毕业论文-基于PLC的水厂滤池自动控制系统设计

毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 -基于PLC的水厂滤池自动控制系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 安徽工程大学本科 专 业: 自动化 题 目: 基于PLC的水厂滤池 自动控制系统设计 作 者 姓 名: 丁家根 导师及职称: 陈其工(教授) 导师所在单位: 电气工程学院 2012 年 6 月 13日 安徽工程大学毕业设计(论文) 基于PLC的水厂滤池自动控制系统设计 摘 要 水厂供水对人们至关重要。随着现代城市社会和经济的发展，城市用水量不断增加，供水量不足己成为城市发展的瓶颈，而地下水资源的利用已近饱和，增加地表水供应量是解决供水不足问题的唯一可行途径。供水不仅要满足管网的需要、保证充足供水，还要求水质明显提高。因此对水厂关键工艺进行升级改造，以提高其水处理能力，增加出水量，是满足城市发展需要的有效途径。滤池是水厂常规处理净构筑物的最后一道工序，滤池运行的好坏直接影响到水厂的出水水质。 论文的研究目标是系统的解决供水企业的自动控制滤池反冲洗工艺复杂，如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，为此必须进行滤池自动化系统的改造。 本文主要进行如下工作:对供水企业自动化的发展历史、自动化系统类型以及供水企业自动化的应用状进行了详尽的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和综述。对水厂滤池工艺做了简要介绍。滤池的液位控制以及反冲洗控制和控制策略作了分析。相关PLC硬件联接以及程序的编写和组态仿真。 关键词:PLC;水厂滤池;反冲洗;液位控制 I 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 The Design of Filter Pool Automatic Control System in Waterworks based on PLC Abstract Water plant water supply is essential for people. As the modern urban society and economic development, urban water consumption continued to increase water supply insufficient has become the bottleneck of the urban development, the use of groundwater resources is nearly saturated, increasing the supply of surface water is the only feasible way to solve the problem of inadequate water supply. Water supply not only to meet the needs of the pipe network, to ensure adequate water supply, but also significantly improve the water quality. Therefore, the critical process of the water plant upgrade to improve its water treatment capacity, increasing the amount of water is an effective way to meet the needs of urban development. The filter is the last of the waterworks net structure of the conventional treatment process, the filter is running a direct impact on water quality of the water treatment plant. The goal of this thesis is a systematic approach to solving water supply automatic control filter backwash process, the continued use of artificial means, labor-intensive, low efficiency, security is difficult to protect, and this must be the transformation of the filter automation systems. In this paper, the following work: A detailed analysis and synthesis of the history of the development, the type of automation system and water supply enterprise automation of water supply enterprise automation application status. A brief introduction on the water plant filters process. Filter the liquid level control, and backwash control and control strategies are analyzed.PLC hardware connections as well as procedures for the preparation and simulation configuration. Keywords: PLC; the water plant filter; backwash; liquid level control II 安徽工程大学毕业设计(论文) 目 录 引 言 ......................................................................................................................... - 1 - 第1章 绪 论 ......................................................................................................... - 3 - 第2章 滤池基本工艺 .................................................................................................... - 4 - 2.1取水 .................................................................................................................................................. - 5 - 2.1.1 废水的一级处理..................................................................................................................... - 6 - 2.1.2 废水的二级处理..................................................................................................................... - 7 - 2.1.4 自来水厂水源处理 ................................................................................................................. - 7 - 2.2加药、沉淀 ............................................................................................................... - 8 - 2.3 过滤 .......................................................................................................................... - 9 - 2.4 出水 .......................................................................................................................... - 9 - 2.5 水厂滤池系统工艺特点 ..........................................................................................