基于plc水处理控制系统设计

基于plc水处理控制系统设计内容摘要：

给水要求还有一定难度。 但国外 EDI技术已经应用在大型火力发电厂、核电厂，而且运行的出水水质、稳定性都能满足生产运行的需要。 因而，作为一种环保 、清洁、可以连续再生运行的纯水处理技术， EDI代表了水处理技术未来的一种发展趋势，具有广阔的应用前景。 主要设备的组成及控制方式 系统的设备组成如表。 表 设备组成 设备名称 数量 增压泵 3 高压泵 2 多介质过滤器 1 活性炭过滤器 1 反渗透主机 2 EDI设备 1 纯水处理系统采用 顺序控制和过程控制， 顺序控制实现 PLC对原水泵、多介质过滤器、活性碳过滤器、反渗透膜等组件的启动、停止及各设备间的关联控制。 过程 控制 主要实现对系统温度、液位、流量、压力、电导率等工艺 参数采集，以调节阀门开度、变频器频率设定、启动多介质过滤器和活性碳过滤器反洗、达到最佳优化控制效果。 顺序控制按照工艺要求对纯水处理系统的各个单元进行先后控制，并对水质出现意外情况时 本 科 毕 业 设 计 第 13 页 共 33 页 进行单元顺序调整，从而控制整个制备系统水质。 过程控制分为现场对象层、 I／ O模块层和 S7— 200现场主控控制层。 现场主控控制层与 I／ O模块层连接。 温度控制器、流量传感器、液位传感器、导电度变送器等通过连接电缆连接到分布式 I／ O模块层，然后连接到 PLC控制器。 本 科 毕 业 设 计 第 14 页 共 33 页 3 主电路设计及 PLC 选型 PLC 概述 PLC 的基本概念 可编程控制器 (Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控 制 应 用 而 设 计 制 造 的。 早 期 的 可 编 程 控 制 器 称 作 可 编 程 逻 辑 控 制 器(Programmable Logic Controller)，简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。 随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。 但是为了避免与个人计算机 (Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器 简称 PLC。 可编程控制器是以微处理器为基础，综合计算机技术，自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型工业控制装置，它将传统继电器控制技术和现代计算机信息处理两者的优点结合 起来成为工业自动化领域中最重要，应用最多的控制设备。 PLC的基本结构 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图。 图 PLC的硬件结构图 系统程序 用户程序 存储器 外设接口 I/O扩展接口 微处理器 电源部件 输入部件 输出部件 I/O扩展单元 编辑器 其他外设 接受现场信号 驱动 受控元件 基本单元 本 科 毕 业 设 计 第 15 页 共 33 页 1） 中央处理单元 (CPU) 中央处理单元 (CPU)是 PLC 的 核心部分 ，是整个 PLC 系统的中枢。 它按照 PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据 ,检查电源、存储器、 I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。 当 PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。 等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止 运行。 为了进一步提高 PLC 的可靠性，近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。 这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。 2） 存储器 PLC中的存储器根据用途不同分为系统程序存储器、用户程序存储器和工作数据存储器三种。 系统程序存储器是存放系统程序的存储器区域，为只读存储器，用户不能更改其中的内容，它主要完成指令解释、系统自诊断 、子程序调用管理、运算、通信和各种参数设定等功能。 用户程序存储器是存放用户程序的存储器区域，用户程序是用户根据自己的控制要求而编写的 应用程序，用户程序存储器必须是可读写的。 工作数据存储器是用来存储工作数据的存储器区域，工作数据是随着程序的运行和控制过程的进行而随机变化的，因此工作数据存储器也是采用 RAM 和 EEROM 存储器。 在工作数据区中，预先开辟了各种软元件的映像寄存器区域好变量数据区。 3） 电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。 如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此 PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。 一般交流电压波动在 +10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网 上去。 PLC的工作原理 当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序 本 科 毕 业 设 计 第 16 页 共 33 页 执行和输出刷新三个阶段。 完成上述三个阶段称作一个扫描周期。 在整个运行期间， PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 1） 输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应得单元内。 输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。 因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 2） 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段， PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 (梯形图 )。 在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构 成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯 形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 3） 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后， PLC 就进入输出刷新阶段。 在此期间， CPU 按照 I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。 这时，才是 PLC 的真正输出。 本 科 毕 业 设 计 第 17 页 共 33 页 PLC 的输入 、 输出地址分配 输入 /输出模块通常简称为 I/O模块或 I/O接口。 PLC通过 I/O模块与外部设备相互联系，通过 I/O模块可以接受现场设备（传感器）向 PLC提供的被控对象的各种参数，或按钮、操作开关、继 电器触点和接近开关等提供的开关量信号。 这些信号经过输入接口电路的滤波、光电隔离和电平转换等处理，变成 CPU能够接收和处理的信号。 同时，通过I/O模块可以将经过 CPU处理的信号通过光电隔离和功率放大等处理，转换成外部设备所需要的驱动信号，以驱动如继电器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等各执行机构。 PLC的 I/O模块的主要类型有：数字量输入模块、数字量输出模块、数字量输入 /输出混合模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入 /输出混合模块。 正确地连接输入和输出电路，是保证 PLC安全可靠工作的前提。 本设计 PLC的的输入、输出地址分配如 表 、 、。 表 开关量 输入 输入信号 地址 备注 原水进水电动阀反馈 输入为 0 时，原水进水电动阀关闭，输入为 1 时，原水进水电动阀打开 原水泵反馈 输入为 0 时，原水泵停止，输入为 1 时，原水泵运行 多介质过滤器上进水电动阀反馈 输入为 0 时，多介质过滤器上进水电动阀关闭，输入为 1 时，打开 多介质过滤器下进水及反排污电动阀反馈 输入为 0 时，多介质过滤器下进水及反排污电动阀关闭，输入为 1 时，打开 多介 质过滤器下排污电动阀反馈 输入为 0 时，多介质过滤器下排污电动阀关闭，输入为 1 时，打开 活性炭过滤器上进水电动阀反馈 输入为 0 时，活性炭过滤器上进水电动阀关闭，输入为 1 时，打开 活性炭过滤器下进水及反排污电动阀反馈 输入为 0 时，活性炭过滤器下进水及反排污电动阀关闭，输入为 1 时，打开 活性炭过滤器下排污电动阀反馈 输入为 0 时，活性炭过滤器下排污电动阀关闭，输入为 1 时，打开 活性炭过滤器出水电动阀反馈 输入为 0 时，活性炭过滤器出水电动阀关闭，输入为 1 时，打 开 一级高压泵反馈 输入为 0 时，一级高压泵停止，输入为 1时，一级高压泵运行 二级高压泵反馈 输入为 0 时，二级高压泵停止，输入为 1时，二级高压泵运行 本 科 毕 业 设 计 第 18 页 共 33 页 一级定时排放电动阀反馈 输入为 0 时，一级定时排放电动阀关闭，输入为 1 时，打开 二级定时排放电动阀反馈 输入为 0 时，二级定时排放电动阀关闭，输入为 1 时，打开 一级超标排放信号反馈 输入为 0 时，一级超标排放电动阀关闭，输入为 1 时，打开 二级超标排放信号反馈 输入为 0 时，二级超标排放电动阀关闭，输 入为 1 时，打开 EDI 水泵反馈 输入为 0 时， EDI 水泵停止，输入为 1 时，EDI 水泵运行 EDI 产水超标排放信号反馈 输入为 0 时， EDI 产水超标排放电动阀关闭，输入为 1 时，打开 纯水泵反馈 输入为 0 时，纯水泵停止，输入为 1 时，纯水泵。