基于觸摸屏PLC的超純水監(jiān)控系統(tǒng)

1、畢業(yè)設(shè)計說明書課題名稱:基于觸摸屏、PLC的超純水監(jiān)控系統(tǒng)系 別 電氣電子工程學院 專 業(yè) 生產(chǎn)過程自動化 班 級 工自 0811 姓 名 xxx 學 號 指導教師 xxx 起訖時間： 2011年 2 月 21日 2011年 4月 15 日（共 8 周） 摘要隨著社會經(jīng)濟高速發(fā)展，人們對于工作效率和生產(chǎn)要求不斷的提升，這無疑對工業(yè)自動化水平要求也越來越高，而自動化水平的高低直接影響著一個國家的經(jīng)濟發(fā)展，所以自動畫化軟件如PLC、觸摸屏也越來越被運用到人們所常見的工控領(lǐng)域中，根據(jù)傳化公司提供的這一超純水的控制原理圖及說明書，本人深入的解讀了關(guān)于該系統(tǒng)設(shè)計說和實驗設(shè)備，解讀了PLC各個模塊的功能和

2、特點，如何讓觸摸屏與PLC聯(lián)合在一起實現(xiàn)實現(xiàn)人機控制，在編程和設(shè)備連接技術(shù)中都做了大量準備，并結(jié)合在課堂上老師所傳授的知識及參考文獻，從系統(tǒng)要求控水精度及設(shè)備運行穩(wěn)定性入手，設(shè)計出了符合要求的一套基于觸摸屏、PLC的超純水監(jiān)控系統(tǒng)。在設(shè)計該超純水的控制中，本課題充分利用了PLC與觸摸屏相結(jié)合的人機界面，充分發(fā)揮了PLC控制靈活，穩(wěn)定，編程方便的特點，和上位機緊密聯(lián)合交換一起，并實現(xiàn)了運用觸摸屏控制PLC的人機自動界面，該監(jiān)控系統(tǒng)具有自動化水平高，控制方便及時，能實時的反應(yīng)出水質(zhì)量，減少外界干擾，純水處理快而高效的特點。這是一種比較科學的設(shè)計方法和思路，這種控制方式也被很多工廠及研究場合所用。關(guān)

3、鍵詞：可編程控制器；觸摸屏；純水 目錄第一章 超純水制備的概述41.1 純水的應(yīng)用范圍41.2 國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢51.3、工業(yè)純水的制備技術(shù)及工藝6第二章 純水系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與意義7第三章 系統(tǒng)控制要求93.1自動控制說明93.2混床103.3、輸送103.4 混床操 作 說 明113.5 過濾器操作說明133.6 供水工藝流程圖143.7 過濾器及混床圖14第四章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計選型及要求194.2可編程控制器(PLC)選型194.3 控制系統(tǒng)硬件組成204.4 FXCPU-FX2NC可編程控制器204.5 PLC接線圖示意圖214.6 超純水控制輸入輸出I/O分配表22第五章

4、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計245.1控制系統(tǒng)軟件組成245.2、用GPP編寫梯形圖245.3、傳輸、調(diào)試245.4 PLC程序255.5 觸摸屏265.6 觸摸屏流程圖說明30第六章 質(zhì)量的控制（以單個交換柱工作時為例）316.1 新樹脂的處理316.2 操作注意事項316.3 成品水質(zhì)量控制32第七章 設(shè)備安全操作、維護及保養(yǎng)337.1設(shè)備操作和安全常識337.2停機337.3安全常識34總結(jié)35致 謝36參考文獻37附件237第一章 超純水制備的概述1.1純水的應(yīng)用范圍超純水一向被稱為工業(yè)系統(tǒng)的“血液”。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)部門對水、氣、化學試劑及環(huán)境這些基礎(chǔ)條件提出了越來越高的要求。這也促進了

5、相應(yīng)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的進步，水作為一用量最大、面最廣的基本材料，其發(fā)展的速度尤為迅速。當今，純水和超純水已成為現(xiàn)代工業(yè)部門必不可少的基礎(chǔ)材料之一，它們在電子、醫(yī)藥、能源、化工、汽車、機械、電鍍、電池、冶金等幾乎全部的工業(yè)及實驗室領(lǐng)域中已得到了廣泛的應(yīng)用。（1）純水在電子工業(yè)中的用（2）純水在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用（3）純水在能源工業(yè)中的應(yīng)用（4）純水在化工工業(yè)中的應(yīng)用（5）純水在其他工業(yè)中的應(yīng)用1.2 國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢 長期以來，PLC始終處于工業(yè)控制自主動化領(lǐng)域的戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供非?？煽康目刂品桨?，與DCS和工業(yè)PC形成了三足鼎立之勢。同時PLC也承受著來自其他產(chǎn)品的沖擊，

6、尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。目前全世界PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。日本三菱公司是世界上較早研制和生產(chǎn)PLC的主要廠商之一。其主流產(chǎn)品包括三菱FX2N、FX2C、FX1系列PLC。FX2N系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實時特性；強勁的通訊能力；豐富的擴展模塊。這是日本PLC進入中國市場以來又一個重要的里程碑。 21世紀，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)

7、展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。二、主要研究(設(shè)計)內(nèi)容、研究（設(shè)計）思路及工作方法或工作流程 1.設(shè)計內(nèi)容： 水處理主要是順序邏輯控制，這正

