水处理系统中过滤器的PLC控制系统设计

1、目目 录录 1 1. . 绪绪论论.5 1.1 研究背景及研究意义.5 1.2 国内外的现状.6 1.3 发展趋势.7 2 2. . 系系统统的的理理论论分分析析及及控控制制方方案案的的确确定定.7 2.1 水处理中的过滤器系统的设备配置.7 2.2 水处理过滤器系统的工作流程及原理概述.8 2.3 控制系统的控制要求.10 3 3. . plcplc 控制系统硬件设计控制系统硬件设计.10 3.1 确定控制系统的输入输出设备.10 3.2 plc 选型.11 3.3 配电系统电路的设计.12 3.4 plci/o 地址的分配.13 3.5plc 外围电路的设计.14 4.4. plcplc

2、控制系统软件设计与调试控制系统软件设计与调试.15 4.1 过滤器系统的总体流程设计.15 4.2 过滤器系统的工作流程.17 4.3 过滤器系统的顺序功能流程图及梯形图设计.18 4.4 程序调试.32 结束语.39 参考文献.40 致谢.41 水处理系统中过滤器的 plc 控制系统设计 摘要 本论文主要研究污水处理系统的 plc 控制系统，随着城市的快速发展，环境问题 显得日益重要。污水是破坏环境的一个重要因素，目前中国污水处理自控系统相对落 后，污水处理成本居高不下，污水站排放的处理过的污水的水质不稳定，所以如何建 立有效的自控系统，优化运行效果，具有重要的意义。 本文介绍了水处理的基本

3、工艺和流程，并通过研究设计一套基于 plc 控制的水处 理过滤器系统。文章首先介绍了基于 plc 水处理过滤器中控制系统的工艺及相关流程， 控制系统硬件结构及设计、工作原理以及设计 plc 控制系统的基本原则和步骤，来说 明 plc 在污水处理过程中的应用。先根据污水处理要求设计了设备的电器控制与自动 控制线路，主要包括设备的启停、状态信号故障信号、和信号采集等，最后按照工艺 要求设计 plc 控制系统，其中包括 plc 的选型、系统资源配置以及按照污水处理工艺 编制 plc 程序。 关键词：关键词：plc；水厂滤池；自动反冲洗 water treatment system, plc cont

4、rol system design of the filters abstract my main research is the plc control system of sewage treatment. with the rapid development of cities, the environment becomes more and more important. wastewater is one of the major factor of pollute the environment. the automatic controlling system of waste

5、water treatment is not very advanced in china. the water qualities of the treated wastewater are unstable. so how to solve the problems is very meaningful to our country. this paper introduces the basic technology of water treatment and process, and through the study design a set of water treatment

6、filter system based on plc control. this paper introduces the water treatment filter in the control system based on plc technology and related processes, control system hardware structure and design, working principle and design of plc control system, the basic principles and steps to illustrate the

7、 application of plc in sewage treatment process. first according to the requirements of sewage treatment design the electric control equipment and automatic control circuit, including equipment start-stop, state signal fault signal, and the signal acquisition and so on, according to requirement of p

8、rocess design of plc control system, finally including plc type selection, system resource allocation and plc program according to the sewage treatment process. key words: plc；water plant filter；automatic backwashing 前 言 可编程控制器（programmable logic controller 简称 plc）发展至今，已有 30 余年的历史，随着半导体技术、计算机技术和通信技术

9、的发展，工业控制领域已有翻 天覆地的变化，plc 亦在不断地发展变化之中，plc 不断地采用新技术以及不断增强系 统的开放性。除传统的硬 plc 外，还融入控制组态软件之中。plc 在工业自动化领域中 的应用范围不断扩大。 本文设计的全自动过滤器功能比较以往的过滤器具有能够实现自动反冲洗，无需 人工干预，控制系统反应灵敏，运行精确。由于该控制系统采用 plc 控制使得功能变 得简单，能够随时按客户的要求改变功能，可操作性强，并且清洗高效、彻底，系统 可恢复性强。该系统还具有结构设紧凑合理，占地面积小，安装移动灵活方便等优点。 本文设计的自动过滤器采用标准模块化，处理能力强，占地小。过滤器采用时

10、间 或压差方式进行控制，实现全自动运行。时间控制的设备在运行一定时间后开始反冲 洗；压差控制方式利用进出口之间的压差作为控制信号，当过滤器拦截的悬浮物达到 一定量时，压力损失会迅速增加，当进出水口之间的压差达到设定值时设备自动开始 反冲洗。压差控制器同时具备压差、时间、手动三种控制功能，可通过手动按钮进行 反冲洗。全自动过滤器采用 plc 控制，其控制工艺有过滤，冲洗(包括手动反冲洗、正 冲洗、自动正冲洗、自动反冲洗)两种。比较以往的过滤器具有在过滤、冲洗状态之间 可实现自动切换，使用简单，操作方便。 plc 用户程序可以从工艺的选择及停止、冲 洗补水及冲洗泵停止，过滤运行、反冲洗、正冲洗、自

