电气工程设计任务书.docx
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电气工程设计任务书
电气工程设计报告
班级：
电气0802
姓名：
李强08140211
姓名：
宋海峰08140223
目录
一、设计内容3
1、工艺简介：
3
2、设计内容：
4
3、设计方案要求：
6
二、硬件构成6
三、I/O分配7
四、接线图8
1、plc接线图8
2、主电路图9
3、变频器接线图10
五、下位机编程11
1、自动部分11
2、手动部分15
六、上位机编程20
1、组态王建立示意图20
2、运行结果24
七、设计总结27
八、参考文献28
一、设计内容
题目：
SBR法污水处理实验装置PLC控制系统设计
1、工艺简介：
SBR是序列间歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。
SBR法污水处理实验装置如下图所示，1、5、12均为水箱，2为水泵，3、11为电磁阀，4为水流量计（用于检测注水流量情况，产生模拟量电流信号），6为搅拌电机，7为曝气头（有三个），8为充气泵，9为气体流量计（用于检测充气流量情况，产生模拟量电流信号），10为排水斗。
主要工艺过程简介如下：
1、注水。
此时3打开，2工作，将1内的污水泵入5（内有活性污泥），4可以检测水流量，其余装置均处于不工作状态，注水过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，3闭合，2停止工作。
下面进入曝气阶段。
2、曝气。
此时8工作，通过7将空气泵入5，9可以检测空气流量，其余装置均处于不工作状态，曝气过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，8停止工作。
下面进入搅拌阶段。
3、搅拌。
此时6工作对5中物质进行搅拌，其余装置均处于不工作状态，搅拌过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，6停止工作。
下面进入沉淀阶段。
4、沉淀。
此时所有装置均处于不工作状态，让5水中的杂质沉淀，沉淀过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束。
下面进入排水阶段。
5、排水。
此时11打开，5上部的清水可由10排入12，然后再排向别处，其余装置均处于不工作状态，排水过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，11闭合。
下面又进入注水阶段，开始新的循环。
2、设计内容：
（一）、使用可编程控制器（选用西门子S7-300）作下位控制站/下位机，使用微计算机（PC）作上位控制站/上位机，组成控制系统，实现对SBR法污水处理实验装置运行的控制。
（二）、使用step7编程软件对下位机编程，使下位机能够根据对外界输入信息及来自上位机的指令的处理结果（本设计中主要是通过上位机的指令）来对实验装置进行控制；使用wincc组态软件对上位机编程，编制监控画面实现对下位机及实验装置的监控。
（三）、下位机PLC输入信号及输出信号：
输入信号有水流量计的4~20mA模拟量电流信号和气体流量计的4~20mA模拟量电流信号（其余控制信号均由上位机给出，不需通过PLC输入端子输入）；输出信号有:
电磁阀3控制信号、电磁阀11控制信号（均为数字量信号，经PLC输出端子输出控制相应装置）；泵2控制信号、搅拌电动机6控制信号、泵8控制信号（既有数字量信号又有模拟量信号，均经PLC输出端子输入变频器，数字量信号控制起停，模拟量信号控制变频器输出，进而控制相应装置电机转速）。
（四）、控制要求：
要实现自动控制与手动控制两种控制方式。
1、自动控制方式下，在上位机监控界面上按下起动按钮后（预先在上位机设定好时间参数），实验装置即按上述工艺流程自动循环，无须人为干预，但在上位机监控界面上能对其进行监测（比如可随时改变每一不活动工艺阶段的时间设置），并可随时按下停止按钮停止实验装置的运行。
2、手动控制方式下，在上位机监控界面上监测实验装置工艺流程，并可人为实时的控制工艺流程各个阶段的运行与停止（即可以任意控制实验装置中泵、电动机、电磁阀的工作状态,但要有必要的联锁）。
3、手动控制方式与自动控制方式之间须存在互锁关系，即在一种控制方式处于工作状态下时，另一种控制方式被屏蔽。
4、对水流量计与气体流量计发出模拟量电流信号的处理：
由下位机采集（此时硬件须加入模拟量输入模块），在下位机内通过程序将其转换为实际的物理量值，并在上位机监控画面中显示出来。
5、变频器输出频率的控制信号（即电机的转速控制信号）在上位机上输入（预先设定好或由人实时输入），下位机据此通过模拟量模块输出模拟量信号（使用电压或电流模拟量信号均可）控制变频器输出频率。
3、设计方案要求：
（一）、硬件方面：
下位机使用西门子S7-300系列PLC实现控制，电源模块选PS307，CPU模块选CPU314，数字量输入/输出模块及模拟量输入/输出模块由自己确定，通讯选用MPI、IndustrialEtherent、PROFIBUS三种方式中的一种。
上位机使用普通PC机即可。
变频器可选用西门子、富士或其他品牌。
（二）、列出I/O分配表，画出PLC外部连接电路图，并设计出三个电动机主电路（泵2、搅拌电动机6及泵8）。
二、硬件构成
硬件主要包括下位机和上位机的硬件、共同构成一个小型控制系统。
下位机的硬件主要是西门子s7系列PLC，作为控制系统的核心，可以提供强大的控制网络和组态功能，以及良好的扩展能力和通信能力，容易实现分布式的系统结构。
该PLC主要包括以下几部分：
CPU模块：
选用的是CPU226，主要用来执行用户程序，控制I/O模块和上位机通信。