8、是PLC控制的優(yōu)勢所在。在眾多的PLC生產(chǎn)廠家中，三菱公司的FX2NPLC系列產(chǎn)品以其較高的性價比成為眾多用戶的首選。FX2N是模塊化的中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用，模塊化、無排風扇結(jié)構(gòu)，各種單獨的模塊之間可進行廣泛的組合以用于擴展。要求完成以下內(nèi)容： 1. 熟悉PLC的特點及應(yīng)用。2. 熟悉過濾器設(shè)備的原理和性能。 3. 確定該控制系統(tǒng)的功能并進行方案設(shè)計，選擇傳感器、執(zhí)行器，選擇PLCI/O模塊、控制模塊、通訊模塊等。 4. 說明混床控制的工作過程，給出控制原理的詳細分析與說明。5.用三菱PLC編寫混床控制 梯形圖。1.3、工業(yè)純水的制備技術(shù)及工藝一、反滲透 基本原理當純水和

9、渾水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止雜質(zhì)通過，此時膜純水側(cè)的水會自發(fā)地通過半透膜流入混水一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透，若在膜的混水側(cè)施加壓力，那么水的自發(fā)流動將受到抑制而減慢，當施加的壓力達到某一數(shù)值時，水通過膜的凈流量等于零，這個壓力稱為滲透壓力，當施加在膜鹽水側(cè)的壓力大于滲透壓力時，水的流向就會逆轉(zhuǎn)，此時，渾水中的水將流入純水側(cè)，上述現(xiàn)象就是水的反滲透（RO）處理的基本原理。 RO反滲透膜RO（Reverse Osmosis）反滲透技術(shù)是利用壓力表差為動力的膜分離過濾技術(shù)，源于美國二十世紀六十年代宇航科技的研究，后逐漸轉(zhuǎn)化為民用，目前已廣泛運用于科研、醫(yī)藥、食品、飲料、海水淡化等領(lǐng)

10、域。 RO反滲透膜孔徑小至納米級（1納米=10-9米），在一定的壓力下，H2O分子可以通過RO膜，而源水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質(zhì)無法通過RO膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區(qū)分開來。 一般性的自來水經(jīng)過RO膜過濾后的純水電導率5s/cm（RO膜過濾后出水電導=進水電導除鹽率，一般進口反滲透膜脫鹽率都能達到99%以上，5年內(nèi)運行能保證97%以上。對出水電導要求比較高的，可以采用2級反滲透，再經(jīng)過簡單的處理，水電導能小于1s/cm）, 符合國家實驗室三級用水標準。再經(jīng)過原子級離子交換柱循環(huán)過濾，出水電阻率可以達到18.2M .cm，超過國家實驗室一級用水

11、標準（GB 668292）。 目前的主要困難是研制價格便宜、穩(wěn)定、長期受壓無損的反滲透膜 。中國從21世紀初開始掌握自主反滲透膜生產(chǎn)技術(shù)，在國家的大力支持下，將該計劃列入國家計委高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點發(fā)展專項計劃，由國家海洋局下的杭州水處理研究開發(fā)中心的子公司杭州北斗星膜制品有限公司承擔并研發(fā)成功。目前反滲透膜市場95為進口膜，國產(chǎn)膜只占據(jù)了5%左右的市場，中國的反滲透技術(shù)還有很長的路要走。應(yīng)用范圍太空水、純凈水、蒸餾水等制備； 酒類制造及降度用水； 醫(yī)藥、電子等行業(yè)用水的前期制備； 化工工藝的濃縮、分離、提純及配水制備； 鍋爐補給水除鹽軟水； 海水、苦咸水淡化； 造紙、電鍍、印染等行業(yè)用水及廢水

12、處理。以高分子分離膜為代表的膜分離技術(shù)作為一種新型，、高效流體分離單元操作技術(shù)，30年來取得了令人矚目的飛速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。第二章 純水系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與意義隨著現(xiàn)在社會的不斷發(fā)展，無疑對于自動化行業(yè)的要求水平就越來越高，可以說，一個社會的經(jīng)濟發(fā)展與該國自動化行業(yè)的發(fā)展有著密切的聯(lián)系。現(xiàn)如今，隨著科技發(fā)展，PLC、觸摸屏以其優(yōu)異的性能而被廣泛的應(yīng)用于各個自動化與非自動化行業(yè)，在這競爭激烈的社會，掌握PLC、觸摸屏設(shè)計和應(yīng)用是從事工業(yè)控制研發(fā)技術(shù)人員必須掌握的一門專業(yè)技術(shù)。PLC即可編程控制器，是針對工業(yè)自動化控制領(lǐng)域開發(fā)設(shè)計的、適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的、以現(xiàn)代微處理器技術(shù)為核心

13、的控制器，PLC的控制功能可以根據(jù)使用者所編譯的軟件不同而不同，但可實現(xiàn)多種功能，PLC的學習比較一般編程學習困難的地方就在于要完成一個控制系統(tǒng)不僅需要掌握一定的編程技術(shù)，更為重要的是要知道如何針對實際應(yīng)用的需要選擇合理的PLC型號，然后進行資源配置，并以此為基礎(chǔ)，設(shè)計控制系統(tǒng)。對于比較復(fù)雜的自動化要求較高的研究系統(tǒng)，要求作者不僅要有充分的實戰(zhàn)經(jīng)歷，更要求有更為縝密的邏輯思維。觸摸屏是一種無需通過專業(yè)學習，只需根據(jù)人性化的思維方式就能操作使用的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便自然的一種人機交換方式，應(yīng)用非常廣闊。對于我們這樣的初學者來說，通過這項畢業(yè)設(shè)計無疑是對編程級相關(guān)這方面都是一種鍛煉，

