基于PLC的过滤流程控制系统设计

毕业设计论文论文题目：基于PLC的过滤流程控制系统设计学生姓名：班级学号：专业：电气自动化技术院（系）：电气工程学院指导教师：职称副教授二零年月日摘要随着我国经济的发展和人民生活水平的逐渐提高，对环境质量提出更高更好的要求。因此，解决好水污染问题，有效地实现污水处理，是保护生态环境以及为人们营造舒适生活环境的重要条件。本文在参阅大量技术参考文献的基础上，对污水过滤流程的实际工艺进行了详细的研究；根据污水过滤流程的工艺特点和要求，采用PLC实现其自动控制。其次，依照控制系统设计的原则和步骤，分别进行了系统硬件设计和软件设计。在选择欧姆龙系列的可编程控制器的基础上，对沉降罐排污、过滤器过滤和过滤器反冲洗三部分进行了控制系统设计。设计好的过滤流程PLC控制系统有望实现污水过滤流程系统的有效控制控制，节省人力物力。论文主要由过滤流程工艺、硬件选型和软件设计三大部分组成。过滤流程工艺部分主要介绍了过滤流程的工作原理、工艺特点和控制要求；硬件选型部分详细说明了PLC功能模块的选型、输入输出点数的确定和输入输出地址的分配；软件设计部分主要论述了PLC内部地址的分配、程序流程图和梯形图等内容。AbstractWiththedevelopmentofournationaleconomyandthepeople’slivingstandardsimproved,peopleneedhigherqualityandbetterenvironmentalrequirements.Asaresult,solvingtheproblemofwaterpollutionandcompletingthesewagetreatmentaretheimportantconditionthatprotectstheecologicalenvironmentandcreatesthecomfortablelivingenvironment.Afterreadingalotoftechnicalreference,researchestheactualsewagedisposalprocessinthefiltrationprocess,andsewagefilterachievestheautomaticcontrolbyPLCaccordingtothetechnologicalcharacteristicsoftheprocessandrequirements.Second,completesthesystemhardwareandsoftwaredesigninaccordancewiththeprinciplesandstepsofcontrolsystemdesign.Thecontrolsystemdesigncanisdividedintothesewagesettlingtank,filtersandfilterbackwashinthechoiceoftheOmronseriesPLC.DesignedPLCcontrolsystemisexpectedtoachievewaterfiltrationsystem,savinghumanandmaterialresources.Thisdissertationhasthreemajorcomponentsbythefiltrationprocesstechnology,selectionofhardwareandsoftwaredesign.Filteringprocessintroducessomeofthemajorfilteringprocessflowworks,processcharacteristicsandcontrolrequirements.HardwareselectionsectiondetailstheselectionofPLCmodules,inputandoutputpointstodetermine,thedistributionofinputandoutputaddress.SoftwaredesigndiscussessomeofthemajorPLCinternaladdressallocation,programflowchartandLD.Keywords:Filtrationprocess;Subside;Backwash;PLC;LD目录第一章绪论 41.1课题研究的背景及意义 41.2国内外研究现状 41..1国内污水处理情况 41.2.2国外污水处理情况 5第二章过滤流程及PLC概述 72.1工艺流程及设备控制要求 72.1.1沉降、过滤过程的原理 72.1.2沉降、过滤过程的工艺流程 72.1.2.1沉降罐排污流程 82.1.2.2过滤器过滤流程 82.1.3工艺设备的控制要求 92.1.3.1控制系统组成 92.1.3.2设备控制原理 102.2可编程控制器PLC概述 112.2.1PLC的基本概念 112.2.2PLC的基本结构 112.2.3PLC的工作原理 132.2.4PLC的主要特点 142.3本章小结 15第三章系统的硬件设计方案 163.1PLC硬件选型 16的发展 173.3PLC的分类 183.3.1按I/O点数容量分类 183.3.2按结构形式分类 19按功能分类 203.4PLC的硬件基本组成 203.5PLC选型 243.6西门子S7-200PLC的特点 243.7西门子S7-200PLCCPU选型 253.8PLC控制输入/输出端子接线图 25第四章系统的软件设计方案 274.1PLC内部地址分配 274.2STEP7-Micro/WIN32软件介绍 284.2.1STEP7-Micro/WIN32的主要功能 294.2.2STEP7-Micro/WIN32的基本指令 29系统户设计的原则 314.4系统的控制要求 31地址分配 314.5.1分配原则 324.5.2I/O地址常见分配方法 324.5.3沉降、过滤工艺流程图 32软件程序梯形图见附录 344.5.5程序的调试 34结论 35第五章论文总结 37参考文献 38致谢 40第一章绪论1.1课题研究的背景及意义随着我国经济的发展和人民生活水平的逐渐提高，必然对环境质量提出更高更好的要求。但是伴随着城市规模的不断扩大，被污染的淡水资源也在逐年增加。水，作为一种必不可少的资源，长期以来一直被认为是取之不尽，用之不竭的。在这种观念的驱使下，水环境的质量越来越恶劣，水资源短缺也越来越严重，由此造成的水危机将成为社会经济发展的重要制约因素。解决好水污染问题，对污水处理后再排放，是保护生态环境以及为人们营造良好舒适生活环境的重要条件。