plc在水處理設(shè)備電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用電氣工程專(zhuān)業(yè)

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1、 摘 要 隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，水處理設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣，其中基于plc的控制系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)針對(duì)染廠的工業(yè)環(huán)境，設(shè)計(jì)了自動(dòng)注料和廢料處理系統(tǒng)，旨在提高液體處理效率，減少人為操作失誤。水處理設(shè)備電氣控制系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)中有著很重要的地位，目前處于改革升級(jí)，日趨成熟的階段，有著非常廣闊的前景。 首先本系統(tǒng)基于plc對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì):通過(guò)查閱資料和生產(chǎn)實(shí)習(xí)，了解工業(yè)環(huán)境，進(jìn)行設(shè)備采樣以及plc系統(tǒng)學(xué)習(xí);分別分析注料系統(tǒng)和廢料處理系統(tǒng)的功能，分配I/O地址，制作CAD流程圖，進(jìn)行硬件和軟件的配置;由于環(huán)境因素的限制，本系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)

2、場(chǎng)設(shè)備調(diào)試，而是通過(guò)V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9進(jìn)行編程監(jiān)控，利用S7_200漢化版仿真軟件進(jìn)行模擬。通過(guò)仿真及調(diào)試完善系統(tǒng)，最終完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種液體助劑自動(dòng)注料，廢料智能處理以及報(bào)警功能。 關(guān)鍵詞：PLC； 水處理； 電氣控制； 注料系統(tǒng)； 廢料處理  Abstract With the continuous development of industrial automation, the electric control system of water treatment equipment is used mo

3、re and more widely, among which the PLC based control system is the most widely used. In order to improve the efficiency of liquid treatment and reduce the human error, we designed the automatic feeding and waste disposal system for the industrial environment of dyeing factory. The electric control

4、system of water treatment equipment plays an important role in the industrial production. It is now in the stage of reform and upgrading and becoming more and more mature. It has a very broad prospect. First we PLC based on the overall design of the system: through access to information and product

5、ion practice, understand the industry environment, equipment sampling and PLC system of learning; feeding system and waste disposal system function analysis, allocation of I/O address, CAD production flow chart, hardware and software configuration; due to environmental factors we cannot, on-site deb

6、ugging equipment, only through V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9 programming control, were simulated using the S7_200 simulation software version. Finally, a set of multi feed mixing system and intelligent alarm waste disposal system are obtained. Key words : PLC; water treatment; electrical control; f

7、eeding system; Waste treatment 目 錄 1. 所屬領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r及其前景 6 1.1 水處理設(shè)備電氣控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 6 1.2 水處理設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展方向 6 1.2.1 冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 6 1.2.2 組態(tài)軟件驅(qū)動(dòng)程序 7 1.2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控 7 1.2.4 數(shù)據(jù)分析和決策 7 2. PLC的基本介紹 7 2.1 PLC應(yīng)用及類(lèi)型介紹 7 2.2 PLC結(jié)構(gòu)組成 8 3.1 項(xiàng)目環(huán)境 9 3.1.1 注料室注料流程 9 3.1.

8、2 整體注料方案總覽 10 3.2 項(xiàng)目意義和要求 11 4. Plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 4.1 主要設(shè)備及硬件參數(shù) 11 4.1.1 液位計(jì) 11 4.1.2 限位開(kāi)關(guān) 12 4.1.3 BV31氣動(dòng)三通閥 12 4.2 注料系統(tǒng) 13 4.2.1 I/O端子的地址分配 13 4.2.2 控制要求 14 4.2.3 輸入輸出電平時(shí)序及系統(tǒng)流程圖 15 4.2.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖接線 16 4.2.5 程序的編寫(xiě)和調(diào)試 16 4.3 廢料處理系統(tǒng) 21 4.3.1 控制要求： 21 4.3.2 廢料處理系統(tǒng)I/O地址分配 22 4.3.3 廢料處理系統(tǒng)原理

9、23 4.3.4 PLC控制接線 23 4.3.5 Plc控制梯形圖編程 24 4.4 軟件調(diào)試和通訊 26 4.4.1 軟件調(diào)試 26 4.4.2 通信參數(shù)設(shè)定和在線連接 27 4.4.3 整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試 27 5. 總結(jié)與展望 28 6. 本文參考資料 29  1. 所屬領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r及其前景 1.1 水處理設(shè)備電氣控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 水處理設(shè)備電氣控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)新建和系統(tǒng)改造，隨著越來(lái)越多廠房的新建，該系統(tǒng)的需求量越來(lái)越大，對(duì)水源的用量和水的性質(zhì)要求不一，處理工藝需要改進(jìn)。至于早期的老舊廠房，其中的設(shè)備及水處理系統(tǒng)已經(jīng)嚴(yán)重落

10、后，不能滿足當(dāng)下的水處理需求，因此老舊項(xiàng)目的改造也是大勢(shì)所趨，刻不容緩。各行業(yè)用水的處理工藝不同，工藝的復(fù)雜程度不盡相同。工程師需要對(duì)整個(gè)工業(yè)體系進(jìn)行學(xué)習(xí)，以適應(yīng)各個(gè)系統(tǒng)的水處理。同時(shí)水處理設(shè)備越來(lái)也多，也越來(lái)越專(zhuān)業(yè)化，本系統(tǒng)需要了解各種廠家提供的各類(lèi)設(shè)備及參數(shù)。目前的狀況是現(xiàn)場(chǎng)的許多plc設(shè)備需要與上位組態(tài)軟件進(jìn)行通訊，而這些plc來(lái)自不同廠家。在項(xiàng)目改造和擴(kuò)建時(shí)，本系統(tǒng)需要組態(tài)軟件擁有豐富的驅(qū)動(dòng)程序，使系統(tǒng)能夠正常通訊和監(jiān)控。現(xiàn)在社會(huì)越來(lái)越注重節(jié)能環(huán)保，水處理設(shè)備電氣控制系統(tǒng)同樣要考慮到環(huán)保問(wèn)題。我們?cè)跐M足工業(yè)需求的同時(shí)，保證精確控制，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，盡量減少污染和浪費(fèi)。Plc設(shè)備的穩(wěn)