- 10 - 2.5.1 V型滤池工艺介绍 ................................................................................................................ - 10 - 2.5.2 V型滤池的组成以及控制任务 ............................................................................................ - 12 - 第3章 滤池控制策略 ........................................................................................................................ - 13 - 第4章 滤池液位控制的实现 ................................................................................................................. III 第5章 滤池反冲洗控制 .......................................................................................................................... V 第6章 PLC控制的实现 ..................................................................................................................... VIII 6.1 PLC基本知识及其工作原理 ................................................................................. VIII 6.2 传感器和执行器的选择 ............................................................................................... X 6.3 系统I/O设计 .............................................................................................................. XI 6.4 软件 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的设计 .........................................................................................................XII 6.4.1 滤池正常过滤恒水位程序设计 .............................................................................................. XII 6.4.2 滤池反冲洗控制程序设计 ...................................................................................................... XII 第7章 监控系统设计 .......................................................................................................................... XIX 结论与展望 ............................................................................................................................................. XXII 致 谢 ............................................................................................................................................... XXIII 附 录A............................................................................................................................................. XXV 附 录B ............................................................................................................................................. XXX III 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 插图清单 图2-1 滤池工艺简图 .............................................................................................................................. - 4 - 图2-2 水厂滤池工艺结构简图 .............................................................................................................. - 5 - 图2-3 水处理工艺简图 .......................................................................................................................... - 9 - 图2-4 V型滤池结构 ..............................................................................................................................- 11 - 图3-1 PLC液位控制 ............................................................................................................................. - 13 - 图3-2 反冲洗控制 .................................................................................................................................. XIV 图4-1 液位控制简图 ................................................................................................................................. III 图6-1 滤池正常过滤液位控制 .............................................................................................................. XVI 图6-2 反冲洗控制条件 ......................................................................................................................... XVII 