【導(dǎo)讀】一體的通用工業(yè)控制裝置。它具有功能齊全、使用方便、維護(hù)容易、通用性強(qiáng)、可靠性。工業(yè)自動(dòng)化的一種強(qiáng)有力工具。本文綜述了PLC控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)；簡(jiǎn)述了PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。原則、內(nèi)容和步驟。針對(duì)該虹吸刮泥系統(tǒng)的特點(diǎn)和性能要求，采用了德國(guó)西門(mén)子公司。S7-200系列中S7-214作為系統(tǒng)控制器，重點(diǎn)闡述了該系統(tǒng)的硬件、軟件的設(shè)計(jì)方法，要求，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　

【正文】 時(shí)，組織是關(guān)鍵。項(xiàng)目越大，組織工作越多，尤其當(dāng)多人參與編程時(shí)，更要注意各方面的規(guī)劃，對(duì)于具體的控制功能，解決問(wèn)題 的方法有很多種，但是如果以系統(tǒng)方式完成應(yīng)用程序，出錯(cuò)的可能性就會(huì)減少。所以，設(shè)計(jì)好系統(tǒng)的步驟是很重要的。 步驟如下所示： a) 分析被控對(duì)象并提出控制要求 詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過(guò)程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，提出被控對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。 b) 確定輸入／輸出設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、位置開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與 PLC 有關(guān)的輸入 /輸出設(shè)備，以確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)。 c) 選擇 PLC PLC 選擇包括對(duì) PLC 的機(jī)型、容量、 I/O 模塊、電源等的選擇 . d) 分配 I/O 點(diǎn)并設(shè)計(jì) PLC 外圍硬件線(xiàn)路 1) 分配 I/O 點(diǎn) 畫(huà)出 PLC 的 I/O 點(diǎn)與輸入／輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表，該部分也可在第２步中進(jìn)行。 2) 設(shè)計(jì) PLC 外圍硬件線(xiàn)路 畫(huà)出系統(tǒng)其它部分的電氣線(xiàn)路圖，包括主電路和未進(jìn)入 PLC 的控制電路等。由 PLC的 I/O 連接圖和 PLC 外圍電氣線(xiàn)路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線(xiàn)路已經(jīng)確定。 e) 程序設(shè)計(jì) 1) 程序設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì) PLC 程序。程序要以 滿(mǎn)足系統(tǒng)控制要求為主線(xiàn)，逐一編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。除此之外，程序通常還應(yīng)包括以下內(nèi)容： ? 初始化程序。 在 PLC 上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動(dòng)作必要的準(zhǔn)備，避免系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作 , 初始化程序的主要內(nèi)容有：對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零，對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對(duì)某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等 . ? 檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序。 這些程序相對(duì)獨(dú)立，一般在程序設(shè)計(jì)基本完成時(shí)再添加。 ? 保護(hù)和連鎖程序。 保護(hù)和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認(rèn) 真加以考慮。它可以避免由于非法操本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文： S7200PLC 在水廠(chǎng)虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 18 作而引起的控制邏輯混亂 . 2) 程序模擬調(diào)試 程序模擬調(diào)試的基本思想是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式 . ? 硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備（如用另一臺(tái) PLC 或一些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，并將這些信號(hào)以硬接線(xiàn)的方式連到 PLC系統(tǒng)的輸入端，其時(shí)效性較強(qiáng)。 ? 軟件模擬法是在 PLC 中另外編寫(xiě)一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，其簡(jiǎn)單易行，但時(shí)效性不易保證。模擬調(diào)試過(guò)程中，可采用分段調(diào)試的方 法，并利用編程器的監(jiān)控功能。 f) 硬件實(shí)施 硬件實(shí)施方面主要是進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工。主要內(nèi)容有： 1) 設(shè)計(jì)控制柜和操作臺(tái)等部分的電器布置圖及安裝接線(xiàn)圖。 2) 設(shè)計(jì)系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖。 3) 根據(jù)施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)，并進(jìn)行詳細(xì)檢查。 g) 聯(lián)機(jī)調(diào)試 聯(lián)機(jī)調(diào)試是將通過(guò)模擬調(diào)試的程序進(jìn)一步進(jìn)行在線(xiàn)統(tǒng)調(diào)。聯(lián)機(jī)調(diào)試過(guò)程應(yīng)循序漸進(jìn)，從 PLC 只連接輸入設(shè)備、再連接輸出設(shè)備、再接上實(shí)際負(fù)載等逐步進(jìn)行調(diào)試。如不符合要求，則對(duì)硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即可 h) 整理和編寫(xiě)技術(shù)文獻(xiàn) 技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、硬件原理圖 、安裝接線(xiàn)圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC 程序以及使用說(shuō)明書(shū)等。 提高 PLC 控制系統(tǒng) 可靠性的措施 雖然 PLC 具有很高的可靠性，并且有很強(qiáng)的抗干擾能力，但在過(guò)于惡劣的環(huán)境或安裝使用不當(dāng)?shù)惹闆r下，都有可能引起 PLC 內(nèi)部信息的破壞而導(dǎo)致控制混亂，甚至造成內(nèi)部元件損壞。為了提高 PLC 系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，使用時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。 a) 適合的工作環(huán)境 1) 環(huán)境溫度適宜。 各生產(chǎn)廠(chǎng)家對(duì) PLC 的環(huán)境溫度都有一定的規(guī)定。通常 PLC 允許的環(huán)境溫度約在0~55176。 C。因此，安裝時(shí)不要把發(fā)熱量大的元件放在 PLC 的下方； PLC 四周 要有足夠的通風(fēng)散熱空間；不要把 PLC 安裝在陽(yáng)光直接照射或離暖氣、加熱器、大功率電源等第三章 PLC 基本原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法介紹 19 發(fā)熱器件很近的場(chǎng)所；安裝 PLC 的控制柜最好有通風(fēng)的百葉窗，如果控制柜溫度太高，應(yīng)該在柜內(nèi)安裝風(fēng)扇強(qiáng)迫通風(fēng)。 