【導讀】一體的通用工業(yè)控制裝置。它具有功能齊全、使用方便、維護容易、通用性強、可靠性。工業(yè)自動化的一種強有力工具。本文綜述了PLC控制系統(tǒng)的一般結構；簡述了PLC控制系統(tǒng)設計的。原則、內(nèi)容和步驟。針對該虹吸刮泥系統(tǒng)的特點和性能要求，采用了德國西門子公司。S7-200系列中S7-214作為系統(tǒng)控制器，重點闡述了該系統(tǒng)的硬件、軟件的設計方法，要求，取得了良好的經(jīng)濟效益。

　　

【正文】 時，組織是關鍵。項目越大，組織工作越多，尤其當多人參與編程時，更要注意各方面的規(guī)劃，對于具體的控制功能，解決問題 的方法有很多種，但是如果以系統(tǒng)方式完成應用程序，出錯的可能性就會減少。所以，設計好系統(tǒng)的步驟是很重要的。 步驟如下所示： a) 分析被控對象并提出控制要求 詳細分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設計任務書。 b) 確定輸入／輸出設備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設備（如：按紐、位置開關、轉換開關及各種傳感器等）和輸出設備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與 PLC 有關的輸入 /輸出設備，以確定 PLC 的 I/O 點數(shù)。 c) 選擇 PLC PLC 選擇包括對 PLC 的機型、容量、 I/O 模塊、電源等的選擇 . d) 分配 I/O 點并設計 PLC 外圍硬件線路 1) 分配 I/O 點 畫出 PLC 的 I/O 點與輸入／輸出設備的連接圖或對應關系表，該部分也可在第２步中進行。 2) 設計 PLC 外圍硬件線路 畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進入 PLC 的控制電路等。由 PLC的 I/O 連接圖和 PLC 外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。 e) 程序設計 1) 程序設計 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用合適的設計方法來設計 PLC 程序。程序要以 滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實現(xiàn)各控制功能或各子任務的程序，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，為啟動作必要的準備，避免系統(tǒng)發(fā)生錯誤動作 , 初始化程序的主要內(nèi)容有：對某些數(shù)據(jù)區(qū)、計數(shù)器等進行清零，對某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進行恢復，對某些繼電器進行置位或復位，對某些初始狀態(tài)進行顯示等等 . ? 檢測、故障診斷和顯示等程序。 這些程序相對獨立，一般在程序設計基本完成時再添加。 ? 保護和連鎖程序。 保護和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認 真加以考慮。它可以避免由于非法操本科畢業(yè)（設計）論文： S7200PLC 在水廠虹吸刮泥機系統(tǒng)中的應用 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)場實際狀態(tài)，為程序的運行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，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備（如用另一臺 PLC 或一些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場的信號，并將這些信號以硬接線的方式連到 PLC系統(tǒng)的輸入端，其時效性較強。 ? 軟件模擬法是在 PLC 中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場信號，其簡單易行，但時效性不易保證。模擬調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方 法，并利用編程器的監(jiān)控功能。 f) 硬件實施 硬件實施方面主要是進行控制柜（臺）等硬件的設計及現(xiàn)場施工。主要內(nèi)容有： 1) 設計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖。 2) 設計系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖。 3) 根據(jù)施工圖紙進行現(xiàn)場接線，并進行詳細檢查。 g) 聯(lián)機調(diào)試 聯(lián)機調(diào)試是將通過模擬調(diào)試的程序進一步進行在線統(tǒng)調(diào)。