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1、滤水工序的PLC设计上海电机学院高职学院可编程控制器 课程设计课 题：滤水工序的PLC设计班 级：ZH1023姓 名：励 晟学 号：102020062318指导老师：范郁宝2012年6月11日至6月14日目 录序言3设计要求4设计分析5第一章 污水净化处理系统设计方案选择 6第二章 I/O分配表11第三章 PLC硬件接线图13第四章 编写系统控制流程图 14 4.1 编程梯形图15 4.2 指令表20第五章 编程系统操作说明23第六章 程序调试说明25小结 26参考文献 27序言随着微电子技术的发展，可编程序控制器（简称PC或PLC）以微处理器为核心，适用于开关量、模拟量和数字量的控制，它已进

2、入过程控制和位置控制等领域，成为一种多功能、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。课程设计以培养工程应用能力为主，在独立完成设计任务的同时，还要进行多方面能力的培养和提高，如：独立工作能力、文献信息检索能力、知识综合运用能力、写作及表达能力、创新能力。为毕业设计以及毕业后的工作能力打下良好的基础。在本次可编程控制器的课程设计中我们要通过对某个自动化生产设备、某条自动化生产线、某些工艺过程的调查研究，从而明确生产工艺对电气控制提出的各项要求。根据这些要求，进行系统的原理设计、工艺设计和操作设计，在课程设计的全过程中，我们应进一步明确设计任务中的各项要求，建立机电系统设计工作的整体概念，从工

3、程环境、实现手段和操作方式的各个环节入手来设计控制系统，通过不断的调试和完善软硬件设计，最终能够满足这些要求。设计要求（1）两台机组的滤水工序可单独进行，也可同时进行。而反洗工序只允许单台机组进行工作，一台机组反洗时，另一台必须等待。两台机组同时要求反洗时，1号机组优先。（2）为保证滤水工艺的正常进行，在每台机组的管道上均安装了压差检测仪表，只要出现了“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）接触器输出故障检测报警。设计

4、分析(1) 两台机组的滤水工序可单独进行，要求有独立的启动/停止按钮。(2) “管压差高”检测和反洗铃在每台机组上均单独配置。压力传感器监测到的压力值直接关系到整个控制系统的可行性，在选择差压变送器的精度要他到3RH的以上的精度，使得差压传感器在工作的时候能够准确的接收和发送出准确的信号。用一个PLC模拟量输入模块和一个输出模块。让差压传感器接收的信号传送到PLC的模拟量的输入模块使模拟量转换成数字量，为了使防止在输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号，在输入电路中设置RC滤波电路，可以增加可靠性。CPU模块的内部的工作电压一般是DC 5V，输出信号电压一般较高，一般是DC 24V和AC

5、 220V。采用DC 010V，模拟量输出模块用于控制电动出水阀、进水阀、水泵等执行器。(3) 所谓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，如图1-1所示。考虑到由接触器控制这些线圈，当接触器线圈通电时，其动合触点应当闭合，动断触点应当断开；反之亦然，如果接触线圈通电时，其动合触点不能闭合或者动断触点不能闭合，或动断触点不能断开，可能发生事故。图1-1输出反馈信号接线图第一章 污水净化处理系统设计方案选择 污水处理的基本原理是利用物理法、化学法和生物法三大类。而在冶金业中污水的处理方案，就有它的独特的处理方案。对冶金业中所产生的污水中含有大量的固体渣滓污染物，对于固体

6、渣滓污染物的处理方法一般采用物理法，物理法的基本原理是利用物理作用是悬浮状态的污染物质与水分离，在处理过程中污染物质的性质不发生变化，而在物理法的处理方法中又有以下多种处理方法。2.1 物理法处理技术方案选择 方案一: 截留法 通常都以格栅或筛网作为污水处理厂的第一个处理工序，其主要作用是去除废水中粗大的悬浮物质，以保护后续的处理设备如污水泵，并防止管道堵塞。 格栅由一组平行的金属栅条构成，其截留悬浮物质的效率决定于栅条间隙的宽度。当格栅设在污水泵站前时，缝隙宽常大于50mm，当设在沉沙池前时，一般采用1540mm。通过格栅的水流速度应保持在0.61.0m/s之间。当通过格栅的水头损失超过10

7、cm时，应清除格栅前的污物，以免涌水现象。大型处理厂应采用机械清除格栅。格栅截留的污物被清除后，应妥善处理，方法有填埋、焚烧、堆肥或与其它污泥混合后进行消化处理，也可以将污染物粉碎后送进污水厂进口。 方案二: 膜分离的电渗析法 利用过滤性膜选择透过性对水中杂质进行浓缩、分离的方法，统称为膜分离。根据膜孔隙的大小及过滤是的动力，膜分离可分为微过滤、超过滤、纳米过滤、电渗析反渗透等。对于冶金工业废水的处理一般采用电渗析处理方法。 电渗析：电渗析是在电场作用下使溶液中离子通过膜进行传递的过程，所应用的膜为离子交换膜。阳离子交换膜只允许阳离子透过，阴离子交换膜则只允许阴离子通过。在电渗析设备中，阳离子