我国“十一五”规划纲要提出了“节能减排”的明确目标；2009年7月19日，国务院办公厅印发了《2009年节能减排工作安排的通知》；2009年12月18日，国务院总理温家宝出席了哥本哈根气候变化会议领导人会议，并发表了题为《凝聚共识加强合作推进应对气候变化历史进程》的重要讲话，全面阐述了我国政府应对气候变化问题的立场、主张和举措。可见节能减排已是我国建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是维护中华民族长远利益的必然要求。过滤流程PLC控制系统是利用可编程控制器（PLC）将多套沉降装置和过滤装置联接起来对污水实现全自动控制的系统；是一套污水处理系统的重要组成部分；是降低水污染、改善水环境质量的重要技术手段。它把回收的污水（又称原水）进行加药沉降，上层清液过滤后可以重新利用。这样就能够避免直接把废水排放到自然环境所造成的环境污染问题，节能减排，既能缓解水环境质量不断恶化的趋势，又能改善水资源短缺的态势，促进经济社会快速稳定向前发展。1.2国内外研究现状1..1国内污水处理情况目前我国的水污染较为严重，并且污水的排放量在逐年增加。我国每年排放的污水量已超过400亿立方米且处理率低，大量的污水直接排入天然的水体中，造成了严重的水体污染。据统计已超过80%的河流受到不同程度的污染，因此加快污水处理务。我国污水处理水平低，不论是设备还是技术，或者是处理的深度和广度，都远远落后于欧美等发达国家。我国平均每200多万人拥有一座污水处理厂，而且在污水处理的深度上也存在着很大的欠缺。到2004年底，我国已建设的城市污水处理厂668座，其中二级处理厂282座。这些污水处理厂的建设，极大地提高了污水处理水平，但是处理量的增加仍远远滞后于污水排放量的增加，两者之间的差距还在进一步拉大。根据按98年的资料，我国城市污水的处理率仅为15.8%，而欧美等发达国家如美国早在1980年就已达到70%了。我国现存的污水处理设备运行状况是1/3运行正常、1/3不正常、1/3处于停止状态，前景堪忧。我国污水处理的普遍情况是污水处理能力增长缓慢、污水处理率低和自动化程度不高，且主要表现在以下几个方面：⑴污水处理技术落后长期以来，我国污水处理技术都是沿袭欧美国家的处理技术，在吸收、消化的同时形成自己的技术，但是我国现阶段采用的大部分技术都是上个世纪欧美国家的处理技术。这些技术存在效率低、能耗高、维修率高、自动化水平低等缺点，并且严重制约了我国污水处理能力的提升，使得我们与同时期的欧美国家的污水处理技术存在很大的差距。⑵污水处理能力不足随着我国经济的快速发展，污水的排放量日益增加。单独依靠以前中下型的污水处理系统很难满足污水处理的需要，研究和开发高效的、大型的污水处理系统已经迫在眉睫了。⑶管理水平低我国各种类型及层次的控制系统并存，良莠不齐。这使得污水处理技术复杂，操作人员的技术素质和管理水平不能很好适应，这就制约了污水处理系统的正常运行。1.2.2国外污水处理情况在国际上，大规模的水污染治理最早是在二战后，由于上世纪50年代经济蓬勃发展带来的，60年代日益严重的环境污染而展开的，如英国的泰晤士河和欧洲的莱茵河等水系的污染和治理就是典型的例子。至70年代末，美国投入了数千亿美元兴建了18000余所污水处理厂，英国、法国、德国、瑞士等各耗费巨资兴建了7000至8000座污水处理厂，这些污水处理厂的投入运行对这些国家的水体污染改观起到了关键的作用，也为人们治理水污染积累了丰富的经验。经济发达的欧美国家除了非常重视污水处理的新理念和新技术之外，更重视污水处理的自动控制问题，先后研究开发了各种高效率，智能型和集约型的污水处理系统，并采用了计算机自动控制处理工艺，取得了非常理想的效果。许多先进的污水处理厂基本实现用计算机进行数据记录和运行过程控制，实现了全自动无人值守控制模式。如美国的爱阿华污水处理厂采用数字式计算机控制自动加钒，运转一年就降低钒消耗20%，并且提高了管理水平和稳定了水质。此外，德国慕尼黑城市污水处理厂、日本东京朝霞污水处理厂等也先后采用计算机自动控制污水处理工艺，并取得很理想的效果。现在美国大中型污水处理厂均采用一套集散型的自动控制系统进行控制，他们在厂区范围内设有若干台现场计算机，对整个污水处理过程实现多环路控制，其中包括沉降、过滤、反冲洗、臭氧杀菌、化学药剂投放、泵房等，然后使用无线通信技术将数据信号传送到控制室中进行记录、分析和整合。与此同时，欧美国家的污水处理工艺也日趋多样化，如鼓曝法、氧化沟法、SBR法、生物膜法等。多样化的污水处理工艺和先进的自动控制系统使得欧美国家的污水处理产业在整个国民经济中占有较为重要的地位，并使得他们的污水处理规模、工艺、自动化程度都处在世界领先的地位。目前欧美国家的污水处理自动控制系统一般具有以下的特点：（1）采用分布式计算机控制；（2）工艺的自动调整；（3）工艺过程趋于复杂；（4）冗余化设计；（5）大量采用智能仪表；（6）无线通信技术。第二章过滤流程及PLC概述2.1工艺流程及设备控制要求2.1.1沉降、过滤过程的原理图2.1是一个污水处理的流程原理图。图2.1完整的污水处理流程图它是将原水（污水，废水）经过加药、消毒，然后在沉降罐中沉降，最后通过过滤器过滤成可以正常利用的水。原水过滤包括污水处理和污泥处理两个子系统，他们之间相辅相成，共同构成一个完整的污水处理系统。今天我的论文不是来讨论这整个系统，而是探讨其中的一小部分——沉降和过滤。众所周知，过滤流程是将原水经过加药处理过后，在水中产生化学反应形成许多的絮凝物，再经过一段时间的静置，最终将原水中的大分子物质沉降到罐的底部，上层的清液由沉降罐的顶部流出。经过加压泵直接进入过滤器中，液体通过过滤器过滤就可以达到所要求的技术指标。沉降罐底部的淤泥需要定时排出。沉降和过滤过程是通过沉降罐和过滤器实现的。沉降罐是用来沉降液体中的絮凝物，一般采用3～5个沉降罐并联工作。该过滤流程工艺采用了4个沉降罐，并且每个沉降罐底部周围都有4个排污阀，在设定的循环周期中，4个排污阀依次打开（4个排污阀中只有1个打开），将罐底的淤泥排出。过滤器是内部填充有多层滤料的承压罐，一般采用6～10个过滤器并联工作，该过滤流程工艺使用了8个过滤器。每个过滤器过滤一段时间之后要进行反冲洗操作，这样可以清除滤料上的污渍，以保证整个流程连续不断的运行。过滤器从开始进水过滤到反冲洗完毕算作一个周期。2.1.2沉降、过滤过程的工艺流程污水处理系统的过滤流程的工艺流程图如图2.2所示。图带设备的过滤工艺流程图2.1.2.1沉降罐排污流程①沉降 原水在经过加药混合后，沿着管道分别送入M1、M2、M3、M4等四个沉降罐中。静置一段时间，等到将大部分杂质沉淀在沉降罐底部时，再将上层清液由顶部的出水口流出，最后通过加压泵加压进入过滤器中。②排污沉降一段时间后，每个沉降罐底部都会产生大量的淤泥，这时就需要依次将沉降罐底部的4个排污阀门打开，并且每次只能有一个阀门打开，最终将底部的淤泥全部排出。2.1.2.2过滤器过滤流程①过滤把经过沉降的上层清液分别送入N1～N8等8个过滤器中。