畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）plc在含油污水過濾流程中的應(yīng)用

1、攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文PLC在含油污水過濾流程控制的應(yīng)用 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 院系： 電氣信息工程學(xué)院 年級專業(yè)： 2021級自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 職稱 副教授 助理指導(dǎo)教師 二一二年六月 摘 要 油田污水是石油開采過程中的一種伴生產(chǎn)物。油田污水在經(jīng)過加藥后沉降、過濾能實(shí)現(xiàn)污水的無害化，使油田污水得到妥善處理，減少了石油開采對環(huán)境的污染。隨著科學(xué)技術(shù)的開展，自動(dòng)化程度要求越來越高，原有的污水處理裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動(dòng)化的需要。減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保障生產(chǎn)的可靠性、平安性，降低生產(chǎn)本錢，減少環(huán)境污染,提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)生產(chǎn)所必須面臨的重大問題。然而PLC是集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量

2、技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。本論文是利用Controllogix系統(tǒng)的PLC來控制沉降罐、過濾罐的過濾流程，利用傳感器來檢測罐內(nèi)壓力，并結(jié)合圖形來表達(dá)，簡單易懂，而且檢測裝置也很方便，從而保證了過濾過程的精確控制，從而提高污水處理效率，也取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞 Controllogix PLC，沉降，過濾ABSTRACTOilfield waste water is an associated pro

3、duct of the oil extraction process.Oilfield waste water in the settlement after dosing, filtering wastewater harmless, and proper handling of the oilfield wastewater, reducing pollution of oil exploitation on the environment. With the development of science and technology, degree of automation is be

4、coming more demanding, the transport device is far from being able to meet the current needs of the highly automated. Reduce labor intensity and protect the reliability of production, safety, and reduce production costs, reduce environmental pollution, and improve product quality and economic effici

5、ency is the major issues facing the production must be. However, PLC is integrated automatic control technology, measurement technology, new sensor technology, computer technology in one of the mechanical and electrical integration products; take full advantage of computer technology for centralized

6、 monitoring, control, management and distributed control of the production process; fully absorbed the distributed control system and the advantages of centralized control systems, use of standardized, modular, systematic design, flexible configuration, convenient configuration.This paper is PLC use

7、 Controllogix system to control the settling tank, filter tank filtration process control, using sensors to detect pressure in the tank, combined with the graphics to describe easy to understand, and the detection device is also very convenient, in order to ensure the filtration processprecise contr

8、ol, thereby improving the efficiency of sewage treatment, and also achieved good economic benefits.Key words Controllogix PLC, sedimentation, filtration目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 序言1油田污水處理的開展歷程12 工藝流程及設(shè)備控制要求3沉降罐、過濾罐流程簡介3沉降罐排污工藝流程3過濾罐過濾工藝流程4設(shè)備控制要求4沉降罐控制42.2.2 過濾罐控制43 含油污水處理系統(tǒng)PLC的選型6主要執(zhí)行和檢測元件的選擇63.2 PL

9、C的選型83.3 ControlLogix PLC的特點(diǎn)83.4 PLC的根本組成93.5 ControlLogix PLC選型103.5.1 CPU選型10電源模塊選型11機(jī)架的選型113.5.4 PLC輸入/輸出模塊及設(shè)備的選擇113.5.5 通訊模塊選型133.6 PLC控制輸入/輸出端子接線圖144 含油污水過濾流程控制系統(tǒng)PLC的程序設(shè)計(jì)164.1 Rslogix5000軟件簡介174.1.1 Rslogix5000軟件的主要功能174.1.2 Rslogix5000的根本指令184.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原那么194.3 系統(tǒng)的控制要求194.4 I/O地址分配194.4.1 分配原那么1

10、94.4.2 I/O地址常見分配方法204.4.3 控制系統(tǒng)流程圖214.4.4 程序的調(diào)試24結(jié)論25參 考 文 獻(xiàn)26附錄A：污水處理控制程序27致謝331 緒論1.1 序言油田污水主要包括原油脫出水(又名油田采出水)、鉆井污水及站內(nèi)其它類型的含油污水。油田污水的處理依據(jù)油田生產(chǎn)、環(huán)境等因素可以有多種方式。以注水為主要開發(fā)方式的油田，從注水井注人油層的水，其中大局部通過采油井隨原油一起回到地面，脫出的污水中含有原油，因此被稱為油田采出水。隨著油田外圍低滲透油田和表外儲(chǔ)層的連續(xù)開發(fā)，對油田注水水質(zhì)要求更加嚴(yán)格。隨著油田開采年代增長，采水液的含水率不斷上升，有的區(qū)塊已到達(dá)90以上，這些含油污水

11、成為油田的主要注水水源。油田污水主要包括原油脫出水(又名油田采出水)、鉆井污水及站內(nèi)其它類型的含油污水?？删幊炭刂破?PLC)是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。本設(shè)計(jì)把PLC運(yùn)用于油田污水處理是為了實(shí)現(xiàn)污水處理的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)處理現(xiàn)場無人看守，從而減少勞動(dòng)力本錢提高工作效率。油田污水在經(jīng)過加藥后沉降、過濾能實(shí)現(xiàn)污水的無害化，使油田污水得到妥善處理，減少了石油開采對環(huán)境的污染。Controllogix PLC即是由

