plc污水處理系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　引言</b></p><p><b>　　課題來源</b></p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市人口不斷增加，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市水環(huán)境污染問題愈來愈突出，如何經(jīng)濟(jì)有效地控制城市污水造成的水環(huán)境污染，已成為協(xié)調(diào)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。因此，加強(qiáng)環(huán)境意識(shí)、控制廢氣、廢水、廢物的排放；加強(qiáng)

2、環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)軟件的研究和開發(fā)，將有利于促進(jìn)環(huán)境工作和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。</p><p>　　當(dāng)今工廠污水處理正朝著大型化、現(xiàn)代化、和精密化的方向發(fā)展，處理工藝過程也日益復(fù)雜，對(duì)處理水質(zhì)也提出了更高的要求，所有這些都對(duì)其運(yùn)行管理與過程控制提出了越來越高的要求，傳統(tǒng)的控制方式已不能滿足現(xiàn)代化工程午睡處理的控制要求。</p><p>　　近年來，PLC（可編程序控制器）在其發(fā)展過程中，技術(shù)功能不斷

3、擴(kuò)展，增加了數(shù)值運(yùn)算、閉環(huán)調(diào)節(jié)等功能。可編程序控制器的運(yùn)算速度提高，輸入輸出規(guī)模擴(kuò)大，并開始與網(wǎng)絡(luò)和小型機(jī)相連，構(gòu)成以可編程序控制器為重要部件的控制系統(tǒng)。目前的可編程序控制器已加強(qiáng)了模擬量控制功能，可以配備各種控制摸板，具有了PID調(diào)節(jié)功能和構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、組成分級(jí)控制功能，實(shí)現(xiàn)了集散控制所完成的功能?？删幊绦蚩刂破鹘M成的控制系統(tǒng)已在給水排水工程中獲得越來越多的應(yīng)用。</p><p>　　將PLC技術(shù)應(yīng)用于工廠污水

4、處理系統(tǒng)中，可以提高工廠污水處理的自動(dòng)化程度，便于工廠或當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門利用本地計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)實(shí)行24小時(shí)連續(xù)監(jiān)控，本研究以PLC技術(shù)為核心的環(huán)保遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端設(shè)備應(yīng)用于污水排放空總量監(jiān)控系統(tǒng)中，可以大大提高系統(tǒng)和環(huán)境數(shù)據(jù)的可靠性和精確性。將這一技術(shù)應(yīng)用于工廠污水處理監(jiān)控系統(tǒng)中，可以及時(shí)遠(yuǎn)程報(bào)警，防止污染物事故排放，從而對(duì)提高環(huán)境質(zhì)量有重要的意義。</p><p>　　綜上所述，以PLC技術(shù)為核心的工廠污水處理系統(tǒng)

5、和以PLC為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端將是今后工廠污水處理技術(shù)的發(fā)展方向。PC-PLC遠(yuǎn)程雙向通訊技術(shù)在工廠污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用，將為污水處理技術(shù)更上新的水平；為全面完成“一控雙達(dá)標(biāo)”任務(wù)，和全面完成“九五期間全面主要污染物排放總量控制計(jì)劃”的實(shí)施，做出積極的貢獻(xiàn)。</p><p><b>　　目前國內(nèi)外先進(jìn)水平</b></p><p>　　PLC在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域中早已得到

6、了廣泛的應(yīng)用。國外在80年代初期、中期，PLC系統(tǒng)也已在工廠污水處理設(shè)備中應(yīng)用。僅以PLC的控制功能而言，PLC是嚴(yán)謹(jǐn)、方便、易編程、易安裝、可靠性極高的應(yīng)用軟件平臺(tái)。PLC具有豐富的邏輯控制指令和高級(jí)應(yīng)用指令；PLC即有自身的網(wǎng)絡(luò)體系又有開放I/O及通訊接口，而且?guī)缀跻呀?jīng)發(fā)展到了盡善盡美的地步。在工廠污水處理的過程控制方面，在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊和控制方面都具有無可爭議的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　我國工廠污水處理技術(shù)

7、開發(fā)、產(chǎn)品和裝備起步較晚，企業(yè)規(guī)模小，品種單一重復(fù)，可控性差，技術(shù)水平落后，用于工廠污水處理的儀表和系統(tǒng)更是寥寥無幾。污水處理數(shù)據(jù)往往采用人工抄寫、人工匯總、人工傳遞的方法。80年代后期，我國利用外資引進(jìn)了國外成套的污水處理設(shè)備，從儀表和控制的可靠性和先進(jìn)性方面來看，比國產(chǎn)儀表設(shè)備具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但國外儀表價(jià)格昂貴，售后服務(wù)困難。同時(shí)，成套引進(jìn)的污水處理設(shè)備，其儀表和控制系統(tǒng)的技術(shù)水平也僅僅是國外80年代初期、中期傳統(tǒng)的DCS和PLC系

8、統(tǒng)。</p><p>　　隨著微電子技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)發(fā)達(dá)國家90年代新建的 城市污水處理廠已普遍采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控裝置及其智能化、數(shù)字化現(xiàn)場(chǎng)儀表。</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互連、多變量、多點(diǎn)、多站的通訊系統(tǒng)。其技術(shù)特點(diǎn)是信號(hào)傳輸數(shù)字化，控制功能分散化，系統(tǒng)開發(fā)與可互操作，符合環(huán)境保護(hù)要求