8、交换膜和阴离子交换膜交替排列于正负两个电极之间，并用特别的隔板将其隔开，形成脱盐水和浓缩水两个系统。在直流电场作用下，阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移，由于离子交换膜的选择透过性，淡室中的盐水逐渐淡化，浓室中的盐水被浓缩，以此实现脱盐的目的。电渗析用于重金属工业的废水处理。 方案三: 磁力分离法 磁力分离是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

9、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各污水处理方案的分析和比较 方案一优点：设备简单，所耗费的资金少，处理过程简单容易控制。缺点：是一种传统对废水中的粗糙较大的固体污染物进行处理方案，在对废水处理的设计中可能占地面积过大，耗费的人力较多，在反洗过程中需要人工的反清洗，还可能耗费大量的

10、时间而耽误污水的净化效率。最关键的是不能完全的达到自动化目的。 方案二优点：处理精度较高，目的性明确有较高的可靠性。缺点：在阴阳离子的分离和替换控制过程中的难度较复杂，设备结构复杂，不容易清洗。虽然它可用于重金属工业的废水处理中，但对于这种方案不是常用的方案，因为不能直接把废水中的金属杂质直接的处理掉。 方案三优点：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。缺点：对于其他无磁性的固体杂质不能

11、及时的处理。2.3 方案的确定 对于以上的污水处理方案的分析之后，方案三是选择中最适合用于冶金业的污水处理中，还可以简单的加入PLC控制，来实现达到自动化的目的。从而在处理过程中实现经济化、可靠性、安全性超过了方案一、二。在方案三中的污水处理后，污水不仅得到了净化还可以回收再利用，净化后得到的氧化铁杂质也可以回收再利用。所以方案三是污水处理系统方案的最佳选择方案。 2.4 方案三的具体实施2.4.1 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。图2-1系统组成示意图2.4.2 工艺流程 污水净化处理可分为两道工序，以1号机组为例

12、，其工艺流程图如图2-3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。图2-2工艺流程第二章 I/O分配表根据课程设计任务书以及控制方案选择的着手点作出控制系统的I/O分配表如下：表1 、1#机组的输入、输出地址分配表编程元件电路元件作用输 入 继 电 器SB11号

13、净水器启动按钮SB21号净水器停止按钮Y221号净水器压差检测仪表，压差过高开关信号SB3系统急停按钮M11号磁滤器的辅助触点，用于M1的故障诊断M21号出水阀的辅助触点，用于M2的故障诊断M31号进水阀的辅助触点，用于M3的故障诊断M41号排污阀的辅助触点，用于M4的故障诊断M51号压缩空气阀的雇主触点，用于M5的故障诊断输 出 继 电 器M11号磁滤器线圈M21号出水阀线圈M31号进水阀线圈M41号排污阀线圈M51号压缩空气阀线圈Y30反洗铃Y31故障指示灯Y32故障报警铃表2 、2#机组的输入、输出地址分配表编程元件电路元件作用输 入 继 电 器SB42号净水器启动按钮SB52号净水器停

14、止按钮Y332号净水器压差检测仪表，压差过高开关信号SB6系统急停按钮M62号磁滤器的辅助触点，用于M6的故障诊断M72号出水阀的辅助触点，用于M7的故障诊断M82号进水阀的辅助触点，用于M8的故障诊断M92号排污阀的辅助触点，用于M9的故障诊断M102号压缩空气阀的雇主触点，用于M10的故障诊断输 出 继 电 器M62号磁滤器线圈M72号出水阀线圈M82号进水阀线圈M92号排污阀线圈M102号压缩空气阀线圈Y40反洗铃Y41故障指示灯Y42故障报警铃第三章 PLC硬件接线图根据程序设计要求以及所选的工作元件，由输入/输出地址分配表设计出如图硬件接线图。图5 PLC硬件接线图第四章 编写系统控

15、制流程图根据系统需求，以及方案选择的过程将每个机组做成一个程序，最后将两个机组的程序作为子程序用一个主程序调用，其顺序功能图如下：图6 净水机组的控制系统顺序功能图4.1 编程梯形图4.2 指令表 第七章 编程系统操作说明从工程实际出发，在制定控制系统的方案时，充分考虑功能的组成及实现，主要从机械部件的动作顺序、动作条件、必要的保护和联锁，系统的工作方式（如手动、自动、半自动）和安全保护措施及紧急情况处理着手设计。从而总结了以下几点在梯形图设计过程中的主要思路。（1）为了避免系统工序的切换所造成的冲击，阀门和磁滤器开启和关闭采用延时顺序动作。（2）1 号机组和2 号机组的反洗工序的调度算法：如