11、动冲洗等几个方面进行切换。 1 绪论 1.1 课题研究的目的和意义 1.1.1 本课题研究目的 水对人类而言有着非同寻常的意义，不论是日常生活，还是工农业生产都离不开 水。特别是在现代社会中，人们不仅对水的需求量与日俱增，对水质的要求也越来越 高。世界任何国家的经济发展，都会推进社会进步、促进工农业生产能力，使人民生 活得到进一步改善，但是也随之带来不同程序的环境污染。污水也是造成环境污染的 来源之一。这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注，治理水污染环境的课题被 列入世界环保组织的工作日程。水与人的生活息息相关，特别在现代社会生活及生产 中人们对水的需求量与日俱增。然而，水资源是有限的。据

12、报道我国人均拥有淡水量 为 2400 吨，为世界平均值的 1/4，在全球 149 个国家（参与统计国家中） ，我国人均淡 水资源位居 110 位，属于淡水资源贫乏的国家。而且我国水资源时空分布极不均衡， 全国 500 多个城市缺水，其中多个严重缺水，北方地区缺水现象尤其严重，人均拥有 淡水量仅有 240 吨。令人担忧的是淡水总量日益减少，用水成本不断升高，淡水的浪 费非常严重。我国北方地区水资源的超采，己形成漏斗地势、水位下降、湖泊干涸、 河水断流、生态恶化。淡水资源的短缺己经成为我国急需解决的问题。 1.1.2 本课题研究意义 我国淡水资源不断减少，而且污染现象较为严重。随着社会的发展，水资

13、源已经 成为影响工业发展的重要因素，现代工业中生产工艺和设备对水质要求越来越高。但 是我国工业用水耗费高，重复利用水少，使用率不高，有关资料显示，我国的工业用 水重复利用率平均为 40%50%。 目前全国城市污废水的处理率（达排放标准的）仅有 10%左右，其余的污废水都 直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重复利用率低、污染严重是我国工业系统水 资源利用的突出问题。严重的环境污染使有限的水资源日益减少、水质日益恶化，无 疑是“雪上加霜” 。据统计，由于水质污染，我国已有大约 3 亿人的饮水发生不安全现 象，其中 1.9 亿人的饮水是超标水。气象学家预测，2100 年全球变暖加剧，地表将有 1/

14、3 的面积变为沙漠，那时，干旱将威胁全球一半的大陆人类的生存。这些现象都是水 污染产生的严重后果，因此工业污水处理项目的实施已经刻不容缓。众多迹象表明， 水资源的短缺无疑将成为制约经济持续协调发展的瓶颈，因此世界各国越来越重视水 处理和水的再利用，通过各种技术进一步提高供水质量，提高经济效益。并且工业污 水处理过程中，经过厌氧和好氧处理，污水中的热量、沼气等再生能源可以为工业生 产提供二次能源，真正实现变废为宝、循环经济的目的。随着环境保护的呼声越来越 高，工业污水处理已经体现出其必要性和紧迫性，对于各种污水进行处理后排放成为 各企业基本的要求。在工厂的工业污水处理过程中，污水来源的不稳定以及

15、工厂中各 种污水的成分的复杂性，对工业污水处理的工艺和控制方式提出了非常高的要求。 1.2 国内、外现状 1.2.1 国内现状 解放初期由于工农业生产刚刚起步，当初的污水污染程度很低，且提倡利用污水 进行农业灌溉，特别是北方缺水地区将污水灌溉利用作为实验进行推广，如著名的沈 抚灌溉等，所以全国仅有几个城市建设了近十座污水处理厂，在处理工艺有的还是一 级处理，处理的规模也很小，每天有几千立方米，最大的只有每天 5 万立方米左右， 致使污水处理技术和管理水平处于较落后的状态。我国第一座大型城市污水处理厂 天津市纪庄子污水处理厂于 1982 年破土动工，1984 年 4 月 28 日竣工投产运行，处

16、 理规模为 26 万立方米/天。纪庄子污水处理厂投产运行后多年来达到设计出水水质标准， 它的诞生填补了我国大型污水处理厂建设的空白。在此成功经验的带动下，北京、上 海、广东、广西、陕西、山西、河北、江苏、浙江、湖北、湖南等省市根据各自的具 体情况分别建设了不同规模的污水处理厂。 与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，七十年代开始采用热工仪表， 实行集中巡检；八十年代应用分析仪表和 dcs 系统；至九十年代，随着一大批利用国 际贷款的大型污水处理厂的建成投产，我国污水处理控制系统的自动化水平有了很大 提高。从国外引进污水厂的自动控制系统已广泛采用集散式计算机监控系统，应用了 自动化程度较高