将每个过滤器的进水阀和出水阀都打开，上层清液由进水阀流入，经过过滤器的多层过滤后，由出水阀流出，最后送入清水池存储起来。②反冲洗每个过滤器过滤一段时间后都要进行反冲洗。首先将过滤器的进水阀和出水阀关闭，再打开排水阀和排气阀，将过滤器中的水和气体排出。待水和气体排出后，再将排水阀和排气阀关闭。最后启动反冲洗泵，打开反冲洗进水阀和出水阀，开始反冲洗操作。2.1.3工艺设备的控制要求该过滤工艺采用的设备都具有手动/自动功能。当设备处于自动工作状态时，所有的设备将按PLC程序中设定的时间间隔工作。当设备处于手动工作状态时，操作工可以使用控制盘上面的按钮来控制设备的运行附录附录2.1.3.1控制系统组成在控制室有一面控制盘。控制盘上有用于控制操作的开关、按钮和定时器，以及用于显示工作状态的指示灯等控制设备。控制盘内安装有一台OMRON的CQM1系列的PLC。PLC输出节点通过电缆线和现场的设备相连。控制阀均采用气动蝶阀，控制电磁阀采用两位五通单电控电磁阀。控制系统组成如图2.3所示。图控制系统组成图2.1.3.2设备控制原理①沉降罐的控制沉降罐的控制分为手动和自动两种控制方式。这两种控制方式都是由PLC按程序设定好的操作顺序依次控制沉降罐阀门的开启和关闭，不需要操作工到现场手动启闭控制阀门。ⅰ.手动状态当沉降罐选择手动方式开启时，该沉降罐不会按照沉降罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作，而是通过操作工启动仪表盘上的按钮来启动该沉降罐，使其完成排污过程。ⅱ.自动状态当沉降罐选择自动方式开启时，该沉降罐将按照沉降罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作，不需要操作工的干预。在任何时候，均可以中断沉降罐的排污过程。②过滤器的控制过滤器的控制分为手动、自动和差压三种控制方式。这三种控制方式都是PLC按程序设定好的操作顺序依次控制过滤器阀门的开启和关闭，不需要操作工到现场手动启闭阀门。ⅰ.手动状态当过滤器选择手动方式开启时，该过滤器不会按照过滤器定时器所设定好的时间间隔定时自动操作，而是通过操作人员来启动仪表盘上的按钮来启动该过滤器，使其完成反冲洗过程。ⅱ.自动状态当过滤器选择自动方式开启时，该过滤器将按照过滤器定时器所设定好的时间间隔定时自动操作，不需要操作工的干预。ⅲ.差压控制状态无论过滤器选择何种方式工作时，只要该过滤器的差压开关动作后，仪表盘上的差压报警指示灯点亮，都将自动开始过滤器的反冲洗过程。当过滤器正在反冲洗时，以上的控制都不起作用，只有等到反冲洗操作停止之后才能起作用。在任何时候，均可中断过滤器的反冲洗过程。2.2可编程控制器PLC概述2.2.1PLC的基本概念PLC（ProgrammableLogicController）可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或者生产过程，是工业控制的核心部分。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过出逻辑控制的范围。因此，今天这种装置被称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称相混淆，所以将可编程序控制器简称PLC。2.2.2PLC的基本结构PLC虽然是一种专用于工业控制的计算机，但是其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本结构如图2.4所示：图PLC的基本结构⑴电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。⑵中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后执行逻辑或算术运算的结果，并送入I/O映像区或数据寄存器中。等所有的用户程序执行完毕之后，将I/O映像区内的输出状态或数据寄存器内的数据传送到相应的输出装置上，如此循环运行，直到停止工作。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。⑶存储器存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行du/view/275137.htm"结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。按用途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）,也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。⑷输入输出接口电路1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用是PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。⑸功能模块随着PLC应用范围的扩大，各PLC制造厂家在提高PLC主机性能的同时，还开发了专门用途的功能模块，以满足各种工业控制的特定需要。这些模块包括：高速计数器模块、定位控制模块、A/D和D/A模块、PID模块、PLC模块、PLC网络模块、PLC与计算机通信模块、中断控制模块、温度传感器输入模块、BASIC模块、语音输出模块等。⑹通信模块备或主计算机之间的通信，如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。远程I/O系统也必须配备相应的通信接口模块。2.2.3PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。⑴输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映像区中相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映像区中相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。⑵用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映像区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映像区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点在I/O映像区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。