PLC控制系统的设计与实现

摘要水是生命之源，经济发展导致的水资源污染已经成为水处理行业不得不面对的主要问题。随着传统工业自动化、网络化技术和工业控制理论的不断发展给水处理行业的技术改造带来了新的希望，以自动控制技术、计算机技术、网络技术及软件技术的应用来实现水厂的自动化、信息化、现代化发展，已经是十分迫切的，也是改变目前我国污水处理企业被动局面的最有效办法之一。文章首先介绍了PLC控制系统的工作原理以及PLC控制系统的相关技术。然后介绍了污水处理系统的基本工艺和流程以及设计系统的原则。根据污水处理的要求设计了设备的电气控制与自动控制线路。按照工艺要求设计了污水处理系统硬件选型。自动化污水处理系统，不仅可以加强整个系统的可靠性、准确性，还可以减少劳动强度，降低处理成本和节约能源。关键词：污水处理、PLC、工艺和流程、硬件选型ABSTRACTWateristhesourceoflife,butthewaterpoluttionwitheconomicdevelopmenthasbecomedamainproblemwhichwatertreatmentindustrymustbefaced.Howerver,withthecontinuousdevelopmentofindustrialcontroltheory,networkandautomotivetechnology,itgivesnewhopeforthetechnicalrenovationofwatertreatmentindustrytorealizetheurgentautomation,informatizationandmodernbyapplyingautomotivecontrol,computer,networkandsoftwaretechnology.ThearticlefirstintroducestherelatedtechnologyworksPLCcontrolsystemandPLCcontrolsystem.Thenintroducesthebasicprinciplesofthesewagetreatmentsystemprocessesandproceduresandthedesignofthesystem.Accordingtothedesignofthewastewatertreatmentrequirementsofelectricalcontrolequipmentandautomaticcontrolcircuits.Inaccordancewiththerequirementsofthedesignprocessofasewagetreatmentsystemhardwareselection.Automatedwastewatertreatmentsystem,notonlycanenhanceoverallsystemreliability,accuracy,butalsocanreducethelaborintensity,lowerprocessingcostsandenergysavings.Keywords:sewagetreatment,PLC,technologyandprocesses,hardwareselection目录TOC\o"1-3"\h\u25856摘要 132526ABSTRACT 111645第一章绪论 5326021.1课题的意义 5147141.2课题的背景 6262111.3国内外发展状况 7200921.3.1国外的发展状况 719491.3.2国内的发展状况 73623第二章污水处理控制系统 946602.1污水处理工艺流程 9303982.1.1工艺流程图 940922.1.2污水处理设备操控方式 10258252.2控制系统方案设计 11258022.2.1设计依据与原则 1120392.2.2系统结构 126565第三章可编程控制器总体概述 1418313.1PLC可编程控制器 14231563.1.1PLC简介 15170963.1.2PLC的组成及功能 165223.2PLC的工作方式与运行框图 18160533.3PLC的工作过程 2112238第四章硬件系统设计 22255804.1PLC控制系统 22315554.1.1PLC控制系统构成 22318314.1.2PLC软件系统 24156824.1.3PLC控制系统 2486304.1.4典型PLC控制系统 25255174.2基于PLC的工业控制网络 26248324.2.1工业控制网络 26112164.2.2以PLC网络为基础的工业控制网络 2776114.3设备选型原则 28166004.4硬件设计选型 29238304.4.1系统技术指标及要求 29263794.4.2硬件选型 307884第五章软件介绍 34249925.1WinCC简介 34230575.2WinCC的主要子系统 34287725.3WinCC的实时运行 3510023第六章总结与展望 3527545第七章致谢 368772参考文献 36第一章绪论1.1课题的意义水是生命之源，而经济发展给水源地环境带来的破坏加剧使水质变差已是不争的事实如果再按照常规工艺对工业污水进行处理，就很难达到排放水水质标准。因此，在全球水资源馈乏的今天，采用现代电子、计算机、信息、自动化技术，尤其是水处理综合自动控制来改造生产企业，是改变目前用水企业被动局面的最有效办法之一。随着自动化控制技术、机电一体化设备和智能仪表的发展，水处理过程中的过滤、投加药、送水、水质监测等生产工艺的自动化控制技术日益成熟，加之计算机、网络技术的应用日益普及，水行业应用自动化成趋势。任何一个国家的经济发展，都会推进社会的进步，进一步改善国民的生活质量，但是，不同程度的环境污染也往往随之而来，其中一个主要的污染源就是生产、生活污水。我国经济发展中出现的大量污染源已经引起了世界各国政府的关注，世界环保组织就将治理我国水污染环境课题列入了议事日程。作为一个严重缺水的发展中国家，我国虽然年平均水资总量位居世界第6，达到28000亿m3，但人均水资源量仅居于世界第110位，为2220m3，被联合国列为世界上第十三个缺水国家。目前，我国缺水城市大约有300个，其中多达50个是严重缺水的城市，依据权威的中国经济信息网的分析统计，按目前的正常用水量需要，全国的年缺水总量约为300亿～400亿m3，每年由于缺水而造成的经济损失已经高达2300亿元，大大超过了洪涝灾害造成的损失。