9、，節(jié)能節(jié)材，造價(jià)低廉，維護(hù)成本低。</p><p>　　據(jù)調(diào)查，目前即使一些工廠采取了PLC，但絕大部分還都只利用了其傳統(tǒng)的 控制方式，并沒有充分利用PLC的遠(yuǎn)傳功能，部具備環(huán)保功能。所以污水處理系統(tǒng)最好具有這方面的功能，本系統(tǒng)中以PLC為主要控制設(shè)備并利用了PLC的遠(yuǎn)傳功能這樣就節(jié)省了一大筆費(fèi)用。</p><p><b>　　本課題所做的工作</b></p&g

10、t;<p><b>　　課題應(yīng)達(dá)到的目的</b></p><p>　　本課題為PLC應(yīng)用課題，通過設(shè)計(jì)過程使同學(xué)學(xué)會(huì)針對(duì)工藝要求，查閱各自書籍、雜志期刊資料，掌握PLC的硬件設(shè)計(jì)方法，各種模塊的選型及學(xué)習(xí)其使用方法；并且能夠熟練的對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行編程調(diào)試；使學(xué)生經(jīng)過設(shè)計(jì)的全過程體會(huì)如何應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，并進(jìn)行一定的自學(xué)訓(xùn)練，使其掌握自學(xué)方法。為今后的科研工作打下良好基礎(chǔ)。</p

11、><p>　　課題任務(wù)的內(nèi)容和要求</p><p>　　設(shè)計(jì)PLC控制電路，要求：1、具有流量、液位等模擬量的檢測(cè)功能；2、能夠根據(jù)池水中的液位能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)進(jìn)行反沖洗過程；3、根據(jù)檢測(cè)信息對(duì)設(shè)備的啟動(dòng)與停止進(jìn)行控制；4、對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、水泵、閥門等設(shè)備有保護(hù)功能。</p><p>　　設(shè)計(jì)應(yīng)包含的內(nèi)容：1、設(shè)計(jì)主電路，選擇控制方案，編輯控制程序；2、設(shè)計(jì)控制電路；3、選擇PL

12、C及輸入輸出模塊，包括選擇輸入部分按鈕、檢測(cè)儀表、行程開關(guān)及輸出部分及電器、接觸器、信號(hào)燈等；4、進(jìn)行硬件連接，并畫出控制框圖；5、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程控制，并調(diào)試。</p><p><b>　　可編程控制器</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　可編程控制器的產(chǎn)生和功能特點(diǎn)</p>

13、<p>　　可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)容為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。目前以被廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程自動(dòng)控制中。</p><p>　　繼電接觸控制能完成邏輯“與”、“非”等功能，實(shí)現(xiàn)弱電對(duì)強(qiáng)電的控制，且由于結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，掌握容易等優(yōu)點(diǎn)，因而幾十年來已得到了廣泛的應(yīng)用，并在工業(yè)控制領(lǐng)域中曾經(jīng)占

14、據(jù)過主導(dǎo)地位。但繼電接觸控制系統(tǒng)存在如下缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，開關(guān)動(dòng)作慢，功能較少，接線復(fù)雜，觸電容易損壞，改接麻煩，靈活性較差等。</p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，新的控制器件及其控制系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。1968年美國通用汽車公司（GM）公開招標(biāo)研制功能更強(qiáng)，使用更方便，價(jià)格便宜，可靠性更高的新型控制器。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)GM公司的招標(biāo)要求，研制出世界第一臺(tái)可編程控制器，型號(hào)為PD

15、P-14，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。這就較好的使繼電接觸控制簡單易懂，使用方便，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)功能完善、靈活性強(qiáng)，通用性好的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，并將繼電接觸控制的硬連線邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)的軟件邏輯編程的設(shè)想逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)?？删幊炭刂破鞒霈F(xiàn)以后，名稱很不一致。早期的可編程控制器在功能上只能進(jìn)行邏輯控制，因此被稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC。它只是用來取代繼電接觸控制，

16、僅有執(zhí)行繼電器邏輯、定時(shí)、技術(shù)等較少功能。</p><p>　　20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)了微處理器和微型計(jì)算機(jī)，人們把微機(jī)技術(shù)應(yīng)用到可編程序控制器中，使得它兼有計(jì)算機(jī)的一些功能，不但能用邏輯編程去取代硬連線邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送與處理及對(duì)模擬量進(jìn)行控制等功能，使之真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制設(shè)備。</p><p>　　1980年美國電器制造協(xié)會(huì)把這種新的控制設(shè)備正式命名為可編程序控

17、制器PC。但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)的專稱PC相區(qū)別，故常常把可編程序控制器簡稱為PLC。1987年，美國電氣制造協(xié)會(huì)給出的可編程 控制器的定義為：“可編程控制器是一種帶有指令存儲(chǔ)器和數(shù)字或模擬I/O接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯﹑順序﹑定時(shí)﹑計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制裝置?！彪S著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和可編程序控制器的不斷發(fā)展，功能不斷增強(qiáng)，其定義也會(huì)發(fā)生變化。</p><p>　　可編程控制器的

