论文运用可编程控制器来控制污水处理过程中污水的流量控制PH值的调节温度处理水位控制.docx

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论文运用可编程控制器来控制污水处理过程中污水的流量控制PH值的调节温度处理水位控制

摘要

 随着经济的发展特别是我国工业的迅速膨胀对工业污水的处理已成为社会普遍关注的问题。

为保证工业污水处理过程的安全性、可靠性和生产的连续性提高污水处理厂的自动化水平本课题的任务是运用可编程控制器来控制污水处理过程中污水的流量控制、PH值的调节、温度处理、水位控制。

关键词：

PLC；工业污水；流量控制；PH值的调节；温度处理；水位控制

目录

第一章PLC相关知识与介绍……………………………...……….1

1.1 PLC的定义…………………………………………………………………………...1

1.2 PLC的基本组成及各部分作用……………………………………………..1

1.3 PLC的工作原理 …………………………………………………………….4

第二章总体设计方案…………………………………….………....5

1、任务描述与控制要求说明…………………………………………………..5

1.1任务描述 ……………………………………………………………………5

2总体设计方案 …………………………………………………………………6

第三章设计过程……………………………………….…………...7

3.1  电气原理图设计…………………………………………………………….7

3.2元器件标注及梯形图 输入元器件………………………………………….8

第四章调试结果与说明…………………………………….….....12

第五章心得体会…………………………………………….…….17

第六章致谢………………………………………………..…..…..18

第一章 PLC相关知识与介绍

1.1 PLC的定义 

PLC可编程序控制器：

PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:

一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

1.2 PLC的基本组成及各部分作用 

PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。

按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。

整体式PLC是将中央处理单元（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。

另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。

主机中，CPU是PLC的核心，1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。

组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。

装有CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板。

CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC，都可以根据需要进行配置与组合。

1、中央处理单元（CPU）：

CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心。

它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务:

（1） 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据； 

（2） 诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误;

（3） 用扫描的方式接收输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来; 

（4） PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作; 

（5） 将用户程序的执行结果送至输出端。

 现代PLC使用的CPU主要有以下几种:

1）通用微处理器，如8080, 8088, Z80A, 8085等。

通用微处理器的价格便宜，通用性强，还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。

2） 单片机，如8051等。

单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型PLC上使用，也广泛地用于PLC的智能UO模块。

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3）位片式微处理器，如AMD2900系列等。

位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。

它主要追求运算速度快，它以4位为一片。

用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。

改变微程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统。

位片式结构可以使用多个微处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分，几个微处理器同时进行处理。

这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合，很适合于以顺序扫描方式工作的PLC使用。

2、存储器 

根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种:

（1）系统程序存储器:

和各种计算机一样，PLC也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了PLC的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。

系统程序是不能由用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM. 

（2）用户程序存储器:

用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中。

由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。

由于RAM掉电会丢失数据，因此使用RAM作用户程序存储器的PLC，都有后备电池（铿电池）保护RAM，以免电源掉电时，丢失用户程序。

当用户程序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写入EPROM.目前较先进的PLC（如欧姆龙公司的CPMIA型PLC）采用快闪存储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失，不需用后备电池保护。

（3）工作数据存储器:

工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。

这部分数据存储在RAM中，以适应随机存取的要求。

在PLC的工作数据存储区，开辟有元件映象寄存器和数据表。

元件映象寄存器用来存储PLC的开关量输入/输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态。

数据表用来存放各种数据，它的标准格式是每一个数据占一个字。

它存储用户程序执行时的某些可变参数值，如定时器和计数器的当前值和设定值。

它还用来存放A/0转换得到的数字和数学运算的结果等。

根据需要，部分数据在停电时用后备电池维持其当前值，在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。

3、 1/0单元 

I/0单元也称为I/0模块。

PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系。

输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。

通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。

运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。

输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件. 

4、电源部分 

PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V, +12V, +24V的直流电源，使PLC能正常工作。

电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的CPU，通常电源封装到机壳内部;对于模块式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与CPU封装到一个模块中。

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5、扩展接口 

扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。

6．通信接口 

为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。

PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。

当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印;当与监视器相连时.可将过程图像显示出来;当与其他PLC相连时，可以组成多机系统或连成网路，实现更大规模的控制;当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合性控制。

 7、编程器 

编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。

 编程器有简易型和智能型两类。

简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后，才能输入。

它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。

智能型的编程器又称为图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有LCD或CRL图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。

还可以利用PC作为编程器，PLC生产厂家配有相应的编程软件，使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的互相转换。

程序被下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。

程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。

现在很多PLC已不再提供编程器，而是提供微机编程软件了，并且配有相应的通信连接电缆。

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1.3 PLC的工作原理 

PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。

微机一般采用等待命令的工作方式。

PLC则采用循环扫描工作方式。

在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。

如此周而不断循环。

每一个循环称为一个扫描周期。

一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。

所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。

这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O（输出） 刷新”。

由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。

反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。

由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。

扫描周期的长短主要取决于这几个因数：

一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。

对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。

因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。

但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。

应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。

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第二章 总体设计方案

 1、任务描述与控制要求说明 

1.1任务描述 

随着经济的发展特别是我国工业的迅速膨胀对工业污水的处理已成为社会普遍关注的问题。

为保证工业污水处理过程的安全性、可靠性和生产的连续性提高污水处理厂的自动化水平本课题的任务是运用可编程控制器来控制污水处理过程中污水的流量控制、PH值的调节、温度处理、水位控制。