12、羅克韋爾公司自主研發(fā)的可編程控制器Programmable logic Controller，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為根底的新型工業(yè)控制裝置。羅克韋爾PLC因?yàn)橛衅鋸V泛的兼容性，在工業(yè)控制領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，由于PLC在順序控制中有著其自身的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)加快了實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中自動(dòng)化控制的進(jìn)程。在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過程中， 很多油田污水在排放時(shí)都要經(jīng)過無害化處理。目前國內(nèi)外油田污水處理普遍使用的技術(shù)有：物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法。我國許多油田水處理站的自動(dòng)化程度不高，手動(dòng)操作多，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且一般生產(chǎn)效益低，不易操作管理, 比擬笨重。從我國各主要油田污水處理回注站所采用的凈水工藝可以看出，我國油

13、田污水處理回注的整體工藝、技術(shù)、管理水平不是太高，這也是我國大局部油田污水處理回注站處理效率低、水質(zhì)無法達(dá)標(biāo)的主要原因之一。隨著全球范圍水資源短缺的加劇，以及人們對環(huán)境污染認(rèn)識的加深， 油田污水處理后回用已經(jīng)越來越受到重視。近期的研究有如下趨勢：新型水處理藥劑的研制和開發(fā)、先進(jìn)設(shè)備的研制和新技術(shù)的應(yīng)用、生物處理技術(shù)、膜別離技術(shù)的研究及推廣、開發(fā)工藝更為先進(jìn)的復(fù)合反響器，提高處理效率，減少占地面積。從人工值守，手動(dòng)運(yùn)行污水處理系統(tǒng)到全程PLC自動(dòng)控制、無人看守。從粗略處理到準(zhǔn)確高效的污水處理系統(tǒng)形成。表達(dá)出PLC在油田污水處理中使得污水處理更加自動(dòng)化和智能化，在整個(gè)沉降和過濾過程中，更加的精確，

14、使得污水處理效率大大提高，減小了石油開采對環(huán)境的污染，保證了生產(chǎn)平安。也大力減少了人力資源。2 工藝流程及設(shè)備控制要求2.1沉降罐、過濾罐流程簡介本設(shè)計(jì)是利用主要是利用PLC對沉降罐和過濾罐的各個(gè)器件進(jìn)行控制。沉降和過濾過程是在含油污水進(jìn)過加藥處理過程后，在污水中形成許多絮狀物，加藥后的污水進(jìn)入沉降罐中，污水中得雜質(zhì)在沉降罐中沉淀后，上層清液由沉降罐頂部流出，經(jīng)過加壓泵后，進(jìn)入精細(xì)過濾器過濾，經(jīng)過過濾器過濾后就可以到達(dá)要求的技術(shù)指標(biāo)。在設(shè)定的循環(huán)周期中，四個(gè)排污閥依次翻開，將沉降罐底部的污泥排出。精細(xì)過濾器內(nèi)部填充有多層過濾網(wǎng)的承壓罐，一般采用8個(gè)過濾器并聯(lián)運(yùn)行。過濾器從開始進(jìn)水過濾開始，到反

15、沖洗完成結(jié)束算做一個(gè)周期1。具體過濾工藝流程圖(見圖2.1)沉降罐過濾罐V-6-7V-8加藥進(jìn)水V-7v-9E-3E-4反沖洗進(jìn)水過濾出水反沖洗進(jìn)水過濾出水排水閥過濾出水閥反沖洗進(jìn)水閥排氣閥過濾進(jìn)水閥反沖洗出水過濾入水反沖洗出水閥反沖洗出水圖2.1 過濾工藝流程圖沉降罐排污工藝流程 沉降沉降過程在沉降罐中進(jìn)行，首先來水進(jìn)入沉降罐，在罐中將會(huì)有大局部雜質(zhì)沉淀到罐底，上層清液由頂部的出水口流出，由管道進(jìn)入下一道處理工序。 排污沉降過程運(yùn)行一定的時(shí)間后，需要將底部的4個(gè)排污閥依次翻開，四個(gè)排污閥 由上至下翻開，以保證沉降罐的污泥不會(huì)由出水管口隨著出水的排出而排出，最后將罐底的污泥排出。過濾罐過濾工藝

16、流程 過濾經(jīng)過沉降處理的污水進(jìn)入過濾罐中。此時(shí)將過濾進(jìn)水閥和出水閥門都打開，污水經(jīng)過加壓泵加壓后，由過濾進(jìn)水閥進(jìn)入過濾罐，再經(jīng)過濾層過濾，再經(jīng)過濾出水閥流出，進(jìn)入清水罐儲(chǔ)存起來。 排水當(dāng)過濾罐運(yùn)行一段時(shí)間后，需要反沖洗，首先需要將過濾罐中的水排出。排水時(shí)，過濾進(jìn)、出水閥關(guān)閉，然后排水和排氣閥翻開，將過濾罐中的污水排出。 反沖洗當(dāng)過濾罐中的水排出后，將排氣和排水閥關(guān)閉，將反沖洗泵翻開，并將過濾罐的反沖洗進(jìn)水和出水閥 翻開，開始返程沖洗過程。沉降罐控制沉降罐的控制分為自動(dòng)和手動(dòng)控制兩種控制方式。這兩種方式，都是由PLC按程序設(shè)定好的操作順序依次控制沉降罐閥門的開啟和關(guān)閉，不需要操作人員在現(xiàn)場手動(dòng)啟