18、主要優(yōu)點(diǎn)：1、編程簡單，使用簡單；2、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；3、通用性好；4、功能強(qiáng)；5、使用方便；6、設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試周期短；7、體積小、重量輕、功耗低。</p><p>　　從上述PLC的功能特點(diǎn)可見，PLC控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，在許多方面可以取代繼電接觸控制。</p><p><b>　　可編程控制器的應(yīng)用</b></p>

19、<p>　　長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。但PLC也必須依靠采用其他新技術(shù)來應(yīng)對(duì)市場(chǎng)份額逐漸減小所帶來的沖擊，特別是IPC（工控機(jī)）所帶來的沖擊。</p><p>　　在全球IPC領(lǐng)域，圍繞開放與再開放過程控制系統(tǒng)，開放式過程控制軟件，開放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議，已經(jīng)發(fā)生巨大變革，幾乎到處都有PLC,但這種趨勢(shì)不會(huì)發(fā)展下去。隨著Soft

20、 PLC（軟PLC）控制組態(tài)軟件技術(shù)的誕生與進(jìn)一步發(fā)展，安裝有Soft PLC組態(tài)軟件和基于IPC和過程控制系統(tǒng)的份額正在逐步得到增長，這些事實(shí)傳統(tǒng)PLC的技術(shù)發(fā)展與提高方面做出更加開放的姿態(tài)。對(duì)于控制軟件來講，這是PLC控制器的核心，PLC供應(yīng)商正在向工業(yè)用戶提供開放式的編程組態(tài)工具軟件，而且對(duì)于工業(yè)用戶表現(xiàn)的非常積極。此外，開放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了突破，其結(jié)果是將PLC融入更加開放的工業(yè)控制行業(yè)。</p><

21、p>　　PLC及其應(yīng)用的發(fā)展，與信息化，數(shù)字化，智能化的世界潮流相聯(lián)系，與微電子技術(shù)的發(fā)展密切發(fā)展相關(guān)，與控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，顯示技術(shù)的發(fā)展互為因果，互相補(bǔ)充與促進(jìn)，互相融合和滲透.</p><p>　　可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　a)輸入與輸出部件：</p><p>　　這是PLC與輸入控制系統(tǒng)和被控制設(shè)備連接起來的部件，輸入部件

22、接受從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)和傳感器等輸入的現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)。并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸出部件接受經(jīng)過中央處理器處理過的輸出數(shù)字信號(hào)，并將它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所能接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥、指示器件等。</p><p><b>　　b)中央處理單元：</b></p><p>　　中央處理單元包括微處理器、系統(tǒng)程序處理器和

23、用戶程序處理器。微處理器是PLC的核心部件，整個(gè)PLC的工作過程都是在中央處理器的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進(jìn)行的，它的主要任務(wù)是按一定的規(guī)律和要求讀入被控對(duì)象的各種工作狀態(tài)，然后根據(jù)用戶所編制的應(yīng)用程序的要求去處理有關(guān)數(shù)據(jù)，最后再向被控對(duì)象送出相應(yīng)的控制（驅(qū)動(dòng)）信號(hào)。</p><p>　　存儲(chǔ)器是保存系統(tǒng)程序和用戶程序的器件。系統(tǒng)存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)正常工作所必需的程序，如管理、監(jiān)控、指令解釋程序，這些程序與用戶無直接

24、的關(guān)系，已由廠家直接固化進(jìn)EPROM中。用戶存儲(chǔ)器主要用于存放用戶按控制要求所編制的程序，可通過編程器進(jìn)行必要的修改。</p><p><b>　　c)電源部件：</b></p><p>　　電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置，它向PLC提供所需要的高質(zhì)量直流電源。</p><p><b>　　d)編程器：</b>&l

25、t;/p><p>　　編程器是PLC必不可少的重要外圍設(shè)備。它主要用于對(duì)用戶程序進(jìn)行輸入、檢查、調(diào)試和修改，并用來監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。</p><p>　　可編程控制器的工作原理</p><p>　　CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請(qǐng)求、執(zhí)行CPU自診斷測(cè)試及寫輸出等內(nèi)容。</p><p

26、>　　PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。他一直周而復(fù)始地掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)，PLC也在掃描，只不過在一個(gè)周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分內(nèi)容。</p><p>　　典型的PLC在一個(gè)周期中可完成以下5個(gè)掃描過程。</p><p>　　自診斷測(cè)試掃描過程。</p><p&g

27、t;　　與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的掃描過程。</p><p><b>　　用戶程序掃描過程。</b></p><p>　　讀輸入、寫輸出掃描過程。</p><p>　　信號(hào)從輸入端子到輸出端子的傳遞過程。</p><p><b>　　PLC控制的特點(diǎn)</b></p><p>　　PLC

28、與繼電器控制系統(tǒng)比較</p><p>　　從某種意義上說，PLC是從繼電接觸控制發(fā)展而來的。兩者既有相似性又有不同之處。</p><p>　　a)繼電接觸控制全部用硬器件、硬觸點(diǎn)和“硬”線連接，為全硬件控制；PLC內(nèi)部大部分采用“軟”電器、“軟”接點(diǎn)和“軟”線連接，為軟件控制。</p><p>　　b)繼電接觸控制系統(tǒng)體積大；PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。<