聯(lián)機調(diào)試過程應循序漸進，從 PLC 只連接輸入設備、再連接輸出設備、再接上實際負載等逐步進行調(diào)試。如不符合要求，則對硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即可 h) 整理和編寫技術文獻 技術文件包括設計說明書、硬件原理圖 、安裝接線圖、電氣元件明細表、 PLC 程序以及使用說明書等。 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，并且有很強的抗干擾能力，但在過于惡劣的環(huán)境或安裝使用不當?shù)惹闆r下，都有可能引起 PLC 內(nèi)部信息的破壞而導致控制混亂，甚至造成內(nèi)部元件損壞。為了提高 PLC 系統(tǒng)運行的可靠性，使用時應注意以下幾個方面的問題。 a) 適合的工作環(huán)境 1) 環(huán)境溫度適宜。 各生產(chǎn)廠家對 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 要有足夠的通風散熱空間；不要把 PLC 安裝在陽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)設計方法介紹 19 發(fā)熱器件很近的場所；安裝 PLC 的控制柜最好有通風的百葉窗，如果控制柜溫度太高，應該在柜內(nèi)安裝風扇強迫通風。 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所，尤其是有腐蝕性氣體的地方，易造成元件及印刷線路板的腐蝕。如果只能安裝在這種場所，在溫度允許的條件下，可以將 PLC 封閉；或將 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) 遠離振動和沖擊源。 安裝 PLC 的控制柜應 當遠離有強烈振動和沖擊場所，尤其是連續(xù)、頻繁的振動。必要時可以采取相應措施來減輕振動和沖擊的影響，以免造成接線或插件的松動。 4) 遠離強干擾源。 PLC 應遠離強干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻設備和大型動力設備等，同時PLC 還應該遠離強電磁場和強放射源，以及易產(chǎn)生強靜電的地方。 b) 合理的安裝與布線 1) 注意電源安裝。 電源是干擾進入 PLC 的主要途徑。 PLC 系統(tǒng)的電源有兩類：外部電源和內(nèi)部電源。外部電源是用來驅動 PLC 輸出設備 (負載 )和提供輸入信號的，外部電源的容量與性能由輸出設備和 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 PLC 性能影響不大 [7]。因此，對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，對內(nèi)部電源有較高的要求。一般 PLC 的內(nèi)部電源都采用開關式穩(wěn)壓電源或原邊帶低通濾波器的穩(wěn)壓電源。在干擾較強或可靠性要求較高的場合，應該用帶屏蔽層的隔離變壓器，對 PLC 系統(tǒng)供電。還可以在隔離變壓器二次側串接 LC 濾波電路。同時，在安裝時還應注意以下問題：隔離變壓器與 PLC 和 I/O 電源之間最好采 用雙絞線連接，以控制串模干擾；系統(tǒng)的動力線應足夠粗，以降低大容量設備起動時引起的線路壓降； PLC 輸入電路用外接直流電源時，最好采用穩(wěn)壓電源，以保證正確的輸入信號。否則可能使 PLC 接收到錯誤的信號。 2) 遠離高壓。 PLC 不能在高壓電器和高壓電源線附近安裝，更不能與高壓電器安裝在同一個控制柜內(nèi)。在柜內(nèi) PLC 應遠離高壓電源線，二者間距離應大于 200mm。 合理的布線。 I/O 線、動力線及其它控制線應分開走線，盡量不要在同一線槽中布線。交流線與直流線、輸入線與輸出線最好分開走線。開關量與模擬量的Ｉ /Ｏ線最好分開走線， 對于傳送模擬量信號的Ｉ /Ｏ線最好用屏蔽線，且屏蔽線的屏敝層應一端接地。 PLC 的基本單元與擴展單元之間電纜傳送的信號小、頻率高，很容易受干擾，不能與其它的連線敷埋本科畢業(yè)（設計）論文： S7200PLC 在水廠虹吸刮泥機系統(tǒng)中的應用 20 在同一線槽內(nèi)。 PLC 的 I/O 回路配線，必須使用壓接端子或單股線，不宜用多股絞合線直接與 PLC 的接線端于連接，否則容易出現(xiàn)火花。 c) 正確的接地。 良好的接地是 PLC 安全可靠運行的重要條件。為了抑制干擾， PLC 一般最好單獨接地，與其它設備分別使用各自的接地裝置，也可以采用公共接地。 PLC 的接地線應盡量短，使接地點盡量靠近 PLC。 d) 必須的安全保護環(huán)節(jié) 1) 短路保 護。 當 PLC 輸出設備短路時，為了避免 PLC 內(nèi)部輸出元件損壞，應該在 PLC 外部輸出回路中裝上熔斷器，進行短路保護。