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1、中原工學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 目錄 2 / 12 前言 第一章污水凈化處理系統(tǒng)控制方案的選擇 1.1 PLC可編程控制器簡介 1.2 污水凈化系統(tǒng)方案概述 1.3 污水凈化系統(tǒng)方案組成 第二章I/O分配表 第三章PLC硬件接線圖 第四章編寫系統(tǒng)控制流程圖 第五章編程過程說明 第六章調(diào)試說明 第七章結(jié)束語 第八章參考文獻(xiàn) 3 / 12

2、 前言 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，工業(yè)廢 物的生產(chǎn)量也急速增加，工業(yè)廢水和生活廢水給人民生活帶來了極大危 害，水污染嚴(yán)重威脅人類健康，如何節(jié)能、高效地解決污水處理問題，已 經(jīng)成為社會研究的熱點(diǎn)。國家對環(huán)保投入不斷增加，污水處理行業(yè)改革不 斷深入，城市污水處理廠運(yùn)營管理向市場化、專業(yè)化、規(guī)?；凹瘓F(tuán)化趨 勢發(fā)展。因此，對污水處理廠的生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)施全方面自動控制及遠(yuǎn)程監(jiān) 控，對降低運(yùn)行成本，加強(qiáng)生產(chǎn)管理，確保污水處理工藝的正常高效運(yùn)行 和水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放，提升企業(yè)運(yùn)營管理的效率和品質(zhì)具有十分重要的意義。 污水處理及水資源的再利用成為社會關(guān)注的重要問題。 1 .設(shè)計(jì)思想

3、來源： 基于以上污水帶給人的危害，此次課程設(shè)計(jì)從污水處理方向著手研 究，利用自動控制系統(tǒng)來解決污水危害問題。冶金行業(yè)中大量的工業(yè)用水 用于冷卻，為此每天消耗大量的水資源，由于用過的冷卻水含有氧化鐵雜 質(zhì)，不宜多次循環(huán)使用。為保護(hù)環(huán)境、節(jié)約用水，需要對含有氧化鐵雜質(zhì) 的污水進(jìn)行凈化處理。本設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用PLC進(jìn)行編程控制。 2 .設(shè)計(jì)目的： 課程設(shè)計(jì)以培養(yǎng)工程應(yīng)用能力為主，在獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)的同時(shí)，還 要進(jìn)行多方面能力的培養(yǎng)和提高，如：獨(dú)立工作能力、文獻(xiàn)信息檢索能 力、知識綜合運(yùn)用能力、寫作及表達(dá)能力、創(chuàng)新能力。為畢業(yè)設(shè)計(jì)以及畢 業(yè)后的工作能力打下良好的基礎(chǔ)。通過機(jī)電傳動控制課程的學(xué)習(xí)，在

4、掌握 了機(jī)電傳動控制技術(shù)的基本工作原理和方法后，為使學(xué)生更進(jìn)一步加深對 機(jī)電傳動控制技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)理解和提高應(yīng)用技術(shù)水平，結(jié)合生產(chǎn)工藝和機(jī) 械設(shè)備的要求，通過對PLC可編程控制器的具體實(shí)踐操作，孔實(shí)理論知識 的學(xué)習(xí)，并要求可順利完成污水處理系統(tǒng)自動控制設(shè)計(jì)。 3 .設(shè)計(jì)任務(wù)分析： 本設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用PLC進(jìn)行編程控制，利用西門子公司的S7- 224型 PLC,來實(shí)現(xiàn)含氧化鐵雜質(zhì)的污水凈化處理系統(tǒng)的自動控制，詳細(xì)介紹了 系統(tǒng)的硬件配置以及軟件設(shè)計(jì)流程圖，并且介紹了編程中的關(guān)鍵問題。 第一章污水凈化處理系統(tǒng)控制方案的選擇 1.1 PLC可編程控制器簡介 可編程邏輯控制器誕生于1969年，由