11、定運(yùn)行是自控系統(tǒng)的基本要求，此外提高設(shè)備的抗干擾能力，降低故障率，是減少損失的重要因素。 1.2 水處理設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展方向： 1.2.1 冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 此結(jié)構(gòu)有良好的安全性和穩(wěn)定性，它具有兩個(gè)系統(tǒng)CPU，系統(tǒng)電源，支持網(wǎng)絡(luò)冗余和總線冗余。在系統(tǒng)故障時(shí)能夠保證系統(tǒng)不中斷。[06] 1.2.2 組態(tài)軟件驅(qū)動(dòng)程序： 目前已經(jīng)有些組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)了各類(lèi)plc，移動(dòng)通訊設(shè)備等自控設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，這樣將有利于水處理設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的升級(jí)改造。組態(tài)軟件與控制設(shè)備的兼容，實(shí)現(xiàn)了組態(tài)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝的控制，優(yōu)化了系統(tǒng)，降低了成本，同時(shí)提高了效率。 1.2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控：

12、 另一種趨勢(shì)就是通過(guò)控制中心發(fā)布web界面和數(shù)據(jù)，工作人員能夠直接登錄網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，此外，plc編程軟件的遠(yuǎn)程登錄也是大勢(shì)所趨，工作人員可以隨時(shí)隨地修改和調(diào)試plc程序，此功能大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可控性和效率。 1.2.4 數(shù)據(jù)分析和決策： 工廠現(xiàn)場(chǎng)采集系統(tǒng)通過(guò)io口收集數(shù)據(jù)，并且儲(chǔ)存。在工廠生產(chǎn)的過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生大量的歷史數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有很高的可靠性，是在現(xiàn)實(shí)工藝中的真實(shí)記錄。利用這些真實(shí)有效的數(shù)據(jù)總結(jié)規(guī)律，從而得出在不同工藝條件下的最佳運(yùn)行參數(shù)，利用這些工藝參數(shù)修改現(xiàn)場(chǎng)控制程序，并且將專(zhuān)家系統(tǒng)等應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。從而有效的優(yōu)化了現(xiàn)場(chǎng)控制。系統(tǒng)智能決策取代人工決策，大大的提升

13、了生產(chǎn)效率，提高了可靠性 2. PLC的基本介紹 2.1 PLC應(yīng)用及類(lèi)型介紹 PLC（programmable logic controller）是一種以微處理器為核心的自動(dòng)控制裝置。在PLC問(wèn)世以前，繼電器占據(jù)了工業(yè)上主導(dǎo)地位，PLC的出現(xiàn)打破了這一局面，它具有以下特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾性能強(qiáng)；功能強(qiáng)，性?xún)r(jià)比高；編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)；硬件配套齊全用戶(hù)使用方便維修工作量??；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝調(diào)試工作量少；體積小，重量輕，能耗低；各廠家制造的plc互不兼容。PLC融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，半導(dǎo)體集成技術(shù)，控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，按結(jié)構(gòu)可分為整體式即分散式兩種，整體式即plc把CPU RAM ra

14、m i/o電路及電源集中分配在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)；模塊式即積木式，將各部分制成獨(dú)立的模塊，組裝而成。按i/o點(diǎn)數(shù)分可分為不同型號(hào)；plc功能在發(fā)展過(guò)程中不斷增強(qiáng)，主要包括開(kāi)關(guān)邏輯控制，閉環(huán)過(guò)程控制，運(yùn)動(dòng)控制，數(shù)據(jù)處理，通信與網(wǎng)絡(luò)控制。目前市面上plc種類(lèi)和型號(hào)繁多，如日本三菱，歐姆龍，德國(guó)西門(mén)子等系列在國(guó)內(nèi)外受到廣泛應(yīng)用。 2.2 PLC結(jié)構(gòu)組成 Plc分為整體式和模塊式兩種，但是基本結(jié)構(gòu)組成相近，其結(jié)構(gòu)包括CPU，內(nèi)存，I/O口，電源單元及外圍設(shè)備，智能模塊等。從廣義上講plc是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它比一般計(jì)算機(jī)有更強(qiáng)的工業(yè)過(guò)程i/o口。擁有更加適用于控制要求的編程語(yǔ)言和適用于工業(yè)環(huán)境的抗干擾

15、能力。CPU即中央處理器，它是plc的核心部分，主要包含運(yùn)算器，寄存器，控制器。負(fù)責(zé)按照指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，邏輯運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算等.內(nèi)存包括只讀ROM，隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM，可擦寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器EEPROM三大部分組成，主要作用是存儲(chǔ)系統(tǒng)程序，用戶(hù)程序，及工作數(shù)據(jù)。I/O口包括輸入端口，輸出端口，負(fù)責(zé)傳送采集到的信號(hào)。Plc模塊通過(guò)i/o接口與外部設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)和控制。PLC通過(guò)循環(huán)掃描的工作方式不斷地輸入和刷新信號(hào)，并將信號(hào)發(fā)送至CPU進(jìn)行處理并輸出。Plc的工作電源為開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源。電池單元可以將外部提供的電源轉(zhuǎn)變成PLC的工作電源，同時(shí)還提供掉電保護(hù)電路和后備電池模塊，以