图6-3 反冲洗控制 ............................................................................................................................... XVIII 图7-1 MCGS组态监控效果图 ............................................................................................................... XIX 图7-2 实时数据库 ................................................................................................................................... XX 图7-3 控制运行策略 ............................................................................................................................... XX 图7-4 设备属性设置 .............................................................................................................................. XXI 图7-5 编写脚本程序 .............................................................................................................................. XXI IV 安徽工程大学毕业设计(论文) 表格清单 表6-1 YDZ-1电气连接方式及其主要技术指标 ...................................................................................... XI 表6-2 系统I/O配置明细表 ...................................................................................................................... XI V 安徽工程大学毕业设计(论文) 引 言 环境科学是一门新兴的、交叉的、综合性的边缘学科。它的涉及面很广，综合性强，体现了科学发展史上的一个新开端，成了当前科学技术重点研究的课题之一。 围绕着环境问题出现了许多新学科，三废处理则是环境科学的一个重要分支，其内容也比较广泛的。就水处理而言，以高效节能为中心的各种废水处理的新工艺、新设备将不断涌现。本文主要就水厂滤池水处理进行简要叙述。 水对人类而言有着非同寻常的意义，不论是日常生活，还是工农业生产都离不开水特别是在现代社会中，人们不仅对水的需求量与日俱增，对水质的要求也越来越高。 人类对饮用水进行处理的历史十分悠久，超过了两千年。但这是小规模、家庭型的处理，范围仅针对某个人或某个家庭。而面向社会兴建水厂，工业化的集中处理水的历史还不到200年，特别是以快滤池为标志的现代水厂更只有110多年历史。在我国，水厂的大规模建设是从解放后开始的，时间较短，但取得了卓越的成就。目前各个城市都已兴建了自己的净水厂，基本普及了自来水。而且，更加现代化的、大规模的新型水厂也在成批的建设中。水厂和其它行业的工厂一样，自出现以来不断革新，不断现代化， 生产能力、净化效果都不断提高。日产百万吨以上优质自来水的超大型水厂也不罕见。维持如此大规模的水厂正常运行，且要保证出厂水质，对处 理工艺和自动化水平都提出了很高的要求。水厂的处理工艺一百年来已经比较成熟，基本上是混凝沉淀、过滤和消毒。混凝剂一般采用铝盐、铁盐。 利用凝聚原理去除原水中的悬浮颗粒。再进行沉淀，过滤。消毒一般采用氯化法。近几十年，随着净水理论的发展，工艺设计和处理构筑物的形式不断变化，各类反应药剂也出现许多新的替代品，比如，以高分子化合物作为混凝剂，臭氧或二氧化氯作为消毒剂等等。不过，基本的工艺过程没有根本性改变。相比之下，水厂的现代化更主要的表现在自动化监控系统上。净水厂的生产过程采用自动化技术，不是单纯的为了节省人力，更主要的是加强各个生产环节的合理调度，保证水量、水压，提高水质，节约动力和投药量，消灭事故，积累运行资料，提高供水的可靠性和管理水平。我国的净水厂自动化技术起步较晚，一度较落后。但在近二十年中，发展迅速，许多大城市的水厂也达到了较高的自动化程度。 在各中小型水厂水质生产过程中，滤池处理过程的有效控制是保证水厂出厂水水质优劣及生产效率高低的关键因素。在传统的滤池生产中，一般依靠人工操作进行生产，滤池正常的过滤时间以及滤池反冲洗各环节的时间和强弱都要依靠现场操作人员的经验进行调节。由于受到人员素质及经验、环境温度、源水水质变化等各种复杂因素的影响，很难使出厂水质长期稳定。因此水厂滤池的自动化控制对于出厂水质优劣尤为重要。 为了更好地安全生产，实现水厂自动化控制，本课题希望通过研究 PLC 在水厂滤池控制系统中的实际应用，使通过 PLC设计出的水厂滤池控制系统比传统水厂滤池控制系统具有更好的维护性和扩展性，提高水厂滤池控制系统的自动化水平，确保水厂供水更安全更可靠。 在水厂的净水工艺中，滤池过滤是其中的一个重要组成部分。在过滤过程中，随着截留的杂质颗粒不断增加，滤料层的水头损失将逐渐增大。因此.滤池过滤时间长了以后，会因水头损失的增大造成滤池的滤速或出水量减少，甚至杂质可能穿透滤层随水流出滤池，使过滤水水质不能满足要求。为保证滤池的正常工作，必须对滤池进行定期冲洗，以去除滤料层中积聚的杂质，使滤料层迅速恢复工作能力。由于滤池在滤水过程中水是自上往下流动，而冲洗滤料过程中冲洗介质是自下往上流动，冲洗介质的流向与滤水方向相反，故供水行业把冲洗滤料的过程称为反冲洗。反冲洗有气洗,气、水混合洗 - 1 - 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 和水洗三个阶段，在这里接下来仅说明气洗和水洗。该系统的控制包括滤池滤水控制和滤池反冲洗控制。滤池的滤水控制是根据接收到的滤池液位信号，对滤池出水阀进行开度调节，实现滤池的恒水位滤水，其过程是一个闭环控制系统。滤池自动反冲洗控制就是根据滤池工作周期(或水头损失值)向系统发出反冲洗申请，系统在接受申请后通过控制相关的滤池反冲洗设备动作，完成反冲洗过程。 本文主要介绍滤池工艺流程、滤池的控制策略、液位控制、反冲洗控制以及相关程序编写(三菱PLC梯形图)、报警系统以及控制系统仿真等。 - 2 - 安徽工程大学毕业设计(论文) 第1章 绪 论 水是生命之源，水对人类而言有着非同寻常的意义，不论是日常生活，还是工农业生产都离不开水。特别是在现代社会中，人们不仅对水的需求量与日俱增， 对水质的要求也越来越高。 随着现代城市社会和经济的发展，城市用水量不断增加，供水量不足已成为城市发展的瓶颈，而地下水资源的利用已近饱和，增加地表水供应量是解决供水不足问题的唯一可行途径。因此对水厂关键工艺进行升级改造，以提高其水处理能力，增加出水量，是满足城市发展需要的有效途径。 改革开放以来，我国人民的生活水平逐步提高，饮用水的质受到越来越多的关注，自来水厂的处理工艺要求也不断提高，与之相反的是水源水质却每况愈下，如何保证水厂出厂水质达标，水处理过程的每一个 环节都很重要。滤池是自来水厂处理工序中最为关键的环节之一，它运行质量的好坏可决定一个水厂生产质量的好与坏，并对全水厂的生产成 本、效能产生重大影响。滤池最大的特点是控制运行参数多，阀门位置分散，环境恶劣。因此为了做到安全可靠的生产，应采用自动控制系统。 滤池是水厂常规处理净水构筑物的最后一道工序，滤池运行得好坏直接影响到水厂的出水水质。滤池反冲洗工艺复杂，如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，为此必须进行滤池自动化系统的改造。通过使用PLC来控制该系统，可以缩短设计周期，并便于安装调试，对于水厂这样的不便于停产的生产单位来讲， 这一点是尤其重要的。它可在现场改变某些工艺参数和动作顺序，增加系统的功能，并取代传统的继电器控制，使设备运行更加平稳、可靠，提高了经济效益。 本设计主要涉及滤池控制以下几个方面内容:滤池基本工艺过程、滤池的控制策略、滤池液位控制、反冲洗控制等。 - 3 - 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 第2章 滤池基本工艺 首先介绍水厂滤池的基本工艺流程。水厂生产的基本工艺可分为加药、反应、沉淀、过滤、消毒、储存、送水等几个相关过程。