【導(dǎo)讀】機電專業(yè)畢業(yè)設(shè)計-基于PLC的水廠濾池自動控制系統(tǒng)。水是生命之源，供水自然關(guān)系到國計民生的重要地步，供水不僅要滿足工業(yè)。用水，還要滿足生活用水,農(nóng)業(yè)用水等等，其中最為重要的是生活用水，各城市。的大中小水廠是生活用水的直接來源，水廠濾池的好壞不僅影響出水的質(zhì)量，更。關(guān)系到人民的生命安全，所以水廠濾池在供水中起到很重要的作用，以前的水廠。濾池大都使用人工控制，不僅費力，而且勞動強度大，勞動效率低，出水的質(zhì)量。在設(shè)計之初，從網(wǎng)絡(luò)上查閱了當前水廠濾池普遍采用的過濾方法，以及存在。的不足，但是每一種方法都不是十全十美的，只有通過不斷的改進，才能逐步達?；赑LC的水廠濾池控制系統(tǒng)，并且在濾池正常過濾的過程中，為了實現(xiàn)恒水位。反沖洗信號時，本系統(tǒng)在設(shè)計上就主控PLC如何更好的與現(xiàn)場PLC協(xié)調(diào)控制濾池。的反沖洗方案進行了對比并且做了優(yōu)化，增強了控制思路的清晰性，達到了預(yù)期。件配置圖、I/O模塊接線圖，并編寫了實現(xiàn)控制算法的程序。

　　

【正文】 oloution Sensors Supported 1756R4011 8 singleded,4 differential,2 highspeed differential ― 16 bits 177。 0? 0? 1756R4011 ― 6 isolated current 13 bits ― . Removable Terminal Block Housing Backplane Current mA at 5V Backplane Current mA at 24V Power Dissipation 1756R4021 1756TBCH 1756TBS6H 150 mA 40 mA 1756R4021 1756TBNH 1756TBSH 250 mA 300 mA 0?550W laods 551? 1000W loads 表 43 開關(guān)量模塊輸入輸出參數(shù)表 . Number of Inputs/outputs Voltage,On State Input, Nom. Operating Voltage Input Delay Time,ON to OFF EDA9150A 32 12/24V dc sink 10? dc 420 ms+filter Time 0,1,2,9,or 18ms TEPLCH1 XBTN200 16 Electronically fused 12/24V dc source 10? dc . Removable Terminal Block Housing Backplane Current mA at 5V Backplane Current mA at 24V Power Dissipation 1756EDA9150A 1756TBCH 1756TBS6H 120 mA 2 mA W@60℃ TEPLCH1 XBTN200 1756TBNH 1756TBSH 250 mA 2 mA W@60℃ 傳感 器和執(zhí)行器的選擇 液位傳感器的選擇 本次設(shè)計需要濾池液位處于恒水位的位置，因此，液位傳感器的選擇十分重要，市場上的液位傳感器主要有：浮子式的，壓阻式的，超聲波的，氣泡式的等。超聲波液位傳感器是近年來普遍使用的一種工控液位傳感器，該液位傳感器的優(yōu)點主要有：安裝方便、頻率相對穩(wěn)定、驅(qū)動電壓較低、靈敏度好、故障率低、運行穩(wěn)定。所以在工廠應(yīng)用也比較廣泛，故本設(shè)計采用北京科思佳科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的 KS612810 超聲波液位傳感器，該產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)如下： 測量范圍： 2m, 3m, 4m, 5 m, 6m, 7m， 8m, 10m, 12m,15m, 20m 頻 率： 100KHZ20KHZ 分 辨率： 顯 示： 4 位 LED 輸出信號： 1 4― 20MA 2 RS23 RS485 3 上、下限兩點報警；觸點 容量： 220VAC/50mA 計測對象： 液體、固體 防護等級： IP66 本安型設(shè)計 計測角度： 12－ 15176。 