尤其是在北方城市的北京、天津、沈阳等一方面是水资源匮乏，一方面是水资源污染，严重影响着市民的日常生活，一定程度上对经济建设和发展造成了障碍。我国十五期间就基本完成了各县市、大中企业污水处理厂的建设工作，此后，污水处系统的正常运行、污水处理成本的降低，成为各地区环保、城建部门及用水企业关注的重要问题。从城市污水处理的电耗成本看，我国为0.365kWh/m3，日本为0.304kWh/m3、美国为0.243kWh/m3，但是，我国的生产人员更多，人力成本更大，污水处理深度却远不如日、美发达国家，对此深入研究发现，主要原因是我国污水处理厂目前的管理水平偏低、自动控制手段较差，因此，只有建设符合我国国情的污水处理厂网络监控系统，才能够降低污水处理成本、有效改善环境，从而保持我国经济高速发展，建立可持续发展社会和和谐社会。1.2课题的背景随着我国经济的高速发展，环境污染也日益增加，该问题越来越成为世界各个国家的共同课题之一。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，全面阐述中国政府应对气候变化问题的立场、主张和举措。可见节能减排已是中国建设资源节约型、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。随着我国工业的发展，工业废水的排放量日益增加，达不到排放标准的工业废水排入水体后，污染水质，会使地下水的硬度及水中的化学有害物质增加，影响地下水的利用。地表水和地下水的污染，将进一步使可利用水资源的数量日益减少，这势必影响工、农、渔业的生产，直接或间接的给人民生活和身体健康带来危害。热电厂所产生的工业废水量大，如果对此进行有效处理，能够循环利用这些工业废水，不仅能节约有限的水资源，缓解日趋突出的用水紧张矛盾，而且能减少污水的排放，减轻对周围水体的污染，节约大量水资源。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水质量，提高经济效益。1.3国内外发展状况1.3.1国外的发展状况国外的一些发达国家，如美国、日本、西欧等国家，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，同时也得到了这些发达国家政府的重视，投入了大量的人力、物力进行水处理的研究。这些国家在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究。这些国家先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。一些发达国家经历过几十年的努力，污水处理率已经达到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。由于控制技术、网络通信技术以及现场总线技术的飞速发展，国外的污水厂很早变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TSXQuantum系列；同时国外也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(DissolvedOxygen)、化学需氧量COD(ChemicalOxygenDemand)分析仪。国外污水处理自控系统主要存在一下特点：采用集散控制系统DCS和现场总线控制系统FCS。按照厂区的自身情况和工艺手段来划分若干个控制站，站与站之间可以平级关系也可以是上下级关系，站与站之间一般独立运行。设立中控室，中控室有操作员站和工程师站，负责全厂的数据管理与记录、报表等工作。大量采用在线检测的水质分析仪表，对全厂的水质实行实时监测，并由上位机记录下来，提高了测量精度。生产过程中不同程度上采用了智能控制，可以根据水质和水源的变化自动的调整相应的控制方式。大量采用遥测，遥控设备，并开始有效的利用社会信息资源，如电话网络、移动电话网络、国际互联网、气象信息等。1.3.2国内的发展状况与国外相比，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。从国外引进污水处理厂的自动化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：手动与自动皆备，自制和引用并举。可以看出我国的污水处理自控系统有以下特点：（1）对于新建的污水处理厂，引进了计算机分散控制系统，手动与自动并存的控制方式大部分以前建设的污水厂自动化程度任然很低，仍采用人工巡检的方式。（2）国产在线仪表的稳定性还没有达到要求，所以大部分采用进口的在线仪表，但由于进口仪表价格昂贵，所以应用并不是很广泛。水质的检测主要是由实验室人员通过实验来测量。（3）各个控制站之间完全独立，没有信息的交换。并且各个控制单元由于其内部资源的限制，只是实现了简单的时间控制盒逻辑控制。（4）上位机监控软件很少使用，几乎没有中控室，不能对全厂的设备实行实时监控。而一些报表的工作也主要是由厂里的工作人员手工完成。通过对比，不难看出：整体上和国外相比我国污水的控制系统仍然存在很大的差距，但是我国的应用前景却非常广泛、潜力很大。大批科研人员针对污水处理网络监控系统展开了研究，彭尹明通过对多台PLC和仪表组态研究了基于集中管理、分散控制的污水处理监控系统；高美娟针对一体化MBR污水处理工艺，采用ARM嵌入式技术，利用无线mesh网络设计实现了远程监控系统；庞科旺利用Internet和GPRS远程网络，研究工业通讯、组态软件技术，设计了基于PLC和GPRS无线通信的污水厂监控系统；李卫林针对化工行业污水处理的工艺流程和特点，采用ORMONPLC的典型的管理层以太网Ethernet、控制层控制器网Controllerlink和设备层Devicenet网三层网络结构，上位机通过sysmacway协议与下位机PLC通信，构建了污水处理场集散控制系统；吴化柱针对化工行业间歇工作过程，采用FCS现场总线技术，设计了基于FCS的工业监控系统；张修建将传统监控系统与Web技术相结合，设计了基于Web的B/S模式的污水处理远程监控系统。第二章污水处理控制系统2.1污水处理工艺流程2.1.1工艺流程图污水处理工艺流程如图2-1所示。图2-1污水处理工艺流程图（1）1，2，3，5，6号泵后安装压力变送器，通过对管道压力的数据采集，实现对泵的运行状态的监控。