其中过滤过程又可分为正常过滤和滤池反冲洗两个子过程，这两个子过程交替运行，相互之间间隔一定时间(24h)，图1表示滤池工艺过程简图。 正常过滤过程 实时、故障处理模块 反冲洗过程 图2-1 滤池工艺简图 所谓滤池的正常过滤过程就是通过滤料层将待滤水去除杂质颗粒、细菌的过程，其主要目的是使过滤后水的浑浊度达到国家饮用水的卫生标准。而滤池的反冲洗，就是先后运行气洗、水洗两种清洗方式去除滤料层中的杂质，是滤池自净的工艺措施。图1-2 表示滤池基本工艺结构简图。 - 4 - 安徽工程大学毕业设计(论文) 反冲洗水阀 超声波液位计 高位水箱 反冲洗气进水阀 阀 鼓风机 水平面 排污阀 滤料层 滤后水阀 图2-2 水厂滤池工艺结构简图 滤池的进水利用虹吸原理完成。真空泵对进水虹吸管抽真空，当真空形成(虹吸管中空气全部排除)后，真空引水器及时准确地发出真空形成信号，进水成功。从沉淀池来的经初步处理的原水进入滤池，经滤层过滤，从清水管经清水阀门去清水库。水头损失仪由传感器和数显仪组成，传感器中压力接口与滤前水引管相接，差压接口与滤后清水管相接，不同水位差值得到相应的差压信号，经放大处理后由显示仪显示，即反应滤池实际水头损失值。过滤层混浊时，相应水位压差增大，当水头损失到一定数值时，关闭清水阀门，滤层即用反冲水箱中的储水反冲。滤池对反冲时产生的污水排水也是利用虹吸原理完成的，真空泵对排水回路抽真空，真空形成后，污水从排水渠道排出。滤池反冲至反冲水箱低水位时停止。 根据工艺，滤池PLC控制要求为:距上一次反冲结束8小时(该时间段可根据工艺要求修改)之间不进行反冲:距上一次反冲结束8小时之外到24小时(该时间段亦可修改)之内，如水头损失值达到设定上限值时，启动该滤池反冲，否则不冲洗;距上次反冲结束24小时，则启动该滤池反冲。多个滤池轮流反冲，反冲间隔时间控制反冲水箱自动上水至设定高水位在滤池正常下作时间内，系统自动调节清水阀门开启度，以保持滤池液位在一定高度。 2.1取水 工业废水的处理、自然水源的直接获取都给水厂提供了水源。 其中工业废水处理逐渐成为人们关心的水处理问题。 工业废水中的悬浮物，经过一级处理，用截留、沉淀和沉砂的方法就可以将泥沙、藻类和腐败的有机物除去。胶体杂质多采用二级处理的方法进行处理。溶解杂质目前多用三级处理的方法进行处理。 - 5 - 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 在确定对废水采用何种处理方法之前，首先要确定废水的PH值、颜色气味、溶解氧气、比重、悬浮物、溶解物、硬度和BOD含量，然后根据水质的情况进行全面的分析和研究确定采用哪种方法进行处理。 例如，电镀废水的处理方法很多，有化学还原法、离子交换法、点解氧化法、钡盐沉淀法、活性炭吸附法蒸发浓缩法、反渗透法。根据电镀废水的水质和数量的不同，有些电镀废水采用二级处理便达到目的，有些却需要三级处理才可以。有些水质复杂的电镀水，要经过以及处理、二级处理、三级处理等多种方法处理后才能达到目的。 目前，废水的处理方法很多，其中一级处理、二级处理和三级处理各自有多种不同的方法。 一级处理主要有: a) 截离法 b) 沉砂法 c) 沉淀法 二级处理有以下方法: a) 浮上分离法 b) 氧化还原法 c) 活性污泥法 d) 洒水滤床法 e) 甲烷发酵法 f) 灌溉法 三级处理方法有以下方法: a) 电渗析法 b) 活性炭吸附法 c) 反渗透法 d) 精密过滤 e) 自立交换法 f) 泡沫分离法 g) 离子上浮法 2.1.1 废水的一级处理 1、截留 截留是用栅格或网筛等构筑物除去废水中的较大颗粒垃圾或者悬浮物的方法。这种构筑物主要有棒状、方格状、网状等。 格栅一般由一组平行的栅条组成。棒的断面形状可以是正方形、圆形、矩形和半圆的矩形，各栅的间距一般为15-25mm，滤棒附近的流速为0.45m/s。由于这种过滤水位差损失小，所以在安装棒状滤网处的水道宽度最好比流入水路宽一些。积存在栅栏上的杂物可以用人工、绳锁等方法排除，用皮带机运到合适地方。 2、沉砂 把除去粗颗粒的废水引入沉砂池。由于有些废水含有大量的沙粒和砂状沉淀物，使处理困难，所以必须进行沉砂。 沉砂池根据水流方向一般可分为平流式和竖流式两种。平面为矩形的平流式沉砂池是最常见的一种形式，它结构简单，效果好。其水流速度为0.15-0.3m/s。 3、沉淀 工业上称流体与悬浮颗粒的混合系统为悬浮系统，悬浮系统中的流体可以是液体， - 6 - 安徽工程大学毕业设计(论文) 也可以是气体。悬浮物固体，也可以是不相同的另一种流体。沉淀就是利用悬浮颗粒与液体的密度不同，让液体混合静置后，固体颗粒从液体中沉淀下来，从而分离出来的过程。沉降设备一般比较简单、易于制造、操作和维修。 废水属于液相悬浮系统，其中悬浮物可能是固体颗粒，也可能是其他液体的珠滴，但沉淀过程基本相同。废水处理中的沉淀过程是比较复杂的，其成分不一，颗粒大小不一，沉淀难易不一，而废水处理量往往很大，分离要求高。 沉淀池由出水部分、污泥部分、缓冲层等三部分组成。沉淀池的形成按池内水流方向的不同，可以分为平流式、竖流式、辐射式三种。为了提高废水中的悬浮物去除效率，可以在沉淀池中安装斜板或者蜂窝、合成树脂回路管等。在沉淀池中，沉淀物质作为污泥被除去，漂浮上来的油和轻质物质作为浮渣而去除，因此通过沉砂池处理的废水，导入沉淀池，经过处理，可以进一步除去微细的沉淀性物质和悬浮物质。 2.1.2 废水的二级处理 有些废水只经过截留、沉砂、沉淀处理便可以达到净化的目的，但一般来说大多数废水要经过二级处理。在二级处理中，有些物理化学处理和生物方法等。物理化学处理有浮上分离法、凝聚沉淀法、氧化还原法等。常用的生物处理方法有活性污泥法、洒水滤床法、甲烷发酵法等。 此外，还有用碱处理的中和法。 浮上分离法主要有空气上浮法和浮力式浮上法。 液体中的悬浮物，根据其粒径大小可以分为粗细、胶体三种颗粒。把凝聚剂加入废水中，可以使废水的悬浮物或者胶体粒子在静电、化学、物理方法的作用下，凝聚成小块，加快了沉淀速度，加速分离。凝聚剂可以分为无机、有机凝聚剂两类。无机凝聚剂常用铝盐和铁盐。有机凝聚剂则是具有数百万分子量的水溶性线性聚合物，分为离子型、非离子型两种。 氧化还原法在废水处理中具有非常重要的地位，氧化可以使废水中的部分有机物被分解，而且具有消毒杀菌作用。废水处理中使用的氧化剂要满足以下要求:能进行氧化作用，反应后的生成物无毒，即使在常温下仍有较快的反应进度，反应时PH值变化不应太大等。常见的氧化剂有氯气、臭氧、二氧化氮、氧气、次氯酸盐等。 生物学处理使用微生物净化水中的有机物，使水质得到净化。 2.1.3 废水的三级处理 废水的三级处理也叫深度处理。深度处理方法是工业用水封闭循环系统中的重要组成部分。深度处理的大部分为三级处理。三级处理是把二级处理水中残存的氮和磷、有机物、无机物、细菌病毒等进一步进处理的方法。这种方法可以在自来水的生产、工业用水、洗涤用水、灌溉用水、冷却用水等水资源再利用方面应用。 三级处理有精密过滤法、活性炭吸附法、离子交换法电渗析法、反渗透法、泡沫分离法、离子浮上法、紫外线照射法、超声波法、蒸馏法、冷冻法等多种方法。 2.1.4 自来水厂水源处理 对于自来水厂的水源较工业水处理简单。一般水厂取水源有江河、湖泊、水库、地下水等等。根据不同的情况，要建造不同的取水口。比如:在水位基本恒定的湖中，取水口应设置在水中悬浮固体、胶体物质、铁、锰和浮游生物全年含量尽可能低的深度。又比如:河流中的取水口必须预防土、砂、树叶、芦苇、草、废弃的包装材料，特别是塑料、漂浮物和水流带来的苔醉膜或碳氢化合物膜等。总之，不论何种原水，在送入主体处理构筑物之前多要求先经过预处理。预处理通常为纯物理性质或机械性质，其目的在于尽量去掉那些在性质上或大小上不利于后续处理过程的物质。 - 7 - 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 一般的预处理可包括:筛除、除砂、除浮油、除淤泥等。先是用格栅(分粗、中、细不同规格)挡住水中的废弃物、树枝、树叶及草等漂浮体，再经过除砂系统(特别是当水必须通过长管道或渠道输送，必须泵送或后续处理设备容易受大量砂粒的严重影响时)接着是除浮油和除淤泥处理。如果原水中含有大量浮游生物或有机物它们在长距离管道中的积累可能会导致流量迅速降低，这可以用氯等氧化剂来处理。如果取水口远离净水厂本部，那么这些经过预处理的水还要由水泵抽入管道送至本部。 2.2 加药、沉淀 加药就是向水中加入混凝剂，目的是破坏水中胶体颗粒的稳定状态，在一定水力条下通过胶粒之间以及胶粒和其它微粒之间的相互碰撞和聚集形成易于从水中分离的絮状物质，这个过程称为混凝溶在水中的金属阳离子中和了胶体中的负电荷，破坏了胶体颗粒的稳定状态，产生聚集，形成絮状物。混凝是去除天然水浊度和色度的最主要方法，也是去除某些无机或有机物的重要手段。混凝剂一般采用明矾等铝盐或铁盐等种类不多，但现代化的水厂正越来越广泛的使用聚合物混凝剂，以适应各种独特的水质和优化混凝过程。由于原水从取水送来比较浑浊。水厂本部先要对其进行混凝处理。具体实现分几步: 首先是把混凝剂溶解，通过混合设备按一定比例投入原水并迅速均匀混合，之后原水流入絮凝池使混凝剂与水充分反应，加强混凝效果。