29、/p><p>　　c)繼電接觸控制全為機(jī)械式觸點(diǎn)，動(dòng)作慢；PLC內(nèi)部全為“軟接點(diǎn)”，動(dòng)作快。</p><p>　　d)繼電接觸控制功能改變，須拆線、接線乃至更換元器件，比較麻煩；PLC控制功能改變，一般僅需修改程序即可，極其方便。</p><p>　　f)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工與調(diào)試比繼電接觸控制系統(tǒng)周期短。</p><p>　　g)PLC控

30、制的自檢和監(jiān)控功能比繼電接觸控制的強(qiáng)。</p><p>　　h)PLC的應(yīng)用范圍比繼電接觸控制的要廣泛。</p><p>　　i)PLC可靠性比繼電接觸控制的高。</p><p>　　此外，可編程序控制器與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同?？删幊绦蚩刂破魇且苑磸?fù)掃描的方式工作，是循環(huán)地、連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時(shí)刻它只能執(zhí)行一條指令，也就是說可編程序控制器

31、是以“串行”方式工作的。而繼電-接觸器是按“并行”方式工作的，或者說是按同時(shí)執(zhí)行方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個(gè)電器同時(shí)動(dòng)作。繼電-接觸器控制的并行工作方式因觸點(diǎn)動(dòng)作的延誤易產(chǎn)生競(jìng)爭和時(shí)序失配等問題，這些在串行工作方式的可編程序控制器中不會(huì)發(fā)生。</p><p>　　表2.1 可編程序控制器與繼電器柜的區(qū)別</p><p>　　PLC與微型計(jì)算機(jī)的比較</p>&l

32、t;p>　　PLC也是隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展而發(fā)展，PLC實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)專為工業(yè)生產(chǎn)控制設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)。兩者既有相似處有差別，主要差別表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　　a) PLC輸出輸入接口較多，中大型PLC輸出輸入接口更多，便于多路多點(diǎn)控制。</p><p>　　b) PLC編程簡便，因?yàn)镻LC是采用易于用戶理解、接收和使用的梯形圖編程語言，指令又不太多，而計(jì)算機(jī)使用匯編

33、語言或其他高級(jí)語言編程，比PLC編程復(fù)雜。</p><p>　　c) PLC可靠性高，因?yàn)镻LC是為工作環(huán)境條件比較惡劣的工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)與制造PLC時(shí)已采取了多種有效的抗干擾和提高可靠性措施。</p><p>　　PLC技術(shù)較容易掌握，使用維護(hù)方便，對(duì)使用者的技術(shù)水平要求比使用計(jì)算機(jī)時(shí)低。</p><p>　　e)PLC采用掃描方式進(jìn)行工作，加之其他一些原因，

34、所以PLC輸入輸出響應(yīng)比計(jì)算機(jī)慢。</p><p>　　f)此外PLC體積較小，調(diào)試周期短。</p><p>　　2.3 S7-300介紹</p><p>　　本課題采用SIMATIC S7-300。SIMATIC S7-300系列可編程序控制器（PLC）是德國西門子公司的產(chǎn)品。S7-300 PLC是SIMATIC S7家族中的小型可編程序控制器，家族中還有中型可

35、編程序控制器S7-200系列以及大型可編程序控制器S7-400系列。</p><p>　　S7-300 CPU將一個(gè)微處理器、一個(gè)集成的電源和若干數(shù)字量I/O點(diǎn)集成在一個(gè)緊湊的封裝中，組成一個(gè)功能強(qiáng)大的PLC。它還提供多種類型的CPU以適應(yīng)各種應(yīng)用要求。不同類型的CPU具有不同的數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存容量等規(guī)格參數(shù)。</p><p>　　S7-300的模塊品種齊全，因此，它能適合各種類型的

36、應(yīng)用場(chǎng)合。</p><p>　　有以下類型的模塊可供選用：</p><p>　　數(shù)字量和模擬量I/O模塊，幾乎對(duì)所有類型的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)都適合，包括具有中斷處理和診斷功能的模塊</p><p>　　數(shù)字量和模擬量Ex I/O模塊，可用于危險(xiǎn)防爆場(chǎng)所</p><p>　　功能模塊，供計(jì)數(shù)、測(cè)量、各種定位控制、凸輪控制和閉環(huán)控制使用</p>

37、<p>　　通訊模塊，供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的鏈接，或通過AS-i、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊</p><p>　　電源模塊，提供24V直流工作電壓</p><p>　　接口模塊，當(dāng)用于SIMATIC S7－300多層機(jī)架配置時(shí)，連接主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架</p><p>　　S7－300的模塊具有以下特點(diǎn)。</p><p><b&

38、gt;　　安裝容易</b></p><p>　　傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)是通過前連接器連到模塊的，如果模塊被置換，只需將該連接器插入相同類型的新模塊就可，其連線保持不變。前連器上的機(jī)械編碼能起到防止插入其他類型的模塊的作用。</p><p><b>　　組裝密度高</b></p><p>　　S7－300節(jié)省空間的原因之一在于每個(gè)模塊上帶有