5、美國數(shù)字設(shè)備公司率先研制出 第一臺可編程邏輯控制器，這種設(shè)備結(jié)合了計(jì)算機(jī)和繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu) 點(diǎn)，發(fā)展40多年來，其應(yīng)用領(lǐng)域從實(shí)現(xiàn)單體設(shè)備的簡單控制到實(shí)現(xiàn)過程 控制、集散控制等各種任務(wù)控制，作為工業(yè)通用設(shè)備，其功能也越來越強(qiáng) 大。可編程控制器建立在繼電器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)之上。因采用計(jì)算 機(jī)軟件編程的方式對系統(tǒng)進(jìn)行控制，所以比繼電器技術(shù)更容易操作，并且 控制系統(tǒng)，PLC的組成又及電腦系統(tǒng)基本相同，所以它比計(jì)算機(jī)更易于及 工業(yè)控制進(jìn)行接口連接。 PLC硬件系統(tǒng)由PLC主機(jī)、外部設(shè)備、I/O接口單元構(gòu)成；I/O接口 單元是可編程控制器系統(tǒng)為擴(kuò)展功能，實(shí)現(xiàn)及更多的設(shè)備相連接而設(shè)置的 擴(kuò)展部件。其

6、外部設(shè)備包括打印機(jī)、編程器、計(jì)算機(jī)等?？删幊踢壿嬁刂?落的軟件系統(tǒng)分為用戶軟件和系統(tǒng)軟件兩部分［3］。通過系統(tǒng)程序和所編 寫的用戶程序可以實(shí)現(xiàn)存儲和執(zhí)行指令，并借助模擬或數(shù)字信號的輸入輸 出，來控制各種各樣的電氣或機(jī)械生產(chǎn)過程。 總之，可編程邏輯控制器就是一種以微處理器為基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)編寫 指令、存儲指令、執(zhí)行指令，并且?guī)в邢嚓P(guān)的輸入輸出接口，從而實(shí)現(xiàn)工 業(yè)控制目的的一種裝置。該裝置綜合了通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技 術(shù)、自動控制技術(shù)。 1. 2設(shè)計(jì)方案概述 污水處理的基本原理是利用物理法、化學(xué)法和生物法三大類。而在 冶金業(yè)中污水的處理方案，就有它的獨(dú)特的處理方案。對冶金業(yè)中所產(chǎn)生

7、的污水中含有大量的固體渣滓污染物，對于固體渣滓污染物的處理方法一 班采用物理法，而在物理法的處理方法中又有多種處理方法。根據(jù)三種方 法優(yōu)缺點(diǎn)的比較，本次設(shè)計(jì)選擇采用磁力分離式。 1＞磁力分離法原理及優(yōu)缺點(diǎn) 磁力分離式利用磁場力截留和分離廢水中污染物質(zhì)的方法。主要應(yīng)用 于去除廢水中磁性及非磁性懸浮物和重金屬離子，對廢水中有機(jī)物和營養(yǎng) 物的去除也有幫助。 使用較多的磁過濾器的主要部分為電磁鐵和鐵磁性過濾介質(zhì)金屬 球、鋼毛等。其次為磁吸離器，它由不銹鋼圓盤制成，上面粘結(jié)了極性交 錯排列的數(shù)百塊永久磁鐵，并用鋁板覆蓋。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)圓盤轉(zhuǎn)動，浸沒部分吸 引水中磁性物質(zhì)，轉(zhuǎn)離水面后，將表面泥渣即被掛走。

8、 其優(yōu)缺點(diǎn)如下： 優(yōu)點(diǎn)：操作方便，結(jié)構(gòu)簡單.，設(shè)備簡單，清洗時(shí)斷掉電源，關(guān)閉進(jìn)水 閥和出水閥，讓壓縮空氣強(qiáng)行把水箱中的水打入磁濾器中，沖洗磁鐵，去 掉附著的氧化鐵雜質(zhì)使沖洗后的污水流入污水池，進(jìn)行二次處理，處理后 的固體雜質(zhì)還可以回收再利用。對廢水中有機(jī)物和營養(yǎng)物的去除也有幫 助。 缺點(diǎn)：對于其他無磁性的固體雜質(zhì)不能及時(shí)的處理。 1. 3污水凈化系統(tǒng)方案 本系統(tǒng)由兩臺磁濾器、10只電磁閥和連接管道組成的兩臺機(jī)組組 成。系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。 2》系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 (1)兩臺機(jī)組的濾水工序，可單獨(dú)進(jìn)行，也可以同時(shí)進(jìn)行。而反洗工 序只允許單臺機(jī)組進(jìn)行工作，一臺機(jī)組反洗是，另一臺必須