2) 注意環(huán)境污染。 不宜把 PLC 安裝在有大量污染物（如灰塵、油煙、鐵粉等）、腐燭性氣體和可燃性氣體的場(chǎng)所，尤其是有腐蝕性氣體的地方，易造成元件及印刷線(xiàn)路板的腐蝕。如果只能安裝在這種場(chǎng)所，在溫度允許的條件下，可以將 PLC 封閉；或?qū)?PLC 安裝在密閉性較高的控制室內(nèi)，并安裝空氣凈化裝置。 3) 遠(yuǎn)離振動(dòng)和沖擊源。 安裝 PLC 的控制柜應(yīng) 當(dāng)遠(yuǎn)離有強(qiáng)烈振動(dòng)和沖擊場(chǎng)所，尤其是連續(xù)、頻繁的振動(dòng)。必要時(shí)可以采取相應(yīng)措施來(lái)減輕振動(dòng)和沖擊的影響，以免造成接線(xiàn)或插件的松動(dòng)。 4) 遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源。 PLC 應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻設(shè)備和大型動(dòng)力設(shè)備等，同時(shí)PLC 還應(yīng)該遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場(chǎng)和強(qiáng)放射源，以及易產(chǎn)生強(qiáng)靜電的地方。 b) 合理的安裝與布線(xiàn) 1) 注意電源安裝。 電源是干擾進(jìn)入 PLC 的主要途徑。 PLC 系統(tǒng)的電源有兩類(lèi)：外部電源和內(nèi)部電源。外部電源是用來(lái)驅(qū)動(dòng) PLC 輸出設(shè)備 (負(fù)載 )和提供輸入信號(hào)的，外部電源的容量與性能由輸出設(shè)備和 PLC 的輸入電路決定。由于 PLC 的 I／ O 電路都具有濾波、隔離功能，所以外部電源對(duì) PLC 性能影響不大 [7]。因此，對(duì)外部電源的要求不高。內(nèi)部電源是 PLC的工作電源，即 PLC 內(nèi)部電路的工作電源。它的性能好壞直接影響到 PLC 的可靠性。因此，為了保證 PLC 的正常工作，對(duì)內(nèi)部電源有較高的要求。一般 PLC 的內(nèi)部電源都采用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源或原邊帶低通濾波器的穩(wěn)壓電源。在干擾較強(qiáng)或可靠性要求較高的場(chǎng)合，應(yīng)該用帶屏蔽層的隔離變壓器，對(duì) PLC 系統(tǒng)供電。還可以在隔離變壓器二次側(cè)串接 LC 濾波電路。同時(shí)，在安裝時(shí)還應(yīng)注意以下問(wèn)題：隔離變壓器與 PLC 和 I/O 電源之間最好采 用雙絞線(xiàn)連接，以控制串模干擾；系統(tǒng)的動(dòng)力線(xiàn)應(yīng)足夠粗，以降低大容量設(shè)備起動(dòng)時(shí)引起的線(xiàn)路壓降； PLC 輸入電路用外接直流電源時(shí)，最好采用穩(wěn)壓電源，以保證正確的輸入信號(hào)。否則可能使 PLC 接收到錯(cuò)誤的信號(hào)。 2) 遠(yuǎn)離高壓。 PLC 不能在高壓電器和高壓電源線(xiàn)附近安裝，更不能與高壓電器安裝在同一個(gè)控制柜內(nèi)。在柜內(nèi) PLC 應(yīng)遠(yuǎn)離高壓電源線(xiàn)，二者間距離應(yīng)大于 200mm。 合理的布線(xiàn)。 I/O 線(xiàn)、動(dòng)力線(xiàn)及其它控制線(xiàn)應(yīng)分開(kāi)走線(xiàn)，盡量不要在同一線(xiàn)槽中布線(xiàn)。交流線(xiàn)與直流線(xiàn)、輸入線(xiàn)與輸出線(xiàn)最好分開(kāi)走線(xiàn)。開(kāi)關(guān)量與模擬量的Ｉ /Ｏ線(xiàn)最好分開(kāi)走線(xiàn)， 對(duì)于傳送模擬量信號(hào)的Ｉ /Ｏ線(xiàn)最好用屏蔽線(xiàn)，且屏蔽線(xiàn)的屏敝層應(yīng)一端接地。 PLC 的基本單元與擴(kuò)展單元之間電纜傳送的信號(hào)小、頻率高，很容易受干擾，不能與其它的連線(xiàn)敷埋本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文： S7200PLC 在水廠(chǎng)虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 20 在同一線(xiàn)槽內(nèi)。 