基于plc的纯水处理系统毕业论文(编辑修改稿)

基于plc的纯水处理系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

流程 10 在本系统采用的是 Profibus DP 协议，模块型 DP 从 站， 电气网络使用带屏蔽层的双绞线电缆。 RS 485 接口使用电压差分信号，所以它比电压或电流接口更抗干扰。 在PROFIBUS 中，节点通过总线端子或总线连接器连接到总线 (每个网段至多 32个节点 )，一个网络上节点的最大数目限制在 127个（其中 0 号站用于编程设备， 1号站用于 HMI）。 单独的网通过 RS485 中继器连接到一起。 传输速率可以逐级从 kbit/s 调整到 Mbit/s。 对于实时性要求极高的 PROFIBUS DP应用，也可以采用符合 IEC 61158/ EN 50170的传输速率： 6和 12 Mbit/s。 最大网段长度取决于传输速率。 电气网络组态为树型拓扑结构。 图 26 系统框图 为了保证 PROFIBUS 的正常可靠的工作，在总线的两端应安装终端电阻（阻值为220Ω ），终端电阻分为有源终端电阻和无源终端电阻，对于无源终端电阻所连接的站必须始终通电，这样才能保证 PROFIBUS工作正常。 如果需要扩展总线的长度或者 PROFIBUS从站数大于 32个时，就要加入 RS485 中继器， RS485 中继器具有信号放大和再生功能，在一条 PROFIBUS 总线上最多可安装 9个西门子 RS485 中继器。 中继器是一个有源的 网络元件，本身在网络中也算做一个站点。 RS485 中继器还可使网段之间相互实现电气隔离。 超纯水系统 下位控制中心为西门子 S7400 PLC，在 PROFIBUS现场总线上 S7400 PLC是主站，选用 CPU4174H，有强大的通讯功能，自身带有一个 PROFIBUSDP 接口，可与变频器及操作现场触摸屏采用 PROFIBUSDP总线实现高速通讯，完成整个 系统 的 压力 、频率 、 流量、导电度 控制等功能。 PLC 接受上位机优化控制指令，可以根据 水池水位和设备出口压力要求 自动调节 相关泵运转频率 以适应生产需求。 同时 PLC 将 各分部运行参数送往上位机，以便及时了解生产状况。 整个系统采用 PROFIBUS 现场总线控制技术，系统全部控制功能的实现都由现场总线通讯完成。 只靠一条通讯电缆传输。 系统中不在有整束的电缆，也省去了成千上万个四川理工学院 本科 毕业设计（论文） 11 线路接点 ， 大大提高系统的可靠性，节约了控制电缆。 同时实现了从操作到控制的全数字化 ， 彻底杜绝了现场干扰对控制系统运行的影响。 PLC 基本概念 简介 英文称 Programmable Logic Controller，简称 PLC。 它 是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计 [6]。 它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 PLC 它又可分为一体式 PLC 和模块式 PLC。 一体式 PLC系统框图如图 27[7]；模块式PLC 组要由机架、 CPU 模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信模块、电源模块和 编程设备组成。 如图 28；图 29为逻辑结构图。 图 27 一体式 PLC框图 个模块安装在机架上。 通过 CPU 模块或通信模块上的通信接口， PLC 被 连接到通信网络上，可以与计算机、其他 PLC 或者其他设备通信。 其中， CPU 是 PLC 的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入 /输出设备与 CPU 之间的接口电路，通信接口用于与第 2章 超纯水及处理系统流程 12 编程器、上位计算机等外设连接。 PLC 分为整体式和模块式两种。 下面就模块式 PLC 各个部分介绍。 图 28模块式 PLC框图 图 29 PLC逻辑结构图 ⑪ .CPU 模块 CPU 模块主要由微处理芯片和存储器组成。 在 PLC 控制系统中， CPU 模块不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来存储程序和数据。 ⑫ .