外 殼： 標準型為 ABS 材質(zhì) 防腐型為聚四氟乙稀 重 量： 350g 外形尺寸： 200 高 86 寬 135 深 m 下面談?wù)劤暡ㄒ何粋鞲衅鞯陌惭b，首先應(yīng) 確定液位計探頭和它的測量終端間距， KS612810 超聲波液位計允許的最大電纜長度為 1000 英尺（ 300 米），而且要求電纜必需全部屏蔽。兩線制信號輸入電氣連接： 1．和信號變送器以及外供電源連接： 液位計紅線端接入直流電源 1228 VDC+端，黑線接儀表輸入信號 +端，然后將電源 1228 VDC―端和儀表信號輸入負端連接。 2. 和 PLC 的連接： 液位計紅線端接入直流電源 1228 VDC+端，黑線接 PLC 輸入信號 +端，然后將電源 1228 VDC―端和 PLC 信號輸入負端連接。（注意：超聲波液位計安裝時，其 包裝盒內(nèi)的 VITON 橡膠墊必須配合超聲波液位計一起安裝） 壓力變送器的選擇 本次設(shè)計中使用的壓力變送器的主要目的是測量水頭的損失信號，水頭損失等于液位值減去壓力值。市場上的壓力變送器的類型主要有： 3351 壓力變送器、陶瓷電容壓力變送器、藍寶石壓力變送器、陶瓷壓阻壓力變送器、擴散硅壓力變送器。綜合各個眼里變送器的特點及結(jié)合本次設(shè)計的實際要求和工作環(huán)境，本次設(shè)計擬采用擴散硅壓力變送器，其主要型號是北京昆侖海岸公司生產(chǎn)的 JYBKO 經(jīng)濟型密封壓力變送器。 JYBKO 經(jīng)濟型密封壓力變送器的優(yōu)點主要有： （ 1） 數(shù)字化智能芯片，全溫度線性溫度補償。 （ 2）精巧的結(jié)構(gòu)，全不銹鋼激光焊接結(jié)構(gòu)。 （ 3）抗過載沖擊和干擾能力強。 （ 4）過壓過流保護電路。 （ 5）防浪涌電壓和反向極性保護。 （ 6）無“ O”型圈密型，防腐能力強。 JYBKO 經(jīng)濟型密封壓力變送器的主要技術(shù)參數(shù)有： 量程 0～ 1MPa～ 5MPa 輸出 4～ 20mA 供電 DC 24V 10V～32V） 測量精度 177。 ％ F?S（ 23177。 2℃） 177。 1％ F?S（ 0～ 60℃） 工作溫度 － 20℃～ 85℃ 溫 度 補 償 范 圍 0℃～ 60℃ 負載能力 ≤ Vdd－ 10V x40Ω Vdd:供電電壓 長期穩(wěn)定性 177。 ％ F?S/y 響應(yīng)時間 200ms 最大工作壓力 3 倍量程 爆破壓力 5 倍量程 過程連接 M20 或 1/4NPT 或非標 電氣連接 霍斯曼接頭 /M12x1 航空插頭 外部零件材料 普通不銹鋼 /316 不銹鋼 殼體材料 普通不銹鋼 /316 不銹鋼 /鑄鋁外殼 介質(zhì) 與 316 不銹鋼兼容介質(zhì) 防護等級 IP54（霍斯曼接頭） IP67（ M12x1 航空插頭） 規(guī)格選型 JYBKO 產(chǎn)品規(guī)格代號 M 普通不銹鋼 M 系列 A 電流輸出（ 4mA20mA） S 密封表壓 1 M20 +霍斯曼接頭 2 M20 +M12 1 航空插頭 3 1/4 NPT+霍斯曼接頭 4 1/4 NPT+M12 1 航空插頭 調(diào)節(jié)閥的選擇 調(diào)節(jié)閥直接安裝在水工藝管道上，是水廠自控系統(tǒng)的重要組成部分。調(diào)節(jié)閥也被稱為自控系統(tǒng)的手足，它的耐用程度及動作靈敏與否，直接關(guān)系著自控系統(tǒng)的質(zhì)量。實際工作及有關(guān)資料均表明，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中 70%左右的故障出自調(diào)節(jié)閥。