⑶输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外部设备。2.2.4PLC的主要特点PLC是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以在工业控制方面，它具有继电器控制或通用计算机所无法比拟的特点。⑴可靠性高，抗干扰能力强PLC的平均故障间隔时间可达几十万小时。硬件方面抗干扰措施有隔离、绿宝，软件方面设置故障检测与诊断程序、状态信息保护功能。⑵编程软件简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。⑶适应性好，具有柔性由于可编程控制器产品均成系列化生产，品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便。可单机控制，也可联网操作。⑷功能完善，接口多样具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制、A/D、D/A转换、数值运算、数据处理、通信联网等功能。⑸易于操作，维护方便安装方便，具有DIN标准导轨安装卡扣，用螺丝刀可以完成与不同设备的连接，有完善的自诊断功能和运行故障指示装置。目前，PLC在国内外已广泛应用于汽车装配、数控机床、机械制造、电力石化、冶金钢铁、交通运输、轻工纺织、污水处理等各行业中。2.3本章小结本章主要介绍了污水处理中沉降、过滤过程的工艺流程和工艺设备的控制要求，并简单介绍了可编程控制器PLC的基本概念、基本结构、工作原理和主要特点。为下一章进行过滤流程的硬件设计奠定好基础。第三章系统的硬件设计方案3.1PLC硬件选型接触器）在控制系统中，所有设备是根据控制面板上的按钮情况或者根据定时器的反馈值进行动作的，因此需要PLC根据当前的工作情况，以及按钮的情况来控制所有设备的起停。在此会用到了接触器、反冲洗泵接触器，为此该系统选用施耐德LCI-D0901M5C交流接触器，其额定电压220V，额定电流9A。其特点有：高标准：符合IEC60947-4-1和GB14048.4标准。长寿命：机械寿命高达2000万次；电寿命高达200万次.强适应性：“TH”防护处理，可以在湿热的环境中使用。宽电压：线圈控制电压在70%-120%Uc之间波动，不影响产品正常工作，强通用性：具有50Hz-60Hz通用线圈，可以全世界通用。模块化：产品本体上可以附加辅助触头，通电/断电延时触头，机械闭锁等模块。也可以很方便的组合可逆接触器、星-三角启动器。电磁阀）电磁阀是通过线圈驱动来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动。工作原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。控制阀门采用气动蝶阀，控制电磁阀采用两位五通单控电磁阀。加压泵）一般的泵产品，就驱动方式而言，可分为交流泵和直流泵。如果要改变管道流量的话，通过改变电磁阀开度或者改变蹦的转速，都可以实现。蹦是输送液体或者使液体增压的机械。它将原动机的机械能或者其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。泵主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬浊液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。在过滤过程中使用普通型的增压泵即可满足控制要求。根据上述分析，选择18WG-18即可满足要求。④I/O接口的统计输入输出自动模式自动运行灯手动模式手动运行灯手动排污阀开关1排污阀1手动排污阀开关2排污阀2手动排污阀开关3排污阀3手动排污阀开关4排污阀4手动过滤进水阀开关I过滤进水阀手动出水阀开关出水阀手动加压泵开关加压泵手动排水阀开关排水阀手动排气阀开关排气阀手动反冲洗泵开关反冲洗泵手动反冲洗进水阀开关反冲洗进水阀早期的的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的代替物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上做了改进以适应工业现场的要求。装置中的期间主要采用分立元件和中小规模集成电路，储存器采用磁心储存器。另外，还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC性能要优于继电器控制装置，其优点是简单易懂、便于安装、体积小、体积小、能耗低、有故障显示、能重复使用等。其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。20世纪70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU),这样使PLC的功能大大增强，在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以及，还增加了算数、数据处理和传送、通信，自诊断等功能。在硬件方面，除了保持原有的开关模拟以为，还增加模拟量模块、远程I/O模块，各种特殊功能模块并扩大了储存器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加。除此以外，还提供了一定数量的数据储存器。进入20世纪80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发出专用逻辑处理芯片，这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。3.3PLC的分类PLC发展到今天，已经有了多种形式，而且功能也不尽相同。分类时，一般按以下原则来考虑。3.3.1按I/O点数容量分类一般而言，处理I/O点数越多，控制关系就越复杂，用户要求的程序存储器容量越大，要求PLC指令及其他功能比较多，指令执行的过程也比较快。按PLC的输入、输出点数的多少可将PLC分为以下三类。小型机小型机PLC的功能一般以开关量控制为主，小型PLC输入、输出点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4K左右。现在的高性能小型PLC还具有一定的通讯能力和少量的模拟量处理能力。这类的PLC的特点是价格低廉，体积小巧，适合于控制单台设备和开发机电一体化产品。典型的小型机有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整体式PLC产品。中型机中型PLC的输入、输出总点数在256到2048点之间，用户程序存储器容量达到8K字左右。