14、學習和提高，因為這項畢業(yè)設(shè)計是我自這學習以來所遇到最符合實際性的，最真實的，也是最艱難的一個編程設(shè)計的課題，具有非常挑戰(zhàn)性的任務(wù)，我相信通過這一課課題的設(shè)計編程，會讓我在以前對于PLC、觸摸屏所學的很多存在的漏洞得以修復(fù)和改正的。二、基本內(nèi)容 超純水自動監(jiān)控系統(tǒng)采用“PLC控制系統(tǒng) + 現(xiàn)場人機界面(HMI) + 觸摸屏上位機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”的設(shè)計方式，通過混過濾器的反復(fù)過濾，再進行樹脂再生，到處理完畢。全部設(shè)備可隨時實現(xiàn)完美的手、自動運行，最大限度保證控制系統(tǒng)的人性化、操作的靈活性、系統(tǒng)的安全性及系統(tǒng)的可控性?？刂葡到y(tǒng)對同類N用1備用設(shè)備均采用“均衡磨損運行控制機制”及“設(shè)備故障替換自動投入控

15、制機制”，實現(xiàn)設(shè)備使用壽命的最大化，實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)性。 進水增壓泵不銹鋼過濾器活性炭濾器保安過濾器RO高壓泵中間水箱混床純水箱輸送泵終端膜過濾器使用本課題基于PLC、觸摸屏的超純水監(jiān)控系統(tǒng)，對于設(shè)計者的要求有:1、熟悉超純水系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)以及其功能；2、掌握PLC的使用與編程包括選型、編程及調(diào)試能力；3、掌握觸摸屏與PLC的通信及其應(yīng)用；4、熟悉觸摸屏軟件的使用；5、熟悉相應(yīng)儀表的選型與參數(shù)調(diào)整能力；三、重點難點本課題可以在自動控制綜合實驗室中完成，該實驗室具備了本課題所需的軟件、硬件對于這項課題設(shè)計，我覺得其重點和難點就在于其中混床的工藝流程，不用說其他的控制，單混床中的許多各種通道的閥上

16、就讓我這個初學者足以看得眼花繚亂，還有在混床中的樹脂再生，看的也是似懂非懂，還有整個圖的工藝流程，雖然在注釋上已經(jīng)為設(shè)計者提供大量的說明信息，但整圖的控制還是有很大困難的，因為這個設(shè)計的項目沒提供任何關(guān)于這系統(tǒng)設(shè)計的說明，只有在混床和過濾器中提供了簡單說明，我也曾試著去研究過，但我覺得還是有太大難度，希望在這方面有老師的專業(yè)指點，只有了解整個工藝流程級各個元器件作用，才能進行系統(tǒng)設(shè)計。第三章 系統(tǒng)控制要求3.1自動控制說明傳化設(shè)備自動控制可分為三部分：預(yù)處理+反滲透、混床、輸送。一、預(yù)處理+反滲透預(yù)處理+反滲透的控制點包括原水箱低水位、原水泵（2臺，一開一備）、絮凝劑計量泵、機械過濾器、活性炭

17、過濾器、阻垢劑計量泵、低壓開關(guān)、高壓泵、沖洗電磁閥、中間水箱高水位等，具體控制如下：原水箱低水位控制為開關(guān)控制，由浮球液位開關(guān)控制，不需要電信號，當水位到達低水位時，原水泵停止工作；當原水泵停止工作時，絮凝劑計量泵、機械過濾器、活性炭過濾器、阻垢劑計量泵、高壓泵都相應(yīng)的停止工作；當機械過濾器或活性炭過濾器其中一個在反沖洗時，由于無水而產(chǎn)生低壓，低壓開關(guān)起作用，高壓泵停止工作；當中間水箱高水位時，原水泵、絮凝劑計量泵、阻垢劑計量泵、高壓泵停止工作；當設(shè)備開機時，高壓泵啟動后電磁閥自動打開，對反滲透膜進行低壓沖洗，沖洗5分鐘后，自動關(guān)閉；機械過濾器、活性炭過濾器的操作詳見機械過濾器、活性炭過濾器的

18、操作說明書。3.2混床混床的操作控制點包括中間水箱低水位、中間增壓泵（2臺，一開一備）、混床、純水箱高水位等，具體控制如下：當中間水箱低水位時，中間增壓泵停止工作；當純水箱高水位時，中間增壓泵停止工作；當中間增壓泵停止工作時，混床也停止工作；混床的操作（包括正常工作、樹脂沖洗分層、再生、清洗、氣水混合、正洗等）詳見混床操作說明書。3.3、輸送輸送的操作控制點包括純水箱低水位、輸送泵（2臺，一開一備）、紫外線等，具體控制如下：1、 當純水箱低水位時，輸送泵停止工作；2、 當輸送泵停止工作時，紫外線也停止工作。四、顯示本設(shè)備有部分儀表帶有輸出信號，需將數(shù)據(jù)傳送到觸摸屏控制系統(tǒng)，具體包括如下：原水電

19、導儀、反滲透產(chǎn)水電導儀、混床出水電阻儀（2臺）等。五、其它電源線本設(shè)備另外有一些輔助設(shè)備，在設(shè)備正常工作時不需要使用此輔助設(shè)備，如清洗系統(tǒng)，混床再生系統(tǒng)；清洗系統(tǒng)上有1臺清洗水泵，需通電；混床再生系統(tǒng)上有2臺酸堿水泵，需通電。3.4 混床操 作 說 明 混床（見混床示意圖）操作分為正常工作、樹脂再生（包括沖洗分層、再生、清洗、混合、正洗）兩部分。每個交換柱的上層為陰樹脂，下層為陽樹脂。當一個交換柱再生時，另一個仍可為正常工作并提供符合要求的產(chǎn)水。而當兩個交換柱同時工作時為串聯(lián)（亦可并聯(lián)），在此混床操作上，除酸閥、堿閥為普通球閥外，其余閥門全為氣動閥，又電磁閥控制，實現(xiàn)混床的全自動操作。一、正常