信号模块 输入（ Input）模块和输出（ Output）模块简称为 I/O模块，开关量输入 /输出模块简称为 DI 模 块和 DO模块，模拟量输入 /输出模块简称为 AI/AO 模块，它们统称为信号四川理工学院 本科 毕业设计（论文） 13 模块。 它联系着外部现场设备和 CPU。 输入模块用来接受和采集输入信号，开关量输入模块用来接受从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关压力继电器等的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟电流电压信号。 开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。 CPU 模块内部工 作电压一般事 5V。 而 PLC 的输入 /输出信号电压一般较高，因此从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能毁坏 CPU 模块，或使 PLC 不能正常工作。 在信号模块中，用光电耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离 PLC 的内部电路和外部的输入 /输出电路。 信号模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。 ⑬ .功能模块 为了增强 PLC 的功能，扩大其应用领域，减轻 CPU 的负担， PLC 还有各种功能模块，它们主要用于完成某些对时实性和存储容量要求很高的控制任务。 ⑭ .接口 模块 CPU 所在机架称为中心机架，如果一个机架不能容纳所有模块，可以增设一个或多个机架。 接口模块就是用来实现中央机架和扩展机架之间的通信和提供电力。 ⑮ .通信模块 通信模块用于 PLC 之间， PLC与远程 I/O 之间， PLC 与计算机之间和其他智能设备之间的通信，可以将 PLC 接入 MPI、 Prefibus、 ASi和工业以太网，或者用于实现点对点通信等。 ⑯ .电源模块 PLC 一般使用 AC220V 或者 DC24V 电源，电源模块用于将输入电压转换为 DC24V 电压和 背板总线上的 DC5V电压，供其他模块使用。 S7400 式具有中高档性能的 PLC，采用模块化五风扇设计，适用于可靠性极高的大型复杂的控制系统。 S7400 采用大模块结构，大多数模块的尺寸为 25mmx290mmx210mm。 S7400 由机架、电源模块、中央处理单元、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、通信处理器、功能模块和接口模块组成。 机架用于固定模块、提供模块工作电压和实现局部接地，并通过信号总线将不同模块连接。 S7400 的模块插在焊接在机架中的总线连接板上，模块插在模块插座 上，有第 2章 超纯水及处理系统流程 14 不同插槽数的机架供选择，如果一个机架不能容纳所有模块，可 以增设数个扩展机架，个机架之间用接口模块和通信电缆交换信息。 S7400 为西门子的中高端性能的 CPU，采用模块化设计，适用于对可靠性要求极高的大型复杂的控制系统。 其主要特点为： ① 运行速度高， 416 执行一条二进制指令只要。 ② 存储容量大， 4174的 RAM 可以扩展到 16M，装载存储器 (FEPROM/RAM)可以扩展到 64M； ③ I/O 扩展功能强，可以扩展 21 个机架， S74174最多可以扩展 262144 个数字量I/O 点和 16384 个模拟点； ④ 有极强的通信能力，容易实现分布式结构和冗余控制系统，集成的 MPI（多点接口）能建立 32个站的简单网络。 大多数 CPU 集成有 PREFIBUS 主站接口，可以用来建立高速分布系统，使操作大大简化。 ⑤ 通过钥匙开关和口令实现安全保护； ⑥ 诊断功能强，最新的故障和中断时间保存在 FIFO 缓冲区。 ⑦ 集成的 HMI（人机接口）服务，用户只需要为 HMI 服务定义源和目的的地址，系统会自动的传送信息。 S7400 的模块是通过机架上的总线连接起来的。 机架上的 P 总线（ I/O 总线）用于I/O 信号的高速交换和对信号模块的高速访问。 UR2H 机架用于在一个机架上配置完整的 S7400 冗余系统，也可用于两个具有电气隔离的独立运行的 S7400CPU，每个均有自己的 I/O。 UR2H 需要两个电源模块和两个冗余 CPU。 S7400 有很强的通信功能 ， CPU 模块集成有 MPI 和 DP 通信接口，有 PrefibusDP和 LAN 通信的模块，以及点对点通信模块。 