中型PLC不仅具有开关量和模拟量的控制功能，还具有更强的数字计算能力，它的通信功能和模拟量处理功能更强大，中型机比小型机更丰富，中型机适用于更复杂的逻辑控制系统以及连续生产线的过程控制系统场合。典型的中型机有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列等模块式PLC产品。大型机大型机总点数在2048点以上，用户程序储存器容量达到16K以上。大型PLC的性能已经与大型PLC的输入、输出工业控制计算机相当，它具有计算、控制和调节的能力，还具有强大的网络结构和通信联网能力，有些PLC还具有冗余能力。它的监视系统采用CRT显示，能够表示过程的动态流程，记录各种曲线，PID调节参数等；它配备多种智能板，构成一台多功能系统。这种系统还可以和其他型号的控制器互联，和上位机相联，组成一个集中分散的生产过程和产品质量控制系统。大型机适用于设备自动化控制、过程自动化控制和过程监控系统。典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列、AB公司的SLC5/05等系列。3.3.2按结构形式分类根据PLC结构形式的不同，PLC主要可分为整体式和模块式两类。整体式结构整体式结构的特点是将PLC的基本部件，如CPU板、输入板、输出板、电源板等紧凑的安装在一个标准的机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元（主机）或扩展单元。基本单元上设有扩展端口，通过扩展电缆与扩展单元相连，配有许多专用的特殊功能的模块，如模拟量输入/输出模块、热电偶、热电阻模块、通信模块等，以构成PLC不同的配置。整体式结构的PLC体积小，成本底，安装方便。微型和小型PLC一般为整体式结构。如西门子的S7-200模块式结构模块式结构的PLC是由一些模块单元构成，这些标准模块如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块和各种功能模块等，将这些模块插在框架上和基板上即可。各个模块功能是独立的，外型尺寸是统一的，可根据需要灵活配置。目前大、中型PLC都采用这种方式。如西门子的S7-300和S7-400系列。整体式PLC每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，在小型控制系统中一般采用整体式结构。但是模块式PLC的硬件组态方便灵活，I/O点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的使用等方面的选择余地都比整体式PLC大的多，维修时更换模块、判断故障范围也很方便，因此较复杂的、要求较高的系统一般选用模块式PLC。根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。高档PLC除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。3.4PLC的硬件基本组成可编程控制器的构成框图和计算机是一样的，都由中央处理器（CPU）、存贮器和输入/输出接口等构成。因此，从硬件结构来说，可编程控制器实际上就是计算机，图4-2是其硬件系统的简化框图。从图中可以看出PLC内部主要部件有:（1）CPU（CentralProcessUnit）CPU是PLC的核心组成部分，与通用微机的CPU一样，它在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢，故称为“电脑”。其功能是：按PLC中系统程序赋予的功能，•接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。b、用扫描方式接收现场输入装置的状态式数据，并存入映象寄存器或数据寄存器中。c、诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。d、在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令规定的任务，产生相应的信号，去启闭有关控制门电路。分时分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑式算术运算等任务。根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输出映象寄存器的位状态式数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表、打印式数据通讯等。PLC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。通用的微处理器常用的是8位机和16位机，如Z80A、8085、8086、6502、M6800、M6809、M68000等。单片机常用的有8039、8049、8031、8051等。双极型位片式微处理器常用的有AMD2900、AMD2903等。①用通用微处理器作CPU在低档PLC中，用Z80A做CPU较为普遍，Z80A用于PLC有如下长处：Z80（或Z80A）CPU及其配套的芯片廉价、普及、通用，用这套芯片制成的PC，给维修及推广普及带来方便。Z80有独立的输入/输出指令,而且指令格式较短，•执行时间也较短，这样有利于扫描周期的缩短。Z80输入/输出指令格式较短，相应的输入/输出设备编码也较短，所以相应的译码硬件器较简单。由于Z80的信息是采用输入/输出映射方式，因而设计流程序时，对输入/输出与存储器寻址容易区别。②用单片机作CPU自从1974年出现单片机以来，•已有不少产品采用单片机做可编程序控制器。日本三菱F系列PLC就采用美国INTEL公司MES－48系列的单片机8049和8039做处理器，8039单片机在一块片子上集成了8位的CPU，•128×8的数据存储器。27条输入/输出线，T0、T1、INT测试线及8位定时器/计数器，时钟振荡电路等。自80年代以来，出现了集成度更高。功能更强，并带有“布尔机”而又便于作数据通信的MCS-51系列单片机以及功能更高的16位单片机，大有取代MCS－48系列之势。日本三菱的F2系列PLC即采用CPU8031。MCS－51系列单片机是美国INTEL公司在MCS－48单片机基础上，于80年代初推出的产品，具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低价格等特点。它有三个代表产品：8051、8751和8031，它们分别有不同的应用特性。8051是以4K字节EPR0M代替4K字节的R0M的8051；8031是内部无R0M8051。