16、維持部分RAM內(nèi)容在斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。外圍設(shè)備種類(lèi)較多包括：編程設(shè)備，監(jiān)控設(shè)備，存儲(chǔ)設(shè)備和i/o設(shè)備 。為實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控 3. 項(xiàng)目環(huán)境和要求 3.1 項(xiàng)目環(huán)境 在當(dāng)代工業(yè)環(huán)境下，工業(yè)用水必不可少，水處理設(shè)備隨處可見(jiàn)。本項(xiàng)目是根據(jù)某染整廠而設(shè)計(jì)，旨在解決染整廠設(shè)備用水以及廢水處理的問(wèn)題。根據(jù)布料材質(zhì)的不同，染整分為多種染整工藝，在染整過(guò)程中我們根據(jù)工藝流程進(jìn)行水處理，得到各類(lèi)色布。一般染色流程包括煮布RC，過(guò)酸除氧，蝕毛，染棉，染T等工藝，每個(gè)工藝對(duì)溫度和進(jìn)出水量的要求不同。本系統(tǒng)在染色步驟中注水，加熱，注料，排水，通過(guò)自動(dòng)控制減少人為干預(yù)。染缸長(zhǎng)期長(zhǎng)期處于高

17、溫且具腐蝕性的環(huán)境中工作，高溫和大量化學(xué)液體對(duì)人和機(jī)器都會(huì)產(chǎn)生一定的影響，工業(yè)環(huán)境較為惡劣。因此在這種環(huán)境下，工業(yè)控制需要很好的穩(wěn)定性，而plc控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，能夠克服惡劣的狀況，適應(yīng)于染整廠的設(shè)備和環(huán)境。本系統(tǒng)著重于注料系統(tǒng)和廢料處理系統(tǒng)，基于plc實(shí)現(xiàn)水和注料的自動(dòng)處理，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下液體的自動(dòng)注料和廢料的智能處理。 3.1.1 注料室注料流程 圖3.1 注料室注料流程(圖上） 設(shè)備室注料流程如上圖所示：開(kāi)料-手動(dòng)閥-自動(dòng)閥-注料缸-液位計(jì)-過(guò)濾器-手動(dòng)閥-自動(dòng)閥-三通閥-流量計(jì)-染缸。共計(jì)15套系統(tǒng)，42類(lèi)助料。在工業(yè)生產(chǎn)中 ，每一類(lèi)助料分別進(jìn)

18、入15套系統(tǒng)，最后進(jìn)入各個(gè)系統(tǒng)的染缸。其中開(kāi)料在開(kāi)料房完成，然后管道運(yùn)輸至液體注料房。手動(dòng)閥可以實(shí)現(xiàn)緊急關(guān)停，自動(dòng)閥通過(guò)空氣閥門(mén)實(shí)現(xiàn)管道自動(dòng)開(kāi)關(guān)，注料缸用于存儲(chǔ)液體助料，過(guò)濾器用于除去液體中的雜質(zhì)，三通閥控制液體的流向和關(guān)停狀態(tài)，流量計(jì)檢測(cè)液體注料的流量和質(zhì)量以及密度等參數(shù)，這些助劑從開(kāi)料房運(yùn)輸至注料房，最后到達(dá)各個(gè)染缸。這些控制器件與plc系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)了液體的自動(dòng)注料。 3.1.2 整體注料方案總覽 圖3.2 整體注料方案總覽 該染整廠注料房包括控制室和設(shè)備房，控制室安裝有s7-200plc各個(gè)擴(kuò)展模塊和主機(jī)部分，分別對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和監(jiān)控。本系統(tǒng)不僅要對(duì)

19、系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時(shí)也要對(duì)它進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，系統(tǒng)利用V4.0 STEP 7 MicroWIN進(jìn)行軟件編程和系統(tǒng)監(jiān)控，在接線完整的情況下對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，做到準(zhǔn)確控制實(shí)時(shí)監(jiān)控。上圖顯示了整個(gè)注料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)量，進(jìn)行注料房定位，管道排布，和系統(tǒng)劃分。力爭(zhēng)做到智能，高效，環(huán)保。 3.2 項(xiàng)目意義和要求 水處理與許多系統(tǒng)都密切相關(guān)，本項(xiàng)目的目的在于提高工業(yè)效率，節(jié)省人力成本，實(shí)現(xiàn)非人為操作下水的自動(dòng)處理，在工業(yè)以領(lǐng)域及其他各領(lǐng)域都較為實(shí)用。plc參與工業(yè)自動(dòng)化是因?yàn)樗哂休^高的穩(wěn)定性，在極端復(fù)雜的環(huán)境下仍然能夠保持運(yùn)行。 本項(xiàng)目要求一定精度，所以控制系統(tǒng)的反應(yīng)能力，設(shè)備

20、的協(xié)同性需要做到迅速和精確，如傳感器需要及時(shí)反應(yīng)，空氣閥需要及時(shí)打開(kāi)，流量計(jì)需要精確測(cè)量。在整個(gè)系統(tǒng)中，我們要求水量誤差不超過(guò)1%，這樣才能保證染色的成功率。傳感器可以及時(shí)檢測(cè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)一系列信號(hào)處理，得到輸出信號(hào)，空氣閥需要迅速反應(yīng)，以保證用水量的準(zhǔn)確性，空氣閥門(mén)產(chǎn)生的誤差可以通過(guò)延時(shí)關(guān)閉閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)。流量計(jì)需要考慮到工作環(huán)境的要求，以適應(yīng)這樣特殊的工作環(huán)境。為保證自動(dòng)控制系統(tǒng)的可行性，我們要對(duì)系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行了解，包括工作環(huán)境，注料流程等等 4. Plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1 主要設(shè)備及硬件參數(shù) 4.1.1 液位計(jì)： 浮球液位計(jì)是利用浮球內(nèi)磁鐵隨液位變化，來(lái)改變連桿