20、工作 每次運行前打開排氣閥，在開始正常工作時關(guān)閉。正常工作時，閥門的操作情況如下：1、 以左交換柱為一級混床、右交換柱為二級混床為例：閥1、閥3、閥2、上進閥1、上進閥1出水閥1打開，其余閥門關(guān)閉。進水流經(jīng)閥1、上進閥1進入左交換柱頂部，然后從左交換柱底部經(jīng)閥3、閥2、上進閥1進入右交換柱頂部，然后從右交換柱底部經(jīng)出水閥1出，作為產(chǎn)水進入純水箱。2、 當一交換柱工作，而另一交換柱再生時，以左交換柱工作、右交換柱再生為例（不考慮右交換柱再生情況）：閥1、上進閥1、出水閥1打開，其余相關(guān)閥門關(guān)閉。進水流經(jīng)閥1、上進閥1進入左交換柱頂部，然后從左交換柱底部經(jīng)出水閥1出，作為產(chǎn)水進入純水箱。二、沖洗分

21、層 當樹脂失效后，須對樹脂進行再生，再生前先對樹脂進行反洗分層，使上層為陰樹脂，下層為陽樹脂；現(xiàn)以左交換柱為例說明操作方法：三、 反沖洗分層 打開閥1、上排閥1、下進閥1，關(guān)閉其余相關(guān)閥門。進水經(jīng)過閥1、下進閥1到左交換柱底部，然后從左交換柱頂部經(jīng)過上排閥1出，作為廢水排放。反沖洗分層過程中，進水壓力在保持為3psi，時間為10分鐘。結(jié)束時應(yīng)緩慢關(guān)閉閥1，同時打開下排閥1，使樹脂顆粒逐步沉降，并使水位高于陰樹脂約15cm。關(guān)閉下排閥1。以沉降后陽、陰樹脂層界面是否清晰判別分層效果。如一次操作未達到要求，可重復(fù)操作以獲得滿意的分層效果。四、樹脂再生樹脂的再生為酸、堿分別流經(jīng)陽、陰樹脂層的兩步再生

22、法，本設(shè)備再生為酸堿注入式，即通過酸堿泵將酸堿溶液從酸堿儲箱中打入混床，以再生左交換柱樹脂為例：五、再生1） 陰樹脂再生打開堿閥、進堿閥1、閥1、下進閥1、中排閥1，關(guān)閉其余相關(guān)閥門；堿液流經(jīng)堿閥，通過堿泵，流經(jīng)進堿閥1，到左交換柱頂部，同時純水流經(jīng)閥1、下進閥1到左交換柱底部，調(diào)節(jié)水流，使處理后的水從中排閥1出，作為廢水排放；循環(huán)0.51小時，完畢。2.52 陽樹脂再生 打開酸閥、閥1、閥4、上進閥1、中排閥1，關(guān)閉其余相關(guān)閥門；酸液流經(jīng)酸閥，通過酸泵，流經(jīng)閥4，到左交換柱底部，同時純水流經(jīng)閥1、上進閥1到左交換柱頂部，調(diào)節(jié)水流，使處理后的水從中排閥1出，作為廢水排放，循環(huán)0.51小時，完畢

23、。 六、 慢沖洗 打開閥1、上進閥1、下進閥1、中排閥1，其余相關(guān)閥門關(guān)閉。上進水經(jīng)過閥1、上進閥1到達左交換柱頂部，下進水經(jīng)過閥1、下進閥1到達左交換柱底部，調(diào)整上下進水的流量，使得上進水略大于下進水，以保證樹脂不發(fā)生翻動。完成標志：出水pH達到67，Cl-合格，時間約30分鐘。七、快沖洗 打開閥1、上進閥1、下排閥1，其余相關(guān)閥門關(guān)閉。進水經(jīng)過閥1、上進閥1到左交換柱頂部，然后從左交換柱底部經(jīng)過下排閥1出，作為廢水排放?？鞗_洗時水量要大，時間約15分鐘。八、進氣混合 打開進氣閥1、排氣閥1，其余相關(guān)閥門關(guān)閉。從進氣口通入0.3MPa清潔壓縮空氣45分鐘，待柱內(nèi)樹脂顏色一樣時，停止攪拌，此時

24、柱內(nèi)陰、陽樹脂充分混合均勻。混合均勻后用反滲透產(chǎn)水趕走樹脂層中的空氣，直到樹脂不動（切忌太慢，防止陰、陽樹脂分層），關(guān)好相應(yīng)閥門。 正洗混床再用合格的反滲透出水，按正常工作運行流向通入混床，底部排水，出水合格后作為二級混床進入工作系統(tǒng)。3.5 過濾器操作說明 過濾器操作分為正常工作、反沖洗（水反沖、氣反沖）、正沖洗四部分。1. 正常工作 每次開機前打開排氣閥，到正常工作時關(guān)閉，此后為常閉。當正常工作時，閥1、4打開，閥2、3、5、排氣閥、進氣閥關(guān)閉，水流從左邊進，經(jīng)過閥1到過濾器頂部，然后從過濾器下部經(jīng)過閥4出，作為過濾水進入下一個流程。2. 反沖洗 當設(shè)備運行一段時間（約40小時）后，需對不

25、銹鋼過濾器進行反沖洗，將過濾下來的雜質(zhì)沖出，與反洗水一起排出。反沖洗的操作可分為三步：水反沖5分種、氣反沖5分鐘、水反沖5分鐘；水反沖洗時，閥2、3打開，閥1、4、5、排氣閥、進氣閥關(guān)閉，水流從左邊進，經(jīng)過閥3到過濾器下部，然后從過濾器上部經(jīng)過閥2出，作為廢水排放；氣反沖洗時，排氣閥、進氣閥打開，閥1、2、3、4、5關(guān)閉，氣經(jīng)過進氣閥到過濾器下部，然后從過濾器上部經(jīng)過排氣閥出。3. 正沖洗當反沖洗完后，需對不銹鋼過濾器進行正沖洗，時間為5分鐘。正沖洗時，閥1、5打開，閥2、3、4、排氣閥、進氣閥關(guān)閉，水流從左邊進，經(jīng)過閥1到過濾器頂部，然后從過濾器下部經(jīng)過閥5出，作為廢水排放。3.6 供水工藝