 1.2控制要求说明 控制要求如下 

（1）流量控制，由流量计计量流量，并由进水阀调整流量。

1） 当流量计测到水的流速过慢时，其过慢触点（X2）接通，进水阀门开大（Y0有输出），使水的流速加快。

2） 当流量计检测到水的流速过快时，其过速触点（X0）接通，进水阀门关小（Y1有输出），使水的流速减慢。

3） 当流量计检测到水的流速适中时，其适中触点（X1）接通，进水阀门不动作（Y0、Y1无输出）。

（2）中和处理，由PH值量计，测量污水的酸碱值，控制加酸阀、进水阀进行中和作业。

1）若为强酸时，PH值量计强酸触点（X12）接通，报警器发出警报（Y4有输出），加碱阀门打开（Y2有输出） 

2） 若为强碱时，PH值量计强碱触点（X7）接通， 报警器发出警报（Y4有输出），加酸阀门打开（Y3有输出）。

3） 若酸碱适中时，PH值触点（X404）接通，加碱阀的加酸阀门关闭， 报警器不报警。

（3）温度处理，由温度计计量，若水温过高，加水降温。

1）若水温过高，温度计触点（X10）接通，加水阀门打开（Y5有输出）。

 2）若水温适中，温度计触点（X6）接通，加水阀门关闭（Y5无输出）。

 （4）水位控制，由水位控制器控制处理池水位，并由排水阀门调整水位。

 1）若处理池水位过高时，水位控制器触点（X3）接通，排水阀门开大（Y7有输出）。

2）若处理池水位过低，水位控制器触点（X415）断开，排水阀门关小（Y10有输出）。

 3）若处理池水位适中，水位控制器触点（X4）接通，排水落石出阀门不动作（Y7、Y10无输出）。

（5）按下起动按钮（X11），该不处理系统投入运行，在整个运行过程中搅拌器一直搅拌（Y6有输出）。

按下停止按钮（X13），该水处理系统停止工作。

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2总体设计方案 

根据课设题目分析任务要求。

首先，确定了污水处理的过程是动态的，进水阀门处由流量控制计控制进水速度。

然后，水槽内进行酸碱中和、温度调解处理。

最后，水位检测计测得水位高低，控制排水阀门的大小。

这就是污水处理的简略过程。

 由污水处理的过程可知，各项处理步骤应为并行运行。

画出系统的流程

图，分块逻辑设计，最后把梯形图做并联连接。

由于各个过程之间存在多触点或多线圈对应的问题，所以并联梯形图中应添加主控电路。

      梯形图设计好后，用软件仿真，验证结果，绘制电气原理图。

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第三章 设计过程 

3.1  电气原理图设计

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3.2元器件标注及梯形图 输入元器件

输入元器件

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 第四章  调试结果与说明

1.启动 

按下启动按钮X011，即X011=1，Y006=1系统开始运行

2．流量控制 

a．当流量计测到水的流速过慢时， X002=1，则 Y000=1

b．当流量计检测到水的流速过快时， X000=1，则Y001=1

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c  当流量计检测到水的流速适中时， X001=1，则Y0=0、Y1=0

2. 中和处理 

a 若为强酸时， X012=1，则Y004=1、 Y002=1

b 若为强碱时， X007=1，则Y004=1、 Y003=1

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c 若酸碱适中时， X404=1，则Y004=0、Y002=0、Y003=0

3.温度处理 

a 若水温过高， X010=1，则Y005=1

b 若水温适中， X006=1，则Y005=0 

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4 水位控制 

a 若处理池水位过高时， X003=1，则Y007=1

b 若处理池水位过低时， X415=1，则Y010=1

c 若处理池水位适中， X004=0，则Y007=0、Y010=0 

5.按下停止按钮X013，即X013=0该污水处理系统停止工作

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第五章心得体会

通过两周的课题设计和调试，基本上完成了对PLC工业污水处理系统的设计，达到了预期的设计目标。

在这个过程中，使我学到了很多知识，积累了许多宝贵的经验，锻炼了自己的独立思考能力和实践动手能力。

进一步加深了解了PLC在实践当中的应用。

熟悉了PLC硬件的工作原理，完成了整个系统的模拟调试，通过对系统的不断修改和调试，基本上达到了预期的设计要求。

对三菱PLC的特点有了进一步的了解，污水处理系统采用了三菱系列PLC的特点，对一些开关量输入/输出点等一些模拟量进行控制，在工艺上实现了PLC的强大的功能，从而解决了污水处理的实际问题。

这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。

希望这次的经历能让我在以后生活学习中激励我继续进步。

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致  谢

首先，感谢我的导师，在这几个月里他给了我很多指导性的意见，并且教会了我很多不懂的知识。

他治学严谨细致、一丝不苟。

他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

这篇论文的每个细节和数据，都离不开您的细心指导。

其次，要感谢我的同学，在设计期间他们给我指出了很多细节上的错误，正是由于他的帮助，才使我的论文日趋完善。

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