9、等待。兩臺機(jī) 組同時(shí)要求反洗時(shí)，1號機(jī)組優(yōu)先。 (2)為保證濾水工序的正常進(jìn)行，在每臺機(jī)組的管道上均安裝了壓差 檢測儀表，只出表現(xiàn)了 “管壓差高”信號，則應(yīng)立即停止濾水工序，自動 進(jìn)入反洗工序。 (3)為增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，將每臺機(jī)組的磁濾器及各個(gè)電磁閥線圈的 接通信號反饋到PLC的輸入端，一旦某一輸出信號不正常，要立即停止系 統(tǒng)工作，這樣可避免發(fā)生事故。 (4)執(zhí)行器輸出故障檢測及報(bào)警。 10 / 12 污水 1號磁濾器 1號水箱 到污水池 1號空氣壓縮 ■ 1號出水湖 2號水箱 壓縮空氣 到冷卻塔 圖1 3＞工藝流程介紹 污水凈化處理可

10、分為兩道工序，以1號機(jī)組為例，其工藝流程圖如圖 2所示。 (1)濾水工序：打開進(jìn)水閥和出水閥，污水流經(jīng)磁濾器時(shí)，如果磁濾 涔的線圈一直通電，則污水中的氧化鐵雜質(zhì)會附在磁濾器的磁鐵上，使水 箱中流出的是凈化水。 (2)反洗工序：濾水一段時(shí)間后，必須清洗附在磁鐵上的氧化鐵雜 質(zhì)。這時(shí)只要切斷磁濾器線圈的電源，關(guān)閉進(jìn)水閥和出水閥，讓壓縮空氣 強(qiáng)行把水箱中的水打入磁濾器中，沖洗磁鐵，去掉附著的氧化鐵雜質(zhì)使沖 洗后的污水流入污水池，進(jìn)行二次處理。 圖2 1號機(jī)組工藝流程圖 第二章I/O分配表 2.1硬件的選擇 (DPLC選擇 此設(shè)計(jì)中因1號機(jī)組和2號機(jī)組的工作原理相同，故選S7-

11、200模塊 化的中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等的性能要求的應(yīng)用，模塊化和無排風(fēng)扇 的結(jié)構(gòu)，各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛的組合用于擴(kuò)展。結(jié)構(gòu)模塊用多 機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架,S7-200通過分布式的主機(jī)架和二個(gè)擴(kuò) 展機(jī)架可以操作達(dá)到32個(gè)模塊。 (2) CPU的選擇 選擇CPU226用于復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)，可擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字和35 路模擬量，有2個(gè)RS-485通信。中央處理器集成有PROFIBUS-DP和MPI 通信接口，多點(diǎn)接口可以同時(shí)連接編程器、PC機(jī)和人機(jī)界面。 (3) I/O模塊的選擇 信號模塊選用模擬量輸入輸出模塊EM223,模塊輸出點(diǎn)和輸入點(diǎn)各為 16點(diǎn)還可以擴(kuò)展，

12、PLC對模擬量的處理，模擬量首先被傳感器和變送器轉(zhuǎn) 換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電流或電壓，例：DC4?20mA, 1?5V, 0?10V, PLC用 A/D轉(zhuǎn)換潛將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。帶正負(fù)號的電流或電壓在A/D轉(zhuǎn)換后二 進(jìn)制補(bǔ)碼表示。 D/A轉(zhuǎn)換器將PLC的數(shù)字輸出量轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行 潛。模擬量I/O模塊的主要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換。 2.2 I/O分配表 1號機(jī)組的I/O地址分配表 編程元件 1\0端子 作用 輸 入 繼 電 器 10.0 總停按鈕 10. 1 1號磁濾器啟動按鈕 10.2 1號磁濾器停止按鈕 10.3 2號磁濾器停止按鈕

