污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計最終版

No18沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙目錄前言 21. 課程設(shè)計的任務(wù)和要求 31.1、 課程設(shè)計的任務(wù) 31.2、 課程設(shè)計的基本要求 42. 總體設(shè)計 52.1 PLC選型 52.2 端子分配 62.3 端子接線圖 72.4 控制面板 8.3. PLC程序設(shè)計 93.1 設(shè)計思想 93.2 順序功能圖 103.3 PLC梯形圖 114. 程序調(diào)試說明 165. 結(jié)束語 176. 參考文獻(xiàn) 18前言PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或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。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運(yùn)行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。1.課程設(shè)計的任務(wù)和要求1.1課程設(shè)計的任務(wù)對PLC有深刻地了解，能靈活地運(yùn)用，掌握其主要的使用方法，設(shè)計一套完整的污水處理系統(tǒng)的設(shè)計方案，系統(tǒng)有三套子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)組成如圖1.1所示。（1）濾水時，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)會附在磁鐵上，從水箱流出凈化水，實現(xiàn)濾水；（2）一段時間后，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，實現(xiàn)反洗。(3)三套子系統(tǒng)同時工作。完成控制循環(huán)，整理出梯形圖，順序功能圖，IO端子接線圖。外部接線圖，按停止按鈕，完成當(dāng)前循環(huán)后再停。要求同時控制三套子系統(tǒng)的運(yùn)行，要求可以實現(xiàn)手動和自動控制。污水凈化示意圖1.11.2課程設(shè)計的基本要求 系統(tǒng)由三臺磁濾器等組成，分為三套子系統(tǒng)。每個系統(tǒng)工作均相同。 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，所有的閘門均斷開，磁濾器也斷開。(2)凈化過程 按下啟動按鈕，凈化系統(tǒng)按以下規(guī)律循環(huán)工作。 通磁濾器電源2s，使磁濾器的磁性達(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。濾水工藝流程 圖1.22總體設(shè)計2.1 PLC選型一、輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點對輸入輸出點數(shù)進(jìn)行圓整。二、存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。 綜合，選擇PLC型號為216，并擴(kuò)展兩個八位的EM223 I/O接口。2.2 端子分配圖端子分配圖 圖2.1選用I0.0和I0.1開關(guān)作自動，手動。選用I0.2和I0.3開關(guān)作啟動和停止按鈕。選用I1.0I1.5作手動程序中的磁濾器，出水閥，進(jìn)水閥，排污閥，空壓閥，響鈴的開關(guān)。選用I2.0作三套系統(tǒng)的公共空氣壓縮閥的開關(guān)。 2.3 外部接線圖外部接線圖 圖2.2各個開關(guān)并聯(lián)，其中I0.0和I0.1開關(guān)控制整個自動程序的進(jìn)行，用I0.2來控制啟動，用I0.3控制停止，按下停止按鈕I0.3后系統(tǒng)在完成當(dāng)前循環(huán)后停止，其中I1.0I1.5控制手動程序。三套系統(tǒng)各個輸出口并聯(lián)來實現(xiàn)同步工作2.4控制面板控制面板 圖2.3自動程序通過啟動和停止按鈕控制手動程序通過I1.0I1.5和I2.0來實現(xiàn)三套系統(tǒng)相同步驟的同步工作3. PLC程序設(shè)計3.1設(shè)計思想本次課程設(shè)計要求可以實現(xiàn)手動，自動。為了能完成這些動作，必須設(shè)計主程序和子程序，其中子程序含有手動，自動控制。啟動時必須先讀主程序，然后調(diào)用子程序，加以實現(xiàn)。 手動控制時：在控制面板上有一些按鈕，I1.0控制三個系統(tǒng)的磁濾器，I1.1控制三套系統(tǒng)的出水，I1.2控制三套系統(tǒng)的進(jìn)水，I1.3控制三套系統(tǒng)的排污，I1.4控制三套系統(tǒng)的空壓閥，I1.5控制三套系統(tǒng)的響鈴，I1.6控制三套系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)開關(guān)。 自動時：用I0.2來控制啟動，用I0.3控制停止，按下停止按鈕I0.3后系統(tǒng)在完成當(dāng)前循環(huán)后停止。自動和手動旋轉(zhuǎn)開關(guān)可以切換來同時控制三套子系統(tǒng)的運(yùn)行3.2 自動程序的順序功能圖 順序功能圖 圖3.1圖3.1處理單周期，連續(xù)工作方式的順序功能圖。M0.0和M0.1到M0.6用典型的啟保停電路控制通磁濾器電源2s，使磁濾器的磁性達(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。3.3 PLC梯形圖公用程序自動程序 手動程序4.程序調(diào)試說明首先在V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6 里將事先設(shè)計好的程序?qū)懭耄缓笤賹⒊绦驅(qū)С?，然后再在S7-200的仿真軟件里進(jìn)行調(diào)試仿真。在CPU配置中選擇CPU216型號，并且擴(kuò)展兩個八位I/O口。當(dāng)選擇自動開關(guān)I0.0時，按下啟動按鈕I0.2可以觀察到三個磁器電源同時接通，2s之后三套系統(tǒng)的出水和進(jìn)水閥接通，濾水進(jìn)行40min后進(jìn)水閥和出水閥斷開。5s之后磁濾器復(fù)位，又過2s后排污閥，空壓閥，響鈴，以及空氣壓縮機(jī)打開進(jìn)行反洗1min。然后斷開，5s之后進(jìn)入下一循環(huán)。中途按下停止按鈕時，三套系統(tǒng)完成當(dāng)前循環(huán)后停到初始步。手動控制時：在控制面板上有一些按鈕，I1.0控制三個系統(tǒng)的磁濾器，I1.1控制三套系統(tǒng)的出水，I1.2控制三套系統(tǒng)的進(jìn)水，I1.3控制三套系統(tǒng)的排污，I1.4控制三套系統(tǒng)的空壓閥，I1.5控制三套系統(tǒng)的響鈴，I1.6控制三套系統(tǒng)的總空氣壓縮機(jī)開關(guān)。5.結(jié)束語通過這次課程設(shè)計，我學(xué)會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法有了更加深刻的理解，在對理論的運(yùn)用中提高了我們的工程素質(zhì)。明白了理論和實踐的差距，在沒有做課設(shè)之前，我們掌握的都是思想上的，對一些細(xì)節(jié)和具體操作不是很重視，當(dāng)我們把自己的理論成果用于具體的實踐中，出現(xiàn)的各種問題無法預(yù)估，結(jié)果和預(yù)期效果不是太符合，再通過自己和同學(xué)的探討以及查閱有關(guān)資料，問題一點一點被解決，經(jīng)過調(diào)試和改正，最后才達(dá)到預(yù)期的效果。在設(shè)計的過程中我們還得到了老師的幫助與意見，最后誠摯的感謝我們的指導(dǎo)老師