17、的检测仪表，各种新工艺、新设备大量出现并得到应用。可以说我国 污水处理自动化的现状是：“手动与自动皆各，自制和引用并举” 。 1.2.2 国外现状 国外的一些发达国家，如美国、日本、西欧等国，由于这些国家经济发达，并较 早的实现了工业现代化。这些国家经济发展较早而且较快，环境问题特别是水资源污 染的严重性也较早的体现出来，同时也得到了这些国家政府的重视，投入了大量的人 力、物力进行水处理的研究。这些国家先后投资研究高效型、智能型污水处理设备和 自动化控制仪表。一些国家经过几十年的努力，污水处理率已经达到了 80%90%，成 功的解决了来自城市和工业的水源污染问题。同时一些国家开始重视污水的回用

18、，如 以色列的污水会用率达到了 90%。用于控制技术、网络通信技术以及现场总线技术的 飞速发展，国外的污水厂很早便实现了污水厂的网络控制，如 dcs、fcs 系统。同时 国外较早的将 scada 技术引入到了给水排水工程中，并取得了良好的经济效益与社 会效益。国外同时注重水处理中 plc 的开发，相继研制出了一些智能、稳定、小巧的 控制单元，如 ab 公司的 slc 系列、siemens 的 s7 系列、schneider 的 tsx quantum 系列；同时国外也很重视在线仪表的研制，如德国 e+h 公司，美国的哈希公司相继研 制了溶解氧 do、化学需 cod 分析仪。 1.3 发展趋势

19、为适应水处理行业的发展趋势，满足水处理行业对自控系统的需求，水处理行业 的自控系统在未来发展主要方向包含以下几个方面： （1） 冗余的控制系统结构 由于水处理项目自动化控制对安全性的要求比较高，而现在通常应用的冗余系统 中，多数为双机架冗余，成本相对单机系统会提高一倍，而低成本、高可靠性的单机 架冗余方案将是 plc 在水处理行业发展的趋势。采用单机架冗余方案中，每套 plc 选 用一个冗余的机架，两个支持冗余系统的 cpu。冗余系统配置主要目的是提高 plc 设备 运行的可靠性和稳定性，保证水厂不间断的正常运行，保证出水水质。 （2） plc 合理的通讯端口设置 在水处理厂智能仪表与现场设备

20、集成的 plc 分布比较分散，通讯扩展接口应该可 以，通过在主站以及从站任意槽位上增加通讯接口模块实现。即通讯接口模块的使用 不能受到本地背板或远程背板的限制。 （3） 组态软件丰富的驱动程序 组态软件应开发各种厂家的 plc、仪表、移动通讯设备以及其他具有通讯功能的自控设备的驱 动程序，以便在项目改造、扩建过程中上位组态软件与下位自控设备兼容，使水处理项目可以通过 一个组态软件实现对现场所有工艺进行监控，提高系统的集成度和现场工作人员的工作效率，同时 降低项目成本 （4） 专业程序模块 由于水处理工艺多样性，针对不同规模、不同工艺的水处理厂应该开发专业的程 序模板。在 plc 以及组态软件功

21、能日趋完善，产品质量也逐步提高的情况下，谁能够 为客户提供更加完善的服务将成为成败的主导竞争方式。 （5） 数据分析、技术支持 在水厂的管理上，除了要能够支持远程监控，还要将现场 i/o 服务器采集的现场数据 长时间的存储，使用专业的数据分析软件对现场数据进行分析，从而得出最佳的运行 参数，根据这些参数修改现场控制站的程序。 2 系统的理论分析及控制方案确定 2.1 水处理中的过滤器系统的设备配置 过滤器系统的设备配置如图 2-1 所示。 图 2-1 水处理系统中的过滤器(系统) 设备编号描述如下： 冲洗水泵出水气动阀(00)；进水气动阀(01)；产出水气动阀(02)；正冲洗进水气 动阀(03

22、)；反冲洗进水气动阀(04)；反冲洗排水气动阀(05)；正冲洗排水气动阀(06)； 冲洗水箱进水气动阀(07)；总进水手动阀(10)；进水手动隔离阀(11)；出水手动隔离 阀；(12)排空气手动阀；(13)浮球式自动排空阀(14)；排水手动隔离阀(15)；冲洗水 箱液位控制器(开关)(21)；过滤水箱液位控制器(开关)(22)；过滤器压力开关(23) 2.2 水处理过滤器工艺流程及原理概述 2.2.1 水处理过滤器简介 过滤器是输送介质管道上不可缺少的一种装置,通常安装在减压阀、泄压阀、定水 位阀或其它设备的进口端，用来消除介质中的杂质，以保护阀门及设备的正常使用。 当流体进入置有一定规格滤网