最后原水流入沉淀池，沉淀出絮状物。处理过程中涉及的构筑物主要是混合设备、絮凝池和沉淀池。它们各自都有独特的构造，以促进原水在其中的反应。混合设备可分为水力和机械搅拌两类，具体形式主要为混合池和管道混合器。絮凝池是最终完成混凝过程的设备，也有水力和机械搅拌两类。具体的构造形式非常多，水力絮凝池有结构简单，无需维护的优点，常见形式有隔板式、旋流式、涡流式等几种。机械搅拌絮凝池则具有可以调节搅拌强度的优点，结构上也有多种不同设计。在沉淀池水中的悬浮颗粒沉到池底，达到与水分离的目的。根据水流的分类，沉淀池有竖流式、平流式、辐流式、径流式等多种形式。所有的沉淀池都有排泥设备，以防沉淀物积累过多。另外，还有一种流行的沉淀构筑物—澄清池，它的反应原理与沉淀池不同，不需要另设絮凝池。 - 8 - 安徽工程大学毕业设计(论文) 2.3 过滤 在水处理过程中，过滤一般是指以石英砂等颗粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。滤池通常置于沉淀池之后，进水浊度一般在10度以下。滤出水浊度必须达到饮用水标准。当原水浊度较低(一般在100度以下)且水质较好时，也可采用原水直接过滤。过滤的功效不仅在于进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度降低而被部分去除。至于残留于滤后水中的细菌、病毒等在失去浑浊物的保护和依附之后，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭，这就为滤后消毒创造了良好条件。在饮用水的净化工艺中，有时沉淀池可省略，但过滤是不可缺少的，它是保证饮用水卫生安全的重要措施。滤池有多种型式。以石英砂作为滤料的普通滤池使用历史最久。在此基础上人们从不同的工艺角度发展了其它型式滤池。为充分发挥滤料层截留杂质能力，出现了滤料料径循水流方向减小的过滤层及匀质滤料层。例如，双层、多层及匀质滤料滤池，上向流和双向流滤池等。为了减少滤池阀门，出现了虹吸滤池、无阀滤池、移动冲洗罩滤池以及其它水力自动冲洗滤池等。从冲洗方式上，还出现了有别于单纯水冲洗的气水反冲洗滤池。各种型式的滤池，过滤原理基本一样，基本工作过程也相同，即过滤和冲洗交错进行。 原水中含有大量的细菌、病原体、藻类等对人有害的物质，要达到能满足人类安全饮用的目的，必须进行消毒处理，减低有害物质含量。水的消毒是通过消毒剂来完成的。通常可以用氯气或臭氧。 2.4 出水 一般地，过滤就是净水处理最后一道程序了，从滤池出来的水，流入清水池积聚，保持有一定的储备就可以出厂了。当然，在此之前还要有必要的检测、化验等，以确保水质符合相关部门的规定，并作为消毒剂等处理药剂是否需要调整投入量的参考。最后清水由水泵从连接清水池与二级泵房的吸水井中抽入供水管道，并以一定的压力供给用户。水泵的启动、调速、停止是关键步骤，必须确保连续、不间断的先用户供水。 以上就是水厂工艺简单的流程。随着相关科学技术的发展和水处理科学的不断发展为改进水厂工艺流程提供了新思路与方法，一些目前处理方面的难题将会随着人们对纯净水反应过程的认识加深而变得容易解决。 综上所述，现在把控制工艺图绘出，如图2-3所示 加药间加氯间 进水 稳压井沉淀池滤池清水池 综合泵房清水泵房 河道市区管网图2-3 水处理工艺简图 - 9 - 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 2.5 水厂滤池系统工艺特点 2.5.1 V型滤池工艺介绍 V型滤池是由法国degremont公司设计的一种快速滤池，采用气、水反冲洗，目前在我国的应用逐渐增多，适合用于大、中型水厂。V型滤池因俩侧或一侧进水槽设计成V型而得名。图1-4V型滤池结构简图。 通常一组滤池有数个滤池组成，每个滤池中间为双层中央渠道，将滤池分成左右俩个，渠道上层是排水渠7供冲洗排污用。下层是气、水分配渠道8，过滤时汇集滤后清水，冲洗时分配气和水。渠道8上部设有一排配气小孔10，其下部配有配水方孔9，V型槽底设有一排小孔6，既可以作过滤时进水用，冲洗时又可以横向扫洗布水用，这是V型滤池的一个特点。 过滤顺序如下:待滤水由进水阀1和方孔2后，溢过堰口3再经侧孔4进入V型槽5中，待滤水通过V型槽底小孔和槽顶溢出，均匀地流入滤池，然后通过砂滤层流入底部空间11，再经方孔9汇入中央气水分配渠8内，最后由管廊中的水封井12、出水堰13、清水渠14，最后流入清水池。 - 10 - 安徽工程大学毕业设计(论文) 1-进水气动隔膜阀;2-方孔;3-堰口;4-侧孔;5-V型槽;6-小孔;7-给水渠;8-气、水分配渠;9-配水力孔;10-配气小孔;11-底部空间;12-水封井;13-出水堰;14-清水堰;15-投水阀;16-潜水阀;17-进水阀;18-冲洗水阀 图2-4 V型滤池结构 冲洗顺序如下:首先关闭进水阀门1，但二侧方孔2常开所以任然有一部分水继续进入V型槽并经槽底小孔6进入滤池，然后开启排水阀15将池面水从排水槽中排出直至滤池水面与V型槽顶端齐平。冲洗操作可以采用―气冲—气、水同时冲洗—水冲‖三步或者―气水同时反冲洗—水洗‖二步。其中，三步反冲洗顺序如下:(1)启动鼓风机，打开进气阀17，空气经气水分配渠8的上部小孔10均匀流入滤池底部，由长柄滤头喷出，将滤料表面杂质擦下并且悬浮于水中。由于底部小孔6继续进水，在滤池中产生横向水 - 11 - 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 流，形同表面清洗，将杂质推向中央排水渠7。(2)启动冲洗水泵，打开阀门18，此时空气和水同时进入气、水分配渠，再经方孔9和小孔10和长柄滤头均匀进入滤池，使滤料得到进一步冲洗，同时，横向冲洗仍在进行。(3)停止气冲，单独用水再冲洗一段时间，再加上横向冲洗，最后将悬浮于水中的杂质冲入排水槽。(4)排水阀15关闭，进水阀1打开，恢复自动过滤。其自动控制可以由程序实现。 2.5.2 V型滤池的组成以及控制任务 V型滤池控制系统一般由受控设备、电气执行机构、PLC组成。其中控制的设备可以分为两部分:阀门和反冲洗系统，本文主要介绍如何去控制这些受控设备。如图1-2所示滤池阀门有以下几个: 进水阀:控制水流进入滤池集水渠的阀门; 排水阀(排污阀):在集水渠的另一端，用于将反冲洗后的污水排出滤池; 清水阀(滤后水阀):控制滤池过滤后的清水进入清水管的阀门; 气洗阀:反冲洗时，控制气流对滤层进行冲洗的阀门; 水洗阀:反冲洗时，控制水流对滤层进行冲洗的阀门; 排气阀:反冲洗后排出残存在气冲管道中的气体，防止其进入滤池影响过滤的阀门。 反冲洗系统包括: 鼓风机:用于产生强劲气流对滤层进行反冲洗; 反冲洗水泵:用清水对滤层进行水反冲洗。 电气执行机构负责控制的具体实施，它从控制器(PLC等)接收命令，相关的继电器动作，其触电闭合或者断开，控制回路导通或关断。如果控制遇到故障，相关人员可以通过其上的面板，进行手动操作。PLC是控制的关键，控制的内容都由其实现。 滤池控制系统的控制任务就是控制滤池正常过滤和反冲洗过程以及它们的交替过程，保证滤后的水质达到一定的要求。过滤时，要维持一定的滤速，通过控制滤池液位来体现，把液位控制在一定的范围内。当滤池过滤进行一段时间后，滤料层吸收了较多的污物，对滤后水造成不利影响，需要进行反冲洗。反冲洗时，可以按照时间定时反冲洗，当滤后水质水头损失不满足要求时，启动反冲洗过程。反冲洗就是对滤层进行的清洗，通过控制相关的阀门、水泵、鼓风机等设备的工作来进行反冲洗过程。启动反冲洗可以人为操作或由控制器进行控制。控制条件很多，比如:是否达到设定时间，过滤进行的时间，水头损失大小等。也可以通过相关仪器设备进行取样分析，把结果送控制器，根据程序要求决定是否进行反冲洗。 - 12 - 安徽工程大学毕业设计(论文) 第3章 滤池控制策略 本章主要介绍控制系统的控制方法、策略。具体在后面的仿真中得到体现。 当滤池正常过滤的时候，其工艺要求就是要保持滤池水位的恒定，以保证滤池有个稳定的生化环境。由于水阀全开，瞬时进水量上下波动比较大，要通过控制滤后水阀的开启度，以达到滤池液位的恒定。在如何确定滤后水阀开启度的方法上，传统控制盒PLC控制有很大区别。在传统的控制中，往往依靠工作人员的目测估计液位高低，进而手动操作滤后阀门的开启度，以求达到水位的稳定，显然这种方法不能满足自动化和一定的精度要求。而在PLC系统中，通过超声液位计实时监测水位的变化，并传输模拟数据，PLC利用专门的PID回路控制器指令，通过PID算法确定滤后水阀的开启度，再以此来控制水阀的动作，从而调节液位恒定。如图3-1所示。 图3-1 PLC液位控制 当滤池正常过滤一段时间后，需要对它进行反冲洗，以除去杂质。其步骤如下: 关闭进水阀，全开滤后水阀，将滤池水排空; 当液位水下降至0.8m的时候，关闭滤后水阀，打开排污阀，打开排气阀，启动鼓风机进行气洗; 维持6min关闭鼓风机，关闭气洗阀，打开水洗阀对滤池进行水洗; 维持6min关闭水洗阀，维持系统静止6min。