21、內(nèi)的電阻與干簧管所組成的分壓電路，分壓信號(hào)可經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換器變成4-20mA或其它不同之標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。干簧管的間隙愈小，精度愈高?？膳浜掀渌伪磉h(yuǎn)距離指示，是一種原理簡(jiǎn)單，可靠性極佳的液位計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)如下：1.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、使用壽命2.不受蒸汽、泡沫、液體揮發(fā)性氣體影響3.指示機(jī)構(gòu)與被測(cè)介質(zhì)完全隔離，密封性好，使用安全　4.耐高溫，最高耐溫達(dá)280℃，并可適用多種腐蝕性介質(zhì)5.多種材質(zhì)可以選擇，適合多種場(chǎng)合使用　6.性能穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)。連桿浮球液位計(jì)幾乎可以適用與各種工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制中的液位測(cè)量與控制，可以廣泛運(yùn)用于石油加工、食品加工、化工、水處理、制藥、電力、造紙、冶金、船舶和鍋爐等領(lǐng)

22、域中的液位測(cè)量、控制與監(jiān)測(cè)。 4.1.2 限位開(kāi)關(guān)： 使用APL420N隔爆感應(yīng)式限位開(kāi)關(guān)。閥門(mén)限位開(kāi)關(guān)盒是自動(dòng)控制系統(tǒng)中檢測(cè)閥門(mén)狀態(tài)一種現(xiàn)場(chǎng)儀表，用以將閥門(mén)的開(kāi)啟或關(guān)閉位置以開(kāi)關(guān)量的信號(hào)輸出，被程控器接收或計(jì)算機(jī)尋訪采樣，確認(rèn)后執(zhí)行下一步程序．該產(chǎn)品也可以作為自控系統(tǒng)中重要的閥門(mén)連鎖保護(hù)及遠(yuǎn)程報(bào)警指示之用?？刂品绞娇梢垃F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求選擇接近開(kāi)關(guān)、磁性開(kāi)關(guān)及加裝信號(hào)反饋器。在plc系統(tǒng)中限位開(kāi)關(guān)屬于輸出模塊，限位開(kāi)關(guān)的好壞直接影響了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，為保證系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的輸出，限位開(kāi)關(guān)需要對(duì)指令做出迅速應(yīng)對(duì)，避免出現(xiàn)不反應(yīng)或反應(yīng)遲鈍的狀況。 4.1.3 BV31氣動(dòng)三通閥： 氣動(dòng)三通閥是三

23、通球閥配上氣動(dòng)執(zhí)行器。三通球閥有T型和L型。T型能使三條正交的管道相互連通和切斷第三條通道，起分流，合流作用。L型只能連接相互正交的兩條管道，不能同時(shí)保持第三條管道的相互連通，只起分配作用。氣動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)行速度相對(duì)較快，最快的開(kāi)關(guān)速度0.05秒/次，氣動(dòng)三通閥通常配置各種附件，比如電磁閥，限位開(kāi)關(guān)，定時(shí)器等，以實(shí)現(xiàn)就地控制和遠(yuǎn)距離集中控制在控制室里就可以控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，不需要到現(xiàn)場(chǎng)或者危險(xiǎn)地進(jìn)行手動(dòng)控制，在很大程度上節(jié)約了人力，時(shí)間和安全性 液位傳感器，流量計(jì)，三通閥，防爆閥，溫度傳感器，水泵，變頻器等組成系統(tǒng)的主要構(gòu)架，負(fù)責(zé)系統(tǒng)信號(hào)的輸入以及對(duì)輸出信號(hào)的執(zhí)行。這些部件與plc控制系統(tǒng)共同實(shí)

24、現(xiàn)自動(dòng)注料注水。 4.2 注料系統(tǒng) 注料裝置如圖所示，對(duì)兩種助料進(jìn)行混合。上限位，中限位，下限位它們的液位傳感器被淹沒(méi)時(shí)變?yōu)?狀態(tài)。MB1，MB2，MB3分別是空氣閥，在線圈通電時(shí)打開(kāi)，在線圈斷電時(shí)閉合。初始狀態(tài)下注料缸是空的，各個(gè)閥門(mén)都是關(guān)閉狀態(tài)，各傳感器狀態(tài)為0. 圖4.1 注料裝置圖 4.2.1 I/O端子的地址分配 在分析注料混合裝置的控制過(guò)程可得，這套裝置需要5個(gè)輸入信號(hào)，4個(gè)輸出信號(hào)。根據(jù)系統(tǒng)需要對(duì)其進(jìn)行I/O地址作如下設(shè)置： 表4.1 I/O地址分配 輸入信號(hào) 名稱(chēng) 代號(hào) 輸入點(diǎn)編號(hào) 停止按鈕 SF1 I0.0

