污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).

1、課程設(shè)計(jì)（論文）題目：污水處理控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)名稱：機(jī)電傳動(dòng)控制班級(jí)學(xué)號(hào)： 1101011403學(xué)生姓名：孫琳指導(dǎo)教師：任曉紅陳白寧2013年 12月 11日成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)生姓名孫琳班級(jí)學(xué)號(hào)1101011403專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制課程設(shè)計(jì)題目污水處理造及其自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)化評(píng)組長簽字：語成績(jī)?nèi)掌?0年月日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)生姓名孫琳班級(jí)學(xué)號(hào)1101011403課程設(shè)計(jì)題目污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù) :1.設(shè)計(jì)內(nèi)容：1）完成課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書所要求的控制循環(huán)。2）按停止按鈕，完成當(dāng)前循環(huán)后再停。3）要求同時(shí)控制三套子系統(tǒng)的運(yùn)行。4）要求可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)

2、和自動(dòng)控制。2.設(shè)計(jì)要求：1）畫出端子分配圖和順序功能圖2）設(shè)計(jì)并調(diào)試 PLC 控制梯形圖3）設(shè)計(jì)說明書工作計(jì)劃與進(jìn)度安排 :1）理解題目要求，查閱資料，確定設(shè)計(jì)方案1 天2）PLC 梯形圖設(shè)計(jì)與調(diào)試4 天3）說明書撰寫1 天4）答辯1 天指導(dǎo)教師：任曉虹專業(yè)負(fù)責(zé)人：陳白寧學(xué)院教學(xué)副院長：陳白寧2013 年12月11日2013 年12月11日2013年月日目錄1、前言1一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求21.1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)21.2 課程設(shè)計(jì)的基本要求3二、總體設(shè)計(jì)72.1 PLC 選型72.2 PLC 端子圖92.3 PLC 外部接線圖102.4 主電路原理圖11三、 PLC 程序設(shè)計(jì)123.1 設(shè)

3、計(jì)思想123.2 順序功能圖133.3 梯形圖14四程序調(diào)試說明21五、結(jié)束語22六、參考文獻(xiàn)231. 前言當(dāng)今社會(huì)水污染嚴(yán)重急，目前城市污水處理行業(yè)的發(fā)展迅速，城市污水處理能力，嚴(yán)重的制約了我國經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展， 鑒于我國國情于污水處理的運(yùn)行費(fèi)用是龐大的、 長期的，加強(qiáng)城市污水處理系統(tǒng)智能控制的研究非常必要。 本課題將對(duì)對(duì)污水處理 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足其需要。世界上公認(rèn)的第一臺(tái) PLC是 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司 （DEC）研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平， 早期的 PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。 20 世紀(jì) 70 年

4、代初出現(xiàn)了微處理器。 人們很快將其引入可編程控制器， 使 PLC增加了運(yùn)算、 數(shù)據(jù)傳送及處理等功能， 完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。 為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用， 可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言， 并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的 PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20 世紀(jì)

5、末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入， PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。一課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求1.1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)題目：污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)有三套子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)組成如圖所示。1濾水時(shí)，打開進(jìn)水閥和出水閥，污水流經(jīng)磁濾器中通電的電磁鐵，則污水中的氧化鐵雜質(zhì)會(huì)附在磁鐵上，從水箱流出凈化水，實(shí)現(xiàn)濾水；2一段時(shí)間后，斷開電磁鐵，關(guān)閉進(jìn)水閥和出水閥，打開排污閥和空氣壓縮閥，壓縮空氣將水箱的水打入磁濾器內(nèi)，沖洗磁鐵，污水由排污管流入污水池，進(jìn)行二次處理，實(shí)現(xiàn)反洗。3三套子系統(tǒng)同時(shí)工作。設(shè)計(jì)內(nèi)容：完成課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書所要求的控制循環(huán)。要求按停止

6、按鈕，完成當(dāng)前循環(huán)后再停， 并可以同時(shí)控制三套子系統(tǒng)的運(yùn)行， 最后既要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制也要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。設(shè)計(jì)要求：要畫出端子分配圖和順序功能圖， 設(shè)計(jì)并調(diào)試出 PLC控制梯形圖， 并設(shè)計(jì)出說明書。1.2 課程設(shè)計(jì)的基本要求系統(tǒng)有三套子系統(tǒng)， 每個(gè)系統(tǒng)工作均相同， 由三臺(tái)磁濾器和有關(guān)管道及電磁閥組成。該系統(tǒng)的用途是把水中的氧化鐵雜質(zhì)過濾出去， 來實(shí)現(xiàn)污水氧化的作用。 一定時(shí)間過后，污水由排污管流入污水池，進(jìn)行二次處理，實(shí)現(xiàn)反洗。污水凈化系統(tǒng)的控制過程：（ 1）初始放空：在系統(tǒng)通電初始時(shí)，所有的閘門均斷開，磁濾器也斷開。（ 2）凈化過程：按下啟動(dòng)按鈕，凈化系統(tǒng)按下，規(guī)律循環(huán)工作。接通磁濾器電源 2s，