39、大量的通道。帶有8～32個(gè)數(shù)字量通道或2～8個(gè)模擬量通道的模塊可供選用。</p><p><b>　　組態(tài)簡單</b></p><p>　　利用STEP 7，就可對(duì)模塊進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)賦值，不用做復(fù)雜的開關(guān)設(shè)定工作。數(shù)據(jù)是集中儲(chǔ)存的，在一個(gè)模塊被置換后，數(shù)據(jù)就被自動(dòng)傳送到新的模塊上以防止轉(zhuǎn)送出錯(cuò)。</p><p><b>　　診斷/中斷

40、功能</b></p><p>　　許多模塊還監(jiān)視信號(hào)的采集（診斷）和來自過程的信號(hào)（過程中斷）。這表明，系統(tǒng)能對(duì)任何采集出錯(cuò)或過程事件做出快速響應(yīng)。對(duì)于控制器是否應(yīng)該做出響應(yīng)以及做出什么樣的響應(yīng)，用戶能在STEP 7中進(jìn)行組態(tài)。</p><p>　　工業(yè)廢水處理系統(tǒng)簡介</p><p>　　工業(yè)廢水處理的工藝流程簡介</p><p&g

41、t;　　工業(yè)廢水處理工藝流程圖</p><p>　　工業(yè)廢水處理工藝流程簡介</p><p>　　制藥廠污水按濃度高低分別進(jìn)行預(yù)處理，高濃度水先在沉沙池中進(jìn)行沉淀，然后進(jìn)行中和加藥做酸堿中和處理，再進(jìn)入?yún)捬醭剡M(jìn)行生物分解，最后流入調(diào)節(jié)沉淀池2。低濃度廢水經(jīng)沉沙池、中和池后直接進(jìn)入調(diào)節(jié)沉淀池2，與高濃度廢水混合，進(jìn)入調(diào)節(jié)沉淀池2之前，根據(jù)進(jìn)水PH值及流量，自動(dòng)控制變頻電機(jī)調(diào)速來調(diào)整加藥量，以

42、保證調(diào)節(jié)池出口處PH值穩(wěn)定在7左右。廢水由調(diào)節(jié)沉淀池2進(jìn)入高效生物組合池進(jìn)行兼氧－好氧曝氣，在微生物的作用下，污水中的有機(jī)污染物作為營養(yǎng)物質(zhì)被微生物氧化分解，廢水得到凈化，同時(shí)微生物得到繁殖。經(jīng)過曝氣處理的廢水去處有機(jī)污染物后，在二沉池進(jìn)行固液分離，分離后的水進(jìn)入后處理池，加藥處理后將清水外排；分離后的污泥進(jìn)入集泥池，經(jīng)濃縮、加藥混合、絮凝反應(yīng)后，進(jìn)入脫水工房進(jìn)行脫水，泥餅外運(yùn)。另外如果厭氧池或組合生物池中的沉淀池的污泥濃度不夠，還需要

43、進(jìn)行污泥回流。</p><p>　　曝氣生物濾池主要依靠填料上生長的微生物的新陳代謝來分解污水中的有機(jī)物。因此，投運(yùn)前應(yīng)培養(yǎng)好濾料層中的生物膜。為盡快培養(yǎng)出良好的生物膜，一是要人工引入活性污泥菌種；二是要提供合理的氧氣量。在水氣比為1：3時(shí)出水質(zhì)量好。曝氣量過大或過小都將影響出水的水質(zhì)，因?yàn)闅饬窟^小微生物新陳代謝緩慢。而進(jìn)氣量過大，濾料表面的生物膜將影響微生物的新陳代謝。由此可見：曝氣生物氧化、氣浮法處理污水簡單

44、易行，出水水質(zhì)好。曝氣氧化濾池的汽水比是否合理是影響其出水水質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，應(yīng)下大力氣調(diào)試摸索，篩選出其最佳運(yùn)行參數(shù)。</p><p>　　經(jīng)過曝氣處理的廢水去除有機(jī)污染物后，在二沉池進(jìn)行固液分離，分離后的水進(jìn)入后處理池，加藥處理后將清水外排；分離后的污泥進(jìn)入集泥池，經(jīng)濃縮、加藥混合、絮凝反應(yīng)后，進(jìn)入脫水工房進(jìn)行脫水，泥餅外運(yùn)。另外如果厭氧池或組合生物池中沉淀池的污泥濃度不夠，還需進(jìn)行污泥回流。</p>

45、<p>　　工業(yè)廢水處理過程中的PLC控制</p><p>　　污水處理廠的監(jiān)視控制方式應(yīng)當(dāng)考慮污水與污泥處理設(shè)施規(guī)模、布置、形式、擴(kuò)建、維護(hù)管理體制、經(jīng)濟(jì)性等方面的問題來選擇。</p><p>　　為了提高效率，在污水處理廠中，應(yīng)當(dāng)引進(jìn)遠(yuǎn)距離監(jiān)視和自動(dòng)控制方式、但考慮到建設(shè)費(fèi)及維護(hù)管理體制，應(yīng)盡可能選用簡單的監(jiān)視控制方式。</p><p>　　3.2