因此，保證調(diào) 節(jié)閥的準確運行，是關(guān)系自控系統(tǒng)能否正常運行的重要前提。 調(diào)節(jié)閥的閥體種類很多，目前市場上主要類型有：直通單座、直通雙座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋轉(zhuǎn)、蝶形、套筒式、球形等。在具體選擇時，可做如下考慮： 1 閥芯形狀結(jié)構(gòu) 主要根據(jù)所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。 2 耐磨損性 當流體介質(zhì)是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時，閥的內(nèi)部材料要堅硬。 3 耐腐蝕 由于介質(zhì)具有腐蝕性，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單閥門。 4 介質(zhì)的溫度、壓力 當介質(zhì)的溫度、壓力高且變化大時，應(yīng)選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小 的閥門。 5 防止閃蒸和空化 閃蒸和空化只產(chǎn)生在液體介質(zhì)。在實際生產(chǎn)過程中，閃蒸和空化會形成振動和噪聲，縮短閥門的使用壽命，因此在選擇閥門時應(yīng)防止閥門產(chǎn)生閃蒸和空化。 考慮到要滿濾池控制系統(tǒng)控制的最基本的要求，各個執(zhí)行器件（調(diào)節(jié)閥）的選擇本著經(jīng)濟實用，滿足所需要的控制功能即可。出水閥因涉及到恒水位過濾的精確的控制，故選用電動調(diào)節(jié)閥，除此之外的各個閥門都選用電磁閥。 通過比較各個電磁閥的性價比決定本次設(shè)計選用上海金剛自控閥門有限公司生產(chǎn)的先導(dǎo)膜片式電磁閥，型號是 ZCA 精小型高壽命黃銅電磁閥，該電磁閥性能穩(wěn) 定可靠，抗過載能力強。靈敏度高，動作響應(yīng)迅速，高頻率，精度高，體積小，重量輕，升溫低，無噪音，零泄漏，安裝使用方便。廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟領(lǐng)域的各種氣體、液壓的壓力、液體測量和控制等。其主要技術(shù)指標為： 操作方式 常閉 通電打開、斷電關(guān)閉 常開 通電關(guān)閉、斷電打開（型號“― K”表示） 參數(shù)↓型號→ ZCA1??ZCA2 介質(zhì)溫度 1 型：≤ 90℃ ??2 型：≤ 150℃ 介質(zhì) 1 型 水、柴油、氮氣、空氣、煤氣天然氣、乙二醇等常溫液體或氣體 2 型 熱水、熱油、熱空氣等中溫液體或氣體 通經(jīng)（ mm） 6~8 10 15 20 25 32 40 50 連接尺寸（ G） 1/4 3/8 1/2 3/4 1 11/4 11/2 2 壓力（ MPa ） ~ ~ ~ 功率 AC:10W 、 DC ： 15W AC:15W、 DC： 18W 電壓偏差 允許波動177。 10% 材料 閥體 鍛壓黃銅 密封 1 型：丁晴橡膠 NBR??2 型：氟橡膠 FKM??特制：硅橡膠（食品級） PSI 環(huán)境溫度 20~60℃ 連接方式 內(nèi)螺紋 電氣連接 接線盒電纜插座，防護等級 IP65 使用電壓 AC:220V 50Hz 、DC:24V??其余根據(jù)要求 ??100%持續(xù)工作 特殊選配 BZCA 防爆電磁閥 防爆等級： ExmI/IIT4（澆封型）、 dIIBt dIICT5 含氫氣 安裝提示 任意安裝 備注 閥門完全打開，至少需要 MPa 壓力 蝶閥是指關(guān)閉件 閥瓣或蝶板 為圓盤，圍繞閥軸旋轉(zhuǎn)來達到開啟與關(guān)閉的一種閥，在管道上主要起切斷和節(jié)流用。蝶閥啟閉件是一個圓盤形的蝶板，在閥體內(nèi)繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)，從而達到啟閉或調(diào)節(jié)的目的。蝶閥全開到全關(guān)通常是小于90176。