水處理系統(tǒng)中過濾器的PLC控制系統(tǒng)設計說明

1、水處理系統(tǒng)中過濾器的PLC控制系統(tǒng)設計摘 要：污水處理控制系統(tǒng)最初多采用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，但隨著社會以與電子技術的快速發(fā)展，控制要求不斷精密，此類控制方法已經(jīng)完全不能滿足工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制要求，所以逐漸被DCS、現(xiàn)場總線控制、PLC等控制方式所取代。和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)比較，PLC系統(tǒng)可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行，使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與PLC相應的I/O端相連接，即可投入運行，各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。和DCS系統(tǒng)比較，PLC系統(tǒng)的可靠性高，所有的I/O輸入輸出信號均采用光電隔離，各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾，采用性能優(yōu)良的開關電源。

2、為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式大的小型控制器以外，絕大多數(shù)控制器均采用模塊化結構。關鍵詞:污水處理;PLC系統(tǒng)；控制；目錄一概述41.1 過濾器歷史41.2 過濾器簡介41.3 過濾器工作原理5二過濾器控制系統(tǒng)硬件設計52.1 過濾器流程圖52.2 過濾器的工作過程62.3 PLC的選型62.3.1 PLC的型號62.3.2 三菱PLC的特點62.3.3 三菱PLC的設計方法72.4 PLC接線圖的設計82.5過濾器的I/O點的分配16三過濾器控制系統(tǒng)的軟件設計233.1 編程軟件Gx Developer概述233.1.1 Gx Developer簡介233.1.2 Gx Develop

3、er的特點233.1.3梯形圖語言特點243.2 梯形圖設計24四. 結束語34參考文獻35致36附錄37附錄1：過濾器流程圖37附錄2：過濾器各部分PLC接線圖38水處理系統(tǒng)中過濾器的PLC控制系統(tǒng)設計一 概述1.1過濾器歷史中國古代即已應用過濾技術于生產(chǎn)，公元前200年已有植物纖維制作的紙。公元105年蔡倫改進了造紙法。他在造紙過程中將植物纖維紙漿蕩于致密的細竹簾上。水經(jīng)竹簾縫隙濾過，一薄層濕紙漿留于竹簾面上，干后即成紙。最早的過濾大多為重力過濾，后來采用加壓過濾提高了過濾速度，進而又出現(xiàn)了真空過濾。20世紀初發(fā)明的轉鼓真空過濾器實現(xiàn)了過濾操作的連續(xù)化。此后，各種類型的連續(xù)過濾器相繼出現(xiàn)。

4、間歇操作的過濾器(例如板框壓濾器等)因能實現(xiàn)自動化操作而得到發(fā)展，過濾面積越來越大。為得到含濕量低的濾渣，機械壓榨的過濾器得到了發(fā)展。1.2過濾器簡介過濾器由筒體、不銹鋼濾網(wǎng)、排污部分、傳動裝置與電氣控制部分組成。過濾器工作時，待過濾的水由水口時入，流經(jīng)濾網(wǎng)，通過出口進入用戶所須的管道進行工藝循環(huán)，水中的顆粒雜技被截留在濾網(wǎng)部。如此不斷的循環(huán)，被截留下來的顆粒越來越多，過濾速度越來越慢，而進口的污水仍源源不斷地進入，濾孔會越來越小，由此在進、出口之間產(chǎn)生壓力差，當大度差達到設定值時，差壓變送器將電信號傳送到控制器，控制系統(tǒng)啟動驅動馬達通過傳動組件帶動軸轉動，同時排污口打開，由排污口排出，當濾網(wǎng)