17、閉閥門。 自動(dòng)控制方式當(dāng)沉降罐的控制方式選擇為自動(dòng)控制方式時(shí)，那么沉降罐處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，各閥門按系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間定時(shí)依次開啟和關(guān)閉，不需要操作人員的手動(dòng)操作。 手動(dòng)控制方式當(dāng)沉降罐的控制方式選擇為手動(dòng)控制方式時(shí)，那么沉降罐需要認(rèn)為的控制各個(gè)閥門的開閉，而不會(huì)按照定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間依次動(dòng)作。操作人員可以操作控制儀表盤上的按鈕來手動(dòng)執(zhí)行排污過程。 過濾罐控制過濾罐的控制那么分為手動(dòng)控制、自動(dòng)控制和差壓控制三種控制方式。這些控制方式都不需要人工值守控制的，而是通過PLC按PLC控制程序設(shè)定的順序依次開閉過濾罐各閥門。 自動(dòng)控制方式當(dāng)過濾罐處于自動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，那么過濾罐處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，各閥門按系統(tǒng)設(shè)定

18、的時(shí)間定時(shí)依次開啟和關(guān)閉，不需要操作人員的手動(dòng)操作。 手動(dòng)控制方式當(dāng)過濾罐的控制方式選擇為手動(dòng)控制方式時(shí)，那么過濾罐需要認(rèn)為的控制各個(gè)閥門的開閉，而不會(huì)按照定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間依次動(dòng)作。操作人員可以操作控制儀表盤上的按鈕來手動(dòng)執(zhí)行排污過程。 差壓控制方式差壓控制方式是一種過壓保護(hù)控制方式，無論過濾罐處于自動(dòng)控制還是手動(dòng)控制方式。當(dāng)過濾罐壓力高于設(shè)定值時(shí)，差壓控制開關(guān)動(dòng)作，差壓報(bào)警指示燈變亮，反沖洗流程自動(dòng)啟動(dòng)。這時(shí)自動(dòng)控制和手動(dòng)控制自動(dòng)停止，等反沖洗過程結(jié)束后這兩種控制方式才能起作用。差壓控制是為了防止系統(tǒng)運(yùn)行壓力過大導(dǎo)致人身傷害和危及設(shè)備平安，壓力上限值一般設(shè)為0.20MPA。3 含油污水處理系

19、統(tǒng)PLC的選型 接觸器在控制系統(tǒng)中，所有設(shè)備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)定時(shí)器的反響值進(jìn)行動(dòng)作的，因此需要PLC根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設(shè)備的啟停，在此會(huì)用到了接觸器：反沖洗泵接觸器，為此該系統(tǒng)選用施耐德LC1-D0901M5C交流接觸器，其額定電壓220V,額定電流9A。其特點(diǎn)有：高標(biāo)準(zhǔn)：符合IEC60947-4-1和GB14048.4標(biāo)準(zhǔn)。長壽命：機(jī)械壽命高達(dá)2000萬次；電壽命高達(dá)200萬次。強(qiáng)適應(yīng)性：“TH防護(hù)處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。寬電壓：線圈控制電壓在70%-120%Uc之間波動(dòng)，不影響產(chǎn)品正常工作。強(qiáng)通用性：具有50Hz-60Hz通用線圈，可以全世

20、界通用。模塊化：產(chǎn)品本體上可以附加輔助觸頭，通電/斷電延時(shí)觸頭，機(jī)械閉鎖等模塊。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星-三角起動(dòng)器。 電磁閥電磁閥是通過線圈驅(qū)動(dòng)來控制流體的自動(dòng)化根底元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動(dòng)。工作原理：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門翻開；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉?？刂崎y門采用氣動(dòng)蝶閥，控制電磁閥采用兩位五通單控電磁閥。 加壓泵 一般的泵產(chǎn)品，就驅(qū)動(dòng)方式言，可分為交流泵和直流泵。如果要改變管道流量的話，通過改變電磁閥開度或者改變泵的轉(zhuǎn)速，都可以實(shí)現(xiàn)。泵是輸送液體或者使液體增壓的機(jī)械。它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或者其他外部能量傳送給

21、液體，使液體能量增加。泵主要用來輸送液體包括酸堿液、油、乳化液、水、懸乳液和液態(tài)金屬等，也可輸送含懸浮固體物的液體、氣體混合物以及液體。在過濾過程中使用普通型的增壓泵即可滿足控制要求。根據(jù)上述分析，選擇18WG-18即可滿足要求。 壓力傳感器 壓力傳感器是工業(yè)過程控制中最為常用的一種傳感器，其廣泛用于軍工、石化、油田、電力、船舶、機(jī)床、管道傳輸?shù)缺姸嘈袠I(yè)。壓力傳感器種類較多，較為常用的有、應(yīng)變片壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、擴(kuò)散硅壓力傳感器等4。 擴(kuò)散硅壓力傳感器的根本工作原理是：被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，傳感器的電阻值因此發(fā)生變化，利用電子線路檢