23、的滤筒后，其杂质被阻挡，而清洁的滤液则由过滤器出 口排出，当需要清洗时，只要将可拆卸的滤筒取出，处理后重新装入即可，因此，使 用维护极为方便。 在水处理领域中不管是纯水制备还是废水处理都会应用到水处理过滤器， 而过滤 器又可分为多种类型，大致有多介质过滤器、锰砂过滤器、活性碳过滤器、 精密过滤 器等。 基本工作流程是当原水通过原水箱经过增压泵，加压到一定压力时就需要通过 水过滤器来进行下一步处理，处理后的水质能够符合反渗透装置的进水要求， 从而制 备出的纯水流入纯水箱，主要是对反渗透起到保护作用. 2.2.2 过滤器的工作原理的概述 本设计的过滤器采用活性炭过滤器。 (一)产品功能 1可有效去

24、除色度和气味； 2能吸附水中的有机物、细菌、胶体微粒、微生物； 3可吸附氧、氨、溴、碘等非金属物质，银、砷、铋、钴、六价铬、汞、锑、锡 等金属离子。 (二)适用范围 广泛适用于食品、医药、电子、化工、工业废水等行业。 (三)产品特点 1采用水力模拟长径设计，并采用粒径合理，比表面积大于 1000m2/g 的高效活 性碳，使其既有上层特效过滤又有下层高效吸附等功能，大大提高产水净化程度和碳 的使用寿命。 2对水体中异味、有机物、胶体、铁及余氯等性能卓著。 (四） 技术参数 1水质参数 .进水浊度：10ftu，出水浊度：3ftu。 2工作环境参数 .工作温度：5-60（特殊温度可定做） ； .工作

25、压力：0.6mpa； .进水水压：0.04mpa； .反冲洗进水水压：0.15 mpa； .进出口压差：0.1-0.15mpa。 3运行参数 .工作方式：压力式； .运行方式：水流自上而下； .过滤速度：15-20m/h； .运行周期：20-30h； .反洗方式：水洗，或气水结合反洗； .反洗耗水：1-3%； .反洗强度：4-15l/sm2 ； .反洗历时：5-10min。 (五) 工作原理 活性炭过滤器上部设有进水装置，下部设有排水装置，运行时，水经上部进入， 流经活性炭过滤层，从底部流出。利用活性炭的表面有大量的羟基等官能团，可以对 各种性质的物质进行化学吸附，除去水体中异味、有机物、胶体

26、、铁及余氯等，同时 降低水体的浊度、色度，使水质清澈透明，减少对后续系统（反渗透、超滤、离子交 换器）的污染。 2.3 水处理过滤器中控制系统的控制要求 2.3.1 系统控制 (1) 采用 plc 控制方式实现自动控制，设有手动自动转换功能。 (2) 可以随时根据系统各设备的运行状况对系统的控制方式及工艺参数进行调整。 (3) 在手动方式下，对各单元（如自动阀，水泵）进行独立操作。 (4) 生产过程中系统出现故障时，及时发出警报。 2.3.2 报警及保护 (1) 高液位报警：冲洗水箱、过滤水箱水位高过高设定值，发出高液位信号，受 控单元停止工作。 (2) 中液位报警：冲洗水箱、过滤水箱水位低过

27、中设定值，发出中液位信号，受 控单元启动工作。 (3) 低液位报警：冲洗水箱、过滤水箱水位低过低设定值，发出低液位信号并停 止出水泵。 (4)水泵故障报警：水泵热继电器动作，发出故障信号，并停止故障泵 2.3.3 手动自动转换功能手动操作方式 主要用于应急或检修，以保证生产供水需求自动操作方式：平时正常工作普遍采 用的方式，其整个工作过程不需要人员干预，全自动运行。 3.plc 控制系统硬件设计控制系统硬件设计 3.1 确定水处理系统中过滤器的控制系统的输入输出设备 根据水处理中的过滤器系统的工作原理的分析可知系统的输入设备有：启动按钮 sb0，停止按钮 sb1，启动进入过滤运行状态开关 sa

28、1-1，启动进入冲洗状态开关 sa1-2，启动自动冲洗（正冲洗，反冲洗）运行开关 sa2-1，启动手动正冲洗状态开关 sa2-2，启动手动反冲洗状态开关 sa2-3，冲洗箱低水位液位开关 sq1，冲洗箱中水位 液位开关 sq2，冲洗箱高水位液位开关 sq3，过滤箱低水位液位开关 sq4，过滤箱中 水位液位开关 sq5，过滤箱高水位液位开关 sq6，过滤压力开关 ps。输出设备：冲水 泵出水驱动电磁阀 yv1，冲水泵出水气动阀指示灯 hl1，过滤器进水驱动电磁阀 yv2，过滤器进水气动阀指示灯 hl2，过滤器产出水驱动电磁阀 yv3，过滤器产出水 气动阀指示灯 hl3，过滤器正冲洗进水驱动电磁阀