46、.1 工業(yè)廢水處理中的自動(dòng)控制</p><p>　　圖3.2是PLC控制系統(tǒng)的示意圖。系統(tǒng)中，采用德國西門子公司的SIMATIC S7系列PLC作為現(xiàn)場(chǎng)的控制設(shè)備，用于通過AD模塊處理模擬信號(hào)。同時(shí)，PLC作為下位控制器，通過通訊總結(jié)，直接與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。PLC通過與上位計(jì)算機(jī)的通訊，可以修改PLC中的各種參數(shù)數(shù)據(jù)，PLC也同時(shí)向計(jì)算機(jī)發(fā)送測(cè)得的參數(shù)數(shù)據(jù)，以便計(jì)算機(jī)顯示實(shí)時(shí)參數(shù)數(shù)據(jù)和存入數(shù)據(jù)庫。</

47、p><p>　　在本設(shè)計(jì)中我們應(yīng)用S7-300。S7－300由多種模塊部件組成，各種模塊能以不同方式組合在一起，從而可使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活，滿足不同的應(yīng)用要求。各模塊安裝在DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，并用螺絲固定。這種結(jié)構(gòu)形式既可靠，又能滿足電磁兼容要求。背板總線集成在各模塊上，通過將總線連接器插在模塊的背后，使背板總線連成一體，在一個(gè)機(jī)架上最多可并排安裝8個(gè)模塊（不包括CPU模塊和電源模塊）。</p><

48、;p>　　S7－300有各種不同性能檔次的CPU模塊可供使用。標(biāo)準(zhǔn)CPU提供范圍廣泛的基本功能，如指令執(zhí)行、I/O讀寫、通過MPI和CP模塊的通訊，緊湊型CPU本機(jī)集成I/O,并帶有高速計(jì)數(shù)、頻率測(cè)量、定位和PID調(diào)節(jié)等技術(shù)功能。部分CPU還集成了點(diǎn)到點(diǎn)或PROFIBUS通訊接口。</p><p>　　S7－300的指令集包括350多條指令，包括了位指令、比較指令、定時(shí)指令、計(jì)數(shù)指令、整點(diǎn)和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算指令等

49、。CPU的集成系統(tǒng)功能提供了例如中斷處理和診斷信息等這樣一類系統(tǒng)功能，由于它們使集成在CPU的操作系統(tǒng)中，因此也省了很多RAM空間。</p><p><b>　　系統(tǒng)組成及功能定位</b></p><p>　　污水凈化工程的儀表化、設(shè)備化、自動(dòng)化有了迅速的發(fā)展。在現(xiàn)代化的污水處理廠中，自動(dòng)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工藝要求，維持設(shè)備正常運(yùn)行，提高工作效率的重要保證，正如人的神經(jīng)系統(tǒng)

50、一樣，將全廠的工藝、設(shè)備連成一個(gè)統(tǒng)一的整體，協(xié)調(diào)運(yùn)行。</p><p><b>　　整個(gè)系統(tǒng)分為四層：</b></p><p>　　第一層為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、控制層，又叫現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站，主要有現(xiàn)場(chǎng)PLC與遠(yuǎn)程I/O鏈、在線檢測(cè)及分析儀表、電控設(shè)備、調(diào)節(jié)設(shè)備等組成。其直接面向生產(chǎn)過程，是自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。污水處理使用大量在線檢測(cè)及分析儀表，這些儀表通常將測(cè)得的工藝參數(shù)如流

51、量、壓力、液位、PH值等以標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)形式送入現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站進(jìn)行處理、分析、報(bào)警和信息傳遞。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站可發(fā)出同樣形式的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)來控制某些連續(xù)動(dòng)作裝置如調(diào)節(jié)閥等；現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站也可以控制繼電器話中間繼電器輔助觸點(diǎn)上取得開關(guān)量輸入信號(hào)，以獲得設(shè)備的狀態(tài)例如泵的運(yùn)行/停止、閥門的開/關(guān)等；現(xiàn)場(chǎng)PLC還可以發(fā)出開關(guān)量輸出信號(hào)，此信號(hào)可用來觸發(fā)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而傳遞等任務(wù)均可由現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站完成。</p><p>

52、　　第二層為集中監(jiān)視、操作層，又叫中心控制室，主要有工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、輸入/輸出設(shè)備等組成。它是整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中人機(jī)信息交換的中心，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等設(shè)備長期在線運(yùn)行，定時(shí)檢測(cè)各現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站采集的數(shù)據(jù)，對(duì)各工藝參數(shù)、動(dòng)力及變、配電設(shè)備的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示、記錄、存儲(chǔ)、打印、事故報(bào)警等。系統(tǒng)操作人員通過輸入設(shè)備可開/關(guān)或調(diào)整生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)，方便地進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)選擇控制方式、繪制顯示圖表、建立有關(guān)數(shù)據(jù)庫，自動(dòng)生成生產(chǎn)所需的應(yīng)