（2）在加酸口安装PVC电动调节阀，可以在线实时根据检测到的PH信号来调整加酸量。（3）将泵的自动启动与液位信号进行连锁，可以实现人工控制与自动控制的切换。（4）将PH分析仪的检测信号与PVC调节阀的调节信号进行连锁，实现人工控制加酸与自动加酸的自由切换。2.1.2污水处理设备操控方式污水处理设备操控方式必须要求达到三级控制方式，具体要求如表2-1所示。表2-1污水处理设备操控方式操控方式位置技术要求应用场合手动控制设备现场现场设备开关或按钮直接操控设备设备调试和维修；特殊设备急停自动控制PLC控制站脱机、联机操控现场自动控制集中控制中控室键盘、鼠标操控急停开关系统主要工作方式（1）手动控制方式在污水处理生产过程的工作现场，操作人员能够通过现场设备的开关或者按钮，直接对污水处理设备进行手动操控。该方式的主要使用时间段是设备的调试和维修期间，一是用于系统调试、运行前阶段设备的安装、接线检验；二是用于系统运行后的设备故障检测。实际操控设备时，切拨现场设备（控制箱）“自动/手动”开关到现场手动控制方式，设备的电路则切断与PLC控制系统的连接，转而由直接连接的硬件电路控制设备，现场设备的开关将直接控制设备的启动、停止，不再接收PLC系统的控制；水泵等特殊设备还设有急停开关，紧急情况下可以直接拉下急停开关，设备将立即停止运行，与此同时，PLC会检测到设备急停信号，执行设备故障程序。（2）自动控制方式不同的控制子站自身的PLC能够单独执行各自的控制程序，自动完成自身设定的控制功能；一旦出现网络中断，比如PLC控制子站与中控室脱机、工业控制网络通讯故障等，各子站PLC能够自动切换、独立完成该子站的自动控制任务，不受网络故障影响。（3）集中控制方式系统的主要工作方式，操作人员在中控室监控工艺流程的自动启动、停止。主控室控制柜面板上“自动/手动”操作开关拨到自动控制方式，污水处理系统进入中控室集中控制方式，网络监控系统运行。操作人员通过监控程序在工业计算机PC的CRT自动流程操作画面上操作，用键盘或鼠标选择工艺参数，连同现场生产设备的启/停命令通过PLC工业控制网络传送给下位机；下位机PLC运行内置梯形图程序，选择相应的流程路径，自动控制设备启动或停止，完成流程监控。系统随时检测生产流程，发现故障后自动声光报警，并能够根据故障的种类执行相应的故障处理程序；污水处理系统出现重大险情时，操作人员只要按下自动流程画面上的紧急停止按钮，所有运行中的设备立即自动停止。2.2控制系统方案设计2.2.1设计依据与原则1．设计依据（1）国家现行建设项目环境保护设计规定。（2）国内外有关该类污水治理的技术资料。（3）企业提供的基础资料。（4）该类污水治理的工程经验和技术。（5）设计技术规范与标准。2．设计原则（1）先进性原则采用目前国内先进和成熟的网络监控技术，使之能够最大限度地适应今后技术发展和业务发展的需要，系统总体设计要开放、标准，集成科研部门已取得的技术成果，要能够与今后的智能化网络设备及计算机信息管理系统有效融合。（2）实用性原则实用有效是最主要的设计目标，系统要考虑当前工艺流程、各环节管理中数据处理的便利性，分步从低层管理向中高层管理及全面网络化、信息化过渡。（3）可靠性原则任一时刻的污水处理系统故障都有可能带来不可预知的损失和恶劣的社会影响，因此要求系统稳定可靠，具有低故障时间和低故障率，故障检测简单，系统恢复简易可行，可管理性强。（4）经济性原则满足系统需求的前提下，尽可能选用价格便宜的设备以便节省投资，要尽量选用性价比占优的设备，以最低成本来完成污水处理网络监控系统的建设。（5）模块化原则充分考虑到较好的可移植性，可根据需要修改模块、增加功能、重组结构，达到可重用目的；不同的设计方案只需要选择不同的模块组合即可。（6）可扩充、可维护性原则系统生命周期中能够在规模和性能两个方向扩展，技术手段包括参数化设置、配置、软件管理，数据的可维护性，修改、维护的快速性，支持新的应用。(7)依照自动控制系统的发展趋势，采用集中管理分散控制的设计原则。2.2.2系统结构根据污水处理工艺及控制要求采用“集中监测、分散控制”的原则，主要采用计算机、PLC、现场仪表组成多级、开放、模块化、实时多任务、集散、可扩展的数据采集和监控统。控制系统层次结构图如图2-2所示。图2-2控制系统层次结构图本系统主要由液位控制、PH值控制和系统运行检测等部分组成。配备编制的软件，可完成数据采集、水位控制、PH值控制、数据记录、分析计算及报表打印等工作。液位检测与控制环节，由于介质工况较差，且液位变化较大，选用非接触式雷达液位传感器，根据检测的液位信号，自动控制渣浆泵的启停。PH检测与控制部分，其介质的PH值是非常重要的控制目标，设计中将PH取样点设置在泵前入口处，这样，所测量的结果可以准确反映输送管道中介质的PH值。根据测量值，实时控制PVC电动调节阀开度，将PH值控制在设定范围内。其他设备运行状态信号检测环节：分别在两路输水母管安装压力传感器，通过实时测量压力信号监测渣浆泵出水压力状态；在电机中安装插入式PT100热电阻，可以实时检测电机轴承温度；通过安装电流互感器，实时检测并记录电机电流变化趋势，以监控电机运行状态；另外还包括电机水泵工作启停状态信号。第三章可编程控制器总体概述随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛地应用在所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求做出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、高质量的产品。为了满足这一要求，生产设备和自动化生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。可编程序控制器（ProgrammableLogicController）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用控制装置。3.1PLC可编程控制器1969年，世界上第一台PLC在美国DEC公司研制成功；日本从美国引进、消化、吸收，1971年研制成功日本第一台PLC。20世纪70年代后的三十年，PLC发展成一个巨大的产业，200多家公司生产PLC及其网络产品，多达400个品种，其中，美国注册100多家，生产约200个品种；日本有60多家厂商，生产200多个品种；欧洲注册的有几十家，生产几十个品种的PLC产品。