【正文】 紀(jì)歐美國家的處理技術(shù)。⑶ 管理水平低我國各種類型及層次的控制系統(tǒng)并存，良莠不齊。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的歐美國家除了非常重視污水處理的新理念和新技術(shù)之外，更重視污水處理的自動(dòng)控制問題，先后研究開發(fā)了各種高效率，智能型和集約型的污水處理系統(tǒng)，并采用了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制處理工藝，取得了非常理想的效果?，F(xiàn)在美國大中型污水處理廠均采用一套集散型的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，他們在廠區(qū)范圍內(nèi)設(shè)有若干臺現(xiàn)場計(jì)算機(jī)，對整個(gè)污水處理過程實(shí)現(xiàn)多環(huán)路控制，其中包括沉降、過濾、反沖洗、臭氧殺菌、化學(xué)藥劑投放、泵房等，然后使用無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)信號傳送到控制室中進(jìn)行記錄、分析和整合。成都工業(yè)學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 6 頁5第二章 過濾流程及 PLC 概述 工藝流程及設(shè)備控制要求 沉降、過濾過程的原理 圖 是一個(gè)污水處理的流程原理圖。眾所周知，過濾流程是將原水經(jīng)過加藥處理過后，在水中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成許多的絮凝物，再經(jīng)過一段時(shí)間的靜置，最終將原水中的大分子物質(zhì)沉降到罐的底部，上層的清液由沉降罐的頂部流出。沉降罐是用來沉降液體中的絮凝物，一般采用 3～5 個(gè)沉降罐并聯(lián)工作。過濾器從開始進(jìn)水過濾到反沖洗完畢算作一個(gè)周期。② 排污沉降一段時(shí)間后，每個(gè)沉降罐底部都會(huì)產(chǎn)生大量的淤泥，這時(shí)就需要依次將沉降罐底部的 4 個(gè)排污閥門打開，并且每次只能有一個(gè)閥門打開，最終將底部的淤泥全部排出。首先將過濾器的進(jìn)水閥和出水閥關(guān)閉，再打開排水閥和排氣閥，將過濾器中的水和氣體排出。當(dāng)設(shè)備處于自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，所有的設(shè)備將按 PLC 程序中設(shè)定的時(shí)間間隔工作。控制盤內(nèi)安裝有一臺 OMRON 的 CQM1 系列的 PLC。成都工業(yè)學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 9 頁5P L C 盤 面 設(shè) 備沉降罐排污閥過濾罐閥門反沖洗泵控 制 盤現(xiàn) 場 設(shè) 備圖 控制系統(tǒng)組成圖 設(shè)備控制原理① 沉降罐的控制 沉降罐的控制分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。在任何時(shí)候，均可以中斷沉降罐的排污過程。ⅱ. 自動(dòng)狀態(tài)當(dāng)過濾器選擇自動(dòng)方式開啟時(shí)，該過濾器將按照過濾器定時(shí)器所設(shè)定好的時(shí)間間隔定時(shí)自動(dòng)操作，不需要操作工的干預(yù)。 可編程控制器 PLC 概述 PLC 的基本概念 PLC（Programmable Logic Controller）可編程邏輯控制器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。因此，今天這種裝置被稱作可編程控制器，簡稱 PC。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，將 I/O 映像區(qū)內(nèi)的輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置上，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止工作。計(jì)算機(jī)中全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲器中。外存通常是磁性介質(zhì)或光盤等，能長期保存信息。 　　⑸ 功能模塊 隨著 PLC 應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，各 PLC 制造廠家在提高 PLC 主機(jī)性能的同時(shí)，還開發(fā)了專門用途的功能模塊，以滿足各種工業(yè)控制的特定需要。 PLC 的工作原理 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映像區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 PLC 的主要特點(diǎn) PLC 是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，所以在工業(yè)控制方面，它具有繼電器控制或通用計(jì)算機(jī)所無法比擬的特點(diǎn)。⑶ 適應(yīng)性好，具有柔性由于可編程控制器產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)展方便。目前，PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于汽車裝配、數(shù)控機(jī)床、機(jī)械制造、電力石化、冶金鋼鐵、交通運(yùn)輸、輕工紡織、污水處理等各行業(yè)中。在此會(huì)用到了接觸器、反沖洗泵接觸器，為此該系統(tǒng)選用施耐德LCID0901M5C 交流接觸器，其額定電壓 220V，額定電流 9A。模塊化：產(chǎn)品本體上可以附加輔助觸頭，通電/斷電延時(shí)觸頭，機(jī)械閉鎖等模塊。控制閥門采用氣動(dòng)蝶閥，控制電磁閥采用兩位五通單控電磁閥。它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或者其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加。成都工業(yè)學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 16 頁5 ④ I/O 接口的統(tǒng)計(jì) 由于本檢測點(diǎn)的是數(shù)字量，所以只用到數(shù)字量輸入/輸出。