【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 護(hù)裝置及信號(hào)傳感器，總結(jié)起來(lái)包括以下幾類(lèi)裝置：（1）、粗格柵污水液位差高于預(yù)設(shè)值的信號(hào)檢測(cè)裝置。（2）、提升泵沒(méi)有按預(yù)期時(shí)間進(jìn)行替換的信號(hào)檢測(cè)裝置。（3）、提升泵超過(guò)超高液位的信號(hào)檢測(cè)裝置。(4)、細(xì)格柵污水液位差高于預(yù)設(shè)值的信號(hào)檢測(cè)裝置。第三章 下位機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)下位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制以及進(jìn)行數(shù)據(jù)采集功能。它充當(dāng)集散控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)控制站角色，集散控制系統(tǒng)的主要功能由下位機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性也是由下位機(jī)來(lái)保證的。因此對(duì)它的設(shè)計(jì)生產(chǎn)以及安裝都有很高要求。一般都采用專(zhuān)門(mén)的工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本課題的下位機(jī)設(shè)計(jì)主要是在滿(mǎn)足工藝的要求下，系統(tǒng)的穩(wěn)定性的前提下盡可能降低控制系統(tǒng)的成本。本課題集散控制系統(tǒng)上位機(jī)采用PC機(jī)作為操作員站，主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整的功能。下位機(jī)采用PLC作為現(xiàn)場(chǎng)控制站，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制、數(shù)據(jù)采集和反饋控制功能。上位機(jī)采用普通的PC機(jī)加CP5613通訊卡，通過(guò)插在PC工插槽的CP5613通訊卡實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)PLC的通訊。由于監(jiān)控室沒(méi)有強(qiáng)的干擾源，因此采用普通的PC機(jī)可以保證與下位機(jī)的通訊的穩(wěn)定性。同時(shí)由于數(shù)據(jù)傳輸量不是很大可以滿(mǎn)足通訊處理要求。由于PC機(jī)配置比較高，可以及時(shí)處理控制過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，可以滿(mǎn)足工藝的要求。根據(jù)本課題SBR工藝的具體工藝流程的控制要求，污水處理系統(tǒng)主要分為三個(gè)區(qū)，即預(yù)處理區(qū)、反應(yīng)池區(qū)，污泥處理區(qū)，其中預(yù)處理區(qū)主要實(shí)現(xiàn)機(jī)械處理階段，過(guò)濾較大的雜質(zhì)，同時(shí)調(diào)節(jié)水質(zhì)。反應(yīng)池區(qū)主要是生化處理階段。污泥處理區(qū)主要針對(duì)水處理產(chǎn)生的污泥進(jìn)行處理，由于工藝是獨(dú)立的所以單獨(dú)劃分為一個(gè)區(qū)。因此采用三臺(tái)PLC作為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。同時(shí)PLC可以適應(yīng)嚴(yán)酷的工作環(huán)境，同時(shí)還能保證工作的穩(wěn)定性。其中對(duì)預(yù)處理區(qū)控制主要包括粗格柵、細(xì)格柵、提升泵、沉淀池四個(gè)主要工藝設(shè)備的自動(dòng)控制。反應(yīng)池區(qū)主要包括兩個(gè)SBR反應(yīng)池。污泥處理區(qū)主要包括對(duì)輸送機(jī)、濃縮脫水一體機(jī)以及一些進(jìn)出水閥門(mén)。上位機(jī)采用組態(tài)王軟件進(jìn)行監(jiān)控畫(huà)面的設(shè)計(jì)。其中上位機(jī)采用兩臺(tái)PC機(jī)互為備份，一臺(tái)作為主監(jiān)控機(jī)，另一臺(tái)作為從監(jiān)控機(jī)。當(dāng)主操作員站出現(xiàn)問(wèn)題可以立即切換到另一臺(tái)作為主操作員站。當(dāng)主操作員站修復(fù)好了就可以切換回到主操作員站，這樣提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？傮w結(jié)構(gòu)圖如31圖所示。圖31 總體結(jié)構(gòu)圖 ：表31 系統(tǒng)元器件選型序號(hào)元器件名稱(chēng)元器件代號(hào)型號(hào)數(shù)量1刀開(kāi)關(guān)QSHR160132按鈕開(kāi)關(guān)SBLA1911B/D63轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SASZLW51634拉繩開(kāi)關(guān)SLRN5II145熱繼電器FRJR1620126熔斷器FUNGT0036表32 系統(tǒng)電機(jī)選型電機(jī)代碼電機(jī)名稱(chēng)電機(jī)型號(hào)電機(jī)參數(shù)（功率）M1粗格柵1格柵除污機(jī)電動(dòng)機(jī)Y132S22M2粗格柵2格柵除污機(jī)電動(dòng)機(jī)Y132S22M3粗格柵柵渣運(yùn)輸機(jī)電動(dòng)機(jī)Y16M1211kwM4粗格柵壓榨機(jī)電動(dòng)機(jī)Y16M1211kwM51提升泵25FZB20LM62提升泵25FZB20LM73提升泵25FZB20LM84提升泵25FZB20LM9細(xì)格柵1格柵除污機(jī)電動(dòng)機(jī)Y132S22M10細(xì)格柵2格柵除污機(jī)電動(dòng)機(jī)Y132S22M11細(xì)格柵柵渣運(yùn)輸機(jī)電動(dòng)機(jī)Y16M1211kwM12細(xì)格柵壓榨機(jī)電動(dòng)機(jī)Y16M1211kwM131攪拌機(jī)電動(dòng)機(jī)TQJ615480M142攪拌機(jī)電動(dòng)機(jī)TQJ615480M151排泥泵WQ806525M162排泥泵WQ806525M17沉淀池輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)Y16M1211kwM18沉淀池1回流泵M19沉淀池2回流泵 系統(tǒng)主電路分析及設(shè)計(jì)：主電路圖見(jiàn)附錄2系統(tǒng)主電路分析：本設(shè)計(jì)的污水處理廠(chǎng)的預(yù)處理區(qū)主要對(duì)粗格柵、細(xì)格柵、提升泵、沉淀池四個(gè)主要工藝設(shè)備的自動(dòng)控制，本設(shè)計(jì)采用以PLC為控制核心控制整個(gè)過(guò)程的運(yùn)行，4個(gè)電機(jī)（M1M4）完成了污水經(jīng)過(guò)粗格柵過(guò)濾掉較大的雜質(zhì)工序，4個(gè)提升泵（M5M8）完成了對(duì)水位的提升并輸送至下一工序，然后4個(gè)電機(jī)（M9M12）完成了污水經(jīng)過(guò)細(xì)格柵過(guò)濾掉較小的雜質(zhì)工序，最后由2個(gè)排泥泵（M15M16）、2個(gè)回流泵（M18M19）和1個(gè)輸送機(jī)（M17）完成沉淀池這一工序。 