5、清洗完畢后，壓差降到最小值，系統(tǒng)返回到初始過濾狀，系統(tǒng)正常運行。過濾器由殼體、多元濾芯、反沖洗機構、和差壓控制器等部分組成。殼體的橫隔板將其腔分為上、下兩腔，上腔配有多個過濾芯，這樣充分了過濾空間，顯著縮小了過濾器的體積，下腔安裝有反沖 洗吸盤。工作時，濁液經(jīng)入口進入過濾器下腔，又經(jīng)隔板孔進入濾芯的腔。大于過濾芯縫隙的雜質被截留，凈液穿過縫隙到達上腔， 最后從出口送出。過濾器采用高強度的楔形濾網(wǎng)，通過壓差控制、定時控制自動清洗濾芯。當過濾器雜質積聚在濾芯表面引起進出口壓差增大到設定值，或定時器達到預置時間時，電動控制箱發(fā)出信號，驅動反沖洗機構。當反沖洗吸盤口與濾芯進口正對時，排污閥打開，此時系

6、統(tǒng)泄壓排水，吸盤與濾芯側出現(xiàn)一個相對壓力低于濾芯外側水壓的負壓區(qū)，迫使部分凈循環(huán)水從濾芯外側流入濾芯側，吸附在濾芯壁上的雜質微粒隨水流進穣盤并從排污閥排出。特殊設計的濾網(wǎng)使得濾芯部產(chǎn)生噴射效果，任何雜質都將被從光滑的壁上沖走。當過濾器進出口壓差恢復正?；蚨〞r器設定時間結束，整個過程中，物料不斷流，反洗耗水量少，實現(xiàn)了連續(xù)化，自動化生產(chǎn)。過濾器廣泛用于冶金、化工、石油、造紙、醫(yī)藥、食品、采礦、電力、城市給水領域。諸如工業(yè)廢水， 循環(huán)水的過濾，乳化液的再生，廢油過濾處理，冶金行業(yè)的連鑄水系統(tǒng)、高爐水系統(tǒng)，熱軋用高壓水除鱗系統(tǒng)。是一種先進、高效且易操作的全自動過濾裝置。1.3過濾器的工作原理過濾器待

7、處理的水由入水口進入機體，水中的雜質沉積在不銹鋼濾網(wǎng)上，由此產(chǎn)生壓差。通過壓差開關監(jiān)測進出水口壓差變化，當壓差達到設定值時，電控器給水力控制閥，驅動電機信號。設備安裝后，由技術人員進行調(diào)試，設定過濾時間和清洗轉換時間，待處理的水由入水口進入機體，過濾器開始正常工作，當達到預設清洗時間時，電控器給水力控制閥、驅動電機信號，引發(fā)下列動作：電動機帶動刷子旋轉，對濾芯進行清洗，同時控制閥打開進行排污，整個清洗過程只需持續(xù)數(shù)十秒鐘，當清洗結束時，關閉控制閥，電機停止轉動，系統(tǒng)恢復至其初始狀態(tài)，開始進入下一個過濾工序。過濾器的殼體部主要由粗濾網(wǎng)、細濾網(wǎng)、吸污管，不銹鋼刷或不銹鋼吸嘴、密封圈、防腐涂層、轉動

8、軸等組成。用過濾介質把容器分隔為上、下腔即構成簡單的過濾器。懸浮液加入上腔，在壓力作用下通過過濾介質進入下腔成為濾液，固體顆粒被截留在過濾介質表面形成濾渣(或稱濾餅)。過濾過程中過濾介質表面積存的濾渣層逐漸加厚，液體通過濾渣層的阻力隨之增高，過濾速度減小。當濾室充滿濾渣或過濾速度太小時，停止過濾，清除濾渣，使過濾介質再生，以完成一次過濾循環(huán)。液體通過濾渣層和過濾介質必須克服阻力，因此在過濾介質的兩側必須有壓力差，這是實現(xiàn)過濾的推動力。增大壓力差可以加速過濾，但受壓后變形的顆粒在大壓力差時易堵塞過濾介質孔隙，過濾反而減慢。二過濾器控制系統(tǒng)硬件設計2.1過濾器流程圖：如圖：2.2過濾器工作過程：按