裝置中的期間主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，儲存器采用磁心儲存器。其中 PLC 特有的編程語言—梯形圖一直沿用輸入 輸出自動(dòng)模式 自動(dòng)運(yùn)行燈 手動(dòng)模式 手動(dòng)運(yùn)行燈 手動(dòng)排污閥開關(guān) 1 排污閥 1 手動(dòng)排污閥開關(guān) 2 排污閥 2 手動(dòng)排污閥開關(guān) 3 排污閥 3 手動(dòng)排污閥開關(guān) 4 排污閥 4 手動(dòng)過濾進(jìn)水閥開關(guān) 過濾進(jìn)水閥 手動(dòng)出水閥開關(guān) 出水閥 手動(dòng)加壓泵開關(guān) 加壓泵 手動(dòng)排水閥開關(guān) 排水閥 手動(dòng)排氣閥開關(guān) 排氣閥 手動(dòng)反沖洗泵開關(guān) 反沖洗泵 手動(dòng)反沖洗進(jìn)水閥開關(guān) 反沖洗進(jìn)水閥 成都工業(yè)學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 17 頁5至今。除此以外，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)儲存器。分類時(shí)，一般按以下原則來考慮?，F(xiàn)在的高性能小型 PLC 還具有一定的通訊能力和少量的模擬量處理能力。中型 PLC 不僅具有開關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有更強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算能力，它的通信功能和模擬量處理功能更強(qiáng)大，中型機(jī)比小型機(jī)更豐富，中型機(jī)適用于更復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過程控制系統(tǒng)場合。它的監(jiān)視系統(tǒng)采用 CRT 顯示，能夠表示過程的動(dòng)態(tài)流程，記錄各種曲線，PID 調(diào)節(jié)參數(shù)等；它配備多種智能板，構(gòu)成一臺多功能系統(tǒng)。 按結(jié)構(gòu)形式分類 根據(jù) PLC 結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC 主要可分為整體式和模塊式兩類。 微型和小型 PLC 一般為整體式結(jié)構(gòu)。如西門子的 S7300 和 S7400 系列。 低檔 PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。 高檔 PLC 除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。從圖中可以看出 PLC 內(nèi)部主要部件有: （1）CPU（Central Process Unit） CPU 是 PLC 的核心組成部分，與通用微機(jī)的 CPU 一樣，它在 PLC 系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，故稱為“電腦” 。 d、在 PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的信號，去啟閉有關(guān)控制門電路。通用的微處理器常用的是 8 位機(jī)和 16 位機(jī)，如Z80A、808808650M6800、M680M68000 等。Z80 有獨(dú)立的輸入/輸出指令,而且指令格式較短，?執(zhí)行時(shí)間也較短，這樣有利于掃描周期的縮短。日本三菱 F 系列 PLC 就采用美國 INTEL 公司 MES－48 系列的單片機(jī) 8049 和 8039 做處理器，8039 單片機(jī)在一塊片子上集成了 8 位的 CPU，?1288 的數(shù)據(jù)存儲器。日本三菱的 F2 系列 PLC 即采用 CPU8031。必須外接 EPR0M；INTEL 公司的 96 系列的單片機(jī)，字長為 16，運(yùn)算速度比 51 系列更高，這必將為高檔次的 PLC 開發(fā)和應(yīng)用帶來美好的遠(yuǎn)景?？梢赃M(jìn)行“級聯(lián)” ，易于“流水線”操作。同時(shí)，由于前面所說的系統(tǒng)程序直 接關(guān)系到 PLC 的性能，不能由用戶直接存取。M0SRAM 存儲器是一種中高密度、低功能、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲器，可用鋰電池作為備用電源。?PLC 通過寫入器可將 RAM 區(qū)的用戶程序固化到 R0M 盒中的 EPR0M 中去。PLC 提供了各種操作電平與驅(qū)動(dòng)能力的 I/0 模塊和各種用途的 I/0 組件供用戶選用。PLC 輸出有三種型式：繼電器方式、晶體管方式和晶閘管方式。編程器上有供編程用的各種功能鍵和顯示燈以及編程、監(jiān)控轉(zhuǎn)換開關(guān)。同時(shí)前者輸入梯形圖的語言鍵符，后者可以直接輸入梯形圖。 PLC 選型 由于設(shè)計(jì)的污水處理控制系統(tǒng)是應(yīng)用在小規(guī)模的污水處理，PLC 可以用于代替幾點(diǎn)起的簡單控制場合，也可以用用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。因此，I/O 點(diǎn)數(shù)的確定是設(shè)計(jì)含油污水過濾自動(dòng)控制首先需要解決的問題，決定著系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)，也是系統(tǒng)軟件編寫的前提。開發(fā)人員必須根據(jù)實(shí)際的工藝要求，在軟件開發(fā)環(huán)境中選擇合適的指令，把它們編輯，組合成能夠完成上述功能的程序并下載到 CPU 中執(zhí)行?？蛇B接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。I/O 端子排可很容易地整體拆卸。這就要根據(jù) PLC 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝要求以及軟件規(guī)格說明書，使用相應(yīng)的編程語言指令，編制要實(shí)現(xiàn) Controllogix 系統(tǒng) PLC 實(shí)際應(yīng)用程序形成程序說明書的過程，而這個(gè)過程就是程序設(shè)計(jì)。并根據(jù)所選用的輸入/輸出設(shè)備的類型和數(shù)量，確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)。 