关闭排污阀，打开进水阀;当水位达到1.8m时，打开滤后水阀并根据滤池水位，利用PID算法调节滤后水阀开启度，反冲洗结束，进行正常过滤。 系统接到对某池进行反冲洗的指令后进入排水阶段，先关闭进水阀，把滤池的水位降至预置水位0.8m，然后关闭出水阀，打开排水阀;排水阀打开后，滤池进入气冲洗阶段，这时气冲计时器开始计时，排气阀打开，同时风机起动、风机出口阀打开，当风机进入运行状态后，打开气冲阀，同时关闭排气阀;气冲洗时间达到预设值后，气水混合洗计时器开始计时，反冲水阀被打开，同时起动反冲水泵，打开水泵出口阀，滤池进入气水混合反冲洗状态;气水混合反冲洗时间达到预设值后，水洗计时器开始计反冲洗 - 13 - 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 时间达到预设值后，水洗计时器开始计时，反冲气阀被关闭，排空风管余气，同时停风机，关闭风机出气阀，滤池进入水冲洗状态;水冲洗时间达到预设值后，关闭反冲水阀，同时停止反冲水泵，关闭水泵出口阀，最后关闭排水阀，打开进水阀，滤池进入进水状态，当水位上升到恒水位过滤位置时，自动反冲洗完成，该池转入正常的过滤程序。 当液位高于2.5m或者低于0.5m的时候启动报警装置，相应的指示灯会发生变化，或者喇叭声响,以警告发生的情况。 综上所述，池控制系统的控制任务就是控制过滤、反冲洗和两者的交替，目的就是 保证滤后水的浊度符合要求。过滤时要求维持一定的滤速，这通过控制滤池的液位实现，即过滤时要把液位控制在一定范围之内。如图3-2所示。 开始 反冲 滤水程序 进水N反冲洗申请, Y停水泵N条件具备,YY终止N排水水洗正常,反冲洗 启动风机启动水泵 N 气洗正常,停风机 Y 图3-2 反冲洗控制 - 14 - 第4章 滤池液位控制的实现 液位的控制是水厂滤池控制的一个重要方面，它的实现对整个系统至关重要。本章节主要介绍液位的控制。 一般的PLC液位控制是对调节阀采用PID模块进行比例积分或者比例控制。比例控制可以加快系统的响应时间，能够迅速反应误差，从而减小误差;积分控制可实现无误差控制;微分控制可以减小超调，克服振荡，使系统稳定性提高，改善系统的动态性能。水厂滤池对液位要求不是太高，相对于其他严格的液位控制，可以允许存在较大偏差。从而，可以直接使用开关阀作为水阀来调节液位。故我们在这里不使用PID模块进行控制，可以通过闭环反馈控制实现。根据程序给定和液位计送来的信号进行比较，决定相关阀门的启闭。液位控制如图4-1所示。 开始 采样 NY低于低限?液位上升?关清水阀 N YN 高于高限?液位下降?开清水阀 NY 图4-1 液位控制简图 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 通过液位计从滤池采样到的模拟信号作为反馈值与设定值进行比较，通过判断是否超出预先设定范围，若不在该范围内，再进行液位升降判断，决定阀门是否动作。由上图可见，当液位低于下限值且仍然在下降时，给出关闭清水阀命令;，当液位高于上限值且仍然在上升时，给出开启清水阀命令。在其他情况下，阀门不改变状态。图3-1中有两个问题需要解决:清水阀由全开到全关要大约20s，这对于液位的变化来说，时间很短，假如没有任何措施，一旦给出开阀命令,该阀门一直开到底;其次，液位始终是在波动的，这会影响对液位升降的判断，尤其是在其上、下设定值波动时，会造成PLC反复地给出动作阀的命令。所以，必须通过相关程序加以解决。在实际设计中，可以通过加两个定时器去实现。一个加在采样之前，使采样每扫描周期一次变为没定时周期一次。要保证定时时间足够长，从而消除波动的影响。另外一个定时器加在开、关阀命令中，将每次开、关阀时间限定在较短的时间内。同时，液位升降的判断是通过当前采样前一时刻采样值相减得出，因此，前一时刻的采样值再编程时要加以保存。 IV 第5章 滤池反冲洗控制 滤池是水处理工艺中重要的环节，而滤池过滤能力的再生，是滤池高效稳定运行的关键。若采用合适的反冲洗技术，使滤池经常处于最优条件下工作，不仅可以节能、节水，还可以提高处理水的质量，增大滤层的节污能力，延长工作周期，提高清水产量。 反冲洗控制是本设计一个重要的方面，它的实现体现控制系统设计的好坏，前面叙述也提到了它。滤池的反冲洗控制可以分为两部分:反冲洗的启动条件及其过程的控制。主要有两种途径:上位机下达的命令以及反冲洗条件满足时自动进行反冲洗。 反冲洗启动条件有三个:人机界面控制、定时冲洗和水头损失情况冲洗，这三个条件是并列的，只要满足其中一个就进行反冲洗.。在水头损失的判断中，除了检查阻塞值外，还要有三个条件:清水阀开到最大、液位超高、过滤时间不少于15h，其目的是防止滤池频繁反冲洗，造成一定的浪费。而在人机界面中，则没有这个限制，只要命令下达，就立刻进行反冲洗。且反冲洗定时间隔为24h。当其他条件满足时，在这三个条件下，进入反冲洗过程。 反冲洗过程比较繁琐，有一系列开关阀门、开关风机、开关泵的命令。具体过程如下:关进水阀，液位降到一定程度后关清水阀，打开排水阀;排水阀打开后，滤池进入气冲洗阶段，这时气冲计时器开始计时，排气阀打开，同时风机起动、风机出口阀打开，当风机进入运行状态后，打开气冲阀，同时关闭排气阀;气冲洗时间达到预设值后，气水混合洗计时器开始计时，反冲水阀被打开，同时起动反冲水泵，打开水泵出口阀，滤池进入气水混合反冲洗状态;气水混合反冲洗时间达到预设值后，水洗计时器开始计时，反冲气阀被关闭，排空风管余气，同时停风机，关闭风机出气阀，滤池进入水冲洗状态;水冲洗时间达到预设值后，关闭反冲水阀，同时停止反冲水泵，关闭水泵出口阀，最后关闭排水阀，打开进水阀，滤池进入进水状态，当水位上升到恒水位过滤位置时，自动反冲洗完成，该池转入正常的过滤程序。 在编制梯形图时候，对开关阀的条件必须严格限制，避免错误的、不适合的开关阀命令，大量的阀门故障时需要报警装置。其中两个报警装置需要特别处理:反冲洗时关清水阀故障，除报警外，若短时间内无法排除故障，就要重新打开进水阀，否则液面一直下降使砂面暴露;此外，鼓风机或水冲泵停止后，关闭气冲阀或水冲阀的故障。它发生后，应该反冲洗结束且进入正常过滤状态，但不允许其他滤格进行反冲洗。反冲洗中的鼓风机、水泵只有一套，为多个滤格所公用，因而单个滤格的手动命令必须在鼓风机、水泵控制命令中有所体现，避免滤格切到手动后，鼓风机或者水泵仍在运行，导致事故的发生。 滤池包括冲洗泵房 ，滤格均质滤料滤池，采用恒水位过滤、气水联合冲洗，冲洗效果良好。滤格均质滤料滤池反冲洗包括气冲、气水混合冲洗、水洗。滤池相关阀门采用开关阀。本次设计反冲洗只有两个过程:气冲和水冲。 在滤池控制中有五个常见的阀门。进水阀、出水阀在正常过滤时要打开。而排污阀、反冲洗水阀、反冲洗气阀关闭;在反冲洗过程中阀门状态刚好相反。本次设计具体的过程是:得到反冲洗信号后，关闭进水阀，打开出水阀，使之最大，液位迅速下降，滤池退出过滤状态。液位降至设定的反冲洗水位0.8m时，关闭出水阀，打开排污阀，随后开始进行反冲洗。此时，气冲计时器开始计时，排气阀打开，风机出口阀打开，风机打开，打开气冲阀，关闭排气阀，滤池进入气洗状态。气冲时间到达预设时间(6min)后，水冲计时器开始计时，关闭气冲阀，排除空风管余气，停止风机，风机出口阀关闭;打开反冲水阀，启动反冲水泵，打开水泵出口阀，滤池进入水洗状态。水冲洗时间到达预 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 设时间(6min)后，关闭反冲水阀，关闭水泵，关闭水泵出口阀。最后，关闭排污阀，打开进水阀，滤池进入进水状态，当水位上升到恒水位过滤位置(2.4m)时，自动反冲洗完成，该池转入正常的过滤程序，出水阀打开。反冲洗关键控制部分为水泵和风机。 一、反冲洗水泵一步化启停设计: (1) 反冲洗水泵、出水阀联动一步化控制功能 , 泵机开启过程 a) 开泵命令 b) 检查出水气动碟阀是否关到位，若没则关到位 c) 启动水泵电机 d) 泵机―运行‖信号到，延时时间到打开气动蝶阀 e) 气动蝶阀开到―全开位‖ , 泵机关闭过程: a) 关泵命令 b) 关出水气动阀碟 c) 气动阀碟到―全关位‖ d) 停水泵电机 (2) 滤池自动反冲洗控制 主要有排序冲洗、自由冲洗和强制冲洗。 有多个滤格要进行冲洗时，则对其进行排序，顺序进行冲洗;当水头损失不合要求或者过滤时间超过设定值(24h)之外时，进行自由冲洗。强制冲洗可以认为是在人机界面直接下达冲洗的命令。 二、 反冲洗鼓风机一步化启停设计: (1) 开鼓风机控制:开阀门启动 a) 开风机指令 b) 开旁通阀 c) 启动鼓风机 d) 开出气阀 e) 关旁通阀 (2) 停鼓风机控制:关阀门停机 a) 停风机指令 b) 开旁通阀 c) 关出气阀 d) 停鼓风机 e) 关旁通阀 本次设计对工艺设备控制有四级:中央控制室IPC进行操控;PLC根据程序和其他情况，自动控制，无需人的干预;现场人机界面进行管理;手动控制，在MCC或者机器旁边操作箱上的按钮进行控制，手动通过硬件直接切换，优先权较其他三种方式高。 接下来讨论反冲洗故障检测和保护等内容。 , 反冲洗水泵故障检测和保护设计如下: (1) 过电流预报警 反冲洗水泵电机电流大于额定电流时，接通报警指示灯或喇叭，以示警告。 (2) 过电流故障 反冲洗水泵电机电流大于额定电流时，立刻关闭水阀门和停止水泵工作，同 VI 时相应开关接通，以示警告。 (3) 空载故障 反冲洗水泵电机电流小于额定电流，或压低于常值时候，空车故障，立刻停 机，启动相应声光报警系统。 (4) 电气故障 反冲洗水泵电机正常启动运行后，在设定时间内不到位，运行信号继续丢失 5s为电气故障，PLC停止工作，启动声光报警系统。 , 反冲洗水泵出口阀门故障检测和保护设计如下: (1) 开阀门故障 开阀指令发出后，在设定的时间内，开阀门出现故障，PLC作开阀故障， 立即切断该阀门电源，对反冲洗水泵停电保护，并且启动报警系统。 (2) 关阀门故障 开阀指令发出后，在设定的时间内，开阀门出现故障，PLC作开阀故障， 立即切断该阀门电源，对反冲洗水泵停电保护，并且启动报警系统。 , 反冲洗鼓风机故障检测和保护设计如下: (1) 过电流预警 鼓风机电流大于额定电流时，启动报警系统。 (2) 过电流故障 鼓风机电流大于额定电流时，立即关闭水阀门和停止水泵工作，启动报 警系统。 (3) 空车故障 鼓风机电流大小于额定电流或出水压力低于正常值，为空车故障，须立 即停机保护，启动报警系统。 (4) 电气故障 鼓风机电机启动正常运动后，运行信号继续丢失5s为电气故障，PLC 停止工作，启动声光报警系统。 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 第6章 PLC控制的实现 本章主要介绍PLC控制的硬件设计和软件程序的编写。且选用的PLC为我所熟悉的三菱FX2N系列产品。阀门选择开关阀，而省去了用PID控制的调节阀，使过程变得相对简单。 6.1 PLC基本知识及其工作原理 可编程序控制器(Programmable Logic Controller)简称 PLC。 所谓可编程序控制器，就是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电控制系统的硬件设计系统，它采用一种可编程序的存储器，在其内部存储并执行逻辑运算、顺 控制、定时、记数和算术操作的指令，通过数字量或模拟量的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。随着PLC的发展，它不仅能完成编辑、运算、控制，而且能实现模拟量、数字量的算术运算。用PLC设计的控制系统具有如下的优点: (1)能适应工业现场的恶劣环境，能抗电磁干扰与电压冲击。 (2)简单，易于使用，不必要求微机软硬件方面的知识，编程不需要高级语言。 (3)可靠性高，平均故障间隔时间(MTBF)超过 20000 小。(4)编程或修改程序容易，程序可以保存和固化。 (5)体积小，价格低。 (6)可直接将数据送入处理器中，可直接连接到现场。 (7)可在基本系统上扩展，系统容易配置，与负载最远距离很远，内存可以扩展。 (8)有很强的通讯功能，可与多种支持设备连接。 (9)系统化，有标准外围接口模块。 (10)系统在一种现场不需要时，仍可改在另一现场使用等一系列优点。 PLC 采用的是扫描的工作方式。扫描是一种形象化的术语，用来描述可编程序控制器内部的 CPU的工作过程。所谓扫描就是依次对各种规定的操作项目全部进行访问和处理。PLC运行时，用户程序中有众多的操作需要执行，但是一个CPU 每一个时刻只能执行一个操作而不能同时执行多个 操作，因此CPU按程序的顺序依次执行各个操作，这种需要处理多个作业时依次按顺序处理的工作方式称为扫描工作方式。由于扫描是周而复始无限循环的，每扫描一个循环所用的时间为扫描周期。顺序扫描的工作方式是PLC的基本工作方式，它简单直观，方便用户程序设计，为PLC的可靠运行提供了有利保证。一方面，所扫描的指令被执行后其结果马上就可以被后面将要扫描的指令所利用;另一方面，还可以通过CPU设置定时器来监视每次扫描时间是否超过规定时间，避免由于CPU内部故障使程序执行进入死循环。 自诊断功能可使PLC系统防患于未然，PLC 工作过程分为以下五步:(1)自诊断 而在发生故障时能尽快的修复，为此PLC每次扫描用户程序以前都对CPU、存储器、输入输出模块等进行故障诊断，若自诊断正常便继续进行扫描，而一旦发现故障或异常现象则转入处理程序，保留现行工作状态，关闭全部输出，然后停机并显示出错的信息。 (2)与外设通信 自诊断正常后PLC即扫描编程器、上位机等通信接口，如有通信请求便响应处理。在与编程器通信过程中，编程器把指令和修改参数发送给主机，主机把要显示的状态、数据、错误码进行相应指示，编程器还可以向主机发送运行、停止、清内存等监控命令。在与上位机通信过程中PLC将接收上位机发出的指令进行相应的操作，把现场工作状态、PLC 的内部工作状态、各种数值参数发送给上位机以及执行启动、停机、修改参数等命令。 (3)输入现场状态 完成前两步工作后PLC便扫描各个输入点，读入各点的状态和数据，如开关的通断状态、形成现场的内存映象。这一过程也称为输入采样或输出刷新，在一个扫描周期内内存映象的内容不变，即使外部实际开关状态己经发生了变化也只能在下一个扫描过程中的输入采样时刷新，解算用户逻辑所用的输入 VIII 值是该输入值的内存映象值而不是当时现场的实际值。(4)解算用户逻辑 即执行用户程序。一般是从用户出现存储器的最低地址存放的第一条程序开始，在无跳转的情况下按存储器地址的递增方向顺序的扫描用户程序，按用户程序进行逻辑判断和算术运算，因此称之为解算用户逻辑。解算过程中所用的计数器、定时器，内部继电器等编程元件为相应存储单元的即时值，而输入继电器，输出继电器则用的是内存映象值。在一个扫描周期内，某个输入信号的状态不管外部实际情况是否己经变化，对整个用户程序是一致的，不会造成结果混乱。 (5)输出结果 将本次的扫描过程中解算最新结果送到输出模块取代前一次扫描解算的结果，也称为输出刷新。解算用户逻辑到用户程序为止，每一步所得到的输出信号被存入输出信号寄存表并未发送到输出模块，相当于输出信号被输出门阻隔，待全部解算完成后打开输出门一并输出，所用输出信号由 输出状态表送到输出模块，其相应开关动作。驱动用户输出设备即PLC的实际输出。在依次完成上述五个步骤操作后PLC又开始进行下一次扫描。如此不断的反复循环扫描，实现对全过程及设备的连续控制，直至接收到停止命令、停电、或出现故障。 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 6.2 传感器和执行器的选择 传感器主要用来检测液位高度，选择使用超声波液位计来作为液位传感器，把现场检测到的模拟信号传输给PLC的模拟量输入模块。 为了维持滤池正常工作时恒水位，所以液位计的选型很重要。超声波液位传感器是近年来普遍使用的一种工控液位传感器，该液位计安装简单方便，信号漂移较小，故障率较低，运行稳定。故近年来受到广大工程设计人员的青睐。故本设计LU 13两线制超声波液位传感器。 安装一前首先确认液位计探头和它的测量终端间距，LU13超声波液位计允许的最大电缆长度为30m，而且要求电缆必需全部屏蔽。两线制信号输入电气连接: 1.和信号变送器以及外供电源连接: 液位计红线端接入直流电源12-28 VDC+端，黑线接仪表输入信号+端，然后将电源12-28 VDC-端和仪表信号输入负端连接。 2.和PLC的连接: 液位计红线端接入直流电源12-28 VDC+端，黑线接PLC输入信号+端，然后将电源12-28 VDC-端和PLC信号输入负端连接。(注意:超声波液位计安装时，其包装盒内的Vinton橡胶垫必须配合超声波液位计一起安装) 水头损失等于液位值减去压力值，故水头损失信号的测量要运用到压力变送器。前些年大都用差压变送器，在滤料上下引压，但由于差压变送器及三阀组安装维护相对麻烦，且差压变送器的安装位置受一定限制，近年来采用压力变送器较多，在单格滤池出水阀前取压由计算机将液位值与压力值相减后得出水头损失，效果不错。本设计中的压力变送器选择通用型YZD-1扩散硅压力变送器。 YZD-1扩散硅压力变送器选用国外进口扩散硅压力芯片作敏感元件，性能稳定可靠，抗过载能力强。灵敏度高，精度高，体积小，重量轻，安装使用方便。广泛应用于国民经济领域的各种气体、液压的压力、液体测量和控制。具有多种量程、多输出形式，标准螺纹接口:M20*1.5结构材料:2Cr13或者1Cr18Ni9Ti。可按要求订制非标准量程、输出形式和压力接口形式。如表5-1所示所示。 X 表6-1 YDZ-1电气连接方式及其主要技术指标 电气连接方式 插头座号 导线颜色 线数 4 3 2 4 3 2 输入正端 1 1 1 红 红 红 输出信号正端 2 2 2 蓝 蓝 蓝 输出信号负端 3 4 / 白 黄 / 输入正端 4 4 黄 黄 / / 此外，本设计为了简洁，阀门使用开关阀。 6.3 系统I/O设计 本次设计中，模拟量通过转换为开关量，方便控制系统的建立。所使用的I/O均为 开关量。 输入接至PLC的输入端，输入端要连接COM端，把PLC的输出接至相应的接触 器线圈，控制阀门动作或者电机启停，从而实现控制功能。 I/O地址分配表如表5-2所示。 