9、照工藝的要求， 在整個污水處理過程中， 過濾器起著非常重要的作用， 而過濾器的工作效果取決于濾料臟物的反洗控制。 此工程共有 3 臺過濾器， 每臺過濾器均配置五個電控氣動蝶閥：濾前進水閥、濾后出水閥、 反洗進水閥、 反洗出水閥與攪拌機， 其控制程序如下：過濾： 首先打開過濾進水閥， 緊接著打開過濾出水閥， 正常過濾。反洗：當過濾時間達到預先設定值或流量小于一定值，則程序開始進行反洗。關閉過濾進水閥和出水閥， 啟動反洗泵， 打開反洗進水閥和出水閥， 開始水洗，然后啟動攪拌機攪拌濾料， 經(jīng)一段時間停止攪拌機， 然后停止反洗泵，關閉反洗進水閥，靠余壓排水和穩(wěn)定濾料 ，然后關閉反洗出水閥。反洗結束。2

10、.3 PLC的選擇：2.3.1 PLC型號本次說明書的設計選擇三菱PLC, 三菱PLC英文名又稱：Mitsubish Programmable Logic Controller，是三菱電機在生產(chǎn)的主力產(chǎn)品。 它采用一類可編程的存儲器，用于其部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。三菱PLC在中國市場常見的有以下型號： FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-A FR-Q。2.3.2 三菱PLC的特點三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相當F

11、X系列中最高檔次的超小程序裝置，除輸入出1625點的獨立用途外，還可以適用于多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。它具有以下的特點：系統(tǒng)配置即固定又靈活；編程簡單；備有可自由選擇，豐富的品種；令人放心的高性能；高速運算；使用于多種特殊用途；外部機器通訊簡單化；共同的外部設備。FX系列PLC擁有無以匹與的速度，高級的功能邏輯選件以與定位控制等特點； FX2N是從16路到256路輸入/輸出的多種應用的選擇方案；FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當于FX系列中最高檔次的超小形程序裝置。除輸入出16-25點的獨立用途外，還可以適用于

12、在多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。在基本單元上連接擴展單元或擴展模塊，可進行16-256點的靈活輸入輸出組合?？蛇x用16/32/48/64/80/128點的主機，可以采用最小8點的擴展模塊進行擴展。可根據(jù)電源與輸出形式，自由選擇。程序容量：置800步RAM（可輸入注釋）可使用存儲盒，最大可擴充至16K步。豐富的軟元件應用指令中有多個可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸出等。便利指令數(shù)字開關的數(shù)據(jù)讀取，16位數(shù)據(jù)的讀取，矩陣輸入的讀取，7段顯示器輸出等。數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運算、平方根、

13、浮點小數(shù)運算等。特殊用途、脈沖輸出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脈寬調(diào)制，PID控制指令等。外部設備相互通信，串行數(shù)據(jù)傳送，ASCII code印刷，HEX ASCII變換，校驗碼等。時計控制置時鐘的數(shù)據(jù)比較、加法、減法、讀出、寫入等。2.3.3 三菱PLC的設計方法三菱PLC控制系統(tǒng)一般設計方法：1、分析控制系統(tǒng)的控制要求熟悉被控對象的工藝要求，確定必須完成的動作與動作完成的順序，歸納出順序功能圖。2、選擇適當類型的PLC根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，確定I/O點數(shù)和I/O點的類型（數(shù)字量、模擬量等），并列出I/O點清單。進行存容量的估計，適當留有余量。根據(jù)經(jīng)驗，對于一般開關量控

14、制系統(tǒng)，用戶程序所需存儲器的容量等于I/O總數(shù)乘以8；對于只有模擬量輸入的控制系統(tǒng)，每路模擬量需要100個存儲器字；對于既有模擬量輸入又有模擬量輸出的控制系統(tǒng)，每路模擬量需要200個存儲器字。確定機型時，還要結合市場情況，考察PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品與其售后服務、技術支持、網(wǎng)絡通信等綜合情況，選定性能價格比好一些的PLC機型。3、硬件設計根據(jù)所選用的PLC產(chǎn)品，了解其使用的性能。按隨機提供的資料結合實際需求，同時考慮軟件編程的情況進行外電路的設計，繪制電氣控制系統(tǒng)原理接線圖。4、軟件設計（1）軟件設計的主要任務是根據(jù)控制系統(tǒng)要求將順序功能圖轉換為梯形圖，在程序設計的時候最好將使用的軟元件（如部繼電