PLC产品大体可分成三个流派：美国、欧洲和日本，同一地域的PLC相似性较多；美、欧是独立研发的，以美国AB和德国西门子为代表，差异性明显；日本是从美国引进的，主要定位在小型PLC和亚洲市场，以OMRON和松下电工为代表，更注重美国技术的继承与发展，在世界小型PLC市场上占有70%的份额。PLC的结构是典型的微型计算机结构，主要部件包括了CPU、RAM、ROM和专门的I/O接口电路等，程序开发主要通过编程器实现。PLC通过数字量或模拟量的输入/输出信号，利用存储器存储的用户指令来完成逻辑、顺序、定时、计数、运算等功能，从而实现各类机电设备或生产过程的自动控制。PLC采用循环扫描工作方式，用户程序按先后顺序存放，PLC系统在软件控制下顺次扫描各输入接点的状态，然后按照存放在PLC存储器内的用户程序进行有关的运算处理；程序在执行过程中，顺序向各个输出接点发出其相应的控制信号；PLC内部CPU从程序的第一条指令开始执行，待程序运行至结束符之后再重新返回第一条指令执行，如此周而复始不断循环；完整的PLC程序包括自诊断、通信、输入采样、程序执行和输出刷新五个阶段。PLC控制系统使用方便、操作简单、可靠性高、抗干扰能力强，在工业自动化控制系统中居于主流地位，特别是在顺序控制系统中的应用，是其它系统无法取代的，支撑着现代工业自动化的快速发展。3.1.1PLC简介1.PLC的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术操作等面向用户的指令，并通过数字化或模拟式的输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。2.PLC的特点现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。可编程控制器由于具有以下的特点而深受工厂工程技术人员和工人欢迎。（1）可靠性高，抗干扰能力强：PLC用软件取代了继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器，接线可减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了因触点接触不良造成的故障。PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被公认为最可靠的工业控制设备之一。（2）硬件配套齐全,用户使用方便，适应性强：PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。硬件配置确定后，通过修改用户程序，就可以方便快速地适应工艺条件的变化。（3）功能强，性能价格比高：一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性价比。通过通信联网，PLC可以实现分散控制，集中管理。（4）编程方法简单易学：梯形图是使用的最多的PLC编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易用，熟悉继电器电路图的电气技术人员只需花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。（5）系统的设计、安装、调试工作量少：PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序可以用顺序控制设计法来设计。这种设计方法很有规律，容易掌握。可以在实验室模拟调试PLC的用户程序，用小开关来模拟输入信号，通过个输出点对应的发光二极管的状态来观察输出信号的状态，调试的时间比继电器系统少的多。（6）维修工作量小,维修方便：PLC的故障率很低，并且有完善的故障诊断功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，根据PLC上的发光二极管或编程软件提供的信息，可以很方便地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。（7）体积小,能耗低：对于复杂的控制系统，使用PLC后，由于减少了大量的中间继电器和时间继电器，开关柜的体积比继电器控制系统小的多。由于具有上述特点,使得PLC的应用范围极为广泛，可以说只要有工厂、有控制要求，就会有PLC的应用。3.1.2PLC的组成及功能1.PLC的基本组成PLC实质上一种工业控制计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言，故PLC与计算机的组成十分相似。从硬件结构看，它也有中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、电源等，如图3-1所示。图3-1PLC的基本组成2.PLC各组成部分的作用（1）中央处理器（CPU）与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作，其主要任务有：控制从编辑器键入的用户程序和数据的接收与存储，用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像存储器或数据存储器中，诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出影响存储器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。（2）存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能直接更改。它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分。第一部分为系统管理程序，它主要控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作。第二部分为用户指令解释程序。通过用户指令解释程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令。第三部分为标准程序模块与系统调用。它包括许多不同的功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等的子程序。PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了PLC性能的强弱。用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和功能存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同，可以是RAM（有掉电保护）、EPROM或EEPROM存储器，其内容可以由用户任意修改或增删。用户功能存储器是用来存放（记忆）用户程序中使用的ON/OFF状态、数值数据等，它构成PLC的各种内部器件，也称“软元件”。用户存储器容量的大小关系到用户程序容量的大小和内部器件的多少，是反映PLC性能的重要指标之一。（3）输入/输出接口输入/输出接口是PLC与外界连接的接口。输入接口用来接收和采集两种类型的出入信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号。另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等来的模拟量输入信号。输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等。（4）电源小型整体式可编程控制器内部有一个开关式稳压电源。此电源一方面可为CPU板、I/O板及扩展单元提供工作电源（5VDC）另一方面可为外部输入元件提供24VDC。（5）扩展接口扩展接口用于将扩展电源与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活。（6）通信接口为了实现“人-机”或“机-机”之间的对话，PLC配置多种通信接口。PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机、其它的PLC或计算机相连。（7）智能I/O接口为了满足更加复杂的控制功能的需要PLC配有多种智能I/O接口。（8）编程器它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。（9）其它部件PLC还可配有盒式磁带机、EPROM写入器、存储器卡等其它外部设备。3.2PLC的工作方式与运行框图PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。执行用户程序时，需要各种现场信息，这些现场信息已接到PLC的输入端。PLC采集现场信息即采集输入信号有两种方式：集中采样输入方式。一般在扫描周期的开始或结束将所有输入信号采集并存放到输入映像寄存器中。执行用户程序所需输入状态均在输入映像寄存器中取用，而不直接到输入端或输入模块去取用。立即输入方式。随程序的执行需要哪一个输入信号就直接从输入端或输入模块取用这个输入状态，如“立即输入指令”就是这样，此时输入映像寄存器的内容不变，到下一次集中采样输入时才变化。同样，PLC对外部的输出控制也有集中输出和立即输出两种方式。PLC工作的全过程可用如图3-2运行框图来表示。整个运行可分为三部分：第一部分是上电处理。机器上电后对PLC系统进行一次初始化工作包括硬件初始化，I/O模块配置检查停电保持范围设定及其它初始化处理等。第二部分是扫描过程。PLC上电处理完成以后进入扫描工作过程。先完成输入处理，其次完成与其它外设的通信处理，再次进行时钟、特殊寄存器更新。当CPU处于STOP方式时，转入执行自诊断检查。当CPU处于RUN方式时，还要完成用户程序的执行和输出处理，在转入执行自诊断检查。第三部分是出错处理。PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通信等是否异常或出错，如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中回存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描停止。图3-2PLC运行框图3.3PLC的工作过程当PLC处于正常工作时，它将不断重复图中的扫描过程，不断循环扫描的工作下去。分析上述扫描过程，如果我们对远程I/O特殊模块和其它通信服务暂不考虑，这样扫描过程就只剩下“输入采样”、“程序执行”、“输出刷新”三阶段了。下面就对这三阶段进行详细的分析，并用图3-3表示：图3-3PLC扫描工作输入采样阶段。PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中各对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着，进入程序执行阶段，在程序执行阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。程序执行阶段。根据PLC梯形图程序扫描规则，PLC按先左后右、先上后下的步序语句逐句扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。但指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件的状态会随着程序执行过程而变化。输出刷新阶段。在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出驱动外部负载。第四章硬件系统设计4.1PLC控制系统PLC控制系统是实现工业现场控制的有力工具，也是PLC工业控制网络基础。PLC控制系统是应用PLC技术构成的工业控制系统，其核心部分是可编程序控制器PLC，是以微处理器MP为系统设计基础，融汇计算机、自动控制和通信技术成果的通用工业自动控制装置。PLC虽然体积较小，程序设计简单，但功能强大，可靠性高，灵活通用，具有较强的适应恶劣工业环境的能力，得到了广泛好评，成为20世纪60年代以来发展极为迅速、应用面极为广泛的工业控制装置，是现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之首。4.1.1PLC控制系统构成美国GOULD、AB、GE，德国Siemens，法国Schneider，日本OMRON、MITSUBISHI等典型制造商的PLC产品均有差异，大致分为固定式（箱体式）和模块式（组合式），都属于总线式开放结构，I/O能力按用户需要进行扩展与组合。