25、 啟動(dòng)按鈕 SF2 I0.1 下限位傳感器 I0,.3 中限位傳感器 I0.4 上限位傳感器 I0.5 輸出信號(hào) 停止按鈕 代號(hào) 輸出點(diǎn)編號(hào) 攪拌電機(jī)接觸器 MA Q0.0 液體A電磁閥 MB1 Q.0.1 液體B電磁閥 MB2 Q0.2 混合液體電磁閥 MB3 Q0.3 輸入信號(hào)：I0.0連接停止按鈕SF1， I0.1接啟動(dòng)按鈕SF2，I0.2是下限位傳感器，I0.3是中限位傳感器，I0.4是上限位傳感器。輸出信號(hào)：Q0.1連接攪拌電動(dòng)機(jī)MA的接觸器， Q0.2連接液體A空氣閥MB1，Q0.3連接液體

26、B空氣閥MB2，Q0.4連接混合液體的空氣閥門(mén)MB3。 4.2.2 控制要求 按下啟動(dòng)按鈕SF1之后，MB1將打開(kāi)，液體A開(kāi)始流入注料缸，當(dāng)中限位開(kāi)關(guān)變?yōu)闋顟B(tài)1時(shí)，關(guān)閉MB1，打開(kāi)MB2，液體B流入注料缸。當(dāng)液位達(dá)到上限位開(kāi)關(guān)時(shí)，關(guān)閉MB2，電動(dòng)機(jī)MA運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)開(kāi)始攪拌液體，8S后停止攪拌，然后打開(kāi)MB3 ，將混合液體放入染缸；當(dāng)液面下降到限位開(kāi)關(guān)之后再放空2秒，放空主料缸，關(guān)閉MB3 ，然后再打開(kāi)MB1，開(kāi)始執(zhí)行下一周期的操作。按下停止按鈕SF2，結(jié)束當(dāng)前工作周期的操作后，停止操作，返回并且停留在初始狀態(tài)。 4.2.3 輸入輸出電平時(shí)序及系統(tǒng)流程圖 根據(jù)控

27、制要求，得出輸入輸出時(shí)序電平圖如下 圖4.4 輸入輸出電平時(shí)序圖 注料系統(tǒng)流程圖如下所示 下限位 圖4.2 系統(tǒng)流程圖 4.2.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖接線 本控制系統(tǒng)選用CPU224，主機(jī)包含14點(diǎn)輸入，10點(diǎn)輸出，可根據(jù)系統(tǒng)的功能進(jìn)行I/O模塊的擴(kuò)展 圖4.3 硬件接線圖 模擬量模塊EM235擁有4個(gè)模擬量輸入通道，1個(gè)模擬量輸出模塊，而液位傳感器的測(cè)量值經(jīng)過(guò)模擬量輸入寄存器AIW0 讀入PLC當(dāng)中，其他的模擬量I/O端和數(shù)字量I/O可以控制其他參數(shù)。 4.2.5 程序的編寫(xiě)和調(diào)試 1 程

28、序設(shè)計(jì)和分析 分析控制要求可以得到，其控制過(guò)程如下:先放出液體A，再放出液體B，之后，電動(dòng)機(jī)攪拌，最后放出混合液體進(jìn)入注料缸，這四步按順序進(jìn)行。依照啟保停電路的梯形圖對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，最后可以設(shè)計(jì)出控制液體混合裝置的梯形圖。 啟保停電路的工作原理 　　　 圖4.5 啟保停電路的工作原理 啟保停電路的關(guān)鍵是找到它的啟動(dòng)條件和停止條件。依據(jù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本準(zhǔn)則。轉(zhuǎn)換達(dá)成的條件時(shí)候它的前級(jí)步是活動(dòng)步，而且滿足相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件。如，M0.2變成活動(dòng)步的條件是前級(jí)步M0.1是活動(dòng)步，并且它們之間的轉(zhuǎn)換條件是1狀態(tài)。所以，應(yīng)該將表示前級(jí)步的M

29、0.1它的常開(kāi)觸點(diǎn)與表示轉(zhuǎn)換條件的I0.1的常開(kāi)觸點(diǎn)保持串聯(lián)，當(dāng)做控制M0.2的啟動(dòng)信號(hào)。啟保停電路是plc控制中應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，在本程序邏輯中也普遍使用，以下是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)的 圖4.6 經(jīng)驗(yàn)法梯形圖 啟動(dòng)按鈕SF1（I0.1）后，網(wǎng)絡(luò)6里的線圈M0.0關(guān)斷，且網(wǎng)絡(luò)1中的常閉觸點(diǎn)M0.0和常開(kāi)觸點(diǎn)I0.1閉合，Q0.2通電并保持，將電磁閥MB1打開(kāi)，液體A則流入容器中。液面到達(dá)中限位開(kāi)關(guān)后，網(wǎng)絡(luò)2中的I0.3閉合，Q0.3保持通電并保持，電磁閥MB2被打開(kāi)，液體B流進(jìn)容器，與此同時(shí)網(wǎng)絡(luò)1中的常閉觸點(diǎn)Q0.3斷開(kāi)，使Q0.2=0，控制液體A的閥門(mén)MB1關(guān)閉。也

30、就是說(shuō)在前一步被啟動(dòng)并工作之后，其輸出線圈的常閉觸點(diǎn)將自動(dòng)停止前一步的工作，由此類(lèi)推。網(wǎng)絡(luò)5表示液面在將要到達(dá)下限位開(kāi)關(guān)之后，常閉觸點(diǎn)I0.4才接通，于是T38開(kāi)始進(jìn)行放空定時(shí)。當(dāng)時(shí)間達(dá)到2秒時(shí)，如果沒(méi)按下停止按鈕SF2（I0.0），那么M0.0的常閉觸點(diǎn)變?yōu)?，網(wǎng)絡(luò)1中的常開(kāi)觸點(diǎn)T38讓Q0.2通電，液體A流進(jìn)容器，下一周期的循環(huán)開(kāi)始。 按下停止按鈕SF1，網(wǎng)絡(luò)6中的I0.0=1，線圈M0.0接通，可使網(wǎng)絡(luò)1中的常閉觸點(diǎn)M0.0關(guān)斷，當(dāng)前工作周期在操作結(jié)束后，常開(kāi)觸點(diǎn)T38連通，但是不能開(kāi)始下一周期的循環(huán)，停留在初始狀態(tài)。 2 順序功能圖如下 （上）圖4.7 順序