53、用軟件及幫助軟件。經(jīng)過系統(tǒng)組態(tài)后，把生成的應(yīng)用軟件向下傳遞到各相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站 ，就可以具體實(shí)施。根據(jù)以上要求中心控制室至少能顯示以下四類畫面：第一、過程狀態(tài)顯示畫面。其主要包括區(qū)域畫面、總貌畫面、回路畫面、三維立體等；第二、工藝流程運(yùn)態(tài)顯示畫面。其包括工藝流程、工藝參數(shù)定時(shí)刷新、設(shè)備啟/停狀態(tài)畫面；第三、趨勢(shì)顯示畫面。其實(shí)顯示分為實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)，其主要顯示形式為曲線圖和棒壯圖等；第四、文件顯示。其主要包括班、日、周、月、年生產(chǎn)

54、報(bào)表，報(bào)警匯總表，自定義時(shí)間清單等。中心控制室除以上功能外還應(yīng)具備上呈下達(dá)的功能，能夠?qū)崟r(shí)地將各類信號(hào)及時(shí)傳誦到現(xiàn)場(chǎng)PLC控</p><p>　　第三層為廠部生產(chǎn)管理層，它是一個(gè)小型的局域網(wǎng)，主要有若干計(jì)算機(jī)終端、輸入/輸出設(shè)備等組成。其主要負(fù)責(zé)污水處理廠的決策管理、辦公應(yīng)用并建立數(shù)據(jù)庫，提高污水處理廠的綜合信息管理能力，實(shí)現(xiàn)出水水質(zhì)的優(yōu)化和降低處理成本，從而取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p>

55、<p>　　第四層為公司生產(chǎn)調(diào)設(shè)層，其主要有上位機(jī)、終端、輸入/輸出設(shè)備等組成。</p><p><b>　　控制系統(tǒng)組成</b></p><p>　　根據(jù)工藝要求，本系統(tǒng)的電控系統(tǒng)采用以工控機(jī)顯示工藝流程控制、顯示報(bào)警信號(hào)等為上位機(jī)，PLC控制為下位機(jī)，控制儀表等設(shè)備為現(xiàn)場(chǎng)控制單元的三級(jí)分布式控制系統(tǒng)，下位機(jī)和上位機(jī)之間采用串口通訊，PLC和控制儀表之間采

56、用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，如圖2所示。</p><p>　　上位機(jī)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，主要功能為顯示工藝流程、電機(jī)及電磁閥等的運(yùn)行狀態(tài)及控制、故障報(bào)警、故障發(fā)生的部位及處理方法；顯示電機(jī)電流、溫度、液位、水泵流量、pH值等模擬量，并且能將上述值生成報(bào)表，以供查閱，其數(shù)據(jù)存入硬盤，供定時(shí)及隨時(shí)打印。軟件采用組態(tài)軟件，主要用來建立圖形、監(jiān)控畫面和各種圖形內(nèi)部的管理。驅(qū)動(dòng)程序主要用來構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括主畫

57、面和分畫面，主畫面內(nèi)容包括所有設(shè)備及管線。畫面中各參數(shù)的設(shè)定都是依靠下位機(jī)PLC的改變而改變的。工作人員通過這些畫面隨時(shí)監(jiān)控各個(gè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，主回路和控制回路的運(yùn)行狀況，而且可隨時(shí)根據(jù)處理污水的狀況而直接控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。本系統(tǒng)采用兩臺(tái)上位機(jī)，一臺(tái)為工程師站，另一臺(tái)為操作員站，分別設(shè)定不同的權(quán)限。</p><p>　　下位機(jī)采用西門子SIMATICS7-300通用型PLC，并用ET-200擴(kuò)展為4個(gè)機(jī)架，放置

58、于中控室。主要用于實(shí)現(xiàn)工藝邏輯控制及控制算法，并可直接控制電動(dòng)機(jī)及電磁閥，同時(shí)通過A/D轉(zhuǎn)換采集現(xiàn)場(chǎng)控制單元的輸入信號(hào)。根據(jù)工藝要求，PLC得電自檢無誤后，根據(jù)外部傳送信號(hào)來控制電動(dòng)機(jī)的啟停和報(bào)警。當(dāng)電路發(fā)生短路、斷路或過載時(shí)電動(dòng)機(jī)將停止，同時(shí)發(fā)出報(bào)警，或有超高液位時(shí)也報(bào)警。PLC將根據(jù)液位以及模擬量的狀態(tài)來決定電動(dòng)機(jī)的啟停。</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)控制單元由控制儀表組成，用于控制系統(tǒng)中的模擬量，主要完成從現(xiàn)場(chǎng)

59、采集模擬信號(hào)，變送為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，送PLC進(jìn)行數(shù)字PID調(diào)節(jié)運(yùn)算后，控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能。</p><p><b>　　元件具體控制要求</b></p><p><b>　　a)組合池</b></p><p>　　組合池共分4個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)都由兼氧曝氣池、一氧池、一沉池和二氧池組成，包括1個(gè)反沖排水閥，2個(gè)反沖空