必须外接EPR0M；INTEL公司的96系列的单片机，字长为16，运算速度比51系列更高，这必将为高档次的PLC开发和应用带来美好的远景。用单片机制成的PLC有以下显著特点：为机电设备一体化创造了条件，因为由单片机制成PLC，体积更小。同时PLC逻辑功能很强，并且具有数值运算和通信接口。③用位片式微处理器作CPU位片式微处理器的主要特点是：速度快、灵活性强、•效率高等特点。可以进行“级联”，易于“流水线”操作。（2）系统程序存储器它用以存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释功能子程序的调用管理程序，•以及对应定义（I/0、内部继电器、计时器、计数器、移位寄存器等存储系统）参数等功能。（3）用户存储器用以存放用户程序即存放通过编程器输入的用户程序。PLC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。同时，由于前面所说的系统程序直接关系到PLC的性能，不能由用户直接存取。因而通常PLC产品资料中所指的存储器型式或存储方式及容量，是对用户程序存储器而言。常用的用户存储方式及容量型式或存储方式有CM0SRAM，EPR0M和EEPR0M。信息储存常用盒式磁带和磁盘。M0SRAM存储器是一种中高密度、低功能、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源。•一旦交流电源停电，用锂电池来维持供电，可保存RAM内停电前的数据。•锂电池寿命一般为1―5年左右。EPR0M存储器是一种常的只读存储器，定入时加高电平，擦除时用紫外线照射。•PLC通过写入器可将RAM区的用户程序固化到R0M盒中的EPR0M中去。在PLC机中插入R0M盒，PLC则执行R0M盒中用户程序；反之，不插上R0M盒，•PLC则执行RAM区用户程序。EEPR0M存储器是一种可用电改写的只读存储器。（4）输入输出组件（I/0模块）I/•0模块是CPU与现场I/0装置或其它外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/0模块和各种用途的I/0组件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换数据、•误码较验、A/D或D/A转换以及其它功能模块等。I/0模块将外界输入信号变成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象（包括开关量和模拟量），以确保整个系统正常工作。输入的开关量信号接在IN端和0V端之间，PLC内部提供24V电源，输入信号通过光电隔离，通过R/C滤波进入CPU控制板，CPU发出输出信号至输出端。PLC输出有三种型式：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。（5）编程器编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视等。还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯以及编程、监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符式命令语言助记符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程。编程器分为简易型和智能型两类。前者只能连机编程，而后者既可连机编程又可脱机编程。同时前者输入梯形图的语言键符，后者可以直接输入梯形图。根据不同档次的PLC产品选配相应的编程器。（6）外部设备一般PLC都配有盒式录音机、打印机、EPR0M写入器、•高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。（7）电源根据PLC的设计特点，它对电源并无特别要求，可使用一般工业电源。3.5PLC选型由于设计的污水处理控制系统是应用在小规模的污水处理，PLC可以用于代替几点起的简单控制场合，也可以用用于复杂的自动化控制系统。由于他有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥起作用，PLC在下列领域中已经得到了广泛的应用：机床控制、食品工业、化学工业、陶瓷工业、电力自动化设备、实验室设备、电梯、中央空调、真空装置、恒压供水和化工系统各种泵和电磁阀的控制等。西门子S7-200PLC在污水处理控制系统中的应用，属于在该系列PLC的典型应用。含油污水过滤控制系统的核心是PLC，哪些信号需要输入至PLC，PLC需要哪些负载，以及采用何种编程方式，都是需要认真考虑的问题，都会影响到其内部I/O点数的分配。因此，I/O点数的确定是设计含油污水过滤自动控制首先需要解决的问题，决定着系统硬件部分的设计，也是系统软件编写的前提。由于工艺流程比较固定、环境条件比较好，所以选用西门子S7-200PLC.3.6西门子S7-200PLC的特点S7-200S是西门子自动化与驱动集团开发、生产的整体式小型PLC。S7-200PLC除了能够惊醒传统的继电逻辑控制、计数与计数控制，还能进行复杂的数学运算、处理模拟量信号，并可支持多种协议和形式与其他智能设备进行数据通信。S7-200的核心部件是CPU（即中央处理器），实际的工艺计算就在CPU中进行。开发人员必须根据实际的工艺要求，在软件开发环境中选择合适的指令，把它们编辑，组合成能够完成上述功能的程序并下载到CPU中执行。S7-200的指令丰富，结构紧凑，指令功能强大，易于掌握，操作方便，同时它的扩展性良好，内置有高速计数器、高速输出、PID控制器、RS-485通信/编程接口、PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信功能。最多可以扩展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O口，最多有26KB程序和数据储存空间。3.7西门子S7-200PLCCPU选型根据沉降和过滤控制要求和I/O控制点的点数，本系统选用CPU226本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。26K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。3.8PLC控制输入/输出端子接线图第四章系统的软件设计方案4.1PLC内部地址分配在含有污水过滤流程控制系统设计中，只有PLC硬件设计还不够，必须得有与之相应的软件设计。