22、測這一變化，并將這一變化轉(zhuǎn)化為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號。 污水處理系統(tǒng)中，系統(tǒng)的壓力會(huì)隨著過濾流量和運(yùn)行時(shí)間變化而變化。為了保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，運(yùn)行壓力必須在規(guī)定范圍內(nèi)。系統(tǒng)運(yùn)行壓力上限為0.2MPa,控制精度+1%。越多：當(dāng)系統(tǒng)工作壓力大于0.2MPa時(shí) ,控制器將及時(shí)進(jìn)行反沖洗過程，同時(shí)給出報(bào)警信號。 結(jié)合上述控制要求本設(shè)計(jì)選用進(jìn)口高性能隔離式擴(kuò)散硅傳感器DX-800擴(kuò)散硅變送器，采用20世紀(jì)90年代先進(jìn)制造工藝，具有同類進(jìn)口變送器的鞏固性和可靠性，適用于各種工業(yè)領(lǐng)域中腐蝕性介質(zhì)的標(biāo)壓、絕壓和負(fù)壓的檢測。 監(jiān)測點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)由于本監(jiān)測點(diǎn)的都是數(shù)字量，所以只用到數(shù)字量輸入輸出。輸入點(diǎn)統(tǒng)計(jì)見表3.1。數(shù)字輸

23、入數(shù)字輸出1反沖洗差壓開關(guān)1 沖洗過濾14反沖洗罐出水閥沉2小于等于選擇2啟動(dòng)反沖洗泵15反沖洗罐反洗進(jìn)水閥3大于等于選擇3沉降罐定時(shí)器16反沖洗罐反洗出水閥4啟動(dòng)過濾罐4沉降罐排1號污閥17反沖洗罐排水閥5啟動(dòng)沉降罐5沉降罐排2號污閥18反沖洗罐排氣閥6停止過濾罐6沉降罐排3號污閥19反沖洗罐定時(shí)器7啟動(dòng)沉降罐7沉降罐排4號污閥20離線排水8過濾罐手動(dòng)/自動(dòng)選擇開關(guān)8工作指示燈9沉降罐手動(dòng)、自動(dòng)選擇開關(guān)9排污指示燈10沖洗次數(shù)選擇開關(guān)10反沖洗罐顯示11沖洗次數(shù)選擇開關(guān)11差壓報(bào)警顯示12過濾罐定時(shí)器1輸出12沉降罐顯示13過濾罐定時(shí)器2輸出13反沖洗罐進(jìn)水閥 3.2 PLC的選型由于設(shè)計(jì)的

24、污水處理控制系統(tǒng)是應(yīng)用在小規(guī)模的污水處理，PLC可以用于代替繼電器的簡單控制場合，也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。由于它有極強(qiáng)的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分的發(fā)揮其作用。PLC在以下領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用：機(jī)床電氣、食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、陶瓷工業(yè)、電力自動(dòng)化設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、電梯、中央空調(diào)、真空裝置、恒壓供水和化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制等。ControlLogix PLC在污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，屬于在該系列PLC的典型應(yīng)用12。含有污水過濾控制系統(tǒng)的核心是PLC，哪些信號需要輸入至PLC，PLC需要驅(qū)動(dòng)哪些負(fù)載,以及采用何種編程方式，都是需要認(rèn)真考慮的問題，都會(huì)影響到其內(nèi)部I

25、/O點(diǎn)數(shù)的分配。因此，I/O點(diǎn)數(shù)確實(shí)定是設(shè)計(jì)含油污水過濾自動(dòng)控制系統(tǒng)首先需要解決的問題,決定著系統(tǒng)硬件局部的設(shè)計(jì)，也是系統(tǒng)軟件編寫的前提。由于工藝流程比擬固定、環(huán)境條件比擬好，所以選用模塊式的PLC機(jī)型，即 ControlLogix PLC。3.3 ControlLogix PLC的特點(diǎn)ControlLogix控制系統(tǒng)看起來像一個(gè)可編程序控制器，但它不只限于此。ControlLogix結(jié)構(gòu)體系是一個(gè)技術(shù)先進(jìn)的控制平臺(tái)，它集成了多個(gè)控制功能：順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、傳動(dòng)及過程控制等。與傳統(tǒng)可編程控制器不同的是，ControlLogix系統(tǒng)在任意尺寸上都是模塊化的?？梢愿鶕?jù)具體應(yīng)用來選擇適宜的內(nèi)存量、

26、控制器個(gè)數(shù)和網(wǎng)絡(luò)類型，這種柔性結(jié)構(gòu)允許在同一機(jī)架內(nèi)使用多個(gè)控制器、網(wǎng)絡(luò)及I/O模塊。與此同時(shí)，ControlLogix系統(tǒng)具有優(yōu)良的性能品質(zhì)，主要特點(diǎn)如下： 無縫連接易于和其他網(wǎng)絡(luò)上的程序控制器透明地收發(fā)信息，兼容性好。 快速ControlLogix結(jié)構(gòu)在背板上提供了高速數(shù)據(jù)傳輸總線，Logix5550控制器提供了高速傳輸?shù)目刂破脚_(tái)。 可組態(tài)可根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的需要增減控制器和通信模板的個(gè)數(shù)，可在一個(gè)機(jī)架內(nèi)使用多個(gè)控制器。 工業(yè)化ControlLogix提供了高強(qiáng)度平臺(tái)，可耐受振動(dòng)、高溫及各種工業(yè)環(huán)境下的電氣干擾。 集成化建立了一個(gè)集中多個(gè)技術(shù)的平臺(tái)，包括順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、傳動(dòng)和過程應(yīng)用控制。