60、氣閥，4個(gè)排泥閥和2個(gè)污泥回流閥。4個(gè)區(qū)工作情況相同。</p><p>　　以組合池1為例，污水由調(diào)節(jié)沉淀池2提升至組合池1， 進(jìn)行兼氧-好氧曝氣后，進(jìn)入一沉池，在一沉池配水槽內(nèi)設(shè)有液位儀，當(dāng)液位高于此高度時(shí)，開始反沖排水，反沖排水時(shí)，為了不使反沖污水進(jìn)入下一道工序，先開反沖排水閥，再開兩個(gè)空氣閥反沖。反沖時(shí)間由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定，反沖時(shí)間到時(shí)，先關(guān)兩個(gè)空氣閥，再關(guān)排水閥。</p><p>　　

61、組合池1的4個(gè)排泥閥，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要開啟或關(guān)閉。</p><p>　　組合池1的2個(gè)污泥回流閥用來實(shí)現(xiàn)污泥回流，當(dāng)一沉池污泥濃度不夠時(shí)開啟集泥池排泥泵，然后打開污泥回流閥使污泥回流。</p><p>　　組合池其他三個(gè)區(qū)工作情況同組合池1。</p><p><b>　　b)二沉池</b></p><p>　　二沉池共有6個(gè)

62、池子，每個(gè)池子結(jié)構(gòu)相同，自控系統(tǒng)都包括一個(gè)液位儀，一個(gè)反沖排水閥，和一個(gè)反沖空氣閥。其工作情況和組合池反沖排水類似。當(dāng)配水槽液位高于設(shè)定值時(shí)，開始反沖排水，反沖時(shí)先開排水閥，再開空氣閥，關(guān)閉時(shí)，先關(guān)空氣閥，再關(guān)排水閥。</p><p>　　在后處理池出口處，有COD在線儀，檢測(cè)排放水COD是否達(dá)標(biāo)，檢測(cè)值要在上位機(jī)中顯示并要求能報(bào)警。</p><p>　　鍋爐房鍋爐要預(yù)留一些PLC輸入輸出

63、點(diǎn)，與鍋爐配合。</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)簡述</b></p><p>　　一個(gè)完整的PLC應(yīng)用系統(tǒng)包括兩方面的內(nèi)容：PLC控制系統(tǒng)和人機(jī)界面。PLC控制系統(tǒng)對(duì)控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行參數(shù)采集并完成控制功能；人機(jī)界面是人與控制系統(tǒng)進(jìn)行信息及數(shù)據(jù)交流的一個(gè)窗口。設(shè)計(jì)人員不但要

64、熟悉PLC的硬件，還要熟悉PLC軟件，以及人機(jī)界面軟件的編制方法和遵循的原則。</p><p>　　a)PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述</p><p>　　PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。PLC的控制系統(tǒng)由系統(tǒng)的硬件及PLC軟件組成?？刂葡到y(tǒng)的硬件由PLC及I/O設(shè)備構(gòu)成。PLC控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)控制的基礎(chǔ)，一個(gè)好的控制系統(tǒng)對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)率起著非常重要的作用。<

65、;/p><p>　　人機(jī)界面指的是介于人與PLC控制系統(tǒng)之間的一個(gè)界面。操作人員可以通過人機(jī)界面與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的處理和交流。人機(jī)界面可以看成是人與硬件（計(jì)算機(jī)、PLC等）、控制軟件的交叉部分。人可以通過人機(jī)界面與計(jì)算機(jī)、PLC進(jìn)行信息交換，向PLC控制系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、信息和控制命令；而PLC控制系統(tǒng)又可以通過人機(jī)界面，在可編程序的終端、計(jì)算機(jī)上回送控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和有關(guān)信息給用戶。由此可知，人機(jī)界面充分地體

66、現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)的I/O功能及用戶對(duì)系統(tǒng)工作情況進(jìn)行操作的控制功能。</p><p>　　b)在進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下的基本原則，才能保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量:</p><p>　　最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求</p><p>　　設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前，除了需理解被控對(duì)象的各種技術(shù)要求外，還應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地的調(diào)查研究、收集資料、訪問

67、有關(guān)的技術(shù)人員和實(shí)際操作人員，然后擬定設(shè)計(jì)方案，并請(qǐng)有關(guān)專家論證，最后確定設(shè)計(jì)方案。</p><p><b>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)力求簡單</b></p><p>　　在滿足控制要求的條件下，力求使PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用且維護(hù)方便。</p><p>　　系統(tǒng)工作要穩(wěn)定、可靠</p><p>　　控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠是提

68、高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的必要保證，是衡量控制系統(tǒng)好壞的因素之一。</p><p>　　控制系統(tǒng)能方便地進(jìn)行功能擴(kuò)展、升級(jí)</p><p>　　在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量，以便日后發(fā)展生產(chǎn)和改進(jìn)工藝的需要。</p><p><b>　　人機(jī)界面友好</b></p><p>　　對(duì)于包含人機(jī)界面的PLC應(yīng)用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的

69、人機(jī)界面應(yīng)使用戶感到方便、更容易操作和使用PLC控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　I/O點(diǎn)數(shù)分配</b></p><p>　　表4.1 PLC I/O點(diǎn)數(shù)分配圖</p><p>　　4.3 PLC控制的有關(guān)元素賦值如下：</p><p><b>　　PLC程序流程圖</b></p&