固定式PLC是CPU、I/O板、显示面板、内存和电源等组成的不可拆卸体，型号划分依CPU性能，规格划分按I/O点数。模块式PLC按照一定的规则由CPU、I/O、内存、电源、底板或机架等模块组合配置而成。PLC的基本构成如图4-1所示。上位机（编程器、PC机）上位机（编程器、PC机）中央处理器CPU系统程序存储器用户程序存储器电源输出接口输入接口各类开关显示界面执行部件 图4-1PLC基本构成图每台PLC中至少有一个CPU作为PLC的核心部件、运算和控制中心，存贮用户程序，检查语法错误，完成电源及PLC内部电路的工作状态的诊断，采集现场输入装置送来的状态信号或者数据信息；系统运行时，CPU从存储器中逐条读取用户程序指令，分析、运行并输出相应的控制信号，指挥有关控制电路的工作。CPU由集成在一个芯片上的控制器、运算器和寄存器组成，通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接，其速度和内存容量决定着PLC的工作速度、可用I/O数量及用户程序的设计容量等，最终限制着PLC控制系统的规模。内存的主要作用是存放程序和数据，分为系统程序存储器和用户存储器；前者存放的是PLC系统程序中的关键性的管理程序、监控程序及解释编译程序，采用只读存储器ROM，主要供PLC生产厂家使用，存储的程序不可更改，断电不消失；后者存放的是用户程序和工作数据，采用随机存取存储器RAM，是供实际用户使用的，存储的程序和数据在断电后消失，其后备电源通常采用高效锂电池，可以使用专用内存卡片进行扩充，但扩充能力与各厂家的具体型号相关。I/O模块是输入/输出单元，PLC是通过各种I/O接口模组与外界联系的，模组的规格与PLC型号相关，其数量可多可少，具体要按照系统所需要控制的I/O点数来确定，但是，最大点数要低于CPU所能管理的基本配置能力，适留裕量。输入单元连接输入元件的信号，通过内部总线将信号送入内存，由CPU处理。输出单元驱动外部负载的接口，由CPU程序指令判断驱动输出单元，控制执行部件或外部负载，如指示灯、电磁接触器、继电器、气（油）压阀等，在工业环境中主要用来控制制动器、气阀及马达等。电源模块为PLC各模块提供工作电源，按照其输入电压类型一般分为交流电源型（220VAC或110VAC）和直流电源型（通常是24VDC）两种。底板或机架大多为模块式PLC所采用，实现各模块间的机械连接和电气联系，构成一个整体，使得CPU能够访问底板上的所有模块。编程器，PLC程序设计、监测运行、检查维护必不可缺，不直接参与系统运行，主要用于PLC编程、系统设定以及PLC及其控制系统工作状况的监控。人机界面，最简单的是各种指示灯和按钮，较高级的采用液晶屏（或触摸屏）式一体式操作终端以及运行组态软件的工业计算机PC。通信网络模组，PLC与PLC、PLC与上位机以及其它智能设备之间，通过PLC的通信联网功能交换信息，形成统一的整体，实现集中控制。比较简单的PLC可以通过BUS缆线、RS-232接口及内置的支持各自通信协议的接口实现联网，高级的可以通过USB、多点接口MPI、PROFIBUS或工业以太网联网。4.1.2PLC软件系统包括系统程序和用户程序，其中，系统程序主要包含承担整机管理、语言翻译、故障诊断的系统监控、编译、诊断程序等，是PLC生产厂家提供并已经预先固化在PLC的EPROM存储器中的，是用户不能直接存取和干预的。根据工业现场控制要求，使用PLC程序设计语言所编制的应用程序（或逻辑控制）即用户程序，用来实现各种控制，主要是监控软件，具有以下特点：（1）要求具有特别高的可靠性，不仅要确保系统工作的正确性，而且要严格保证其连续性，例如，控制过程不允许出现中断、各种参数不允许出现丢失，等等；（2）要求监控软件的实时性特别强，不仅要能够实时反映出监测量的变化并及时做出相应决策，而且要有比较快的响应速度，确保控制的有效性；（3）要求软件使用和维护比较方便，工程技术人员和操作人员能够较快掌握；（4）要求支持采样数据处理，保证数据可靠和程序使用数据的安全；（5）支持友好的人机交互。4.1.3PLC控制系统PLC控制系统所使用的PLC产品的生产厂家不同，型号、规格不同，但其工作方式采用的都是“顺序扫描，不断循环”，基本模式如下：在每次扫描过程中，PLC集中采样输入信号，集中刷新输出信号；采样过程中，当输入端口关闭、程序进入执行阶段时，即使输入端口产生了新的状态，该状态也不能被读入，只有在程序执行下一次扫描时才能读入该状态；一个完整的扫描周期分为输入采样、程序执行和输出刷新等三个不同阶段；元件映象寄存器内存放的数据是随着程序执行的不断变化而产生变化的；一个扫描周期的长短是不固定的，主要由以下三个因素来决定：CPU执行程序指令的速度、指令本身所占用的时间和具体的指令条数；PLC集中采样、集中输出的执行必然存在滞后现象，即输入/输出响应延迟。典型的PLC控制系统具有以下特点：系统是自下向上的，即从开关量控制发展到顺序控制、运送处理；PID在中断站中，可以完场连续PID控制；可以用一台PC机作为主站，多台同型PLC作为从站，构成主从结构；一台PLC作为主站，多台同型PLC作为从站，构成PLC网络，用户进行编程时不再需要关心所使用的具体的通信协议，只要按照PLC说明书格式进行书写就行，使得程序设计非常简单；PLC网络既可作为独立的DCS、FCS，也可作为DCS/FCS的子系统；PLC系统主要用于工业过程中的顺序控制，也能够实现闭环控制功能；PLC最突出的优点是采用“软继电器”代替“硬继电器”以无限次使用软触点，用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”以简化线路设计；PLC采用梯形图和布尔助记符语言。4.1.4典型PLC控制系统随着微电子、计算机、工业控制技术的发展，PLC的硬件系统和软件系统也在不断地改进，工业自动控制系统的应用事实证明，PLC控制系统很好地满足了多达90%的工业需要，不但有效降低了设备故障率，提高了系统可靠性，而且系统价格便宜，使用方便灵活，设备保护和故障诊断的运维简单易行。PLC工业控制系统系统的种类越来越多，功能越来越完善，尤其是在水处理行业中的应用越来越广泛，不但提高了水处理质量，降低了生产成本，而且提升了企业管理水平和自动化水平；但是，过于繁多的PLC品种也导致了相互之间结构型式及指令系统的不同，性能价格比各不相同，适用场合也是各有侧重，对技术人员提出了更高要求，如果对其技术性能指标、环境条件要求不够熟悉，在设计PLC控制系统时就可能会选错型号，或者大材小用，造成不必要的浪费，或者运行不稳定，甚至导致事故频发，影响生产进度和质量要求。