通过 PrefibusDP或 ASi现场总线，可以周期性的交换 I/O 模块数据（过程映像数据交换）。 在自动化系统之间， PLC 与计算机和 HMI（人机接口）站之间，均可以交换数据。 数据通信可以周期性地进行或者基于事件驱动，由用户程序块调用。 S7/C7 通信对象的通信服务通过集成在系统中的功能块来进行。 可提供的通信服务有：使用 MPI 的标准 S7通信；使用 MPI、 C总线、 PrefibusDP 和 LAN的 S7 通信， S7300四川理工学院 本科 毕业设计（论文） 15 只能作为服务器。 S7417H是 S7400H容错式自动控制系统和 S7400F/FH安全型自动控制系统 CPU，可以编译和运行 F用户程序。 它们带有两个用于安装同步模块的插槽。 S74174H 用于程序和用户数据的可扩充 RAM 容量为 10MB；它有两个 PrefibusDP主站总线接口，不能用于接口子模块和 IM467，通过 CP 可以扩展 10 个 DP 主站。 第一个通信接口的 MPI 连接数为 44 个，没有全局数据通信和 S7 全局通信功能。 第二个通信接口不支持内部节点通信、等时线、 SYNC/FREEZE 功能。 集成的 MPI 的最大通信速率为 ,最多 32 个站，可以建立 64 个连接。 诊断缓冲区可以保存 120 个故障和中断时间 [7]。 现场总线 现场总线控制系统 (Fieldbus Control System, FCS)[7]用数字信号取代模拟信号，以提高系统的可靠性、精确度和抗干扰能力，并延长信息传输的距离。 它既是一个开放的通信网络， 又是 一种全分布的控制系统。 它 是一种新型的网络集成自动化系统，以现场总线为纽带，把挂接在总线上相关的网络节点组成自动化系统，实现基本 控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、综合自动化等多项功能。 FCS 用 “ 工作站－现场总线智能仪表 ” 的二层机构完成了集散控制系统 (Distributed Control System, DCS)“ 操作站－控制站－现场仪表 ” 的三层结构模式，降低了成本，提高了可靠性，且在统一的国际标准下可实现真正的开放式互连系统结构。 现场总线 现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的 行列，为其应用开拓了更为广阔的领域 ； 一对双绞线上可挂接多个控制设备， 便于节省安装费用；节省维护开销；提高了系统的可靠性；为用户提供了更为灵活的系统集成主动权 等优点。 我们采用的为以西门子 PLC 为主的控制系统，其 CPU、变频器等都带有 Prefibus接口，所以为了保证系统稳定和设计维护方便，采用了 Prefibus 为现场控制总线。 1 .Prefibus 总线 PROFIBUS 是 Process Fieldbus 的缩写，是由德国西门子公司提出的一种现场总线标准，现在已成为了一种国际性的开放式现场总线标准 , 即 EN50170 欧洲标准 ，它具有 先进的技术和非凡的可靠性 ， 应用范围非常广泛。 Profibus 遵循 ISO/OSI 模型，其通信模型由三层构成 :物理层、数据链路层和应用层。 PROFIBUS 由三部分组成， PROFIBUSFMS (Fieldbus Message Specification，现第 2章 超纯水及处理系统流程 16 场总线报文规范 )、 PROFIBUSDP (Decentralized Periphery，分散型外围设备 )、PROFIBUSPA(Process Automation，过程自动化 )。 PROFIBUS 是一种现场总线，因此可以将数字自动化设备从底级 (传感器／执行器 )到中间执行级 (单元级 )分散开来。 通信协议按照应用领域进行了优化，故几乎不需要复杂的接口即可实现。 参照 ISO／ OSI 参考模型， PROFIBUS 只包含第 l， 2,和 7 层。 PROFIBUS协议层或子层说明如下： （ 1)PROFIBUS 第 1层。 第 1层 — PHY：第 1层规定了线路介质、物理连接的类型和电气特性。 PROFIBUS 通 过采用差分电压输出的 RS485 实现电流连接。 在线性拓扑结构下采用双绞线电缆。 树型结构还可能用到中继器。 （ 2)PROFIBUS 第 2层。 第 2层 — MAC：第 2层的介质存取控制 (MAC)子层描述了连接到传输介质的总线存取。