26、流程圖紫外殺菌器輸送泵純水箱樹脂截留器絮凝劑計量泵活性碳過濾器原水箱絮凝劑計量泵原水泵多介質(zhì)過濾器高壓泵RO裝置中間增壓泵混床正常工作樹脂再生終端膜過濾器 3.7 過濾器及混床圖 3.8 程序流程圖 控制程序流程圖 開 始打開排氣閥原水箱水位 低 高 停機工作 絮泵 過濾器(多介質(zhì)濾器、活性炭濾器)阻泵 高壓泵中間水箱 高 低 中間增壓泵停止工作開混床（開閥1、上進閥1、出水閥1）（開閥1 、上進閥1 、出水閥1） 混床取樣 低 純水箱輸水泵紫外殺菌器終端膜過濾器反沖洗程序流程圖開 始40小時水濾器(多介質(zhì)濾器、活性炭濾器)水反沖開閥2、閥3延時5分鐘關(guān)上面閥過濾器(多介質(zhì)濾器、活性炭濾器)氣

27、反沖開排氣閥、進氣閥延時5分鐘關(guān)上面閥過濾器(多介質(zhì)濾器、活性炭濾器)水反沖 開閥2、閥3延時5分鐘關(guān)上面閥過濾器(多介質(zhì)濾器、活性炭濾器)正沖洗 開閥1、閥5 反回到開過濾器(多介質(zhì)濾器、活性炭濾器) 開閥1、閥4混床過濾器程序流程圖 開始 反沖洗分層 開閥1、上排閥1、下進閥1延時10分鐘 關(guān)上面閥陰樹脂再生開進堿閥1、閥1、下進閥1、中排閥1 延時30分鐘關(guān)上面閥陽樹脂再生開酸閥、閥1、閥4、上進閥1、中排閥1延時30分鐘關(guān)上面閥慢沖洗開閥1、上進閥1、下進閥1、中排閥130分鐘 關(guān)上面閥快沖洗開閥1、上進閥1、下排閥1 延時15分鐘 關(guān)上面閥進氣混合開閥1排氣閥1 延時5分鐘 反 回第

28、四章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計選型及要求4.1 系統(tǒng)方案設(shè)計本次設(shè)計主要是利用三菱微型可編程控制器、觸摸屏軟件來實現(xiàn)整個過程的自動控制和模擬運行。系統(tǒng)框圖如下根據(jù)該框圖，系統(tǒng)所需的硬件有: PLC及擴展模塊人機界面（觸摸屏）壓力傳感器、壓力變送器、電接點壓力表、水位傳感器。PLC用隔離變壓器、低壓電器以及控制柜4.2可編程控制器(PLC)選型可編程控制器（Programmable Logic Controller）是計算機技術(shù)與自動化控制技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的一種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自動控制裝置，是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)的。它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)

29、和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。PL C是該控制系統(tǒng)的核心部件，合理選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)指標和質(zhì)量至關(guān)重要的。選擇PLC應(yīng)包括PLC機型、容量等的選擇。1、PLC機型選擇機型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠，維護使用方便及最佳的性能價格比。（1）結(jié)構(gòu)合理對于工藝比較固定，環(huán)境條件較好，維修量較小的場合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC。（2）功能強弱適當對于開關(guān)量控制的工程項目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的PLC。 2、PLC容量的選擇PLC容量主要是指是PLC的I/O點數(shù)，I/O點數(shù)也應(yīng)留有適當裕

30、量。由于目前I/O點數(shù)較多的PLC價格也較高，若備用的1/O點是數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴充，通常1/0點數(shù)按實際需要的考慮留10%-15%點數(shù)備用量。根據(jù)系統(tǒng)要求和功能，PLC選用MITSUBISHI公司的FX2N系列FX2N-48MR-001， FX2N-48MR具有豐富的可靈活配置的硬件資源：內(nèi)含時鐘、PID運算、高速計數(shù)器、顯示器、AC/DC/繼電器內(nèi)置數(shù)字I/O（24路開關(guān)量輸入，24路繼電器輸出），另配置FX0N-4AD模擬量模塊，F(xiàn)X2N-485-BD通信模塊。SC-09通信編程器，采用RS485網(wǎng)絡(luò)通信。4.3 控制

31、系統(tǒng)硬件組成控制系統(tǒng)硬件由，F(xiàn)X1N-40MR PLC , PC機, 熱繼電器, 交流接觸器, 低壓斷路器等組成。4.4 FXCPU-FX2NC可編程控制器FX系列是由電源，CPU、存儲器、輸入輸出器組成的，單元型可編程控制器，基本單元和擴展單元采用了得于維修的裝卸式端子臺，在編程端子罩內(nèi)裝RUN/STOP開關(guān)，它內(nèi)裝有8K-16K步進自備用電池的RAM存儲器，并內(nèi)有計時功能，可進行時間控制，并且可接各種輸入輸出擴充設(shè)備，用于特殊控制。FX1N -40MR是三菱PLC中的新一代性能優(yōu)越的微型PLC，交流寬域輸入（85264Vac）、處理速度達到0.08s/基本指令，內(nèi)附8k步存儲器（RAM），