，蝶閥和蝶桿本身沒有自鎖能力 ，為了蝶板的定位，要在閥桿上加裝蝸輪減速器。采用蝸輪減速器，不僅可以使蝶板具有自鎖能力，使蝶板停止在任意位置上，還能改善閥門的操作性能。 本次設(shè)計的控制系統(tǒng)中的出水閥選擇廣東東莞市鴻閥閥門有限公司生產(chǎn)的型號為 D971F16 的電動蝶閥。該電動蝶閥具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、材料耗用省、安裝尺寸小、開關(guān)迅速、 90 度往復(fù)回轉(zhuǎn)、驅(qū)動力矩小等優(yōu)點。主要技術(shù)參數(shù)為： 電源 AC1 2 380V/DC24 公稱通徑 :DN50～ 1200mm 輸出力矩 :50N??M～ 2020N??M 公稱壓力 :、 、 任選功能 :開關(guān)型、無源觸點型、閥位信號反饋型、智能調(diào)節(jié)型。 通過采用電動蝶閥能很好的控制濾池的出水流速，保證了出水的質(zhì)量和要求。并且可以根據(jù)實際情況來設(shè)置流速，更具有人性化、自動化。 系統(tǒng)的硬件配置及 I/O 連接圖 系統(tǒng)的硬件配置設(shè)計 根據(jù)以上的硬件的選型我們可以知道， PLC 的電源模塊為其他各個模塊提供電源，上位機通過 PLC 自帶的 RS232 串口與之通信，并可以對 PLC 的工作狀況進行監(jiān)控。 PLC 的 CPU 模塊負責(zé) PLC 的數(shù)據(jù)處理和通信，模擬量輸入模塊將來自傳感器的檢測信號傳入 PLC，模擬 量輸出模塊負責(zé)對調(diào)節(jié)閥的開度進行控制。數(shù)字量輸出模塊主要時負責(zé)現(xiàn)場濾池上各個開關(guān)閥的開、關(guān)以及水泵、風(fēng)機的起停控制，而開關(guān)量的輸入模塊則是針對強制反沖洗信號的接受并且下達反沖洗動作命令的執(zhí)行。其硬件配置如圖 42 所示。 圖 42 系統(tǒng)硬件配置圖 系統(tǒng)的 I/O 配置設(shè)計 每個濾池都有一個獨立的控制系統(tǒng)，每個濾池的自控部分的實現(xiàn)需要數(shù)字量輸入點 1 個，數(shù)字量輸出點 6 個，模擬量輸入點 2 個，模擬量輸出點 1 個?，F(xiàn)將 I/O 地址分配情況如表 43 所示。 輸出地址 對應(yīng)功能 輸入地址 對應(yīng)功能 AO： 0 出 水 閥 開 度 AI： 0 濾池水位信號 DO： 0 進水閥開 /關(guān) AI： 1 壓力變送信號 DO： 1 反沖氣閥開 /關(guān) DI： 0 強制反沖信號 DO： 2 反沖水閥開 /關(guān) DO： 3 排污閥開 /關(guān) DO： 4 鼓 風(fēng) 機開 / 關(guān) DO： 5 水泵開 /關(guān) 表 43 I/O 地址分配表 最后，各控制參數(shù)由檢測裝置測量后經(jīng)由變送裝置將各信號轉(zhuǎn)化為 420mA電信號，送入 PLC 的輸入輸出模塊。連接圖如圖 43 所示。 圖 43 輸入輸出模塊接線圖 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 軟件總體方案的設(shè)計 控制方案設(shè)計 本次設(shè)計將控制 過程分為兩個部分：正常恒水位過濾和滿足條件后的氣水反沖洗過程。將正常的恒水位過濾過程采用梯形圖的主程序來實現(xiàn)，根據(jù)主程序的邏輯判斷來調(diào)用氣水反沖洗過程的子程序。由于 PLC 采用循環(huán)掃描的方式執(zhí)行程序，這樣便能實現(xiàn)整個控制過程的順利執(zhí)行。 正常濾水工作期間，每個濾池在現(xiàn)場 PLC 的控制下，依據(jù)液位傳感器檢測到得液位值得變化情況，及時調(diào)整出水閥的開度，保證濾池恒水位運行；當達到反沖洗條件或人為強制反沖洗時，每個濾池現(xiàn)場 PLC 向主控 PLC 發(fā)出反沖洗請求，主控 PLC 對需要反沖洗的濾池進行排序，采用先進先出的堆棧式管理， 在滿足反沖洗條件后，調(diào)用反沖