在具体的设计工作中，要依据实际的系统部署情况来合理地选择PLC产品，确保稳定、可靠，而且价格要适中。设计以PLC为核心控制器的PLC控制系统，不仅是从根本上改变了传统的采用继电器来实现自动控制系统的设计思想，而且改变了设备硬件接线的工作原理和方式，系统的自动控制功能是通过存储在PLC内部存储器的用户程序来实现的，系统不仅能够实现生产设备、工艺过程的开关量控制，还能够实现模拟量控制和顺序控制。4.2基于PLC的工业控制网络工业控制领域中，随着通信技术的发展，工业控制网络的应用也在不断发展，不同的工业领域具有各不相同的工业控制特点，对于控制网络的结构和通信的要求也各不相同，形成了多种网络实现方式，分别具有各自的特点。4.2.1工业控制网络随着近年来各种技术的不断发展，工业控制网络在自动控制系统中的应用越来越突出，不同类型的计算机、各类智能设备和接口，基本上都提供了网络通信接口，能够接入或者基于此而构建工业控制网络；另一方面，工业控制网络的大规模应用也极大地提高了控制系统的性能，能够在更大的企业范围内组成分布式控制结构，从而进一步实现更大复杂的系统控制功能。工业自动控制系统使用的工业控制网络一般分布在几公里的企业范围之内，控制要求与普通网络比较而言相对特殊，大多采用局域网LAN技术，着重强调实时性、可靠性和可扩展性的要求，而对于资源共享的要求并不高。（1）工业控制网络的典型要求实时性和可靠性：工业控制网络首先要满足工业控制系统对于操作的实时性要求以及对于数据传送的可靠性要求，因此，工业控制网络采用的通信协议必须要确保位于网络中的每一个站点都能够在系统的响应时间内完成通信，并且要能够对重要的通信站点提供优先级服务；更为重要的是，越接近工业现场设备的通信接点，实时性要求越高，尤其是在最接近工业现场设备的控制层中进行交换的数据，往往是数据长度短、通信次数多、可靠性要求高，因此，必须选用效率较高的通信方式以满足系统的实时性要求，确保系统实时、可靠运行。扩展性：工业控制系统的要求是多方面的，不仅各个控制单元要能够单独完成工作，还要能够方便地连接到工业控制网络上实现远程控制，而且要按照企业发展的要求来删减设备或者增接新型设备，因此，工业控制网络自身要求具备可扩展、可延伸性，网络构建要采用伸缩性很强的复合型结构来灵活实现。多种通信方式集成的复合型结构：工业控制网络往往要根据控制层次的不同要求，在不同的控制子网上采用不同的通信方式或协议，而且在某一级控制子网上可能会集成多种通信方式，从而形成多级复合型拓扑结构。工业控制网络在地域上往往分布在几公里至十几公里以内，拓扑结构一般比较简单，通常采用主从式总线型、环型、总线逻辑环型或者星型结构等，以求满足传送距离的要求。存取控制：工业控制网络一般没有复杂的路径选择问题，但是，要保证工业控制网络的实时性，存取控制方式和数据传送方式是非常重要的。工业控制网络通常采用总线型结构，各个接点共享总线资源，因此，多个节点共享的通信资源的合理调度是非常重要的，可以根据工业控制系统的不同要求，合理选用集中式（主从式)、分散式或者是随机式的存取控制方法，以满足工业控制要求。（2）工业控制网络的发展方向开放性：目前实际应用的多种类型的工业控制网络，基本是分别支持自身相应设备，互相之间存在着比较大的差异，互联互通比较困难，一般采用协议转换器或异种网络接口实现，迫切需要使用中的网络中提供与其他网络系统支持的设备的连接支持，因此，随着技术的发展，工业控制网络越来越趋向开放性，要求提供对异类网络协议设备的接入支持。PLC网络：随着PLC功能的增强及其网络的发展，目前市场上中型以上PLC产品基本都将网络通信作为了其基本功能之一，用以组成多级的PLC工业控制网络，比较典型的有美国A-B公司的DH+网、DH485网和通用远程I/O链路等PLC网络；德国SIEMENS公司以底层为远程I/O链路、中间层采用Profibus总线或主从式多点链路、最高层是工业以太网的三层结构的PLC网络；日本松下电工公司的C-NET、F-LINK、P-LINK、H-LINK、W-LINK及FP以太网等PLC网络；OMRON公司的SYSMACLINKSYSTEM、SYSMACLINKSYSTEM等三层网络PLC系统，都在工业控制网络市场上广泛应用。现场总线和智能化设备：现场总线是主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题的一种工业数据总线，在工业控制系统的底层网络采用现场总线和智能化设备，搭建FCS现场总线控制系统，是工业控制网络的必然趋势。4.2.2以PLC网络为基础的工业控制网络PLC随着微电子、计算机和通讯技术的发展，功能、速度、性能价格比、智能化模块以及联网通讯能力都有了很大提高，PLC与PLC互联，并与计算机PC连网构成以PLC为重要部件的分布式控制系统，可以形成大规模的工业控制系统，并且通过与数据高速通路（DataHighway）挂接在线工业计算机PC以实现在线组态、编程和下载，能够实现完整生产过程的在线监控，形成集散控制系统。元器件性能提高以后，PLC的可靠性也在不断提高，程序设计趋于简单化，不仅易懂、易学，而且易于工程技术人员维护，在工业自动控制系统应用中获得了极大的成功，从而成为了工业控制设计领域的主流产品；在信息处理方面，计算机PC的性能明显优于PLC，计算机PC和PLC两者结合起来，下位机PLC实施现场控制，上位机计算机PC完成信息处理，两者之间通过数据高速通路达成信息的传送与交换，共同构成了功能较为强大的以PLC网络为基础的工业控制网络。以PLC网络为基础的工业控制网络自上而下由管理层、网络/控制层和现场层三层体系结构实现。管理层设置在中央控制室，工业计算机PC承担着服务器、管理站和操作站的工作，实时监控软件方便地实现对生产过程的实时监控；同时，PC上安装有PLC系统软件，可以实现PLC的控制应用软件的在线、离线编辑和下载。操作站是易控、易用的人机界面，一是完成现场层采集、网络层传送来的各种信息的加工处理，转换成操作人员习惯和熟悉的流程画面、生产报表、历史趋势曲线以及声光报警提示等；二是把操作人员的指令编码后通过网络层传送给现场层PLC控制站，以调整控制方案，优化生产参数，或者处理紧急、特殊情况。现场层设在工业生产现场，由PLC控制站控制各类设备及智能仪表，实现生产过程的自动控制。