31、功能圖 順序功能圖是我們最常用最有效的程序設(shè)計(jì)法。根據(jù)順序功能圖做出梯形圖 圖4.8 順序控制梯形圖 圖中M1.0的功能是作為中間繼電器，在按下停止按鈕時(shí)，該系統(tǒng)不會(huì)立刻停止運(yùn)行，而是結(jié)束當(dāng)前工作周期后停止工作，返回初始狀態(tài)的功能。M1.0的狀態(tài)由停止按鈕I0.0和啟動(dòng)按鈕I0.1來(lái)控制。一旦系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)滿足轉(zhuǎn)換條件T38*M0.0取反=1且完成最后一步M0.5的工作后，才可以返回初始步且停止系統(tǒng)運(yùn)行。步M0.5 以后有一個(gè)選擇序列的分支，在他的后續(xù)步M0.1或M0.0變成活動(dòng)步的時(shí)候，它應(yīng)該變成靜止步，因此應(yīng)把M0.1和M0.0的常閉觸點(diǎn)都與M

32、0.5的線圈串聯(lián)；在步M0.1之前還有一個(gè)選擇序列的合并，當(dāng)M0.0為活動(dòng)步并且轉(zhuǎn)換條件I0.0=1，或轉(zhuǎn)換條件T38*M1.0取反=1步并且M0.5為活動(dòng)步時(shí)，步M0.1應(yīng)該變?yōu)榛顒?dòng)步，也就是控制M0.1的啟保停電路的啟動(dòng)條件是M0.5*M1.0*T38+M0.0*I0.0。由此看來(lái)，對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)電路是由兩條并聯(lián)支路組成的。 為了避免雙線圈進(jìn)行輸出，在上面的梯形圖中，M0.4和M0,.5是經(jīng)過(guò)并聯(lián)之后再通過(guò)Q0.3輸出的。在梯形圖中也可以用Q0.0，Q0.2，Q0.3分別代替M0.3，M0.1，M0.2.。這樣可以節(jié)省較多編程元件。PLC內(nèi)部位存儲(chǔ)器M較多，可以全部用位存儲(chǔ)器表示步，

33、優(yōu)點(diǎn)在于編程規(guī)范，概念清楚，梯形圖易于查錯(cuò)和閱讀 4.3 廢料處理系統(tǒng) 4.3.1 控制要求： 1） 控制方式： 一個(gè)廢料池，由兩臺(tái)排水泵實(shí)現(xiàn)對(duì)其廢料的排放處理。兩臺(tái)排水泵定時(shí)循環(huán)工作，每隔兩分鐘實(shí)現(xiàn)換泵。當(dāng)某一臺(tái)泵在工作期間出現(xiàn)故障時(shí)， 要求另一臺(tái)泵投入工作。當(dāng)廢料液位達(dá)到最高液位時(shí)，兩臺(tái)泵可以同時(shí)投入運(yùn)行。 2） 液位控制： 廢料池液位在高液位時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟排水泵，廢料的液位在低位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉排水泵，廢料池液位達(dá)到高液位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉排水泵，廢料液位達(dá)到超高液位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟兩個(gè)排水泵。 3） 輸出報(bào)警： 廢液池出現(xiàn)超低液位時(shí)，液位報(bào)警燈以

34、0.5S的閃爍周期閃爍，污水池出現(xiàn)超高液位時(shí)，液位報(bào)警燈以0.1S的閃爍周期閃爍。 4.3.2 廢料處理系統(tǒng)I/O地址分配 表4.2 I/O地址分配表 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 名稱(chēng) 代號(hào) 輸入點(diǎn)編號(hào) 名稱(chēng) 代號(hào) 輸出點(diǎn)編號(hào) 廢料池超高液位傳感器 S1 I0.0 1號(hào)水泵接觸器 KM1 Q0.0 1號(hào)水泵過(guò)載保護(hù) FR1 I0.1 2號(hào)水泵接觸器 KM2 Q0.1 2號(hào)水泵過(guò)載保護(hù) FR2 I0.2 超低液位指示燈 HL1 Q0.2 停止按鈕 SB1 I0.3 低液位指示燈 HL2 Q0.3 啟動(dòng)按鈕 SB2

35、 I0.4 超高液位指示燈 HL3 Q0.4 廢料池超低液位傳感器 S2 I0.5 高液位指示燈 HL4 Q0.5 廢料池低液位傳感器 S3 I0.6 高液位報(bào)警燈 HL5 Q0.6 廢料池高液位傳感器 S4 I0.7 4.3.3 廢料處理系統(tǒng)原理 圖4.9 廢料處理系統(tǒng)原理 其中變頻器采用西門(mén)子的MW430，該變頻器的設(shè)計(jì)具有效率高控制準(zhǔn)確和安裝靈活的特點(diǎn)，它除了具備第四代變頻器的特點(diǎn)之外，還具有應(yīng)用于泵類(lèi)的硬件和軟件特征，尤