15、器、定時器、計數(shù)器等）列表，標明用途，以便于程序設計、調(diào)試和系統(tǒng)運行維護、檢修時查閱。（2）模擬調(diào)試。將設計好的程序下載到PLC主單元中。由外接信號源加入測試信號，可用按鈕或小開關模擬輸入信號，用指示燈模擬負載，通過各種指示燈的亮暗情況了解程序運行的情況，觀察輸入/輸出之間的變化關系與邏輯狀態(tài)是否符合設計要求，并與時修改和調(diào)整程序，直到滿足設計要求為止。5、現(xiàn)場調(diào)試在模擬調(diào)試合格的前提下，將PLC與現(xiàn)場設備連接?，F(xiàn)場調(diào)試前要全面檢查整個PLC控制系統(tǒng)，包括電源、接地線、設備連接線、I/O連線等。在保證整個硬件連接正確無誤的情況下才可送電。將PLC的工作方式置為“RUN”。反復調(diào)試，消除可能出現(xiàn)

16、的問題。當試運一定時間且系統(tǒng)運行正常后，可將程序固化在具有長久記憶功能的存儲器中，做好備份。2.4 PLC接線圖的設計以其中一個罐體為例，如圖：由圖可見，一個過濾器罐體存在五個電控氣動蝶閥：濾前進水閥、反洗進水閥、 濾后出水閥、 反洗出水閥與攪拌機。PLC接線如下圖： 系統(tǒng)電流監(jiān)視與浪涌保護電路如下：當過濾時間達到預先設定值或流量小于一定值，則程序開始進行反洗。反洗電機使用30KW的電動機，接線如下：2.5 過濾器的I/O點的分配I/O分配表如下：X0系統(tǒng)自動方式X1系統(tǒng)遠程方式X2反沖水洗泵故障X31#攪拌機故障X42#攪拌機故障X53#攪拌機故障X61#電動閥組故障X72#電動閥組故障X1

17、03#電動閥組故障X11備用X12備用X13備用X14備用X15KM1接觸器動作到位X16KM2接觸器動作到位X17KM3接觸器動作到位X20備用X21備用X22備用X23備用X24備用X25消音/復位按鈕X26系統(tǒng)自動運行X27系統(tǒng)停止運行Y0反沖洗水泵運行Y1反沖洗水泵角運行Y2反沖洗水泵星運行Y31#攪拌機運行Y42#攪拌機運行Y53#攪拌機運行Y61#濾前進水閥開Y71#反洗進水閥開Y101#濾后出水閥開Y111#反洗出水閥開Y122#濾前進水閥開Y132#反洗進水閥開Y142#濾后出水閥開Y152#反洗出水閥開Y16備用Y17備用Y203#濾前進水閥開Y213#反洗進水閥開Y223#

18、濾后出水閥開Y233#反洗出水閥開Y24系統(tǒng)運行指示Y25系統(tǒng)故障輸出Y26蜂鳴報警輸出Y27備用三 過濾器控制系統(tǒng)軟件設計3.1編程軟件Gx Developer概述3.1.1 Gx Developer簡介GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST與FB、Label語言程序設計，網(wǎng)絡參數(shù)設定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控與調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。3.1.2 Gx Developer的特點1. 軟件的共 GX Developer能夠制作Q系列，QnA系列，A系列（包

19、括運動控制（SCPU）,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉換成GPPQ,GPPA格式的文檔。 此外，選擇FX系列的情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。2. 利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠將Excel,Word等作成的說明數(shù)據(jù)進行復制，粘貼，并有效利用。3. 程序的標準化(1) 標號編程 用標號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認識軟元件的而能夠根據(jù)標示制作成標準程序。 用標號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實際的程序來使用。(2) 功能塊（以下，略稱作FB） FB是以提高順序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時反復使用的順序程序回路