32、而且運行過程中可以更改程序，內(nèi)有實時時鐘，具有計時功能和可以進行時間控制。輸入點采用PLC內(nèi)部供電，大大簡化了電路。輸出采用24Vdc供電給指示燈和繼電器等負載。FX系列PLC支持無協(xié)議的RS232和RS485通信協(xié)議兩種通信方式。三菱FX-232 PLC設(shè)備構(gòu)件把PLC的通道分為只讀，只寫，讀寫三種情況，只讀用于把PLC中的數(shù)據(jù)讀入到PC的監(jiān)視環(huán)境中，只寫通道用于把PC程序和參數(shù)寫入到PLC中，讀寫則可以從PLC中讀數(shù)據(jù)，也可以往PLC中寫數(shù)據(jù)，X輸入繼電器(位操作只讀) ；Y輸出繼電器(位操作，可讀可寫)； M中間繼電器(位操作，可讀可寫)；D變量存儲器(字，雙字，浮點，可讀可寫)。4.5

33、 PLC接線圖示意圖 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7Y8 FXCPU-FX2NC系列 Y36 COMCOMKM1KM5KM3KM4 KM4KM4KM3 KM2KM8KM7KM6KM10KM9KM38I/O點設(shè)置根據(jù)傳化超純水處理系統(tǒng)的工藝流程，我們可以知道，在整個系統(tǒng)中，有8個輸入點，57個輸出點。其中輸入點包括了：手動/自動切換，啟動，停止，原水箱上限位，原水箱下限位，RO低壓開關(guān)，中間水箱上限位，中間水箱下限位。輸出點包括了：原水電磁閥，多介質(zhì)電磁閥，多介質(zhì)排氣電磁閥，活性炭電磁閥，活性炭排氣電磁閥，多介質(zhì)進氣電磁閥，活性炭進氣電磁閥，RO電磁閥，混床閥，紫外殺菌器，原水泵

34、，RO泵，中間增壓泵，酸泵，堿泵，輸送泵，清洗泵，阻垢計量泵，絮凝劑計量泵等4.6 超純水控制輸入輸出I/O分配表名稱地址編碼名稱地址編碼原水箱M10球閥Y47原水泵Y0低壓開關(guān)M13排氣閥Y2中間水箱高水位M14絮凝劑量泵Y1中間水箱低水位M15閥1Y3中間增壓泵Y14閥2Y5混閥1Y15閥3Y6混閥2Y16閥4Y4混閥3Y17閥5Y10上進閥1Y20閥7Y40上進閥1Y21閥8Y41出水閥Y22閥9Y42出水閥1Y23閥10Y43陰樹脂再生M18閥11Y44反沖洗分層M17閥12Y45下進閥1Y24閥13Y46下排閥1Y25開機前開關(guān) M23 上排閥Y26阻垢劑量泵Y11高于水位15CM開

35、關(guān)M19高壓泵Y12重復(fù)沖洗生M31紫外殺菌器Y37進堿閥Y27電磁閥Y13堿閥Y30進氣閥1Y34中排閥1Y31排氣閥Y35酸閥Y32輸送泵Y36閥4Y33第五章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1控制系統(tǒng)軟件組成本控制系統(tǒng)軟件包括PLC編程軟件和組態(tài)軟件一、基本概況SW3D5-GPPW-E是三菱電氣公司開發(fā)的用于可編程控制器的編程軟件,可在Windows 3.1及Windows 95下運行，適用于IBM PC/AT (兼容)其CPU為i486SX或更高，內(nèi)存需 8兆或更高(推薦16兆以上)。該程序可在串行系統(tǒng)中可與可編程控制器進行通訊,文件傳送,操作監(jiān)控以及各種測試功能。在GPP軟件中,你可通過線路符

36、號,助記符來創(chuàng)建順控指令程序,建立注釋數(shù)據(jù)及設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)，并可將其存儲為文件,用打印機打印。在PLC與PC之間必須有接口單元及纜線。二、接口單元： FX-232AWC型RS-232C/RS-422轉(zhuǎn)換器(便攜式). FX-232AW型RS-232C/RS-422轉(zhuǎn)換器(內(nèi)置式) 纜線： FX-422CAB型RS-422 纜線 用于 FX1, FX2, FX2C型可編程控制器, 0.3米； FX-422CAB-150 型 RS-422 纜線 用于 FX1, FX2, FX2C型可編程控制器, 1.5米。5.2、用GPP編寫梯形圖GPP軟件使用起來靈活、簡單、方便，我們把它安裝在程序中，使用時只

37、要進入程序，選中MELSEC Applications 在WINDOWS下運行的GPP ,打開工程，選中新建，出現(xiàn)如下圖5-1畫面，先在PLC系列中選出你所使用的程控器的CPU系列，PLC類型是指選機器的型號，我們實驗用FX2N系列，所以選中FX2N。5.3、傳輸、調(diào)試 在程序的轉(zhuǎn)換過程中，如果程序有錯，它會顯示，也可通過菜單“工具”，查詢程序的正確性。 只有當梯形圖轉(zhuǎn)換完畢后，才能進行程序的傳送,傳送前，必須將FX2N面板上的開關(guān)撥向STOP狀態(tài)，再打開“在線”菜單，進行傳送設(shè)置，如下圖所示：根據(jù)圖示，你必須確定你的PLC與計算機的連接是通過COM1口還是COM2口連接，在實驗中我們已統(tǒng)一將

38、RS-232線連在了計算機的COM1口，你在操作上只要進行設(shè)置選擇。寫完梯形圖后，在菜單上還是選擇“在線”，選中“寫入PLC（W）”，就出現(xiàn)如圖 從圖上可看出，在執(zhí)行讀取及寫入前必須先選中MAIN、PLC參數(shù)，否則，不能執(zhí)行對程序的讀取、寫入，然后點擊“開始執(zhí)行”即可。根據(jù)本文前面所整理的I/O點分配表，可以行進程序中輸入/輸出的設(shè)置。5.4 PLC程序 見附件25.5 觸摸屏觸摸屏是本系統(tǒng)的人機界面，通過觸摸屏我們可以和系統(tǒng)進行信息交流。觸摸屏可以對系統(tǒng)的運行流程、水泵運行電流、變頻器的輸出頻率、輸出電壓以及系統(tǒng)報警情況進行顯示；同時通過觸摸屏我們可以進行壓力的設(shè)定、選擇系統(tǒng)的運行方式(自動