7、是磁濾器的磁性達(dá)到額定值。 2s 后接通出水閥，和進(jìn)水閥，進(jìn)行濾水工作40min. 40min 后斷開進(jìn)水閥和出水閥。 5s 后，斷開磁濾器電源。 2s 后，進(jìn)行反洗工藝，接通排污閥，空壓閥，將氧化鐵沖洗倒排污池。 1min 斷開空壓閥，排污閥和響鈴，反洗結(jié)束。 5s 后在進(jìn)行濾洗工作，如此循環(huán)。按下停止按鈕，執(zhí)行完本次循環(huán)結(jié)束。污水凈化中元件選擇 :（ 1） PLC主機(jī)及擴(kuò)展模塊：選擇西門子S7-200 CPU226，繼電器型 PLC，EM223 4* 繼電器輸出型擴(kuò)展模塊 ;（ 2） 啟動(dòng)按鈕 SB1：用于凈化系統(tǒng)的初始上電工作；（ 3） 停止按鈕 SB2：用于凈化系統(tǒng)的整個(gè)工作的全面結(jié)束

8、 ;（ 4） 磁濾器 YV1， YV2，YV3：用于控制磁濾器接通與否 ；（ 5）出水閥 YV1、YV2、YV3：用于控制出水閥的接通與否；（ 6）進(jìn)水閥 YV1、YV2、YV3：用于控制進(jìn)水閥的接通與否；（ 7）排污閥 YV1、YV2、YV3：用于控制排污閥的接通與否；（ 8）空壓閥 YV1、YV2、YV3：用于控制空壓閥的接通與否；（ 9）響鈴 HA1、 HA2、HA3：用于控制響鈴的接通與否；濾水工藝示意圖如圖1 所示污水凈化示意圖如圖2 所示二總體設(shè)計(jì)2.1PLC 選型（ 1） PLC概述PLC（Programmable logic Controller）即可編程控制器，是當(dāng)今基于計(jì)算

9、機(jī)技術(shù)的常見工業(yè)控制裝置，主要應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。PLC內(nèi)部配有編制程序的存儲(chǔ)器， 用于存儲(chǔ)其內(nèi)部指令、 程序代碼及程序運(yùn)行所需的各種數(shù)據(jù)，并以數(shù)字或模擬的方式與外部進(jìn)行輸入和輸出，進(jìn)而控制各種類型的執(zhí)行裝置。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備是工業(yè)控制系統(tǒng)中的重要組成部分，尤其在底層控制中， PLC一般都會(huì)是控制系統(tǒng)的核心。（ 2） PLC的特點(diǎn)a. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)一般是在惡劣環(huán)境中進(jìn)行的高強(qiáng)度作業(yè)， 這就要求其設(shè)備具有較高的可靠性和抗干擾能力。b. 豐富的 IO 接口在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)， 存在各種不同的設(shè)備或變化的生產(chǎn)環(huán)境， 為了在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行計(jì)算及采取控制措施， PLC配備豐富的 IO

10、 模塊，以便能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC中可識(shí)別的信號(hào)。c. 編程簡(jiǎn)單，易學(xué)易用PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，接口簡(jiǎn)單易于配置，編程語言也易于工程技術(shù)人員所接受。d. 系統(tǒng)搭建容易，維護(hù)方便PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯即使用軟邏輯代替硬邏輯，這一方面增加了邏輯運(yùn)算的靈活性， 另一方面大大減少了控制設(shè)備外部的接線， 使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)易實(shí)用、系統(tǒng)搭建周期大為縮短。（ 3） PLC選型PLC主機(jī)：選擇西門子 S7-200 系列 PLC作為污水處理控制系統(tǒng)的工作主機(jī)。根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)來確定 PLC型號(hào)，為滿足控制要求該系統(tǒng)需要有 10 輸入點(diǎn)， 19 個(gè)輸出點(diǎn)。因此采用 S7-200 CP