PLC控制站承担着现场操作，通过标准化通信接口与网络层相连，一方面完成现场各种工艺参数及设备运行状态等生产信息的自动采集，通过网络层传送给操作站；另一方面要接收网络层传送来的由操作站发出的各种控制指令，实时调整控制方案，驱动执行机构调节工艺参数，实现生产过程自动控制。4.3设备选型原则PLC产品品种众多，不同的品种具有各不相同的结构、性能、容量、指令系统和编程方法，价格各有高低，适用场合各有侧重，如果对PLC的技术性能、使用环境条件、系统要求掌握不够，就可能大材小用，造成浪费，并导致系统不稳定，事故频发，影响生产，因此，PLC设备选型应遵循以下要求：（1）尽量选择模块式PLCPLC的实际应用中，尤其是在污水处理厂改建工程（比如应用节能技术、更换旧设备、设备更新换代等）和扩建工程中，95%的PLC故障率都发生在I/O部件的损坏上，而模块式PLC具有配置灵活、装配和维修方便的优点，只需更换相应的I/O模快，或者I/O模快扩展后再编程，就可以很方便地实现生产线自动化，同时也节省了投资。（2）统一选择型号满足系统要求的前提下，选择同一厂家同一型号的产品，以保证设备的通用性和资源的共享，既有价格优势，又给器件备用储存、检修、更换带来便利。（3）满足输入和输出点数要求依据所需要的I/O点数选用I/O模块，可以与主机灵活地组合使用；考虑到未来工艺、设备的改进以及I/O点的损坏、故障等，应保留1/8的裕量。（4）满足存储器容量要求根据控制规模和应用目的，应用程序所需存储器的容量应预先估算，选用PLC型号时要留有25％～30％的余量。（5）满足通信要求实时、稳定、可靠、经济的通信要求选择技术成熟、易于扩展、连接的现场总线、以太网、Profibus、Modbus、FIPIO、Asi等通信模块。4.4硬件设计选型4.4.1系统技术指标及要求1.模拟量采集采集物理量的技术指标如表4-1所示：表4-1技术指标物理量指标参数传感器及变送器通道数测量范围及输出信号检测精度液位雷达液位计或投入式液位计22~6m/4~20mA0.5级pH值pH检测仪36~9/4~20mA/管道压力压力变送器20~1.6Mp0.5级电机电流电流互感器54~20mA0.5级电机轴承温度PT1005-200~200/RTD0.5级2.控制量①蓄水池水量调节使用5台渣浆泵并配套使用5个截止阀，将原有手动启停渣浆泵改为电动启停控制。蓄水池液位控制范围：2~6m；②自动加酸调节阀5路，在储酸罐与加酸口的PVC管道之间加装PVC电动调节阀。pH值控制范围6~9。4~20mA标准信号控制，开度：0~100%。③其他设备状态信号：25路。4.4.2硬件选型根据污水处理系统和现场指标要求，该系统所用到的硬件如表4-2所示：表4-2硬件器材选型序号名称厂商参数规格型号数量1电动执行器（含截止阀）永一DN300/AC380V52非接触式雷达液位传感器天津比利BL-YW900系列23PH分析仪远大CDRC-001/测量范围0.00-14.00PH24压力变送器川仪PDS403H-1DS0-AIDN/G6125信号隔离模块定制4-20mA光电隔离，滤波放大206BOX工控机SIEMENS6AG4010-3AA01-0BX517可编程控制器SIEMENSCPU315/DP，RAM256KB，MMC/512KByte18电源模块SIEMENSPS307，AC120/230V;DC24V，10A19模拟量输入模块SIEMENSSM3318AI，14BIT(ISOLATED，0.052MS/CH)310数字输入模块SIEMENSSM32116DI，DC24V211数字输出模块SIEMENSSM32216D0，DC24V，0.5A212模拟量输出模块SIEMENSSM3324AO，16BIT(0～10V/4～20mA)113通讯处理器SIEMENSCP343-1/+24VDC(±5%)/5.8W/10/100MB/S114存储卡512KBYTESIEMENS6ES7953-8LJ20-0AA0115前端连接器SIEMENSFRONTCONNECTOR20/40-POLEWITHSCREWFIXING1016SITOP电源SIEMENSPOWERPACK1/2-PHASE24VDC20A(INPUTVOLTAGE120/230VAC，OUTPUTvoltage24VDC20A)217断路器辅助接触器1NO1NCSIEMENS5SX9100418断路保护器SIEMENSCIRCUITBREAKER2-POLEC10AMAX.480VAC429固定连接器、接插件非标220通信连接设备SIEMENSPROFIBUS、连接插头11.非接触式雷达液位传感器6.8G雷达式物位计是先进的雷达式物位测量仪表，测量距离最大30米，可以用于储存罐或过程容器的物位测量，输出4—20mA模拟信号。应用：采用先进的非接触式测量；采用极其稳定的材料制造；测量液体、固体介质的物位；可以测量所有介电常数>1.8的介质；测量范围0—20m（可以扩展到30米）；采用两线制、回路供电的技术，供电电压和输出信号通过一根两芯电缆传输；4—20mA输出或数字型信号输出；分辨率1mm；不受噪音、蒸汽、粉尘真空等工况影响；不受介质密度、粘稠度和温度的变化的影响；过程压力可达4MPa；过程温度可达250°C。2.PH分析仪HGY2018型在线pH（以下简称仪表）是带微处理器的水质在线pH监测仪。其配套的传感器采用将测量电极、参比电极和温补电极结合在一起的三复合电极。广泛应用于电厂、化工、环保、生物发酵、半导体和医药等行业，对水溶液的pH值连续监测。适用于高纯水，如电厂补给水、饱和水、凝结水和炉水等pH值测量，也适用于普通水样的pH值测量。全套仪表由传感器（包括流通池和复合pH电极）、二次仪表和连接它们的电缆组成。被测水溶液流经传感器，二次仪表显示溶液的pH值和温度。该仪表功能主要表现在：（1）全智能化：采用高性能单片机完成pH测量，计算能力强。（2）双高阻前置放大：输入阻抗高达10^14Ω,抗干扰能力强。（3）具有高精度实时时钟，能够掉电运行。（4）具有断电数据保护功能，即使非正常停电，仪器内部存储的参数仍有效，重新开机后无需校准即进入测量状态。（5）自动温度补偿适用于普通水、纯水和加氨超纯水等多种水质，对于火力发电厂的纯水和加氨超纯水，可实现了pH制得25°C折算。（6）仪表具有上下限报警功能和（4-20）mA隔离电流输出，并且其输出下限和输出满度在仪表测量范围内可随意设定。（7）历史数据