三菱FX2NPLC課設(shè)工業(yè)污水處理的PLC控制

1、燕山大學課 程 設(shè) 計 說 明 書題目： 工業(yè)污水處理的PLC控制 學院（系）： 里仁學院 年級專業(yè)： 儀表10-2 學 號： 學生姓名： 指導教師： 教師職稱： 燕山大學課程設(shè)計（論文）任務(wù)書院（系）：里仁學院 基層教學單位：自動化儀表 學 號學生姓名專業(yè)（班級）儀表10-2設(shè)計題目工業(yè)污水處理的PLC控制設(shè)計技術(shù)參數(shù)設(shè)計內(nèi)容及參數(shù)詳見設(shè)計題目內(nèi)容頁。設(shè)計要求設(shè)計說明書包括：1、 設(shè)計題目內(nèi)容2、 設(shè)計過程和有關(guān)說明3、 繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、PLC硬件電路、I/O接口表4、 PLC控制程序（梯形圖和指令表）5、 調(diào)試結(jié)果6、 參考資料7、 心得體會工作量 二周工作計劃第一周

2、 查找資料，確定方案。第二周 編寫程序，繪制梯形圖，完成設(shè)計報告。參考資料PLC電氣控制技術(shù)，漆漢宏 主編，機械工業(yè)出版社，2006年FX系列PLC編程及應用，寥常初 主編，機械工業(yè)出版社，2004年 其他資料指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。2013年 12 月 13 日 目錄摘要-4第一章 PLC相關(guān)知識與介紹 -5第二章總體設(shè)計方案-8第三章設(shè)計過程 -11第四章調(diào)試結(jié)果與說明 -14第五章 心得體會-17第六章 參考文獻-18摘要隨著經(jīng)濟的發(fā)展特別是我國工業(yè)的迅速膨脹對工業(yè)污水的處理已成為社會普遍關(guān)注的問題。為保證工業(yè)污水處理

3、過程的安全性、可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性提高污水處理廠的自動化水平本課題的任務(wù)是運用可編程控制器來控制污水處理過程中污水的流量控制、PH值的調(diào)節(jié)、溫度處理、水位控制。關(guān)鍵詞：PLC；工業(yè)污水；流量控制；PH值的調(diào)節(jié)；溫度處理；水位控制第一章 PLC相關(guān)知識與介紹1.1 PLC的定義PLC可編程序控制器：PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸

4、出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。1.2 PLC的基本組成及各部分作用PLC是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和組合式兩類。整體式PLC是將中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機。另外還有獨立的1/0擴展單元與主機配合使用。主機中，CPU是PLC的核心，1/0單元是連接CPU與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于PLC與編程器和上位機等外部設(shè)備的連接。組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單元、智能1/0單元、通信單元等分別做成相應的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的

5、總線相互聯(lián)系。裝有CPU單元的底板稱為CPU底板，其它稱為擴展底板。CPU底板與擴展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過10m.無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可以根據(jù)需要進行配置與組合。1、中央處理單元(CPU)：CPU在PLC中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是PLC的運算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù):(1) 接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；(2) 診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤;(3) 用掃描的方式接收輸入信號，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來;(4) PLC進入運行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定

6、的各種操作;(5) 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。現(xiàn)代PLC使用的CPU主要有以下幾種:1)通用微處理器，如8080, 8088, Z80A, 8085等。通用微處理器的價格便宜，通用性強，還可以借用微機成熟的實時操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。2) 單片機，如8051等。單片機由于集成度高、體積小、價格低和可擴充性好，很適合在小型PLC上使用，也廣泛地用于PLC的智能UO模塊。3）位片式微處理器，如AMD2900系列等。位片式微處理器是獨立于微型機的另一分支。它主要追求運算速度快，它以4位為一片。用幾個位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。改變微程序存儲器的內(nèi)容，可以改變計算機的指令系統(tǒng)。位片

7、式結(jié)構(gòu)可以使用多個微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個可以并行處理的部分，幾個微處理器同時進行處理。這種高運算速度與可以適應用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的PLC使用。2、存儲器根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下3種:（1）系統(tǒng)程序存儲器:和各種計算機一樣，PLC也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了PLC的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器ROM或EPROM.（2）用戶程序存儲器:用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲器中。由于用戶程序需要經(jīng)