最好在每個負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系， PLC 外部接線中還應該采取硬件的互鎖措施，以確保系統(tǒng)安全可靠地運行，如電動機正、反轉控制，要利用接觸器 KM KM2 常閉觸點在 PLC 外部進行互鎖。在不同電機或電器之間有聯(lián)鎖要求時，最好也在 PLC 外部進行硬件聯(lián)鎖。采用 PLC 外部的硬件進行互鎖與聯(lián)鎖，這是 PLC 控制系統(tǒng)中常用的做法 3) 失壓保護與緊急停車措施。 e) 必要的軟件措施 有時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) 消除開關量輸入信號抖動。 在實際應用中，有些開關輸入信號接通時，由于外界的干擾而出現(xiàn)時通時斷的“抖動”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，掃描周期比實際繼電器的動作時間短得多，所以抖動信號就可能被 PLC 檢測到，從而造成錯誤的結果。因此，必須對某些“抖動”信號進行處理，以保證系統(tǒng)正常工作。 2) 故 障的檢測與診斷。 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，排除后就可以恢復正常工作 [8]。 本章小結 本章介紹了 PLC 的工作原理和結構組成，也闡述了 PLC 系統(tǒng)設計的原則、步驟 ，另外講述了 PLC 系統(tǒng)可靠性的提高。第四章 虹吸刮泥機系統(tǒng)控制要求及其總體控制方案設計 21 第四章 虹吸刮泥機系統(tǒng)控制要求及其總體控制方案設計 水廠的工藝流程 水廠水處理基本過程如下圖 所示： 水廠的源水通過干渠輸送到水廠。源水進入廠區(qū)后，先進行前加氯，接著 進入凈水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是水廠的核心部分，由凈水構筑物及投加系統(tǒng)組成。凈水構筑物指的是反應池、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備、控制系統(tǒng)構成了水廠投加系統(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)過快速攪拌后，混合了混凝劑的水進入折板反應池，水中均勻分布的雜質(zhì)顆粒逐步凝結形成較大的、易于沉降的顆粒，顆粒經(jīng)過沉淀池時，被沉淀、收集、排除。這一過水庫 調(diào)節(jié)水庫 混合槽 折板反應池 平流沉淀池 濾池 源水 回收水 排淤系統(tǒng) 后投氯點 清水池 吸水井 清水泵 城市供水管網(wǎng)wang 網(wǎng) 出廠水 投礬點 前投氯點 水廠 圖 水廠工藝流程圖 本科畢業(yè)（設計）論文： S7200PLC 在水廠虹吸刮泥機系統(tǒng)中的應用 22 程使渾濁的河水變成較清澈的待濾水。待濾水進入濾池 后，殘余的雜質(zhì)顆粒被過濾掉，過濾后的水隨即進入消毒流程，即投加適量的消毒劑，用以殺滅水中的細菌，并使自來水出廠后仍保留一定的消毒能力。成品水進入清水池后，最后經(jīng)吸水井由清水泵房的泵機加壓進入城市供水管網(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)混凝過后的水從前部的進水區(qū)進入沉淀池，緩緩向前流動，固體懸浮物 (礬花 )慢慢地沉到池底，最后從出水區(qū)流出，利用重力達到固液分離的效果 [9]。 圖 平流式沉淀池立面圖 一般來說，為了 達到較好的沉淀效果，給水處理廠沉淀池一般都會采用整流措施，使得整個沉淀池內(nèi)的水流流動平穩(wěn)以有利于沉淀。如圖 2 中的穿孔花墻，以便水流能在進入時在整個截面上均勻分布，達到整流的目的。 平流式沉淀池多用混凝土筑造，也可用磚石圬工結構，或用磚石襯砌的土池。平流式沉淀池構造簡單，沉淀效果好，工作性能穩(wěn)定，使用廣泛，但占地面積較大。若加設刮泥機或對比重較大沉渣采用機械排除，可提高沉淀池工作效率。 平流沉淀池的排泥 沉淀過程是大量去除水中懸浮物和雜質(zhì)的重要過程。沉淀過程的好壞直接關系到整個水處理工藝的優(yōu)劣。沉淀 過后出水濁度的高低，對后續(xù)進行的過濾過程影響很大，沉淀過后出水濁度較大將加重過濾的負荷，導致經(jīng)濟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轉中的重要問題，它關系到沉淀池的正常運行。 排泥設備有兩種，一種是穿孔排泥管，另一種是刮泥機。穿孔排泥是一種較為簡易的排泥方法，穿孔排泥管多用于反應池， 和沉淀池的進口處 。它是利用沉淀池的水壓力，做到無需停池排泥，簡單、方便。 刮泥機是機械排泥的一 種形式，它主要由電動機、變速箱、鋼桁架、軸流泵、刮泥板和虹吸管和吸泥口等組成。它是原理也相當簡單，電動機拖動鋼桁架，桁架沿著導軌運動，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 虹吸刮泥機系統(tǒng)控制要求及其總體控制方案設計 23 虹吸刮泥機的控制要求 虹吸刮 泥機控制系統(tǒng)分手動和