27、結(jié)構(gòu)緊湊適用于控制高度分散而配電盤空間有限的應(yīng)用場合。除此之外，可無需控制器而在網(wǎng)絡(luò)間實(shí)現(xiàn)橋接；多個(gè)控制器、I/O模板及通信模扳可任意組合。此外，可帶電拔插一個(gè)模塊而無需斷開系統(tǒng)的其他模塊，并提供可拆卸接線端子排，使用方便，易于維護(hù)。ControlLogix系統(tǒng)采用RSLogix5000編程軟件，它能運(yùn)行于Windows NT32 b的操作系統(tǒng)下，其性能優(yōu)越，并提供了可靠的通信功能及診斷特性，具有通用的用戶界面和特性設(shè)置，配有靈活、易操作的編輯器，可點(diǎn)擊進(jìn)行I/O組態(tài)。該系統(tǒng)采用RSView32中文監(jiān)控軟件，中文顯示，修改方便，易于操作。3.4 PLC的根本組成PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的

28、計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)根本上與微型計(jì)算機(jī)相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC的根本結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式結(jié)構(gòu)兩類。本設(shè)計(jì)使用的是模塊式結(jié)構(gòu)PLC。模塊式(又稱組合式)結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出(I/O)單元、電源和通信端口等分別做成相應(yīng)的模塊、應(yīng)用時(shí)將這些模塊根據(jù)控制要求插在機(jī)架上，各模塊間通過機(jī)架上的總線互相聯(lián)系。其中PLC的CPU和存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)在一個(gè)模塊上，有時(shí)把電源也放在這一模塊上，該模塊在總線上的安裝位置一般是固定的，模塊式的PLC安裝完成后，需進(jìn)行登記，以便PLC對安裝在總線上的各模塊進(jìn)行地址確認(rèn)。模塊式的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性高?？梢詷?gòu)成不同控制規(guī)模和功能的PL

29、C，但同時(shí)價(jià)格也比擬高5。根本結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。圖3.1 結(jié)構(gòu)式模塊3.5 ControlLogix PLC選型 CPU選型根據(jù)沉降和過濾系統(tǒng)控制要求和IO控制點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)，本系統(tǒng)選用Logix5550控制器。ControlLogix系統(tǒng)的核心是Logix5550控制器，其處理速度為0.08 ms/K指令，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存配置為160kB，可選增加擴(kuò)展內(nèi)存512KB、1MB、 2MB，一個(gè)Logix5550控制器支持12800個(gè)離散的或4000個(gè)模擬的I/O點(diǎn)，符合IEC1131-1的操作系統(tǒng)提供多任務(wù)環(huán)境，最多可支持32個(gè)任務(wù)，其中31個(gè)時(shí)間片可由用戶設(shè)定，支持長文件、變量名。Logix5550以微處

30、理器為核心，采用了先進(jìn)的過程控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，負(fù)責(zé)對生產(chǎn)過程進(jìn)行檢測和控制，是數(shù)據(jù)采集、過程控制局部。通過組態(tài)和編程，具有豐富的運(yùn)動(dòng)控制功能、順序控制功能、傳動(dòng)及過程控制功能、運(yùn)算功能，可直接采集來自現(xiàn)場的各類工藝過程數(shù)據(jù)，經(jīng)處理、運(yùn)算后，將檢測信號送至操作站進(jìn)行監(jiān)視，將控制信號送至現(xiàn)場。具有可靠性高，掃描處理速率高等特點(diǎn)，并具有自診斷功能8。其特性見表3.2。用戶存儲(chǔ)器160K字節(jié)背板電流+5Vdc +24Vdc 電力耗散熱耗散工作溫度0°60存儲(chǔ)溫度-40°85相對濕度5%95%電池1756-BA1 鋰電池 由于Logix5550處理器模塊的功能強(qiáng)大，I/

31、O點(diǎn)數(shù)多，用戶還可以根據(jù)需求擴(kuò)展內(nèi)存、添加I/O及通訊接口。含油污水過濾流程控制控制雖比擬復(fù)雜，但所需內(nèi)存也不算大，1756-L1處理器完全能夠很好的控制沉降罐和過濾罐的各個(gè)流程。所以本設(shè)計(jì)選擇1756-L1處理器。電源模塊選型ControlLogix 電源可直接為機(jī)架背板提供提供1.2V、2.4V、3.3V、5V和24V的直流電源。用戶需將電源模塊安裝在框架左端，它可直接插在背板上。由于我們?nèi)粘Ｉ钪薪涣麟姷氖褂帽葦M方便，所以本設(shè)計(jì)選擇1756-PA72電源PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24VDC的工作電源。該電源輸入類型有：交流電源220VA