11、U 226 AC/DC/繼電器，由于該系統(tǒng)要求 10 個(gè)輸入點(diǎn) S7-200 CPU226能滿足點(diǎn)數(shù)要求。 輸出點(diǎn)在沒有擴(kuò)展模塊時(shí)是不滿足系統(tǒng)要求的，所以需要擴(kuò)展模塊 EM223 4*繼電器輸出型擴(kuò)展模塊，這樣就會(huì)滿足要求。選用 CPU226的特點(diǎn)，其基本參數(shù)如下：本機(jī)數(shù)字輸入： 24 路數(shù)字量輸入本機(jī)數(shù)字輸出： 16 路數(shù)字量輸出內(nèi)部存儲(chǔ)器位： 256 位定時(shí)器總數(shù)： 256 定時(shí)器計(jì)數(shù)器總數(shù)： 256 計(jì)數(shù)器電源電壓允許范圍： AC85264V輸入電流僅 CPU/最大負(fù)載： 35/100mA,AC 240V電壓范圍： DC20.428.8V電流限制：約 1.5AEM 223 24V DC

12、4 入/4 出 基本參數(shù)如下：DI 輸入數(shù) :4DO輸出數(shù) :4輸入電壓： 24V，最大 30V輸出類型 :24VDC輸出電流： 0.75A2.2 PLC 端子圖啟動(dòng)停止手動(dòng)電磁鐵得電出水閥開關(guān)進(jìn)水閥開關(guān)排污閥開關(guān)空壓閥開關(guān)響鈴開關(guān)空氣壓縮機(jī)開關(guān)CPU226I0.0Q0.0I0.1Q0.1Q0.2I0.2Q0.3I0.3Q0.4Q0.5I0.4Q0.6I0.5Q0.7Q1.0I0.6Q1.1I0.7Q1.2Q1.3I1.0Q1.4I1.1Q1.5Q1.6Q1.7Q2.0Q2.1Q2.2圖三 端子分配圖1電磁鐵1出水閥1進(jìn)水閥1排污閥1空壓閥1響鈴2電磁鐵2出水閥2進(jìn)水閥2排污閥2空壓閥2響鈴3

13、電磁鐵3出水閥3進(jìn)水閥3排污閥3空壓閥3響鈴空氣壓縮機(jī)附表 :I0.0啟動(dòng)I0.1停止I0.2手動(dòng)I0.3電磁鐵得電I0.4出水閥開關(guān)I0.5進(jìn)水閥開關(guān)I0.6排污閥開關(guān)I0.7空壓閥開關(guān)I1.0響鈴開關(guān)I1.1空氣壓縮機(jī)開關(guān)Q0.01 電磁鐵Q0.11 出水閥Q0.21 進(jìn)水閥Q0.31 排污閥Q0.41 空壓閥Q0.51 響鈴Q0.62 電磁鐵Q0.72 出水閥Q1.02 進(jìn)水閥Q1.12 排污閥Q1.22 空壓閥Q1.32 響鈴Q1.43 電磁鐵Q1.53 出水閥Q1.63 進(jìn)水閥Q1.73 排污閥Q2.03 空壓閥Q2.13 響鈴Q2.2空氣壓縮機(jī)2.3PLC 外部接線圖CPU 226

14、啟動(dòng)I0.0停止I0.1手動(dòng)I0.2電磁鐵得電I0.3出水閥開關(guān)I0.4進(jìn)水閥開關(guān)I0.5排污閥開關(guān)I0.6空壓閥開關(guān)I0.7響鈴開關(guān)I1.0空氣壓縮機(jī)I1.11M2MMDC 24VL+EM223AC220V急停負(fù)載電源L1KMKMNKMKM3L2L1LQ0.01電磁鐵Q0.11出水閥Q0.21進(jìn)水閥Q0.31排污閥Q0.41空壓閥Q0.51響 鈴Q0.62電磁鐵Q0.72出水閥Q1.02進(jìn)水閥Q1.12排污閥Q1.22空壓閥Q1.32響 鈴Q1.43電磁鐵Q1.53出水閥Q1.63進(jìn)水閥Q1.73排污閥Q2.03空壓閥Q2.13響鈴Q2.2空氣壓縮機(jī)圖四 外部接線圖2.4 主電路原理圖L1L