16、果1 号机组和2 号机组同时进入反洗工序，由于2 号机组延时0.1 秒，故1 号机组优先执行；如果不同时进入反洗工序，由于1 号机组和2 号机组反洗工序有互锁功能，则哪个机组先进入反洗工序，另一机组只能等待。（3） 故障诊断子程序：（3.1）故障诊断子程序的作用：相对于 PLC 而言，外部输出器件如电磁阀、磁滤器容易出现故障。如果电磁阀和磁滤器出现故障而不能及时处理，容易造成系统工作不正常，甚至会损坏系统。处理的方法是：外部主要输出器件如果出现故障，必须停机并且报警，提醒工作人员维修。（3.2）故障诊断子程序的设计：本控制系统共有 8 个故障诊断子程序，它们的故障诊断算法都是类似的。具体的算法

17、是：如果某个线圈通电，对应的常开辅助触点应该闭和；如果没有闭和，判断该器件损坏。如果某个线圈断电，对应的常闭触点应该闭和；如果没有闭和，判断该器件损坏。右图是一故障诊断子程序的梯形图。它用顺序功能的逻辑语言解释如下：在M1.1 步即滤水工序如果磁滤器或者出水阀或者进水阀没有打开、或者排污阀或者压缩空气阀打开了，则报警并且进入停机状态。（4）磁滤器的压差保护：如果磁滤器的入口和出口压差大于设定压差，则滤水工序无条件结束，顺序进入反洗工序。根据以上所列出的编程着手点，可选用调用子程序来完成编程任务，具体顺序功能图见第五章的控制系统流程图。第八章 程序调试说明8.1 设计调试过程中的错误1、时间继电

18、器互锁出现错误，指令无法往下传递，将实现互锁的常闭时间继电器与输入信号并联。2、没必要的自锁过多致使程序太长。3、主控指令结束，没输入MCR NO；子程序结束无SRET。8.2 控制面板的操作说明、若要使用1号机组进行滤水工序，按动1号净水机的启动按钮；若要使用2号机组进行滤水工序，按动2号净水机的启动按钮；若要同时使用两台机组进行滤水工作，按动两机同时启动的启动按钮。、若要停止使用1号机组进行滤水工序，按动1号净水机的停止按钮；若要停止使用2号机组进行滤水工序，按动2号净水机的停止按钮。、当出现紧急情况需要停止整个系统停止工作时，按下红色的急停按钮。、当号机组的磁滤器需要清洗时，面板上的一号

19、净水机反洗铃会响起，1号机组自动进入反洗程序；当2号机组的磁滤器需要清洗时，面板上的二号净水机反洗铃会响起，2号机组自动进入反洗程序。5、当1号机组中在进行任意工序时，工序中的任意阀门和线圈出现工作异常，1号机组的故障灯就会亮起、故障铃也会响起，同时1号机组立即停止工作；当2号机组中在进行任意工序时，工序中的任意阀门和线圈出现工作异常，2号机组的故障灯就会亮起、故障铃也会响起，同时2号机组立即停止工作。小结通过本次课程设计我复习了本学期学习的可编程控制器，再次熟悉了所学的内容，以及PLC的构成和工作原理，学习了PLC的使用方法，对PLC的编程方法和过程有了进一步的认识，对我们明年的毕业设计和毕

20、业后的工作有很大的帮助。对我们的实践能力的提高有很大的作用。在课程设计说明书中详细介绍了污水净化处理控制系统的硬件设计和软件设计方法，软件设计给出了控制系统的顺序功能图。在这次课程设计中，我们所选的方案的优点在于利用 PLC 实现了污水净化处理系统的自动控制，并且采用结构化程序设计方法，硬件设计采用了压差检测仪表，保证滤水工序的性能指标并且有防止滤水器堵塞的功能。由于采用PLC 作为控制器，系统结构比传统控制系统结构简单，可靠性高，系统很少出故障；由于控制系统的控制算法由软件实现，易于系统升级，易于联网。为了解决1 号机组和2 号机组在反洗工序竞争的问题，采用了延时和互锁的算法。为了保证系统可

21、靠地工作，设计了外部输出器件自诊断程序，能够判断外部执行器是否工作正常并且自动进入故障处理步骤。使系统有一定的自诊断智能，保证系统工作稳定、可靠。当然这是我第一次做这么大的PLC程序，存在缺点在所难免，希望老师给予指正，使我能够了解到自己的不足之处，使我在这方面的能力能够有所提高，也为以后的毕业设计和工作打下一个良好的基础。参考文献1 袁任光.可编程序控制器应用技术与实例（第二版）.广州：华南理工大学出版社，20032 郁汉琪.机床电气及可编程序控制器实验-课程设计指导书.北京：高等教育出版社，20023 殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护.机械工业出版社，20034 廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社，20035 宋德玉.可编程序控制器原理及应用系统设计技术.冶金工业出版社，20026 吕景泉.可编程序控制器技术教程.高等教育出版社，20017 胡学林.可编程控制器教程 基础篇.电子工业出版社，20038 耿文学.可编程序控制器应用技术手册.科学技术文献出版社，19969 胡学林.可编程序控制器应用技术.高等教育出版社，2001