32、C或110VAC，其額定輸入電壓為120AC或220AC。其特性見表3.3。表3.3 電源1756-PA72的特性正常輸入電壓120ac或220ac輸入電壓范圍85-132ac或170-265ac最大輸入功率95W最大視在功率240VA最大輸出功率A系列電源 70W40 55W60B系列電源75W60最大背板輸出電流dc dc 10A5Vdc 24Vdc機(jī)架的選型ControlLogix 系統(tǒng)是一種模塊化系統(tǒng)，它要求使用1756 I/O框架來安裝不同的模塊?？蚣苡幸韵聨追N規(guī)格：4槽、7槽、10槽、13槽、17槽。結(jié)合含油污水過濾流程控制控制要求來考慮，本設(shè)計(jì)選擇1756-A7 7槽的Contr

33、olLogix機(jī)架。 PLC輸入/輸出模塊及設(shè)備的選擇選擇適宜的PLC要根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求等來進(jìn)行PLC的選擇。選擇包括機(jī)型、存儲(chǔ)器容量、輸入/輸出模塊、電源模塊和智能模塊等 輸入/輸出模塊原理介紹由于ControlLogix不僅是順序控制、邏輯控制領(lǐng)域中的佼佼者，而且在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制領(lǐng)域也占有重要的地位，因此Control Logix既可以非常出色的完成常規(guī)的繼電邏輯控制，又可以實(shí)現(xiàn)多種特殊的控制功能，入模擬量控制、溫度控制、位置控制和速度控制等。輸入/輸出模塊分為數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊兩大類。數(shù)字量輸入/輸出模塊用來接受和采集現(xiàn)場設(shè)備的輸入信號，包括按鈕、選擇

34、開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、數(shù)字撥碼開關(guān)等數(shù)字量輸入信號，以及用來對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的輸出信號，包括向接觸器、電磁閥、指示燈和開關(guān)等輸出地?cái)?shù)字量輸出信號。模擬量輸入/輸出模塊能直接接收和輸出模擬量110V或220V信號、直流電壓24V、12V或5V TTL電平信號。輸入/輸出模塊通常采用濾波器、光耦合器或隔離脈沖變壓器將來自現(xiàn)場的輸入信號或驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場設(shè)備的輸出信號與CPU隔離，以防止外來干擾引起的誤動(dòng)作或故障。 ControlLogix PLC輸入/輸出模塊的選擇ControlLogix系統(tǒng)中，I/O的更新與邏輯執(zhí)行不同步。這樣用戶的應(yīng)用系統(tǒng)就可以隨時(shí)接收到更新的數(shù)據(jù)。如果用戶的應(yīng)用系統(tǒng)需要同步的I/O

35、更新，可以在每次掃描開始時(shí)，使用同步拷貝(CPS)指令來緩沖I/O數(shù)據(jù)。ControlLogix系統(tǒng)中的每個(gè)I/O模塊必須歸屬于某個(gè)ControlLogix控制器。宿主控制器儲(chǔ)存著它所擁有的每個(gè)I/O模塊的組態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)I/O模塊的安裝位置，模塊既可是本地的，也可以是遠(yuǎn)程的。宿主控制器發(fā)送I/O組態(tài)數(shù)據(jù)以規(guī)定I/O模塊的工作行為，并在控制系統(tǒng)內(nèi)啟動(dòng)I/O模塊的動(dòng)作。每個(gè)ControlLogix I/O模塊必須與它的宿主控制器保持連續(xù)通信以便正常工作。典型情況下，每個(gè)I/O模塊只有一個(gè)宿主，因?yàn)楫?dāng)與宿主控制器的通訊停止時(shí)，只聽(listen-only)控制器就會(huì)失去與模塊的連接，用戶可以為一個(gè)輸

36、入模塊定義多個(gè)宿主。如果多個(gè)控制器擁有同一個(gè)輸入模塊，那么每個(gè)控制器都必須保持該輸入模塊的相同組態(tài)。而輸出模塊只允許有一個(gè)宿主2。本設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)際選用的模塊有：數(shù)字輸入模塊1756-IB32,數(shù)字輸出模塊1756-OB16D。所選輸入/輸出模塊型號總匯如下：數(shù)字輸入接口模塊： 1756-IB32；數(shù)字輸出接口模塊： 1756-OB16D； 數(shù)字輸入接口模塊1756-IB32/A的具體參數(shù)如下：輸入點(diǎn)數(shù)：32每組16點(diǎn)，兩組；電壓類型：24V源流負(fù)載；工作電壓“1031.2V直流；背板負(fù)載電流：150mA5V 2mA24V 0.81W。 數(shù)字輸出接口模塊：1756-OB16D的具體參數(shù)如下：輸出點(diǎn)

37、數(shù)：16每組8點(diǎn)，兩組；電壓類型：24V源流負(fù)載；工作電壓“30V直流；背板負(fù)載電流：250mA5V 140mA24V 4.64W。表3.4 該課題的PLC硬件配置電源CPUI/O分配1756-PA721756-L11槽2槽和3槽數(shù)字輸入數(shù)字輸出1756-IB32/A1756-OB16D 通訊模塊選型Controllogix系統(tǒng)的信息是通過背板從一個(gè)通訊接口模塊直接傳送到另一個(gè)通訊接口模塊，所以在Controllogix網(wǎng)關(guān)框架中不必包含處理器，這樣有利于減少潛在的通訊故障。由于用戶在一個(gè)Controllogix背板上安裝多個(gè)通訊模塊后可以組態(tài)一個(gè)網(wǎng)關(guān)以便在網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)橋接。本設(shè)計(jì)選擇了175

