、进气阀关闭，水流从左边进，经过阀1到过滤器顶部，然后从过滤器下部经过阀4出，作为过滤水进入下一个流程。
2.反冲洗
当设备运行一段时间（约40小时）后，需对不锈钢过滤器进行反冲洗，将过滤下来的杂质冲出，与反洗水一起排出。
反冲洗的操作可分为三步：
水反冲5分种、气反冲5分钟、水反冲5分钟；
水反冲洗时，阀2、3打开，阀1、4、5、排气阀、进气阀关闭，水流从左边进，经过阀3到过滤器下部，然后从过滤器上部经过阀2出，作为废水排放；
气反冲洗时，排气阀、进气阀打开，阀1、2、3、4、5关闭，气经过进气阀到过滤器下部，然后从过滤器上部经过排气阀出。
3.正冲洗
当反冲洗完后，需对不锈钢过滤器进行正冲洗，时间为5分钟。
正冲洗时，阀1、5打开，阀2、3、4、排气阀、进气阀关闭，水流从左边进，经过阀1到过滤器顶部，然后从过滤器下部经过阀5出，作为废水排放。
3.6供水工艺流程图
3.7过滤器及混床图
3.8程序流程图
控制程序流程图
开始
打开排气阀
原水箱水位
低
高停机工作
絮泵过滤器（多介质滤器、活性炭滤器）阻泵
高压泵
中间水箱
高低
中间增压泵停止工作
开混床
（开阀1、上进阀1、出水阀1）
（开阀1’、上进阀1’、出水阀1）
混床取样
纯水箱
输水泵
紫外杀菌器
终端膜过滤器
反冲洗程序流程图
开始
40小时
水滤器（多介质滤器、活性炭滤器）水反冲
开阀2、阀3
延时5分钟
关上面阀
过滤器（多介质滤器、活性炭滤器）气反冲
开排气阀、进气阀
过滤器（多介质滤器、活性炭滤器）水反冲
过滤器（多介质滤器、活性炭滤器）正冲洗
开阀1、阀5
反回到开过滤器（多介质滤器、活性炭滤器）
开阀1、阀4
混床过滤器程序流程图
开始
反冲洗分层
开阀1、上排阀1、下进阀1
延时10分钟
阴树脂再生
开进碱阀1、阀1、下进阀1、中排阀1
延时30分钟
阳树脂再生
开酸阀、阀1、阀4、上进阀1、中排阀1
延时30分钟
慢冲洗
开阀1、上进阀1、下进阀1、中排阀1
30分钟
关上面阀
快冲洗
开阀1、上进阀1、下排阀1
延时15分钟
进气混合
开阀1排气阀1
延时5分钟
反回
第四章控制系统硬件设计选型及要求
4.1系统方案设计
本次设计主要是利用三菱微型可编程控制器、触摸屏软件来实现整个过程的自动控制和模拟运行。
系统框图如下
根据该框图，系统所需的硬件有:
①PLC及扩展模块
②人机界面（触摸屏）
③压力传感器、压力变送器、电接点压力表、水位传感器。
④PLC用隔离变压器、低压电器以及控制柜
4.2可编程控制器（PLC）选型
可编程控制器（ProgrammableLogicController）是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。
它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
PLC是该控制系统的核心部件，合理选择PLC对于保证整个控制系统的技术指标和质量至关重要的。
选择PLC应包括PLC机型、容量等的选择。
1、PLC机型选择
机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠，维护使用方便及最佳的性能价格比。
（1）结构合理
对于工艺比较固定，环境条件较好，维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC。
（2）功能强弱适当
对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的PLC。
2、PLC容量的选择
PLC容量主要是指是PLC的I/O点数，I/O点数也应留有适当裕量。
由于目前I/O点数较多的PLC价格也较高，若备用的1/O点是数量太多，将使成本增加。
根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常1/0点数按实际需要的考虑留10%-15%点数备用量。
根据系统要求和功能，PLC选用MITSUBISHI公司的FX2N系列FX2N-48MR-001，FX2N-48MR具有丰富的可灵活配置的硬件资源：
内含时钟、PID运算、高速计数器、显示器、AC/DC/继电器内置数字I/O（24路开关量输入，24路继电器输出），另配置FX0N-4AD模拟量模块，FX2N-485-BD通信模块。
SC-09通信编程器，采用RS485网络通信。
4.3控制系统硬件组成
控制系统硬件由，FX1N-40MRPLC,PC机,热继电器,交流接触器,低压断路器等组成。
4.4FXCPU-FX2NC可编程控制器
FX系列是由电源，CPU、存储器、输入输出器组成的，单元型可编程控制器，基本单元和扩展单元采用了得于维修的装卸式端子台，在编程端子罩内装RUN/STOP开关，它内装有8K-16K步进自备用电池的RAM存储器，并内有计时功能，可进行时间控制，并且可接各种输入输出扩充设备，用于特殊控制。
FX1N-40MR是三菱PLC中的新一代性能优越的微型PLC，交流宽域输入（85~264Vac）、处理速度达到0.08μs/基本指令，内附8k步存储器（RAM），而且运行过程中可以更改程序，内有实时时钟，具有计时功能和可以进行时间控制。
输入点采用PLC内部供电，大大简化了电路。
输出采用24Vdc供电给指示灯和继电器等负载。
FX系列PLC支持无协议的RS232和RS485通信协议两种通信方式。
三菱FX-232PLC设备构件把PLC的通道分为只读，只写，读写三种情况，只读用于把PLC中的数据读入到PC的监视环境中，只写通道用于把PC程序和参数写入到PLC中，读写则可以从PLC中读数据，也可以往PLC中写数据，X输入继电器（位操作只读）；
Y输出继电器（位操作，可读可写）；
M中间继电器（位操作，可读可写）；
D变量存储器（字，双字，浮点，可读可写）。
4.5PLC接线图示意图
I/O点设置
根据传化超纯水处理系统的工艺流程，我们可以知道，在整个系统中，有8个输入点，57个输出点。
其中输入点包括了：
手动/自动切换，启动，停止，原水箱上限位，原水箱下限位，RO低压开关，中间水箱上限位，中间水箱下限位。
输出点包括了：
原水电磁阀，多介质电磁阀，多介质排气电磁阀，活性炭电磁阀，活性炭排气电磁阀，多介质进气电磁阀，活性炭进气电磁阀，RO电磁阀，混床阀，紫外杀菌器，原水泵，RO泵，中间增压泵，酸
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