29、 yv4，过滤器正冲洗进水气动阀指 示灯 hl4，过滤器反冲洗进水驱动电磁阀 yv5，过滤器反冲洗进水气动阀指示灯 hl5，过滤器正冲洗排水驱动电磁阀 yv6，过滤器正冲洗排水气动阀指示灯 hl6，过 滤器反冲洗排水驱动电磁阀 yv7，过滤器反冲洗排水气动阀指示灯 hl7，冲洗箱进水 驱动电磁阀 yv9，冲洗箱进水气动阀指示灯 hl9，报警指示灯 hl10，报警蜂鸣器 al，冲洗泵接触器 km0。 3.2 plc 的选型 由前面的分析可知系统需要的 i/o 点数不多且都是简单的数字逻辑量的输入输出， 输入开关量点数 24 个左右，输出控制点数 11 个左右，没有现场总线控制要求，因此 选择小型

30、的 plc 作为主控制系统就可以基本满足现场控制要求。 在此操作系统中根据这个操作系统的控制原理及输入输出的接口数按照合理的的 原则选择 24 个输出 24 个输入点数，再根据 plc 外围电路的接线及外围电路的驱动电 流，选择继电器形式的输出，尽管晶体管输出和晶闸管输出的灵敏度都高于继电器输 出，但是本设计的精确度要求并不高，并且晶体管输出和晶闸管输出都只能驱动小电 流而此次设计的外部接线电流都比较大。而且 fx2n 系列是三菱 plcfx 家族中最先进 的系列。有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块，灵活性和控制能力 强。其中 fx2n 系列内置 8k 容量的 ram 存储器，最

31、大可以扩展到 16k 。cpu 运算 处理速度 0.08s/基本指令。持续扫描功能，为应用所需求的持续扫描时间定义操作 周期。快速断开端子块，其采用优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可 以更换单元。 其时钟功能和小时表功能，所有的 fx2n plc 中都有实时时钟标准。 fx2n-48mr-001 有 24 个输入点数，24 个继电器输出。 选择的 plc 系统除了顺序动作控制外还要具有连接位置控制模块的功能。根据现 场电气维修人员使用熟练程度和产品性价比，在 omron 的 cqmi 系列和三菱电机 (melsec)的 fx 系列 plc 之间选择，结合实际控制需求和维修人员的熟练

32、应用程度， 最后选择了三菱电机(melsec)生产的 fx2n-48mr 系列 plc 作为主控制器。 3.3 配电系统电路设计 plc 电源及输出使用 220v(ac)电源，plc 输入使用 plc 自带的 24v(dc)电源。根据 其配电特点做如下配电系统（如图 3-1 所示） 图 3-1 水处理中过滤器的配电系统示意图 电气系统中元件配置： qs三相空气开关 km0交流接触器，与冲洗水泵电机配套。 fr1热继电器，与冲洗水泵电机配套。 3.4 plc 的 io 地址分配 控制系统共有 14 个输入设备，19 个输出设备，可以直接将输入设备与 plc 的输入 端相连接，输出设备直接与 pl

33、c 的输出端相连，plc 的 i/o 分配表如表 3-2 所示。 表 3-2 输入/输出 i/o 点分配表 输入端输出端 外接元件 输入继电 器地址 外接元件 输出继电器地 址 启动按钮 sb0 x00 过滤运行状态 sa1-1 x01 冲洗水泵出水驱动 电磁阀 yv1 冲洗运行状态 sa1-2 x02 自动正冲洗状 sa2-1 x03 冲洗水泵出水气 动阀指示灯 hl1 y00 自动反冲洗状 sa2-2 x04 手动反冲洗状 sa2-3 x05 过滤器进水驱动 电磁阀 yv2 手动正冲洗状 sa2-4 x06 冲洗水泵启动按钮 x07 过滤器进水气 动阀指示灯 hl2 y01 手动冲洗水泵出

34、水气 动阀按钮 x10 过滤器产出水驱 动电磁阀 yv3 手动冲洗水箱进水阀 按钮 x11 过滤器产出水气 动阀指示灯 hl3 y02 冲洗水箱液位低水位 sq1 x12 过滤器正冲洗进水气动 阀及其指示灯 hl4 y03 冲洗水箱液位中水位 sq2 x13 过滤器反冲洗进 水驱动电磁阀 yv5 冲洗水箱液位高水位 sq3 x14 过滤器反冲洗进水气动 阀指示灯 hl5 y04 过滤箱低液位低水位 sq4 x15 过滤器正冲洗排水 驱动电磁阀 yv6 过滤箱低液位中水位 sq5 x16 过滤器正冲洗排水 气动阀指示灯 hl6 y05 过滤箱低液位高水位 sq6 x17 过滤器反冲排水 驱动电磁