38、6-CNB型號的通訊模塊。它連接ControlNet鏈路與Controllogix背板。為 ControlNet鏈路與 Ethernet鏈路和DeviceNet鏈路之間提供信息傳送。 Controllogix PLC的系統(tǒng)各個(gè)模塊都已已選擇好了，將各個(gè)模塊有機(jī)連接起來就構(gòu)成了Controllogix PLC的配置圖圖3.2。計(jì)算機(jī)處理器LOGIX5550處理器模塊通訊接口模塊插入裝有LOGIX5550處理器的I/O框架中1756I/O模塊插入裝有LOGIX5550處理器的I/O框架中1756I/O模塊及其它設(shè)備Controllogix背板ControlnetI/O鏈路圖3.2 CONTROLL

39、OGIX PLC的配置圖由于稱壓力感器將重量這個(gè)模擬信號轉(zhuǎn)換成了數(shù)字信號，所以本設(shè)計(jì)就沒必要選用模擬I/O模塊。前面已經(jīng)統(tǒng)計(jì)了輸入、輸出點(diǎn)數(shù)分別為13點(diǎn)和20點(diǎn)。具體型號如下：控制器型號： 1756-L1 ControlLogix 5550 controller機(jī)架型號： 1756-A7 7槽的ControlLogix機(jī)架電源模塊： 1756-PA72電源輸入模塊： 1756-IB32型號的數(shù)字輸入模塊1個(gè)輸出模塊： 1756-OB16I型號的數(shù)字輸出模塊2個(gè)3.6 PLC控制輸入/輸出端子接線圖 PLC控制輸入輸出端子接線圖見圖3.3 洗差壓開關(guān) KA1 input.l output.1 K

40、M1 KM2 沖洗過濾小于等于 KA2 input.2 output.2 KM2 KM 1 啟動(dòng)反大于等于 KA3 input.3 220 V FU2 沖洗泵 啟動(dòng)沉降罐 SB1 output.3 HL1 停止過濾罐 SB2 input.5 沉降罐定時(shí)器啟動(dòng)沉降罐 SB3 HL2 過濾手動(dòng)/ KA4 HL3 14號沉 自動(dòng)選擇 降罐排污閥 HL4 沉降手動(dòng)/ KA5 output.7 HL5 自動(dòng)選擇 HL6 沖洗次數(shù) SQ1 input.9 6HL 工作指示燈 選擇開關(guān) HL7沖洗次數(shù) SQ2 input.10 7HL 排污指示燈 選擇開關(guān) 0 1HL 反沖洗罐示過濾罐定時(shí) KR1 2Hl

41、差壓報(bào)警示 器1輸出 KR2 3HL 沉降罐顯示過濾罐定時(shí) input.l2 4 HL 反沖洗罐器2輸出 SB4 5H L 進(jìn)水閥啟動(dòng)過濾罐 input.l3 4 反沖洗罐出 水閥 6HL 反沖洗罐反 洗進(jìn)水閥 Logix5550 7HL 反沖洗罐反洗出水閥 1756-L2M2 8H 反沖洗罐排 水閥 9HL 反沖洗罐排 氣閥 10HL 反沖洗罐定時(shí)器 11HL 離線排水 COM COM1 12V FU3 圖3.3 PLC控制輸入輸出端子接線圖4 含油污水過濾流程控制系統(tǒng)PLC的程序設(shè)計(jì)在含有污水過濾流程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，只有PLC硬件設(shè)計(jì)還不夠，必須得有與之相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)。這就要根據(jù)PLC系統(tǒng)

42、硬件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝要求以及軟件規(guī)格說明書，使用相應(yīng)的編程語言指令，編制要實(shí)現(xiàn)Controllogix系統(tǒng)PLC實(shí)際應(yīng)用程序形成程序說明書的過程，而這個(gè)過程就是程序設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)步驟一般PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如圖4.1，具體操作如下。圖4.1 設(shè)計(jì)步驟示意圖 控制要求分析在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)之前，必須對工藝過程進(jìn)行細(xì)致的分析，詳細(xì)了解控制對象和控制要求，這樣才能真正明白自己所要完成的任務(wù)，并更好地完成任務(wù)，設(shè)計(jì)出令人滿意的控制系統(tǒng)。 確定輸入/輸出設(shè)備根據(jù)控制要求選擇適宜的輸入設(shè)備(控制按鈕、開關(guān)、傳感器等)和輸出設(shè)備(接觸器、繼電器)。并根據(jù)所選用的輸入/輸出設(shè)備的類型和數(shù)量，確定PLC的I/

43、O點(diǎn)數(shù)。 選擇適宜PLC確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)后，就根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求等來進(jìn)行PLC的選擇。選擇包括機(jī)型、存儲(chǔ)器容量、輸入/輸出模塊、電源模塊和智能模塊等。 I/O點(diǎn)數(shù)分配點(diǎn)數(shù)分配就是規(guī)定PLC的I/O端子和輸入/輸出設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系，畫出I/O接線原理圖。4.1 Rslogix5000軟件簡介為了到達(dá)生產(chǎn)工藝的要求，方便和快捷地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，本次設(shè)計(jì)選用了與Controllogix系統(tǒng)PLC相應(yīng)的Rslogix5000編程軟件。Rslogix5000是功能十分強(qiáng)大的編程軟件，不僅僅用來對控制器進(jìn)行常規(guī)的編程，更多的用于組態(tài)和監(jiān)控，所有對外交換的信息，不管是I/O刷新信息，還是對外設(shè)備的