39、/手動)、泵的運行方式(正常運行/檢修)，所以我們在選擇觸摸屏時，要考慮它與PLC通訊情況，PLC和觸摸屏的使用同一個廠家的，觸摸屏可以選FX-DU-WIN系列。注意在文件打開新建時應(yīng)選F930GOT-BWD（橫型），PLC系統(tǒng)選MELSEC-FX型。如圖. 觸摸屏圖型如下：5.6 觸摸屏流程圖說明畫面0畫面1畫面5畫面9畫面2畫面10畫面4畫面7畫面6畫面8第六章 質(zhì)量的控制（以單個交換柱工作時為例）為保證產(chǎn)水符合設(shè)計要求，應(yīng)每小時對混床的產(chǎn)水進行測定，產(chǎn)水應(yīng)符合下列情況：1 電阻率：電阻率大于15M/cm時（該數(shù)據(jù)可直接從電阻儀上讀?。? Ca2+，Mg2+：取水樣10ml，加氨-氯化銨

40、緩沖液3滴，鉻黑T指示液（1100）少許，應(yīng)呈藍色。3 Cl-：取水樣50ml，加硝酸5滴硝酸銀試液1ml，不得發(fā)生渾濁。 以上三項指標中有一項指標不符合要求，則表明混床需再生。6.1 新樹脂的處理一、 膨脹凈化a 陽樹脂用50度的熱水，陰樹脂用低于40度的溫水浸泡23次，每次30分鐘，使樹脂充分膨脹，用自來水漂洗，除去色素、水溶性和不溶性雜質(zhì)，至洗出的水無色澄清。b 加入1%氯化鈉酒精溶液，浸泡24小時，除去芳香性物質(zhì)和醇溶性物質(zhì)。二、酸堿處理a 用10%氫氧化鈉溶液浸泡1.5小時，用自來水洗至PH67。b 用5%鹽酸溶液浸泡1.5小時，用自來水洗至PH23。三、轉(zhuǎn)型a 陽樹脂用34倍樹脂量

41、5%鹽酸浸泡11.5小時，使轉(zhuǎn)成氫型，然后用自來水洗至pH23后瀝干備用。b 陰樹脂用56倍樹脂量，10%氫氧化鈉浸泡11.5小時，然后用自來水洗至pH9后瀝干備用。6.2 操作注意事項1、樹脂層不得留存氣泡，如發(fā)現(xiàn)有氣泡，應(yīng)及時用逆洗辦法驅(qū)除。2、處于關(guān)閉狀態(tài)的閥門必須關(guān)緊關(guān)嚴。3、混合出水不合格時，應(yīng)立即再生，再生應(yīng)控制酸堿濃度，酸再生時控制液面，防止樹脂失效。4、停用期間，混合柱宜隔日放水一次，如長期不用，樹脂轉(zhuǎn)成Na型或Cl型保存。在停用數(shù)小時后重新開始使用，混合柱出水水質(zhì)合格后方可進入脫鹽純水箱。5、混床內(nèi)陽樹脂與陰樹脂比例為1：2。6.3 成品水質(zhì)量控制酸堿度：取成品10ml，加甲

42、基紅指示2滴，不得顯紅色；另取10ml，加溴麝香草酚藍指示液滴，不得顯藍色。氯化物、硫酸與鈣：取50ml，加硝酸5滴與硝酸銀試液1ml，不得發(fā)生渾濁。氨：取50ml，加堿性碘化汞鉀試液2 ml，放置15分鐘；如顯色，與氯化銨溶液（取氯化銨31.5mg，加無氨水適量使溶解并稀釋成1000 ml）1.5 ml，加無氨水48 ml與堿性碘化汞鉀試液2ml制成的對照液比較，不得更深（0.00003%）。易氧化物：取100ml，加稀硫酸10ml，煮沸后，加高錳酸鉀滴定液（0.02mol/L）0.10ml，再煮沸10分鐘，粉紅色不得完全消失。重金屬：取40ml，加醋酸鹽緩沖液（pH3.5）2ml與硫代乙酰

43、胺試液2ml，搖勻，放置室外5分鐘，與標準鉛溶液2ml加水38ml用同一方法處理后的顏色比較，不得更深（0.00005%）。二氧化碳：取25 ml，置50 ml具塞量筒中，加氫氧化鈣試液25 ml，密塞振搖，放置，1小時內(nèi)不得發(fā)生渾濁。第七章 設(shè)備安全操作、維護及保養(yǎng)7.1設(shè)備操作和安全常識一、設(shè)備操作系統(tǒng)放氣(1) 每次開機前，多介質(zhì)排氣閥和活性碳排氣閥打開，當有水從多介質(zhì)過濾器排氣閥溢出時，說明介質(zhì)過濾器已完成排氣，這時，就可以關(guān)閉多介質(zhì)和活性炭過濾器，轉(zhuǎn)換到正常工作。(2) 打開活性碳過濾器排氣閥和進水閥，當有水從排氣閥溢出時，即打開碳濾器出水閥，并關(guān)閉排氣閥。(3) 開高壓泵排氣閥排氣