36、其適合于水泵負(fù)載的控制。用戶(hù)通過(guò)控制柜面板上的指示燈和按鈕，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)控制觀察系統(tǒng)的運(yùn)行。雙泵的運(yùn)行機(jī)制保證了系統(tǒng)的可靠性，也提高了系統(tǒng)的處理效率 4.3.4 PLC控制接線圖 圖4.10 PLC控制接線圖 根據(jù)控制要求得出硬件接線圖如下所示，采用s7-200系列CPU，接入交流220V電源。系統(tǒng)所需輸入點(diǎn)有8個(gè)，所需的輸出點(diǎn)數(shù)為7個(gè)，可選用CPU224，它共有14輸入點(diǎn)，10輸出點(diǎn)，滿足控制系統(tǒng)的要求 4.3.5 Plc控制梯形圖 圖4.11 plc順序控制接線圖 M0.0為中間繼電器，按下啟動(dòng)按鈕I0.4后系統(tǒng)不會(huì)立即啟動(dòng)，系

37、統(tǒng)首先判斷廢料池的液位，處于高液位時(shí)，I0.7被置為1，一號(hào)排水泵啟動(dòng)，與此同時(shí)T37計(jì)時(shí)2分鐘，2分鐘之后接觸器斷開(kāi)。隨后2號(hào)排水泵啟動(dòng)T38計(jì)時(shí)，2分鐘后2號(hào)接觸器斷開(kāi)，如此循環(huán)，保持廢液的正常液位。當(dāng)液位繼續(xù)上升后，超高液位傳感器I0.0感應(yīng)，T37=0，T38=0，I0.0&M0.0=1時(shí)直接啟動(dòng)兩個(gè)排水泵。當(dāng)液位降至低位后I0.6=1，兩個(gè)排水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。超低位傳感器I0.5感應(yīng)時(shí)，T33和T34組成0.5S的警示燈。超高位傳感器反應(yīng)時(shí)，T35、T36構(gòu)成0.1s的警示燈。 4.4 軟件調(diào)試和通訊 4.4.1 軟件調(diào)試 程序在編譯完成后，把程序下載到PLC中，隨即執(zhí)

38、行“調(diào)試”“開(kāi)始程序狀態(tài)監(jiān)控”的菜單，程序處于ＲＵＮ模式。當(dāng)程序處于RUN模式，才能刷新程序段中的狀態(tài)值，如需結(jié)束以上運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行“調(diào)試”“使用執(zhí)行狀態(tài)”菜單命令，進(jìn)入掃描狀態(tài) 編程和監(jiān)控軟件：根據(jù)系統(tǒng)的功能和價(jià)格因素，我們選擇西門(mén)子的CPU224，使用V4.0 STEP 7-MicroWin的各種編程軟件進(jìn)行編程的。V4.0 STEP 7-MicroWin是Ｗｉｎｄｏｗｓ系統(tǒng)下的應(yīng)用軟件，功能較為強(qiáng)大，還支持梯形圖，語(yǔ)句表，功能塊圖這三種編程語(yǔ)言，可以在中文或英文界面下進(jìn)行操作，不僅可以開(kāi)發(fā)程序，也可以對(duì)用戶(hù)程序的執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。STEP 7-MicroWin項(xiàng)目的組成部分包括：

39、程序塊，符號(hào)表，狀態(tài)表，數(shù)據(jù)塊，系統(tǒng)塊，交叉引用表及項(xiàng)目各部分參數(shù)設(shè)置 4.4.2 通信參數(shù)設(shè)定和在線連接 ＰＣ／ｐｐｉ電纜的安裝和設(shè)置：Ｓ７－２００一般采用價(jià)格低廉的ＰＣ／ＰＰｉ電纜和ＰＰＩ多主站與程計(jì)算機(jī)和ＰＬＣ進(jìn)行連接。將標(biāo)有ＰＣ的ＲＳ－２３２的ＰＰＩ電纜與計(jì)算機(jī)的ＲＳ——２３２通信接口連接，Ｓ７－２００的ＣＰＵ模塊的通信端口連接到標(biāo)有ＰＰＩ的ＲＳ－４８５端。 　　　建立計(jì)算機(jī)與ＰＬＣ在線連接：在STEP 7-MicroWin中執(zhí)行如下命令：查看，組件，通信，出現(xiàn)“通信”對(duì)話框。設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，將系統(tǒng)塊下載到Ｓ７－２００ＰＬＣ中。 讀?。校蹋弥械男畔ⅲ簣?zhí)行菜單“ｐｌｃ

40、”，“信息”命令，顯示ＰＬＣ的RUN/STOP狀態(tài)，以毫秒為單位的掃描周期，CPU的型號(hào)，版本，錯(cuò)誤信息，I/O模塊的狀態(tài)和配置。 4.4.3 整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試 　　包括系統(tǒng)的模擬和聯(lián)機(jī)調(diào)試，硬件的模擬調(diào)試需要在斷開(kāi)主電路的狀況下進(jìn)行，這樣一般調(diào)試手動(dòng)控制部分是否可行，模擬模擬調(diào)試又可稱(chēng)為軟件調(diào)試，主要通過(guò)輸入模擬各類(lèi)信號(hào)，查看ＰＬＣ信號(hào)指示燈的變化。如果需要模擬信號(hào)，可以利用信號(hào)開(kāi)關(guān)，萬(wàn)用表，電位器等模擬各類(lèi)傳感器信號(hào)和開(kāi)關(guān)信號(hào)，觀察ＰＬＣ的輸出信號(hào)是否能夠達(dá)到控制要求，當(dāng)然也可以直接在電腦中輸入模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)試。若檢查出錯(cuò)誤，反復(fù)修正ＰＬＣ邏輯程序，以達(dá)到正理想的輸出效果。聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，