扩展模块：
有EM223DC24V数字量8输入8输出，EM2322路模拟输出，EM2354路模拟输入1路模拟输出。
变频器选用西门子MM420。
三、I/O分配
I0.0---启动，I0.1---自动，I0.2---手动，I0.3---停止，I0.4---注水开，I0.5---沉淀，I0.6---注水关，I0.7---曝气开，I1.0---曝气关，I1.1---搅拌开，I1.2---搅拌关，I1.3---排水开，I1.4---排水关
Q0.0---电磁阀3，Q0.1---水泵，Q0.2---充气泵，Q0.3---搅拌电机，Q0.4---电磁阀11
四、接线图
1、plc接线图
2、主电路图
3、变频器接线图
五、下位机编程
1、自动部分
2、手动部分
六、上位机编程
1、组态王建立示意图
根据任务要求，建立3个画面，分别为SBR示意图，自动画面，手动画面
SBR示意图
ＳＢＲ按钮按下时命令语言
ShowPicture（"SBR示意图"）;
自动按钮按下时命令语言
ShowPicture（"自动"）;
\\本站点\自动按钮=1;
\\本站点\手动按钮＝０；
手动按钮按下时命令语言
ShowPicture（"手动"）;
\\本站点\自动按钮=0;
\\本站点\手动按钮=1;
\\本站点\电磁阀3=0;
\\本站点\水泵=0;
\\本站点\充气泵=0;
\\本站点\搅拌器=0;
\\本站点\电磁阀11=0;
\\本站点\沉淀=０；
退出按钮按下时命令语言
Exit（0）;
\\本站点\总启动按钮=0;
\\本站点\自动按钮=0;
\\本站点\手动按钮=０；
自动画面
停止按钮命令语言同退出一样
命令语言
if（\\本站点\总启动按钮&&\\本站点\自动按钮）
{\\本站点\电磁阀3=1;
\\本站点\水泵=1;
}
if（\\本站点\自动按钮==1）
{
if（\\本站点\电磁阀3&&\\本站点\水泵&&\\本站点\水箱<100）
\\本站点\水箱=\\本站点\水箱+15;
if（\\本站点\水泵==1&&\\本站点\电磁阀3==1）
{
\\本站点\总启动按钮=0;
\\本站点\注水时间=\\本站点\注水时间+1;}
if（\\本站点\注水时间==\\本站点\T37时间设定）
{\\本站点\水泵=0;
\\本站点\电磁阀3=0;
\\本站点\注水时间=0;
\\本站点\充气泵=1;}
if（\\本站点\充气泵==1）
\\本站点\曝气时间=\\本站点\曝气时间+1;
if（\\本站点\曝气时间==\\本站点\T39时间设定）
{\\本站点\充气泵=0;
\\本站点\曝气时间=0;
\\本站点\搅拌器=1;}
if（\\本站点\搅拌器==1）
\\本站点\搅拌时间=\\本站点\搅拌时间+1;
if（\\本站点\搅拌时间==\\本站点\T40时间设定）
{\\本站点\搅拌器=0;
\\本站点\搅拌时间=0;
\\本站点\沉淀=1;}
if（\\本站点\沉淀==1）
\\本站点\沉淀时间=\\本站点\沉淀时间+1;
if（\\本站点\沉淀时间==\\本站点\T41时间设定）
{\\本站点\沉淀=0;
\\本站点\沉淀时间=0;
\\本站点\电磁阀11=1;}
if（\\本站点\电磁阀11==1&&\\本站点\水箱>0）
{\\本站点\排水时间=\\本站点\排水时间+1;
\\本站点\水箱=\\本站点\水箱-15;}
if（\\本站点\排水时间==\\本站点\T42时间设定）
{\\本站点\电磁阀11=0;
\\本站点\排水时间=0;
\\本站点\电磁阀3=1;
\\本站点\水泵=1;
}
}
手动画面
注水开命令语言
\\本站点\电磁阀3=1;
\\本站点\水泵=1;
\\本站点\充气泵=0;
\\本站点\搅拌器=0;
\\本站点\沉淀=0;
\\本站点\电磁阀11=0;
if（\\本站点\电磁阀3&&\\本站点\水泵&&\\本站点\水箱<100）
\\本站点\水箱=\\本站点\水箱+15;
注水关命令语言
\\本站点\电磁阀3=0;
\\本站点\水泵=０；
曝气开命令语言
\\本站点\充气泵=1;
\\本站点\电磁阀3=0;
\\本站点\水泵=0;
\\本站点\搅拌器=0;
\\本站点\沉淀=0;
\\本站点\电磁阀11=0;
曝气关命令语言
\\本站点\充气泵=0;
搅拌开命令语言
\\本站点\搅拌器=1;
\\本站点\电磁阀3=0;
\\本站点\水泵=0;
\\本站点\充气泵=0;
\\本站点\沉淀=0;
\\本站点\电磁阀11=0;
搅拌关命令语言
\\本站点\搅拌器=0;
沉淀命令语言
\\本站点\沉淀=1;
\\本站点\电磁阀3=0;
\\本站点\水泵=0;
\\本站点\充气泵=0;
\\本站点\搅拌器=0;
\\本站点\电磁阀11=0;
排水开命令语言
\\本站点\电磁阀11=1;
\\本站点\电磁阀3=0;
\\本站点\水泵=0;
\\本站点\充气泵=0;
\\本站点\搅拌器=0;
\\本站点\沉淀=0;
if（\\本站点\水箱>0）
\\本站点\水箱=\\本站点\水箱-15;
排水关命令语言
\\本站点\电磁阀11=0;
2、运行结果
注水
曝气
搅拌
沉淀
排水
七、设计总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
因此作为二十一世纪的大学来说掌握计算机开发技术是十分重要的。
通过本次设计，对PLC的知识有了更深刻的了解，熟悉了将PLC应用工业控制生产实际的过程。
通过对上位机的编程训练过程，熟悉了组态王编程软件的使用。
由于对PLC编程及组态王的使用不太了解，设计过程中出现很多困难，但通过查资料及与同学讨论最终完成了这次设计。
并且学到了很多
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