STEP 7Micro/WIN 32 軟件介紹為了達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，方便和快捷的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，本次設(shè)計(jì)選用了與西門子 S7200 系統(tǒng) PLC 相應(yīng)的 STEP 7Micro/WIN 32 編程軟件STEP 7Micro/WIN 32 是專門為 S7200 設(shè)計(jì)的、在個(gè)人計(jì)算機(jī) Windows 操作系統(tǒng)下運(yùn)行的編程軟件，CPU 通過 PC/PPI 電纜或插在個(gè)人計(jì)算機(jī)中的 CP5511 或CP5611 通信卡與計(jì)算機(jī)通信。STEP 7Micro/WIN 32 為用戶提供了基本上符合 PLC 編程語言國際標(biāo)準(zhǔn) IEC成都工業(yè)學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 29 頁5611313 的指令集。聯(lián)機(jī)方式是指有編程軟件的計(jì)算機(jī)與 PLC 連接，允許兩者之間做直接通信。每個(gè)定時(shí)器均有一個(gè) 16bit 的當(dāng)前值寄存器用以存放當(dāng)前值（16 位符號整數(shù)） ；一個(gè) 16bit 的預(yù)置值寄存器用以存放時(shí)間的設(shè)定值；還有一位狀態(tài)位，反應(yīng)其觸點(diǎn)的狀態(tài)。結(jié)構(gòu)主要由一個(gè) 16bit 的預(yù)置數(shù)寄存器、一個(gè) 16bit 的當(dāng)前值寄存器和一位狀態(tài)位組成。比較條件成立時(shí)，觸點(diǎn)就閉合，否則就斷開。 暫停指令（STOP） STOP:暫停指令，執(zhí)行條件成立，停止執(zhí)行用戶，令 CPU 工作方式由 RUN 轉(zhuǎn)到STOP。有 FOR 和NEXT 指令構(gòu)成程序的循環(huán)體。跳轉(zhuǎn)標(biāo)號 n：0 255.子程序調(diào)用及子程序返回指令在程序設(shè)計(jì)中，通常將具有特定功能，并且多次使用的程序段作為子程序。PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循以下原則： ① 根據(jù)工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)要求最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則； ② 控制系統(tǒng)長期運(yùn)行中能否達(dá)到安全、可靠、穩(wěn)定，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則； ③ 在滿足控制要求的前提下，盡量減少 PLC 系統(tǒng)硬件費(fèi)用。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制要求有： ① 實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的自動(dòng)/手動(dòng)控制； ② 所有設(shè)備按 PLC 程序設(shè)定的時(shí)間間隔工作； ③ 沉降過濾手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行的控制； ④ 控制閥門的開關(guān)；根據(jù)控制要求選擇合適的輸入設(shè)備(控制按鈕、開關(guān)、傳感器等)和輸出設(shè)備(接觸器、繼電器)。 分配原則 使系統(tǒng)中的每一個(gè)輸入點(diǎn)都有輸入映像區(qū)的某一位與之相對應(yīng)。 ① 固定編址法 早期的整體式 PLC 多采用此方法，各個(gè) I/O 點(diǎn)的地址是固定的。 ③ 編程工具設(shè)定地址 允許用戶利用編程工具軟件分配各模塊的地址。直到滿足要求為止。在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況。② 現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試 現(xiàn)場調(diào)試是整個(gè)控制系統(tǒng)完成的重要環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試程序的同時(shí)就可以設(shè)計(jì)、制作控制臺或控制柜，PLC 這外的其他硬件的安裝、成都工業(yè)學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 36 頁5接線工作也可以同時(shí)進(jìn)行，以縮短整個(gè)工程的周期。在設(shè)計(jì)過程中沒有考慮到液面界定的問題，還有在具體的現(xiàn)場環(huán)境中各個(gè)閥門開閉的時(shí)間也會(huì)不同。更多的東西有待現(xiàn)場的檢驗(yàn)。雖然西門子S7200 PLC 在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，但隨著現(xiàn)代科技日新月異的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)要求不斷地提高，正朝著集約型方向發(fā)展。本文結(jié)合過濾流程的工藝特點(diǎn)和控制要求，完成了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，經(jīng)過 PLC 梯形圖的運(yùn)行，完全符合過濾流程的實(shí)際運(yùn)行過程，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。 過濾流程 PLC 控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平高，它可以集中控制 4 個(gè)沉降罐和8 個(gè)過濾器的正常運(yùn)行，提高了控制的準(zhǔn)確度，節(jié)約了生產(chǎn)成本。在這段時(shí)間的學(xué)習(xí)中，我深切地體會(huì)到唐老師對我的幫助，唐老師從論文的選題、結(jié)構(gòu)，直到整理、最后定稿，都給予了我很多寶貴的建議和幫助。遇到問題時(shí)就向唐老師請教問題，而唐老師總是不厭其煩地給我解答疑惑。感謝他們給我提供了大量的原始資料，并為我的論文寫作提出了許多積極而富有建設(shè)性的