35、阀 yv7 手动正冲洗进水阀门 按钮 x20 过滤器反冲洗排水 气动阀指示灯 hl7 y06 手动正冲洗排水阀门 按钮 x21 冲洗水箱进水驱动 电磁阀 yv9 手动反冲洗进水阀门 按钮 x22 冲洗水箱进水气动阀指 示灯 hl9 y07 报警指示灯 hl10 手动反冲洗排水阀门 按钮 x23 报警蜂鸣器 al y10 手动进气阀门按钮 x24 冲洗泵接触器 km0 手动过滤器产出水阀 门按钮 x25冲洗泵指示灯 hl11 y11 过滤压力开关 psx26启动指示灯 hl12y12 停止按钮 sb1x27 3.5plc 外围电路设计 根据 plc 的 i/o 点分配，设计 plc 外部具体接线

36、如图 3-3 所示.为了保证在紧急情 况下（包括 plc 发生故障时），能可靠地切断 plc 输出端，设置了急停保护电路。在 plc 开始运行时按下“电源”按钮 sb0，使 km 线圈得电并自锁，km 的主触点接通， 给输出设备提供电源；在紧急情况时，按下“急停”按钮 sb1，km 线圈失电，触点断开 电源。 图 3-3 水处理中过滤器的控制系统 plc 外部接线示意图 4. plc 控制系统软件设计 4.1 过滤器总体流程设计 根据系统的控制要求，控制过程可以分为手动控制功能和自动运行功能。在手动 控制模式下，每个设备可以单独运行，以测试设备的性能，如图 4-1 所示。 图 4-1 模式选择

37、流程图 4.1.1 手动模式 在手动模式下，可单独调试每个设备的运行，如图 4-2 所示。在此模式下，可以 通过按钮对冲洗水泵出水气动阀,正冲洗进水气动阀,冲洗水箱进水气动阀,正冲洗排水气 动阀，反冲洗排水气动阀，反冲洗进水气动阀等阀口的开度以及冲洗水泵的启停。 图 4-2 手动控制模式流程图 4.1.2 自动模式 处于自动方式时，系统上电后，按下自动启动确认后系统运行，系统开始工作， 其工作过程包括正冲洗、反冲洗、过滤等过程，具体过程如以下几个方面: （1）启动冲洗水箱进水气动阀； （2）启停冲洗水泵； （3）开关冲洗水泵出水气动阀； （4）开关正冲洗进水气动阀； （5）正冲洗排水气动阀 ；

38、 （5）开关反冲洗进水气动阀； （7）开关反冲洗排水气动阀； （8）开关进水气动阀； （9）开关产出水气动阀。 以上工作过程并不是顺序控制方式，而是按照 plc 检测到传感器状态进行启动如 图 4-3 所示。 图 4-3 自动控制流程图 4.2 过滤器系统的工作流程 全自动过滤器采用 plc 控制，其控制工艺有过滤，冲洗（包括手动反冲洗、正冲 洗，自动正冲洗、反冲洗)两种。比较以往的过滤器具有在过滤、冲洗状态之间可实现 自动切换，使用简单，操作方便。 (1) 正冲洗过滤流程如下： 正冲洗启动后，冲洗过程中，冲洗水箱水位为低位时复位相应的气动阀；若水位 没有到达冲洗水箱的中水位，需对冲洗水箱进行

39、补水；水位到达高水位才复位冲洗水 箱进水气动阀(07)。冲洗水箱水位到达中水位才能进行冲洗，并驱动冲洗水泵出水气 动阀，驱动正冲洗进水气动阀(03)和正冲洗排水气动阀(06)，正冲洗 20min 后开始进 入过滤环节：运行时，驱动进水气动阀(01)，表示进水，过滤器工作，当过滤器中压 力到达规定压力,压力开关闭后驱动产出水气动阀(02)，过滤器排出产出水，如图 4-4 为水处理中过滤器的的正冲洗过滤工作流程图。 图 4-4 水处理中过滤器系统的正冲洗过滤工作流程图 (2) 反冲洗过滤流程如下： 反冲洗启动后，冲洗过程中，冲洗水箱水位为低位时复位相应的气动阀；若水位 没有到达冲洗水箱的中水位，需

40、对冲洗水箱进行补水；水位到达高水位才复位冲洗水 箱进水气动阀(07)。冲洗水箱水位到达中水位才能进行冲洗，并驱动冲洗水泵出水气 动阀，驱动冲洗进水气动阀(04)和反冲洗排水气动阀(05)，反冲洗 20min 后开始进入 过滤环节：运行时，驱动进水气动阀(01)，表示进水，过滤器工作，当过滤器中压力 到达规定压力,压力开关闭合后驱动产出水气动阀(02)，过滤器排出产出水。图 4-5 为 水处理中过滤器的反冲洗过滤工作流程图。 图 4-5 水处理中过滤器系统的反冲洗过滤工作流程图 4.3 过滤器系统的顺序功能流程图及梯形图设计 4.3.1 程序的总体结构 将系统的程序按工作方式和功能分成若干部分，