15、2L3QSFU1FU2正傳KM1FRM圖五 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制電路反傳KM2三 PLC程序設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)思想本次課程設(shè)計(jì)要求既要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制又要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 如果要完成這兩個(gè)目的動(dòng)作，必須設(shè)計(jì)含有手動(dòng)和自動(dòng)控制的主程序， 并且手動(dòng)和自動(dòng)都相應(yīng)有各自的子程序。 特別注意的是啟動(dòng) PLC時(shí)必須先讀主程序， 然后調(diào)用子程序， 才能加以實(shí)現(xiàn)各個(gè)活動(dòng)步。手動(dòng)控制時(shí)：在控制面板上有一些旋轉(zhuǎn)按鈕。 它們都分別控制著各個(gè)步驟的啟動(dòng)，每個(gè)步驟的停止可以由下一步的啟動(dòng)來斷開電路。自動(dòng)時(shí)：用 I0.0 來控制啟動(dòng)， 按下啟動(dòng)后系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)， 用 I0.1 來控制停止，按下停止按鈕后系統(tǒng)在完成當(dāng)前循環(huán)后停止。

16、3.2 順序功能圖SM0.1M0.0I0.0M0.1T37M0.2T38M0.3T39M0.4T40M0.5T41M0.6SQ0.0SQ0.6SQ1.4T372S接通磁濾器后保持2SSQ0.1SQ0.7SQ1.5SQ0.2SQ1.0SQ1.6T3840min接通出水閥，進(jìn)水閥后濾水40minRQ0.1RQ0.7RQ1.5RQ0.2RQ1.0RQ1.6T392S斷開出水閥，進(jìn)水閥后保持2SRQ0.0RQ0.6RQ1.4T402S斷開磁濾器后保持2SSQ2.1SQ2.2SQ0.3SQ1.1SQ1.7SQ0.4SQ1.2SQ2.0SQ0.5SQ1.3T411min接通排污閥，空壓閥，空氣壓縮機(jī)，響鈴

17、后反洗1minRQ2.1RQ2.2RQ0.3RQ1.1RQ1.7RQ0.4RQ1.2RQ2.0RQ0.5RQ1.3T425S排污閥，空壓閥，空氣壓縮機(jī)，響鈴后保持5sM1.0*T42M1.0*T42圖六 順序功能圖3.3 梯形圖主程序手動(dòng)程序子程序自動(dòng)子程序PLC梯形圖四程序調(diào)試說明首先在 V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6 里將我事先設(shè)計(jì)好的梯形圖程序?qū)懭?，然后再將程序?qū)С觯缓笤僭?S7_200的仿真軟件里進(jìn)行調(diào)試仿真。配置 CPU選擇 CPU226，選擇擴(kuò)展 EM223，然后裝載程序， 分別進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)程序調(diào)試。進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕 I0.0 和手動(dòng)按鈕 I0.2

18、 后，進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試，第一步按下開關(guān) I0.3 應(yīng)使電磁鐵置位得電， 雖然沒有按下 I0.4 、I0.5 等控制進(jìn)水閥，出水閥的開關(guān)，進(jìn)水、出水的輸出端也得電了，導(dǎo)致調(diào)試有錯(cuò)誤。之后找出錯(cuò)誤原因，是因?yàn)橹灰聪聠?dòng)按鈕 I0.0 ， SM0.1 在執(zhí)行用戶程序的第一個(gè)掃描周期就為“ 1”態(tài)，會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)程序，使進(jìn)水、出水閥為 1 態(tài)，導(dǎo)致上訴現(xiàn)象。雖然也存在別的問題，但在后來都已經(jīng)接解決，成功調(diào)試。五結(jié)束語通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。 我學(xué)會(huì)了 PLC的基本編程方法， 對(duì) PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。 在對(duì)理論的運(yùn)用中， 提高了我們的工程素質(zhì)， 在沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對(duì)知道的撐握都是思想上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序用到 PLC中的時(shí)候，問題出現(xiàn)了， 不是不能運(yùn)行， 就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。 通過解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問題， 我們對(duì) PLC 的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。在設(shè)計(jì)的過程中我們還得到了老師的幫助與意見，也請(qǐng)教了了同學(xué)的意見和想法。在學(xué)習(xí)的過程中， 不是每一個(gè)問題都能自己解決， 向老師請(qǐng)教或向同學(xué)討論是一個(gè)很好的方法，不是有句話叫做思而不學(xué)者殆，做事要學(xué)思結(jié)合。最后誠摯的感謝我們的指導(dǎo)老師，您的悉心的教導(dǎo)使我們得以一窺噴泉控制系統(tǒng)領(lǐng)域的深?yuàn)W， 不時(shí)的討論并指點(diǎn)我正確的方向，使我在畢業(yè)