西門(mén)子PLC工作原理及特點(diǎn)PLC的基本概念可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱(chēng)作可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱(chēng)混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng)PLC 。二、PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同：a. 中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以?huà)呙璧姆绞浇邮宅F(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶(hù)程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。b、存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。C、電源 PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。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。三、PLC的工作原理PLC工作過(guò)程分為3個(gè)階段:上電處理、PLC掃描過(guò)程和出錯(cuò)處理 上電處理PLC上電后對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化工作，包括硬件初始化、I/0模塊配置運(yùn)行方式檢查、這些程序是廠(chǎng)家在PLC出廠(chǎng)時(shí)就已經(jīng)固化好了的，與用戶(hù)的控制程序無(wú)關(guān)，一般比較固定，其運(yùn)行時(shí)間與用戶(hù)的程序運(yùn)行時(shí)間相比，要短的多。PLC掃描過(guò)程當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。(一) 輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以?huà)呙璺绞揭来蔚刈x入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(二) 用戶(hù)程序執(zhí)行階段在用戶(hù)程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶(hù)程序(梯形圖)。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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線(xiàn)圈在I/O映象區(qū)中對(duì)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。即在用戶(hù)程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線(xiàn)圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線(xiàn)圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。(三) 輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶(hù)程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。 出錯(cuò)處理在PLC每個(gè)掃描周期都要執(zhí)行一次自診斷檢查，以確定PLC自身的動(dòng)作是否正常，如CPU、電池電壓、程序存儲(chǔ)器、I/o、通信等是否異?；虺鲥e(cuò)。若檢查出異常，CPU面板上的LED及異常繼電器會(huì)接通，在特殊寄存器中存入出錯(cuò)代碼。當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，CPU被強(qiáng)制為STOP模式，所有的掃描停止。目前，隨著生產(chǎn)自動(dòng)化程度的日益提高，PLC 系統(tǒng)經(jīng)常作為控制系統(tǒng)的核心進(jìn)行使用，總結(jié)起來(lái)其主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)。PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎。PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便。PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線(xiàn)邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線(xiàn)，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。（5）體積小，重量輕，能耗低。以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。3. 2. 4西門(mén)子PLC的選擇任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象(生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程)的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則:(1)最大限度地滿(mǎn)足被控對(duì)象和用戶(hù)的控制要求。設(shè)計(jì)前應(yīng)該深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并與相關(guān)部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬訂控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。(2)在滿(mǎn)足控制要求的前提下，力求使控制簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便。（3)保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。(4)考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔?。其中PLC的選擇包括機(jī)型的選擇、CPU的選擇、I/O模