PLC 的 I/O 回路配線(xiàn)，必須使用壓接端子或單股線(xiàn)，不宜用多股絞合線(xiàn)直接與 PLC 的接線(xiàn)端于連接，否則容易出現(xiàn)火花。 c) 正確的接地。 良好的接地是 PLC 安全可靠運(yùn)行的重要條件。為了抑制干擾， PLC 一般最好單獨(dú)接地，與其它設(shè)備分別使用各自的接地裝置，也可以采用公共接地。 PLC 的接地線(xiàn)應(yīng)盡量短，使接地點(diǎn)盡量靠近 PLC。 d) 必須的安全保護(hù)環(huán)節(jié) 1) 短路保 護(hù)。 當(dāng) PLC 輸出設(shè)備短路時(shí)，為了避免 PLC 內(nèi)部輸出元件損壞，應(yīng)該在 PLC 外部輸出回路中裝上熔斷器，進(jìn)行短路保護(hù)。最好在每個(gè)負(fù)載的回路中都裝上熔斷器。 2) 互鎖與聯(lián)鎖措施。 除在程序中保證電路的互鎖關(guān)系， PLC 外部接線(xiàn)中還應(yīng)該采取硬件的互鎖措施，以確保系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，如電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制，要利用接觸器 KM KM2 常閉觸點(diǎn)在 PLC 外部進(jìn)行互鎖。在不同電機(jī)或電器之間有聯(lián)鎖要求時(shí)，最好也在 PLC 外部進(jìn)行硬件聯(lián)鎖。采用 PLC 外部的硬件進(jìn)行互鎖與聯(lián)鎖，這是 PLC 控制系統(tǒng)中常用的做法 3) 失壓保護(hù)與緊急停車(chē)措施。 e) 必要的軟件措施 有時(shí)硬件措施不一定完全消除干擾的影響，采用一定的軟件措施加以配合，對(duì)提高PLC 控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性起到很好的作用。 1) 消除開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)抖動(dòng)。 在實(shí)際應(yīng)用中，有些開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)接通時(shí)，由于外界的干擾而出現(xiàn)時(shí)通時(shí)斷的“抖動(dòng)”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在繼電器系統(tǒng)中由于繼電器的電磁慣性一般不會(huì)造成什么影響，但在 PLC 系統(tǒng)中，由于 PLC 掃描工作的速度快，掃描周期比實(shí)際繼電器的動(dòng)作時(shí)間短得多，所以抖動(dòng)信號(hào)就可能被 PLC 檢測(cè)到，從而造成錯(cuò)誤的結(jié)果。因此，必須對(duì)某些“抖動(dòng)”信號(hào)進(jìn)行處理，以保證系統(tǒng)正常工作。 2) 故 障的檢測(cè)與診斷。 PLC 的可靠性很高且本身有很完善的自診斷功能，如果 PLC 出現(xiàn)故障，借助自診斷程序可以方便地找到故障的原因，排除后就可以恢復(fù)正常工作 [8]。 本章小結(jié) 本章介紹了 PLC 的工作原理和結(jié)構(gòu)組成，也闡述了 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則、步驟 ，另外講述了 PLC 系統(tǒng)可靠性的提高。第四章 虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)控制要求及其總體控制方案設(shè)計(jì) 21 第四章 虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)控制要求及其總體控制方案設(shè)計(jì) 水廠(chǎng)的工藝流程 水廠(chǎng)水處理基本過(guò)程如下圖 所示： 水廠(chǎng)的源水通過(guò)干渠輸送到水廠(chǎng)。源水進(jìn)入廠(chǎng)區(qū)后，先進(jìn)行前加氯，接著 進(jìn)入凈水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是水廠(chǎng)的核心部分，由凈水構(gòu)筑物及投加系統(tǒng)組成。凈水構(gòu)筑物指的是反應(yīng)池、沉淀池、濾池、清水池等一系列的工藝水池；而凈水處理所需投放的凈水劑及其投放設(shè)備、控制系統(tǒng)構(gòu)成了水廠(chǎng)投加系統(tǒng)的主體。從工藝流程上看，凈水處理通常包括澄清和消毒兩大部分。