41、如公共程序、手动程序、自动程 序等部分，手动程序和自动程序是不同时执行的。可以用跳转指令或子程序调用指令 来选择执行哪部分程序，如图 4-6 所示为采用跳转指令选择工作方式的程序总体结构 图，其中 x03、x04、x05、x06 分别表示自动正冲洗、自动反冲洗、手动正冲洗、手动 反冲洗的选择信号，设选择自动正冲洗工作方式是，x03 为“1”状态，将跳过自动反 冲洗程序、手动程序，执行公用程序和自动正冲洗程序；若选择自动反冲洗工作方式， x04 为“1”状态，将跳过自动正冲和洗手动程序，执行自动反冲洗和公用程序；若选 择手动正冲洗工作方式，x05 为“1”状态，将跳过自动程序和手动反冲洗程序，执

42、行 手动正冲洗和公用程序；若选择手动反冲洗工作方式，x06 为“1”状态，将跳过自动 程序和手动正冲洗程序，执行手动反冲洗程序。 图 4-6 程序的总体结构 4.3.2 公用程序 公用程序（见图 4-7）用于自动程序和手动程序相互切换的处理。当过滤器过滤过 程结束时，定时器 t0 触点闭合， ，表示“原位条件”的辅助继电器变为 on。在冲洗阶 段，在开始执行用户程序（m8002 为 on） 、系统处于自动正冲洗状态或自动反冲洗状态 或手动正冲洗状态或手动反冲洗状态时，若冲洗水箱液位处于低液位（触点 x12 闭合） 、 中液位（触点 x13 闭合） 、高液位（触点 x14 闭合） ，初始步对应的

43、 m10 被置位。 图 4-7 公用程序 4.3.2 自动正冲洗过滤顺序功能流程图及梯形图 自动正冲洗过滤顺序功能流程图如下图 4-8 所示 图 4-8 自动正冲洗过滤顺序功能流程图 自动正冲洗过滤梯形图如下图 4-9 所示 图 4-9 自动正冲洗过滤的梯形图 4.3.3 自动反冲洗过滤顺序功能流程图及梯形图 自动反冲洗过滤顺序功能流程图如下图 4-10 所示 图 4-10 自动反冲洗过滤顺序功能流程图 自动反冲洗过滤梯形图如下图 4-11 所示 图 4-11 自动反冲洗过滤梯形图 4.3.4 手动正冲洗过滤顺序功能图及梯形图 手动正冲洗过滤顺序功能图如下图 4-12 所示 图 4-12 手动

44、正冲洗过滤顺序功能流程图 手动正冲洗过滤梯形图如下图 4-13 所示 图 4-13 手动正冲洗过滤的梯形图 4.3.5 手动反冲洗过滤顺序功能图及梯形图 手动反冲洗过滤顺序功能图如下图 4-14 所示 图 4-14 手动反冲洗过滤的顺序功能流程图 手动反冲洗过滤的梯形图如下图 4-15 所示 图 4-15 手动反冲洗过滤的梯形图 4.4 程序的调试 根据以上程序，采用 gx simulator 进行程序的调制。调制过程如下： 用 gx developer 打开文件，然后启动仿真，启动后，程序开始在电脑上模拟 plc 写入过程。 然后程序就开始运行，其中蓝色标记的触电为运行着的触电。 4.4.1

45、 自动正冲洗过滤过程的程序调试 （1）按下启动按钮 sb0，冲洗状态按钮 sa1-1，自动正冲洗按钮 sa2-1，常开触点 x00、x002、x003 闭合，若液位检测装置检测到冲洗水箱到达冲洗水箱低水位，冲洗水 箱低水位行程开关 sq1 闭合，常开触点 x012 闭合，冲洗水箱进水阀门打开反，对冲洗 水箱进行补水，调试结果如调试图 4-16 所示 图 4-16 自动正冲洗过滤过程中的冲洗阶段调试 (2)当冲洗水箱的液位到达了冲洗水箱的中液位时，中液位行程开关 sq2 闭合，是 的常开触点 x013 闭合，冲洗水泵开启，冲洗水泵出水气动阀门、正冲洗进气阀门、正 冲洗排水气动阀门开启，调试结果如

46、图 4-17 所示。 图 4-17 自动正冲洗过滤过程中的冲洗阶段调试图 （3）当冲洗水箱的液位达到高水位时，冲洗水箱高水位行程开关 sq3 闭合，常开 触点 x014 闭合，冲洗水箱进水阀门关闭，正冲洗排水阀门开启，并发出警报，如此循 环 20min，调试结果如图 4-18 所示 图 4-18 自动正冲洗过滤过程中的冲洗阶段调试图 （4）循环 20min 后正冲洗过程结束，进入过滤过程，开启过滤器进水阀门，调试 结果如图 4-19 所示 图 4-19 自动正冲洗过滤从过程中的过滤阶段调试图 （5）当液位检测装置检测到过滤水箱的液位处于低液位时，过滤水箱低液位行程 开关闭合，常开触点 x015