44、通信信息，統(tǒng)統(tǒng)要經(jīng)過編程軟件的組態(tài)或編程，更重要的是它面對系統(tǒng)的監(jiān)視功能和診斷功能，所有它屬下模塊的工作狀態(tài)全在它的監(jiān)視之下，其診斷結(jié)果將明了告知問題所在。Rslogix5000為梯形邏輯編程提供了靈活性、可靠性，并提高生產(chǎn)率，其運(yùn)行環(huán)境是Microsoft Windows 98和Windows NT。 Rslogix5000軟件的主要功能 在線文檔信息豐富，提供在線幫助，包括概述信息、編程信息、屏幕信息和參考信息；提供在線參考書，包括電子版的相關(guān)參考手冊和用戶手冊； 指令大集合，包括梯形圖、功能塊、語句結(jié)構(gòu)以及用戶自定義指令集，通過幫助文件，對指令參數(shù)的輸入有詳細(xì)講解； 拖放編輯和導(dǎo)航功能，

45、使用戶能夠在數(shù)據(jù)文件之間快速移動(dòng)數(shù)據(jù)表元素，在子程序或工程之間快速移動(dòng)梯級，或者在一個(gè)工程內(nèi)部的梯級與梯級之間快速移動(dòng)指令； 查詢和替換功能，能夠快速改變特定地址或符號的值； 工程目錄為點(diǎn)擊式界面，用戶可訪問包含在工程目錄內(nèi)的所有文件夾和文件； 用戶數(shù)據(jù)監(jiān)控診斷功能，可同時(shí)顯示獨(dú)立的數(shù)據(jù)文件元素以觀察它們之間的相互作用； 數(shù)據(jù)處理管理和趨勢曲線監(jiān)視功能，方便建立數(shù)組和用戶自定義結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，趨勢顯示和歸檔，對瞬間數(shù)據(jù)的快速捕獲，以甄別干擾數(shù)據(jù)對系統(tǒng)的影響； 文件管理和尋址方便，對文件進(jìn)行方便的管理，導(dǎo)入導(dǎo)出、轉(zhuǎn)換、備份和打印工程文件都十分方便和容易與外部銜接，而且尋址方便，控制

46、器中使用的I/O地址和各個(gè)數(shù)據(jù)庫的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，均可瀏覽獲取，不必?fù)?dān)憂鍵入錯(cuò)誤的地址； 它在任何Rockwell Software編程軟件產(chǎn)品中都是通用的。 Rslogix5000的根本指令 延時(shí)斷開計(jì)時(shí)器指令TOF說明：TOF是一條非保持的計(jì)時(shí)器指令，當(dāng)該指令被使能累計(jì)時(shí)間，計(jì)時(shí)器的時(shí)間基總是1毫秒。例如，對于一個(gè)2秒的計(jì)時(shí)器，其預(yù)置值PRE應(yīng)該輸入2000。當(dāng)指令被使能時(shí)，TON計(jì)時(shí)器指令累計(jì)直到發(fā)生以下事件：1) TOF指令被禁止；2) 累加值A(chǔ)CC預(yù)置值PRE。當(dāng)TON指令被禁止時(shí)，清零累加值A(chǔ)CC； 等于指令(EQU)說明：EQU指令測試源A的值與源B的值是否相等。 送指令MOV說明：M

47、OV指令復(fù)制源到目的單元，源操作數(shù)不變。 大于指令GRT說明：GRT指令檢測源A的值是否大于源B的值。 比擬指令CMP說明：CMP指令執(zhí)行表達(dá)式中指定的算術(shù)運(yùn)算比擬，用戶要執(zhí)行的運(yùn)算有表達(dá)式定義，運(yùn)算符、標(biāo)簽和立即數(shù)定義表達(dá)式，表達(dá)式中的復(fù)雜局部用圓括號定義。 小于指令LES說明：LES指令檢測源A的值是否小于源B的值。 減法指令SUB說明：SUB指令使源A操作數(shù)減去源B操作數(shù)，并存放結(jié)果于目的單元內(nèi)。 大于或等于指令GEQ說明：GEQ指令測試源A的值是否大于或等于源B的值。 小于或等于指令LEQ說明：LEQ指令測試源A的值是否小于或等于源B的值。 絕對值指令A(yù)BS說明：ABS指令測試源A的值

48、取絕對值并存放在源A中。4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原那么PLC控制系統(tǒng)是為工藝流程效勞的，所以它首先要能很好地實(shí)現(xiàn)工藝提出的控制要求。以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，在PLC的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該把這個(gè)問題放到首位。PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循以下原那么： 根據(jù)工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)要求最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原那么； 控制系統(tǒng)長期運(yùn)行中能否到達(dá)平安、可靠、穩(wěn)定，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原那么； 在滿足控制要求的前提下，盡量減少PLC系統(tǒng)硬件費(fèi)用。這個(gè)要求，不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)既方便又本錢低； 考慮到以后控制要求的變化，所以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮PLC的可擴(kuò)展性。因此在選擇PL