澄清的重要流程為：在源水中投入適量的混凝劑，在混合槽中經(jīng)過(guò)快速攪拌后，混合了混凝劑的水進(jìn)入折板反應(yīng)池，水中均勻分布的雜質(zhì)顆粒逐步凝結(jié)形成較大的、易于沉降的顆粒，顆粒經(jīng)過(guò)沉淀池時(shí)，被沉淀、收集、排除。這一過(guò)水庫(kù) 調(diào)節(jié)水庫(kù) 混合槽 折板反應(yīng)池 平流沉淀池 濾池 源水 回收水 排淤系統(tǒng) 后投氯點(diǎn) 清水池 吸水井 清水泵 城市供水管網(wǎng)wang 網(wǎng) 出廠(chǎng)水 投礬點(diǎn) 前投氯點(diǎn) 水廠(chǎng) 圖 水廠(chǎng)工藝流程圖 本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文： S7200PLC 在水廠(chǎng)虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 22 程使渾濁的河水變成較清澈的待濾水。待濾水進(jìn)入濾池 后，殘余的雜質(zhì)顆粒被過(guò)濾掉，過(guò)濾后的水隨即進(jìn)入消毒流程，即投加適量的消毒劑，用以殺滅水中的細(xì)菌，并使自來(lái)水出廠(chǎng)后仍保留一定的消毒能力。成品水進(jìn)入清水池后，最后經(jīng)吸水井由清水泵房的泵機(jī)加壓進(jìn)入城市供水管網(wǎng)，則可以飲用。 平流沉淀池 平流式沉淀池的表面為矩形水池，如圖 所示。其上部為沉淀區(qū)，下部為污泥區(qū)，原水經(jīng)混凝過(guò)后的水從前部的進(jìn)水區(qū)進(jìn)入沉淀池，緩緩向前流動(dòng)，固體懸浮物 (礬花 )慢慢地沉到池底，最后從出水區(qū)流出，利用重力達(dá)到固液分離的效果 [9]。 圖 平流式沉淀池立面圖 一般來(lái)說(shuō)，為了 達(dá)到較好的沉淀效果，給水處理廠(chǎng)沉淀池一般都會(huì)采用整流措施，使得整個(gè)沉淀池內(nèi)的水流流動(dòng)平穩(wěn)以有利于沉淀。如圖 2 中的穿孔花墻，以便水流能在進(jìn)入時(shí)在整個(gè)截面上均勻分布，達(dá)到整流的目的。 平流式沉淀池多用混凝土筑造，也可用磚石圬工結(jié)構(gòu)，或用磚石襯砌的土池。平流式沉淀池構(gòu)造簡(jiǎn)單，沉淀效果好，工作性能穩(wěn)定，使用廣泛，但占地面積較大。若加設(shè)刮泥機(jī)或?qū)Ρ戎剌^大沉渣采用機(jī)械排除，可提高沉淀池工作效率。 平流沉淀池的排泥 沉淀過(guò)程是大量去除水中懸浮物和雜質(zhì)的重要過(guò)程。沉淀過(guò)程的好壞直接關(guān)系到整個(gè)水處理工藝的優(yōu)劣。沉淀 過(guò)后出水濁度的高低，對(duì)后續(xù)進(jìn)行的過(guò)濾過(guò)程影響很大，沉淀過(guò)后出水濁度較大將加重過(guò)濾的負(fù)荷，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)成本的提高和出水效果的不理想 。若沉淀效果良好，大量的懸浮物和雜質(zhì)在沉淀中被去除，這樣就能提高出水質(zhì)量，降低成本。 沉淀所積累的污泥 需要 連續(xù)或定期被排出池外。 所以沉淀池的排泥是運(yùn)轉(zhuǎn)中的重要問(wèn)題，它關(guān)系到沉淀池的正常運(yùn)行。 排泥設(shè)備有兩種，一種是穿孔排泥管，另一種是刮泥機(jī)。穿孔排泥是一種較為簡(jiǎn)易的排泥方法，穿孔排泥管多用于反應(yīng)池， 和沉淀池的進(jìn)口處 。它是利用沉淀池的水壓力，做到無(wú)需停池排泥，簡(jiǎn)單、方便。 刮泥機(jī)是機(jī)械排泥的一 種形式，它主要由電動(dòng)機(jī)、變速箱、鋼桁架、軸流泵、刮泥板和虹吸管和吸泥口等組成。它是原理也相當(dāng)簡(jiǎn)單，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)鋼桁架，桁架沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，刮泥板將池底的淤泥刮到虹吸管末端的吸泥口處，軸流泵將壓力水充滿(mǎn)虹吸管產(chǎn)生虹吸，虹吸管就能將池底的淤泥連續(xù)不斷地吸到池外了 [9]。 第四章 虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)控制要求及其總體控制方案設(shè)計(jì) 23 虹吸刮泥機(jī)的控制要求 虹吸刮 泥機(jī)控制系統(tǒng)分手動(dòng)和