8、常改動、調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的RAM。由于RAM掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM作用戶程序存儲器的PLC，都有后備電池(鏗電池)保護RAM，以免電源掉電時，丟失用戶程序。當用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動時，可將用戶程序?qū)懭隕PROM.目前較先進的PLC(如歐姆龍公司的CPMIA型PLC)采用快閃存儲器作用戶程序存儲器，快閃存儲器可隨時讀寫，掉電時數(shù)據(jù)不會丟失，不需用后備電池保護。（3）工作數(shù)據(jù)存儲器:工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分數(shù)據(jù)存儲在RAM中，以適應隨機存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來存儲PLC的

9、開關(guān)量輸入/輸出和定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的ON/OFF狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標準格式是每一個數(shù)據(jù)占一個字。它存儲用戶程序執(zhí)行時的某些可變參數(shù)值，如定時器和計數(shù)器的當前值和設(shè)定值。它還用來存放A/0轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學運算的結(jié)果等。根據(jù)需要，部分數(shù)據(jù)在停電時用后備電池維持其當前值，在停電時可保持數(shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。3、 1/0單元I/0單元也稱為I/0模塊。PLC通過I/0單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識別和處理的

10、信號，并存到輸入映像寄存器。運行時CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點對應的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)備的執(zhí)行元件.4、電源部分PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V, +12V, +24V的直流電源，使PLC能正常工作。電源部件的位置形式可有多種，對于整體式結(jié)構(gòu)的CPU，通常電源封裝到機殼內(nèi)部;對于模塊式PLC，有的采用單獨電源模塊，有的將電源與CPU封裝到一個模塊中。5、擴展接口擴展接口用于將擴展單

11、元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。6通信接口為了實現(xiàn)“人一機”或“機一機”之間的對話，PLC配有多種通信接口。PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機和其他的PLC或計算機相連。當PLC與打印機相連時，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印;當與監(jiān)視器相連時.可將過程圖像顯示出來;當與其他PLC相連時，可以組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制;當與計算機相連時，可以組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。7、編程器編程器的作用是提供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機編程，且往往需要將

12、梯形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助記符后，才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機編程，也可以脫機編程，具有LCD或CRL圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。還可以利用PC作為編程器，PLC生產(chǎn)廠家配有相應的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。程序被下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送?，F(xiàn)在很多PLC已不再提供編程器，而是提供微機編程軟件了，并且配有相應的通信連接電纜。1.3 PL

13、C的工作原理PLC具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式。在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條。如此周而不斷循環(huán)。每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。一個掃描周期大致可分為I/O刷新和執(zhí)行指令兩個階段。所謂I/O刷新即對PLC的輸入進行一次讀取，將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入PLC中存入內(nèi)部寄存器，同時將新的運算結(jié)果送到輸出端。這實際是將存入輸入、輸出狀態(tài)的寄存器內(nèi)容進行了一次更新，故稱為“I（輸入）/O(輸出) 刷新”。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化

14、，則本次掃描期間輸出端也會相應的發(fā)生變化，或者說輸出隊輸入產(chǎn)生了響應。反之，若在本次I/O刷新之后，輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，即不響應，而要到下一次掃描期間輸出才會產(chǎn)生響應。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，所以它的輸出對輸入的響應速度要受掃描周期的影響。掃描周期的長短主要取決于這幾個因數(shù)：一是CPU執(zhí)行指令的速度，二是每條指令占用的時間，三是指令條數(shù)的多少，即程序的長短。對于慢速控制系統(tǒng)，響應速度常常不是主要的，故這種方式不但沒有壞處反而可以增強系統(tǒng)抗干擾能力。因為干擾常是脈沖式的、短時的，而由于系統(tǒng)響應較慢，常常要幾個掃描周期才響應一次，而多次掃描后，瞬間干擾所引起的誤動作將

15、會大大減少，故增加了抗干擾能力。但對控制時間要求較嚴格、響應速度要求較快的系統(tǒng)，這一問題就需慎重考慮。應對響應時間作出精確的計算，精心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少周期造成的響應延時等的不良影響。第二章 總體設(shè)計方案1、任務(wù)描述與控制要求說明1.1任務(wù)描述隨著經(jīng)濟的發(fā)展特別是我國工業(yè)的迅速膨脹對工業(yè)污水的處理已成為社會普遍關(guān)注的問題。為保證工業(yè)污水處理過程的安全性、可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性提高污水處理廠的自動化水平本課題的任務(wù)是運用可編程控制器來控制污水處理過程中污水的流量控制、PH值的調(diào)節(jié)、溫度處理、水位控制。1.2控制要求說明控制要求如下(1)流量控制，由流量計計量流量，并由進水閥