41、把調(diào)試的程序下載到現(xiàn)場(chǎng)ｐｌｃ當(dāng)中，調(diào)試的時(shí)候，必須將主電器關(guān)斷，只調(diào)試控制電路，現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)尋找硬件與軟件之間存在的問(wèn)題，反復(fù)查看電氣系統(tǒng)接線，使整個(gè)系統(tǒng)滿足控制要求，同時(shí)將文檔及技術(shù)資料存檔 　　　 5. 總結(jié)與展望 經(jīng)過(guò)對(duì)染廠環(huán)境有一定的了解，我很榮幸的選擇本題材作為設(shè)計(jì)內(nèi)容。染廠液體自動(dòng)注料系統(tǒng)整體包括ERP系統(tǒng)，設(shè)備系統(tǒng)，注料與廢料處理系統(tǒng)，三者之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。ERP系統(tǒng)負(fù)責(zé)信息管理和決策，設(shè)備系統(tǒng)即硬件設(shè)施系統(tǒng)，注料系統(tǒng)即利用plc實(shí)現(xiàn)液體助料自動(dòng)控制。本文闡述的是，如何在plc的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)注料和廢料處理的功能。在自動(dòng)注料上，plc系統(tǒng)增加了系統(tǒng)的可靠性，減少了人與化學(xué)助料的直

42、接接觸，也提高了生產(chǎn)效率；系統(tǒng)通過(guò)電動(dòng)馬達(dá)的攪拌使染料混合均勻避免了染色不均；在廢料處理上，實(shí)現(xiàn)了全天候無(wú)人監(jiān)控及自動(dòng)處理，同時(shí)設(shè)立了報(bào)警系統(tǒng)，可對(duì)系統(tǒng)反饋進(jìn)行及時(shí)處理；采用雙排水泵工作模式，大大提高了廢料處理能力，也大大提升了容錯(cuò)率。但是系統(tǒng)仍然存在一些問(wèn)題，如注料系統(tǒng)可以通過(guò)PID調(diào)節(jié)來(lái)提高精度；由于工藝比較復(fù)雜，有些助料需要進(jìn)行升溫處理，注料系統(tǒng)可安裝升溫裝置和溫度傳感器；由于助料的性質(zhì)復(fù)雜，一些注料需要進(jìn)行特殊操作，一般裝置并不能滿足要求，因此此裝置可滿足一般注料的要求；在廢料處理系統(tǒng)中，含有大量的化學(xué)物質(zhì)，需要進(jìn)行深度處理，本文不做論述。 本文針對(duì)注料系統(tǒng)和廢料處理系統(tǒng)作了如下工作

43、：（1）研究水處理設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及前景。（2）分析染廠注料與廢料處理系統(tǒng)的項(xiàng)目環(huán)境，了解相關(guān)流程。（3）研究分析注料系統(tǒng)和廢料處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括編程部分和硬件接線部分。（4）利用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9編程調(diào)試，通過(guò)S7_200漢化版.exe仿真，根據(jù)輸入輸出模塊進(jìn)行調(diào)試，進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能。 本文內(nèi)容有限，還有許多需要完善的部分。例如如何控制助料溫度，如何提高系統(tǒng)注料效率，如何實(shí)現(xiàn)廢料深度處理，如何切換自動(dòng)手動(dòng)程序等等。因此現(xiàn)代水處理電氣控制系統(tǒng)有許多優(yōu)化和改革的地方，一方面提高生產(chǎn)的效率，另一方面，設(shè)置系統(tǒng)保護(hù)和監(jiān)控以保證生產(chǎn)安全。 6. 本文

44、參考資料： 李軍,張春龍.談PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品. 2010 基于PLC的軟水處理控制系統(tǒng)改造的設(shè)計(jì)[J]. 黃杭昌.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用. 2005 王宇炎,陳朝暉.基于西門(mén)子PLC的液體混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用. 2009 陳忠華,可編程序控制器與工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006 給水排水自動(dòng)化技術(shù)(SCADA)綜述[J]. 楊立福,趙靜生,張公度.給水排水. 2000 關(guān)于PLC的電氣自動(dòng)化控制水處理系統(tǒng)的分析[J]. 余鳳. 電子世界,2016 探析PLC技術(shù)在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].李

45、軍. 科技資訊,2015  致謝 在老師的耐心指導(dǎo)和幫助下，我最終完成了論文的課題選擇，方案論證，設(shè)計(jì)和調(diào)試。這次的課題是充滿挑戰(zhàn)和樂(lè)趣的，在漫長(zhǎng)的設(shè)計(jì)之路上，老師的嚴(yán)格指導(dǎo)，同學(xué)的悉心幫助，自己的精心付出都讓我感觸頗深。經(jīng)歷了不斷的探索和嘗試，也經(jīng)歷了困難和挫折，我收獲了最后的結(jié)果，最重要的收獲是成長(zhǎng)。非常感謝劉老師在此期間對(duì)我的耐心指導(dǎo)，她以認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，為我們提出了許多寶貴的意見(jiàn)，感謝我的同學(xué)，是他們陪伴了我四年的大學(xué)生活，我們相互幫助，我們一起成長(zhǎng)。感謝我的父母，是他們一直在背后默默支持我，給我鼓勵(lì)和幫助。四年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識(shí)，更重要的是在閱讀、實(shí)踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)能力和廣闊視野。很慶幸這四年來(lái)我遇到了如此多的良師益友，無(wú)論在學(xué)習(xí)上、還是生活上，都給予了我無(wú)私的幫助和熱心的照顧。感激之情難以言表，謹(jǐn)致以最崇高的敬意。 34