这就要根据PLC系统硬件设计和生产工艺要求以及软件规格说明书，使用相应的编程语言指令，编制要实现Controllogix系统PLC实际应用程序形成程序说明书的过程，而这个过程就是程序设计。①设计步骤一般PLC控制系统的设计步骤如图4.1，具体操作如下。开始设计开始设计控制要求分析↓控制要求分析↓PLC程序设计I/O点数分配选择合适的PLC确定输入输出设备PLC程序设计I/O点数分配选择合适的PLC确定输入输出设备↓↓↓模拟调试↓模拟调试现场联机调试↓现场联机调试↓整理技术文件整理技术文件设计结束↓设计结束 图4.1设计步骤示意图②控制要求分析在设计PLC控制系统之前，必须对工艺过程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己所要完成的任务，并更好地完成任务，设计出令人满意的控制系统。③确定输入/输出设备根据控制要求选择合适的输入设备(控制按钮、开关、传感器等)和输出设备(接触器、继电器)。并根据所选用的输入/输出设备的类型和数量，确定PLC的I/O点数。④选择合适PLC确定PLC的I/O点数后，就根据I/O点数、控制要求等来进行PLC的选择。选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。⑤I/O点数分配点数分配就是规定PLC的I/O端子和输入/输出设备的对应关系，画出I/O接线原理图。4.2STEP7-Micro/WIN32软件介绍为了达到生产工艺的要求，方便和快捷的实现系统的功能，本次设计选用了与西门子S7-200系统PLC相应的STEP7-Micro/WIN32编程软件STEP7-Micro/WIN32是专门为S7-200设计的、在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件，CPU通过PC/PPI电缆或插在个人计算机中的CP5511或CP5611通信卡与计算机通信。通过PC/PPI电缆，可以在Windows下实现多主站通信方式。STEP7-Micro/WIN32的用户程序结构简单清晰，通过一个主程序调用子程序或中断程序，还可以通过数据块进行变量的初始化设置。用户可以用语句表（STL）、梯形图（LAD)和功能块图（FBD）编程，不同的编程语言编制的程序可以相互转换，可以用符号表来定义程序中使用的变量地址对应的符号，使程序便于设计和理解。STEP7-Micro/WIN32为用户提供了基本上符合PLC编程语言国际标准IEC61131-3的指令集。通过调制调节器可以实现远程编程，可以用单次扫描和强制输出等方式来调试程序和进行故障诊断。4.2.1STEP7-Micro/WIN32的主要功能STEP7-Micro/WIN32的基本功能是协助用户完成应用软件开发的任务，例如创建用户程序、修改和编辑原有的用户程序，可以直接用软件设置PLC的工作方式、参数、上载与下载用户程序和程序运行监控等操作。软件功能的实现可以在联机工作方式（在线方式）下进行，部分功能的实现也可以在离线工作方式下进行。联机方式是指有编程软件的计算机与PLC连接，允许两者之间做直接通信。4.2.2STEP7-Micro/WIN32的基本指令基本位逻辑指令位逻辑指令主要是未操作及运算指令，也是PLC常用的基本指令，梯形图指令有触点和线圈两大类，触点又分常开触点和常闭触点两种形式；语句表指令有与、或以及输出等逻辑关系，位操作指令能实现基本的位逻辑运算和控制。下面就是集中基本位逻辑指令：逻辑取（装载）及线圈驱动指令LD、LDN、OUT。置位/复位指令S/R脉冲生成指令EU/EDRS出发指令定时器指令S7-200系列PLC的定时器是对内部时钟累计时间增量计时的。每个定时器均有一个16bit的当前值寄存器用以存放当前值（16位符号整数）；一个16bit的预置值寄存器用以存放时间的设定值；还有一位状态位，反应其触点的状态。定时器是PLC的重要元件，S7-200共有三种定时器。定时器可分为接通延时定时器（TON）、断开延时定时器（TOF)和带有记忆接通延时定时器（TONR)。计数器指令计数器利用输入脉冲上升沿累计脉冲个数。结构主要由一个16bit的预置数寄存器、一个16bit的当前值寄存器和一位状态位组成。当前值寄存器用以累计脉冲个数，计数器当前值大于或等于预置值时，状态为置1。S7-200系列PLC有三类计数器：CTU-加计数器、CTUD-加/减计数器、CTD-减法计数器。④比较指令比较指令是将两个操作数按指定的条件比较，操作数可以是整数，也可以是实数，在梯形图中，用带电参数和运算符的触点表示比较指令。比较条件成立时，触点就闭合，否则就断开。比较触点可以装入，也可以串、并联。比较指令为上、下限控制提供了极大的方便。⑤程序控制类指令程序控制类指令用于程序运行状态的控制，主要包括控制系统、跳转、循环、子程序调用以及顺序控制等指令。暂停指令（STOP）STOP:暂停指令，执行条件成立，停止执行用户，令CPU工作方式由RUN转到STOP。在中断程序中执行STOP指令，该中断立即终止，并且忽略所有挂起的中断，继续扫描程序的剩余部分，在本次扫描的最后，将CPU由RUN切换到STOP。结束指令（END/MEND)结束指令直接连在左侧母线时，为无条件结束指令（MEND），不连在左侧母线时，为条件结束指令。循环、跳转指令循环指令：程序循环结构用于描述一段程序的重复循环执行。有FOR和NEXT指令构成程序的循环体。FOR指令标记循环的开始，NEXT指令为循环体的结束指令。2）跳转指令：跳转指令在使能输入有效时，把程序的执行跳转到同一程序指定的标号（n）出执行；使能输入无效时，程序顺序执行。JMP与LBL（跳转的目标标号）配合实现程序的跳转。跳转标号n：0-255.子程序调用及子程序返回指令在程序设计中，通常将具有特定功能，并且多次使用的程序段作为子程序。主程序中用指令决定具体子程序的执行状况，当主程序调用子程序并执行时，子程序执行全部指令直至结束，然后系统将返回至调用子程序的主程序。PLC控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好地实现工艺提出的控制要求。以提高生产效率和产品质量，在PLC的系统设计时也应该把这个问题放到首位。PLC系统设计应当遵循以下原则：①根据工艺流程进行设计要求最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则；②控制系统长期运行中能否达到安全、可靠、稳定，是设计控制系统的重要原则；③在满足控制要求的前提下，尽量减少PLC系统硬件费用。这个要求，不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护既方便又成本低；④考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑PLC的可扩展性。因此在选择PLC机型和输入/输出模块时，要适应发展的需要，要适当留有裕量。4.4系统的控制要求在设计PLC控制系统之前，必须对工艺过程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己所要完成的任务，并更好地完成任务，设计出令人满意的控制系统。本次系统设计的控制要求有：①实现所有设备的自动/手动控制；②所有设备按PLC程序设定的时间间隔工作；③沉降过滤手动和自动运行的控制；④控制阀门的开关；根据控制要求选择合适的输入设备(控制按钮、开关、传感器等)和输出设备(接触器、继电器)。并根据所选用的输入/输出设备的类型和数量，确定PLC的I/O点数。由于I/O分配采用了映像寄存器机制，所以PLC控制系统建立起来以后，需要建立内部映像寄存器和实际的物理I/O接点的对应关系，以使主CPU模块能够访问其他模块进行数据交换。一般情况下，PLC提供的映像寄存器数量要比其所能扩展的实际物理I/O的点数多。4.5.1分配原则使系统中的每一个输入点都有输入映像区的某一位与之相对应。使系统中的每一个输出点都有输出映像区的某一位与之相对应。不要产生地址冲突错误，保证分配后的地址存在一一对应简单，选择灵活可靠，操作简单，映像寄存器资源利用充分。4.5.2I/O地址常见分配方法各个PLC厂家对不同型号的PLC都规定了各自的地址分配方法，总结起来典型的有如下几种。①固定编址法早期的整体式PLC多采用此方法，各个I/O点的地址是固定的。特点：采用这种固定的编址，方法简单，操作使用可靠，使用者只需按照规定的固定地址操作就可以了，但其灵活性差，系统配置限制较多。②槽位确定地址法各个I/O扩展模块的物理接点对应的映像寄存器的位置是由其所连接安装的位置决定的，当系统通电时，系统就可以根据各模块的类型及插入的槽位自动分配地址。特点：采用的是一种隐含约定的确定法，编址的灵活性由模块位置的任意性决定。③编程工具设定地址允许用户利用编程工具软件分配各模块的地址。特点：配置灵活，它允许用户按照自己的意愿来进行设定，可以充分地利用I/O点地址资源。4.5.3沉降、过滤工艺流程图开始开始时间到?NN沉淀时间到?依次打开排污阀时间到?排水阀，排气阀时间到?反冲洗泵，反冲洗进水阀，出水阀时间到?NNNYYYYY过滤进水阀，出水阀，加压泵4.5.4软件程序梯形图见附录4.5.5程序的调试控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全、可靠的关键。因此，控制系统的设计必须经过反复调试、修改。直到满足要求为止。程序调试可以分为两步：①模拟调试用户程序一般先在实验室进行模拟调试，程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载（如电磁阀、接触器等）。实际的反馈信号（如限位开关的接通等）可以根据流程图，在适当的时候用开关或按钮来模拟。在调试时应充分考虑各种可能的情况。系统和各种不同的工作方式，有选择序列的流程图中的每一条支路，各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后及时修改程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。②现场联机调试现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计很难说不经过现场调试就能使用的。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序发生矛盾之处；只有进行现场调试才能最后实地测试和最后调整控制电路好控制程序，以适应控制系统的要求。现场调试要等到系统其他硬件安装和接线工作完成后才能进行。在设计和模拟调试程序的同时就可以设计、制作控制台或控制柜，PLC这外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行，以缩短整个工程的周期。完成以上工作后，将PLC安装到控制现场，进行联机总调试，并及时解决调试时发现的软件和硬件方面的问题，然后经过修正后使其满足控制要求。下一步进行文件整理，主要包括整理与技术有关的文档，包括设计说明书、I/O接线原理图、程序清单和使用说明书。结论本次毕业设计的课题是PLC在含油污水过滤流程控制的应用设计。在设计过程中没有考虑到液面界定的问题，还有在具体的现场环境中各个阀门开闭的时间也会不同。在阀门和许多原件的具体选型上还做的不够。电路图的兑点，以及如何布局各个模块，各个原件的选型在经济上的考虑欠佳。因此此次设计大多是理论上的设计。更多的东西有待现场的检验。但是在此次设计中也基本搞清楚了石油污水在沉降、过滤流程的工艺。油田污水处理的工艺和发展有了初步了解。本设计涉及到的主要内容有：①PLC控制系统的软件设计（包括PLC的I/O点数、容量、I/O控制模块等）；②PLC控制系统的编程（运用了STEP7-Micro/WIN32编程软件）；③选择与PLC相关的输入/输出设备（现场检测元件）。虽然西门子S7-200PLC在工业生产中得到广泛的应用，但随着现代科技日新月异的发展，工业生产要求不断地提高，正朝着集约型方向发展。要求更高地自动化技术、更精良地仪器设备、更准确地监测和传输系统，而这些要求与PLC的发展又是息息相关的，PLC控制系统的优良决定了整个系统运作状态。本次设计是自动化控制系统设计的一个重要组成部分，是许多工业生产中首选的控制系统，但还存在着美中不足之处，还需要进一步的改进完善。第五章论文总结经过这一学期的不断研究和学习，对过滤流程PLC控制系统做了大量的工作。本文结合过滤流程的工艺特点和控制要求，完成了控制系统的硬件设计和软件设计，经过PLC梯形图的运行，完全符合过滤流程的实际运行过程，具有很强的实用性。综合本文，本文所设计的过滤流程PLC控制系统主要有以下特点：1、通过采用欧姆龙的可编程控制器（PLC）来实现过滤流程的控制，可以大幅缩短工作量，提高工作效率。该控制器利用大量的定时器来控制各种阀门的开启和关闭，这比采用手动开启和关闭阀门效率多了。同时，利用PLC来控制过滤过程在很大程度上降低了功耗，提高了效率。过滤流程PLC控制系统的自动化水平高，它可以集中控制4个沉降罐和8个过滤器的正常运行，提高了控制的准确度，节约了生产成本。同时，它也降低了操作人员的工作量，操作员只需坐在控制室中观察各个仪表的指示，就能很好地控制生产过程。由于可编程控制器具有很高的稳定性，因此过滤控制中出现故障的情况将会得到极大地减少，企业的生产成本将得到很大程度的降低。参考文献[1]国务院发展研究中心.确保实现“十一五”节能减排目标的通知[J].中国社会科学报，2005,35(1):31-35．[2]田文龙，刘瑶环.我国污水处理事