44、，完成各級放氣工作后，設(shè)備即可進入工作狀態(tài)。二、生產(chǎn)操作先打開總電源開關(guān)。依據(jù)預(yù)處理操作,打開閥,觀察原水流量及壓力，如果流量及壓力不能滿足要求，再打開增壓泵，調(diào)節(jié)原水流量，使流量在3T/h左右，待水從過濾器排污閥流出時,打開高壓泵前后閥門和濃水閥、純水閥,此時打開高壓泵開關(guān)，調(diào)節(jié)濃水閥門，使高壓泵壓力保持在0.81MPa,純水流量在2T/h。統(tǒng)計純水流量與濃水流量,使其總和與總進水量保持平衡。純水流入純水箱,濃水則排放出去,由主機出來的水已滿足飲用純水標準,一級出水電導率在10s/cm左右.一級出水經(jīng)二級膜后，再經(jīng)紫外殺菌器和臭氧發(fā)生器殺菌后罐裝飲用。7.2停機（1）正常停機關(guān)閉原水泵；關(guān)掉

45、絮凝計量泵；多介質(zhì)過濾器；活性炭過濾器，阻垢計量泵、高壓泵都相應(yīng)停止工作。（2）非正常停機：如遇緊急情況，例如突然停電、停水或突遇一些無法估計的事件發(fā)生，首先關(guān)總電源。原水泵，然后再關(guān)所有閥門和水源。7.3安全常識三、設(shè)備介質(zhì)特性石英砂的機械強度大，相對密度為2.65左右，穩(wěn)定性好?；钚蕴康膬?nèi)表面積大，吸附能力強，水處理效果好。四、系統(tǒng)運行安全要點（1）設(shè)備在第一次使用時必須在濾、碳濾、過濾器沖洗后，才能正式生產(chǎn)。（2）在開機前,要確保本系統(tǒng)和其他設(shè)備都接通，并進入準運狀態(tài)。（3）設(shè)備運行過程中，應(yīng)經(jīng)常觀察設(shè)備是否運行正常，發(fā)現(xiàn)問題或出現(xiàn)故障時立即關(guān)機，及時維修。（4）在操作時，應(yīng)先打開閥門，

46、然后打開泵，以免損壞泵。 工作結(jié)束時，應(yīng)先關(guān)閉泵，然后關(guān)閉相應(yīng)閥門，確保泵不出故障。（5）操作人員必須嚴格按操作步驟進行操作。（6）系統(tǒng)在日常運行過程中，用戶每天應(yīng)根據(jù)運行記錄表作必要的運行記錄，以作為我公司日后對系統(tǒng)維護及維修的依據(jù)。（7）設(shè)備在規(guī)定時間內(nèi)須對各部件進行維護，包括濾芯的更換，樹脂的再生，反滲透膜的清洗等操作。 (8)反滲透設(shè)備不可長期停機。 若短期停機，介質(zhì)過濾器等預(yù)處理系統(tǒng)每天應(yīng)進行沖洗，并關(guān)掉所有閥門，保持有水狀態(tài)。若停機較長，應(yīng)向膜內(nèi)灌注專用溶液，防止細菌侵入。(9)必須保證混床中有一定的水墊層，以保證樹脂的使用壽命。(10)、常用備件更換周期濾芯約1個月更換一次；活性

47、碳處理水量是其體積約6000倍時需更換一次；反滲透膜自動清洗周期：每運行6小時沖洗一次；化學藥劑清洗，產(chǎn)水3個月到半年清洗一次；總結(jié)時間過得好快，準備了許久的畢業(yè)設(shè)計時間終于圓滿落下帷幕，在這畢業(yè)設(shè)計過程中，我曾遇到了許許多多的苦難和阻礙，也深深讓我體會到了我在大學這三年時間里所學專業(yè)知識是多么的膚淺，浪費了很多寶貴的學習時間，從而在做畢業(yè)設(shè)計的時候手忙腳亂，有點應(yīng)付不過來，不過幸虧有老師和同學的熱情幫助，我才得以順利的完成我的這畢業(yè)設(shè)計，在這做的漫長的畢業(yè)設(shè)計中，讓我學到了除課本以外的更多知識，這個課題很好的把我的所學運用到現(xiàn)實的生產(chǎn)設(shè)備中去了，同時，我的專業(yè)知識也在這在做畢業(yè)設(shè)計的過程中有

48、了個很好的提高。為自己設(shè)計的這課題，我先后翻閱了大量的有關(guān)于PLC、觸摸屏的學習資料，如PLC的各個指令是如何表示的，他們表示的意義又是什么，選型問題等，因為在編程的過程中我還是遇到了像這樣多的種種困難，有些指令編寫不上去，或者在編程中如何運用指令更好的把超純水控制流程圖更好的體現(xiàn)出來，這些都是需要花大量時間投入學習的，特別是我一向更理解與歐姆龍這樣的學生，雖然兩者之間區(qū)別不大，但真正執(zhí)行起來還是有很多不同的。再者就是觸摸屏，這相對來說比PLC編程要簡單多，只要編好程序，選則相應(yīng)型號對應(yīng)上去就可以了。在現(xiàn)在這個日新月異的社會日，像電子科技，自動控制領(lǐng)域的發(fā)展，非常之快，而緊憑我這點知識還是遠遠不夠的，需要自己以后不斷的不斷的去學習才行。致 謝不知不覺中，大學的三年讀書生活即將落下帷幕，在漫長的畢業(yè)設(shè)計中，我遇到過許許多多困難和挫折，辛苦有同學和老師的熱情幫助，我才得以順利完成這個課題，在臨近畢業(yè)之際，我要對那些幫助過我的人表示深深的感謝。這三年來，我認真的學習了老師所傳授我們的專業(yè)知識，具有了一定的專業(yè)知識基礎(chǔ)和實踐基礎(chǔ)，但畢業(yè)設(shè)計是一個相對來說更貼和生活和工作實際的一個設(shè)計，不同于我們所學相對較淺的表面知識，他在內(nèi)容上，深度上，包括硬軟件上都有更嚴格和精確的要求，所以，在設(shè)計的時候必定讓我遇