47、 闭合，进水阀门开启对过滤水箱补水，当过滤器的压力开关 检测到达所设定的压力值时，压力开关 ps 关闭，使得过滤器出水阀门开启，将过滤器 中的水排放到过滤水箱中，调试结果如图 4-20 所示 图 4-20 自动正冲洗过滤过程中的过滤阶段调试图 （6）当过滤器水箱中的液位达到中水位时，中水位行程开关闭合，常开触点 x016 闭合，同样，当过滤器中的压力达到设定值时，会使过滤器的产出水阀门开启，将水 排到过滤水箱，调试结果如图 4-21 所示 图 4-21 自动正冲洗过滤过程中的过滤过阶段的调试图 （7）当过滤水箱的液位达到高水位时，系统会关闭过滤器进水阀门和过滤器产出 水阀门，同时还会发出警报声

48、，调试结果如图 4-22 所示 图 4-22 自动正冲洗过滤过程中的过滤阶段调试图 4.42 手动正冲洗过滤程序的调试 （1）按下启动按钮 sb0，冲洗状态按钮 sa1-1，手动正冲洗按钮 sa2-3，常开触点 x00、x002、x005 闭合，若液位检测装置检测到冲洗水箱到达冲洗水箱中水位水位，冲 洗水箱中水位行程开关 sq2 闭合，常开触点 x013 闭合，按下手动冲洗水箱进水阀门按 钮，则冲洗水箱进水阀门打开，对冲洗水箱进行补水，调试结果如下图 4-23 所示 图 4-23 手动正冲洗过滤过程中冲洗阶段的调试图 （2）当冲洗水箱的液位达到高水位时，冲洗水箱髙液位行程开关闭合，常开触点 x

49、014 闭合，若按下手动冲洗水泵启动按钮，则使冲洗水泵启动，调试结果如下图 4-24 所示 图 4-24 手动正冲洗过滤过程中的冲洗阶段调试图 （3）当系统进入过滤阶段时，手动按下过滤器进水阀门按钮时，过滤器进水阀门 会开启说明程序是正确的，调试结果如下图 4-25 所示 图 4-25 手动正冲洗过滤过程中的过滤阶段调试图 （4）当过滤水箱的液位达到中液位时，过滤水箱中的中液位行程开关闭合，使得 常开触点 x016 闭合，若手动按下过滤器厂出水阀门按钮，则会使得过滤器产出水阀门 开启，过滤器中的水进入过滤水箱，说明程序正确，调试结果如下图 4-26 所示 图 4-26 手动正冲洗过滤过程中的过

50、滤阶段调试图 （5）当过滤水箱中的液位达到高水位时，系统会停止过滤器进水阀门及产出水阀 门，并发出警报声，延时一段时间后，手动按下停止按钮则会使系统重新进入冲洗状 态，调试结果如下图 4-27 所示 图 4-27 手动正冲洗过滤过程中的过滤阶段调试图 结束语 通过这次设计，了解了 plc 在自动控制中的运用，可编程序控制器（简称 plc） 是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种 新型工业自动化控制装置，它专门为工业控制而设计，具有功能强，编程简单，使用 方便等优点，在现代工业自动控制中使用越来越广泛.本文针对工业对水质要求的特点， 设计开发了一套基于 plc

51、 的电气自动化控制的水处理系统。该系统利用 plc 实现对水 泵电机的启动和停止运行，同时把水泵电机控制纳入自动控制系统。 此设计后，基本掌握了三菱公司 fx2n 型 plc 的使用方法，并用其来设计简单的自 动控制过程，受益匪浅。当出现故障时，系统停止运行，发出故障报警信号。利用电 控柜上的指示灯来观察每一台水泵是否正常运行,相对应的绿色指示灯亮说明水泵正常 运行，当水泵过载时对应红色指示灯亮，系统停止运行。为了方便操作与维修，此系 统可手动运行和自动运行,利用三位开关切换手动/自动。 通过本次毕业设计，不仅使我巩固了对原有知识的掌握，还拓宽了我的知识面。 在提高自己的同时，我也更加清楚地认识到自己的一些不足之处。比如：在硬件设备 之间的连接，i/o 端口的分配，地址的分配这几方面自己起初不是很了解，但经过这半 年的学习，以及向老师、同学们请教，我对这些知识有了更深入的理解。通过这半年 的实践和学习，我学到了很多课本中无法涉及到的知识，体会到了工程设计的复杂与 困难，也感受到了亲自做出成绩的成功与喜悦，这些都为即将开始的工作打下了坚实 的基础。在以后的学习和生活中，我会不断地提高、充实自己，争取获得更大的成绩。 参考文献 1 孙国浩、左玉营ca6140 普通车床的数控化改造j山东机械，2005(3)：2125 2 王维义，朱森元，拓展旧机床数控化改造的市场