13、10.4 1號磁濾器輔助觸點(diǎn)，用于故障診斷 10.5 1號出水閥輔助觸點(diǎn)，用于故障診斷 10.6 1號進(jìn)水閥輔助觸點(diǎn)，用于故障診斷 10.7 1號排污閥輔助觸點(diǎn)，用于故障診斷 11.0 1號凈水器差壓檢測儀，差壓過高開 關(guān)信號 輸 出 繼 11. 1 用于故障診斷 Q0. 0 總停輸出線圈 Q0. 1 1號濾水器線圈 電 器 Q0. 2 1號出水閥線圈 Q0. 3 1號進(jìn)水閥線圈 Q0.4 1號排污閥線圈 Q0. 5 1號空氣壓縮閥線圈 Q0. 6 反洗鈴 Q0. 7 故障指示燈 Q1.0 故障報(bào)警器 2. 3程序設(shè)計(jì)

14、 （1）1號機(jī)組和2號機(jī)組工作流程相同，故只分析1號機(jī)組工作原理，來 設(shè)計(jì)主程序和子程序。首先，根據(jù)凈水機(jī)組的工藝要求和控制任務(wù)設(shè)計(jì)如 下的順序功能圖： SMO. M0. 0 系統(tǒng)總 停狀態(tài) M1.0 11號機(jī)組 總管狀 態(tài)1 -Ml. 1 1號磁濾 器I  Ml. 3 T37 Q0. 2 復(fù)位 1號進(jìn) 水閥 （置 Q0. 3 復(fù)位 位） co .計(jì)時(shí) 40min T41 延時(shí)5s T39 延時(shí) Imin Q0. 5 1號空 氣壓縮 閥（置 位） 5號壓 復(fù), W 1氣縮 1 位 （2）程序分析 主程序設(shè)計(jì)分析：輸入電路使用CPU模塊提

15、供的DC 24V電源，開啟 動按鈕1號機(jī)組開始工作，1號進(jìn)水閥打開，污水進(jìn)入1號磁濾器開始過 濾。出1號水閥打開，40分鐘后濾水結(jié)束關(guān)閉1號進(jìn)水閥，1秒后關(guān)閉1 號出水閥，5秒后關(guān)閉1號磁濾潛，2秒后進(jìn)入反洗工序，接通1號排污 閥，1秒后接通1號壓縮空氣閥。接通1號反洗鈴，1分鐘反洗時(shí)間。反 洗結(jié)束關(guān)閉1號壓縮空氣閥1秒后關(guān)閉1號排污閥，再延時(shí)5秒后，又進(jìn) 行濾水工序。 故障診斷程序分析：相對于PLC而言，外部輸入器件如電磁閥、磁濾 器容易出現(xiàn)故障。如果電磁閥和磁濾器出現(xiàn)故障不能及時(shí)的處理，容易造 成系統(tǒng)工作不正常，甚至損壞系統(tǒng)。處理方法是；如果外部輸出器件出現(xiàn) 故障時(shí)，必須停止并報(bào)警提示，提醒工作人員進(jìn)行維修。故應(yīng)設(shè)計(jì)故障診 斷子程序。 具體措施：如果某個(gè)線圈通電，對應(yīng)的常開輔助觸點(diǎn)應(yīng)該閉和；如果 沒有閉和，判斷該器件損壞。如果某個(gè)線圈斷電，對應(yīng)的常閉觸點(diǎn)應(yīng)該閉 和；如果沒有閉和，判斷該器件損壞。故障診斷子程序1為例，分析故障 診斷子程序的梯形圖見右圖。 它用順序功能的邏輯語言解釋如下：在ML1步即｛濾水工序｝如果磁 濾器或者出水閥或者進(jìn)水閥沒有打開、或者排污閥或者壓縮空氣閥打開了, 則報(bào)警并且進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。（5）磁濾器的壓差保護(hù)：如果磁濾器的入口和 出口壓差大于設(shè)定壓差，則濾水工序無條件結(jié)束，順序進(jìn)入反洗工序。 13 / 12