16、調(diào)整流量。1) 當流量計測到水的流速過慢時，其過慢觸點(X2)接通，進水閥門開大(Y0有輸出)，使水的流速加快。2) 當流量計檢測到水的流速過快時，其過速觸點(X0)接通，進水閥門關(guān)小(Y1有輸出)，使水的流速減慢。3) 當流量計檢測到水的流速適中時，其適中觸點(X1)接通，進水閥門不動作(Y0、Y1無輸出)。(2)中和處理，由PH值量計，測量污水的酸堿值，控制加酸閥、進水閥進行中和作業(yè)。1）若為強酸時，PH值量計強酸觸點(X12)接通，報警器發(fā)出警報(Y4有輸出)，加堿閥門打開(Y2有輸出)2) 若為強堿時，PH值量計強堿觸點(X7)接通， 報警器發(fā)出警報(Y4有輸出)，加酸閥門打開(Y3有

17、輸出)。3) 若酸堿適中時，PH值觸點(X404)接通，加堿閥的加酸閥門關(guān)閉， 報警器不報警。(3)溫度處理，由溫度計計量，若水溫過高，加水降溫。1）若水溫過高，溫度計觸點(X10)接通，加水閥門打開(Y5有輸出)。2）若水溫適中，溫度計觸點(X6)接通，加水閥門關(guān)閉(Y5無輸出)。(4)水位控制，由水位控制器控制處理池水位，并由排水閥門調(diào)整水位。1）若處理池水位過高時，水位控制器觸點(X3)接通，排水閥門開大(Y7有輸出)。2）若處理池水位過低，水位控制器觸點(X415)斷開，排水閥門關(guān)小(Y10有輸出)。3）若處理池水位適中，水位控制器觸點(X4)接通，排水落石出閥門不動作(Y7、Y10無

18、輸出)。(5)按下起動按鈕(X11)，該不處理系統(tǒng)投入運行，在整個運行過程中攪拌器一直攪拌(Y6有輸出)。按下停止按鈕(X13)，該水處理系統(tǒng)停止工作。2總體設(shè)計方案根據(jù)課設(shè)題目分析任務(wù)要求。首先，確定了污水處理的過程是動態(tài)的，進水閥門處由流量控制計控制進水速度。然后，水槽內(nèi)進行酸堿中和、溫度調(diào)解處理。最后，水位檢測計測得水位高低，控制排水閥門的大小。這就是污水處理的簡略過程。 由污水處理的過程可知，各項處理步驟應為并行運行。畫出系統(tǒng)的流程圖，分塊邏輯設(shè)計，最后把梯形圖做并聯(lián)連接。由于各個過程之間存在多觸點或多線圈對應的問題，所以并聯(lián)梯形圖中應添加主控電路。 梯形圖設(shè)計好后，用軟件仿真，驗證結(jié)

19、果，繪制電氣原理圖。3 總體流程圖第三章 設(shè)計過程3.1 電氣原理圖設(shè)計3.2 元器件標注及梯形圖24 輸入元器件梯形圖步進梯形圖(注意：時間匆忙，后半部有小問題，用時修改)第四章 調(diào)試結(jié)果與說明1.啟動按下啟動按鈕X011，即X011=1，Y006=1系統(tǒng)開始運行2流量控制a當流量計測到水的流速過慢時， X002=1，則 Y000=1b當流量計檢測到水的流速過快時， X000=1，則Y001=1c 當流量計檢測到水的流速適中時， X001=1，則Y0=0、Y1=02. 中和處理a 若為強酸時， X012=1，則Y004=1、 Y002=1b 若為強堿時， X007=1，則Y004=1、 Y003=1c 若酸堿適中時， X404=1，則Y004=0、Y002=0、Y003=03.溫度處理a 若水溫過高， X010=1，則Y005=1b 若水溫適中， X006=1，則Y005=04 水位控制a 若處理池水位過高時， X003=1，則Y007=1b 若處理池水位過低時， X41