20、塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序時的順序輸入錯誤。(3) 宏 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。4. 能夠簡單設定和其他站點的 由于連接對象的指定被圖形化而構筑成復雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡單的設定。5. 能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接(1) 經(jīng)由串行通訊口(2) 經(jīng)由USB(3) 經(jīng)由MELSECNET/10(H)計算機插板(4) 經(jīng)由MELSECNET()計算機插板(5) 經(jīng)由CC-Link計算機插板(6) 經(jīng)由Ethernet計

21、算機插板(7) 經(jīng)由CPU計算機插板(8) 經(jīng)由AF計算機插板6. 豐富的調(diào)試功能(1) 由于運用了梯形圖邏輯測試功能，能夠更加簡單的進行調(diào)試作業(yè)。 (a) 沒有必要再和可編程控制器連接。 (b) 沒有必要制作條使用的順序程序。(2) 在幫助中有CPU錯誤，特殊繼電器/特殊寄存器的說明，所以對于在線中發(fā)生錯誤，或者是程序制作中想知道特殊繼電器/特殊寄存器的容的情況下提供非常大的便利。(3) 數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯誤況時，會顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時間能夠大幅度縮短。3.1.3 梯形圖語言特點梯形圖語言沿襲了繼電器控制電路的形式，梯形圖是在常用的繼電器與接觸器邏輯控制基礎上簡化了符號

22、演變而來的，具有形象、直觀、實用等特點，電氣技術人員容易接受，是目前運用上最多的一種PLC的編程語言。梯形圖語言是PLC程序設計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。由于電氣設計人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言得到了廣泛的歡迎和應用。梯形圖編程語言的特點是：與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性；與原有繼電器控制相一致，電氣設計人員易于掌握。 梯形圖編程語言與原 有的繼電器控制的不同點是，梯形圖中的能流不是實際意義的電流，部的繼電器也不是實際存在的繼電器，應用時，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對待。3.2梯形圖設計過濾器控制系統(tǒng)梯形圖如下

23、：四 結束語本次說明書研究的是水處理系統(tǒng)中過濾器的PLC控制系統(tǒng)設計。在研究期間，主要做了以下幾方面的工作：查閱過濾器控制系統(tǒng)的相關文獻，在此基礎上提出了切實可行的系統(tǒng)改造方案。深入了解三菱PLC與其開發(fā)套件，進行了系統(tǒng)的方案設計。學習并運用CAD對系統(tǒng)的電路進行了設計并設計了基于PLC的過濾器控制系統(tǒng)流程圖。學習并運用了GX DEVELOPER軟件對系統(tǒng)的軟件程序進行了編寫。對軟硬件進行了聯(lián)合調(diào)試，完成了預期對系統(tǒng)功能的設想。畢業(yè)設計期間，曾遇到了許多問題。一路走來，雖然很辛苦，但也讓我學習到了很多東西。設計開始之初，對于CAD并不熟悉，操作困難，導致前期圖紙一直無法順利完成。后來通過網(wǎng)上視頻教學與同學和老師的幫助下，對于CAD繪圖有了更深層次的了解，并順利繪制了圖紙?；蛟S也就是在這種發(fā)現(xiàn)問題，然后痛苦的探索到最后解決問題的大循環(huán)中，最能鍛煉個人能力和意志品質。參考文獻1王阿根電氣可編程控制原理與應用（第2版） M清華大學，20102 齊占慶，王振臣電氣控制技術 M: 機械工業(yè)，20023唐宇毅.電廠含油工業(yè)污水處理的PLC控制系統(tǒng)設計D.：工業(yè)大學，2005. 4廖常初.PLC編程與應用 M.：機械工業(yè)，2005.2. 5培山，鐘昆.基于PLC的工業(yè)污水處理廠自控系統(tǒng)的實現(xiàn)