表6-2 系统I/O配置明细表 输入/输出 对应功能 输出 对应功能 X1 开始 Y0 进水阀开、关 X2 停止 Y1 出水阀开、关 X3 强制反冲洗 Y2 排污阀开、关 X4 液位下限到, Y5 反冲洗风机 X5 液位上限到, Y6 反冲洗风机阀门 X6 水头损失到, Y7 反冲洗水泵 X7 液位到下限且下降 Y10 反冲洗水泵阀门 X10 液位到上限且上升 Y11 报警显示 X11 开始反冲洗 Y12 反冲洗标志 X12 结束反冲洗 Y13 正常过滤标志 Y3 反冲洗气阀开、关 Y4 反冲洗水阀开、关 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 6.4 软件方案的设计 本设计将整个控制过程分为两部分:正常恒水位过滤和满足条件后的气水反冲洗过程。将正常的恒水位过滤过程采用梯形图的主程序来实现，根据主程序的逻辑判断来调用气水反冲洗过程的子程序。由于PLC采用循环扫描的方式执行程序，这样便能实现整个控制过程的顺利执行。 6.4.1 滤池正常过滤恒水位程序设计 正常滤水工作期间，每个滤池在现场PLC的控制下，依据液位传感器检测到得液位值得变化情况，及时调整出水阀的启闭，保证滤池恒水位运行。 语句表如下: LD X1 OR M100 ANI X2 OUT M100 LD M100 MPS ANI X7 OUT Y1 MPP ANI X10 OUT Y0 LD X4 OR X5 OUT Y11 ;报警显示 LD Y0 AND Y1 OUT Y13 ;正常过滤显示 上面一段程序只是对液位进行相应阀门启闭控制。 6.4.2 滤池反冲洗控制程序设计 反冲洗启动条件有三个:人机界面进行反冲洗，属于强制反冲洗;定时反冲洗;按水头损失情况进行反冲洗。 使用停电保持型PLC元件进行编程来表示反冲洗的启动条件。程序如下: LD M100 ANI Y12 XII ANI T250 ANI C100 OUT T250 K1000 LD T250 RST T250 OUT C100 K864 LD C100 OUT M101 LD M100 ANI C101 ANI T251 OUT T251 K1000 LD T251 OUT C101 K540 RST T251 LD C101 OUT M102 LD X3 OR M101 OR Y12 AND M102 LD X6 AND M102 ORB ANI X12 OUT Y12 接下来是反冲洗过程的控制。 LD Y12 ANI X11 OR X12 OUT Y1 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 LDI Y12 AND T105 OUT Y0 LD X11 MPS ANI T105 OUT Y2 MPP ANI T100 OUT T100 K360 LD T100 OUT C0 K10 LD X11 MPS ANI T102 OUT Y6 MRD ANI T101 OUT Y5 MPP ANI C0 OUT Y3 LD C0 OUT T101 K100 LD T101 OUT T102 K50 LD T102 XIV OUT M103 LD M103 MPS ANI C1 OUT Y4 MRD ANI T104 OUT Y7 MPP ANI T105 OUT Y10 LD M103 ANI T103 OUT T103 K360 LD T103 OUT C1 K10 LD C1 OUT T104 K100 LD T104 OUT T105 K50 LDP X12 RST C0 RST C1 RST C100 RST C101 以上便是控制系统的程序，出于双线圈考虑，把它们整合在一起。梯形图如下: 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 -1 滤池正常过滤液位控制图6 XVI 图6-2 反冲洗控制条件 (a) 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 (b) (c) (d) 图6-3 反冲洗控制 XVIII 第7章 监控系统设计 组态软件是指在软件领域内，操作人员根据应用对象及控制任务的要求，配置(包括对象的定义、制作和编辑，对象状态特征属性参数的设定等)用户应用软件的过程。从应用角度讲组态软件是完成系统硬件与软件沟通、建立现场与监控层沟通的人机界面的软件平台。运用组态软件和三菱FX0N系列PLC连机通信设计,以及运用MCGS组态软件对PLC的运行状态进行监控,实现远程控制的目的。实现了组态软件和PLC的通信,运用了串口通信以及串口转换器连接到计算机上,达到了设计的要求。 水厂滤池控制系统监控效果图如7-1所示: 图7-1 MCGS组态监控效果图 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 图7-2 实时数据库 图7-3 控制运行策略 XX 图7-4 设备属性设置 图7-5 编写脚本程序 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 结论与展望 本论文设计的是水厂过程自动控制系统中的滤池过滤控制环节，系统的设计主要是针对滤池恒水位过滤和自动反冲洗环节的控制方案的解决。当滤池没有接收到强制反冲洗信号、长时间过滤导致的水头压力损失信号以及滤池的反冲洗周期信号时，滤池工作在恒水位的过滤阶段，从而保证水厂出水的品质。本系统要求滤池水位保持在0.5-2.5m高度范围以内进行正常的过滤，为了达到系统的要求，本控制系统采用的是一般的控制系统。 毕业设计作为本科阶段的一个最重要的理论和实际相结合的学习过程，同时也是为即将步入社会的我检验自己所学专业领域基础知识掌握程以及不足提供了一个平台。我目前已在实习，而且将来的工作大多是关于PLC方面的知识。通过这次毕业设计，从加深对本专业领域基本知识和技能的角度来讲，我得到了不少的提高，增长了不少的见识和兴趣;但是从自己对本专业知识和技能的理解与掌握的欠缺程度来衡量的话，理解的深度函待加强，实际的应用能力有待提高，知识面涉猎的广度更待进一步的拓宽。实际应用知识也很欠缺，为此，已经走向工作岗位的我，还要认真学习这方面的知识，尤其是PLC、变频器、DCS等专业知识。 本次设计综合了较多的专业课知识，比如，PLC、计算机控制技术、计算机语言、自动控制原理、传感器等等。 通过本次设计，使专业课方面知识有了进一步地学习尤其是PLC方面知识，还要学习其他型号PLC，比如Siemens-s7系列、欧姆龙CQM系列，为将来学习、工作做了良好铺垫。 XXII 致 谢 在论文完成之际，回顾整个设计过程，首先我要特别感谢陈其工老师的研究生许培学长。我本人四月份开始在公司实习，毕业设计方面没有花太多时间，尤其是学期后期公司方面比较忙，感谢他对我的体谅与理解，并且多次关心论文的进度情况，尤其是要交初稿时，虽然我不在学校，给交流带来了一定的困难，但他对我认真指导，指出我的论文存在诸多的不足与毛病，在他的耐心指导下，完成了本次毕业设计。 毕业设计作为本科阶段的最后一个环节，把我们整个大学期间专业领域知识量的积累提升到质的飞跃。在设计过程中，培养了我发现问题，分析问题和解决问题的能力，也使我学到了很多课本无法涉及到的知识体会到了工程设计的复杂与艰辛，也初次尝试到拥有属于自己的一点小小成功的那份喜悦。此次毕业设计能完美的结束，是我个人的努力，更是同学和学长的支持与帮助的结果。在此感谢同组的同学对我的帮助，感谢他们仔细的为我寻找设计中的缺陷，感谢他们耐心的为我解答难题。 总之，毕业设计带给我的远远不是这儿句话可以表达的。劳动是艰辛的，合作是快乐的，收获是甜美的。即将迈进社会，但这并不意味着我们和学习分手。事实上我们已经站在了一个新的起跑线上。此时的我们应该更加沉稳和自信，已经迈出校门的我，会更加努力学习，继续饯行学校“三做”育人理念，不断提升自己综合素质。 前途一片光明，生活充满希望，道路漫长崎岖，过程充满艰辛，希望即将步入社会熔炉的我们都能够百炼成钢! 最后，向自动化答辩委员会致以崇高的敬意!向担任本次自动化专业毕业设计评答辩的所有老师们表示我最衷心的感谢和美好的祝福! 作者: 2012年6月13日 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 参考文献 [1] 李展峰，邹振裕. 水厂滤池自动反冲洗控制[J]. 电气应用, 2008,(08) . [2] 陈晓. PLC在水厂自动控制系统中的应用[J]. 电工技术, 2009,(06) . [3] 束庆和. PLC控制技术在污水处理系统中的应用[J]. 科技资讯, 2009,(04) . [4] 王会敏,韦文广.基于plc的水厂滤池控制[J]. 自动化技术与应用, 2009,(05) [5] 韩庆瑶,王建英,袁兴华.plc在水处理控制系统中的应用 [J]. 机械设计与制 造,2007,(09) [6] 邹振裕, 罗永恒, 李展峰.水厂滤池自动反冲洗控制的优化研究[J].工业水处理, 2011,(01) [7] 张伟, 马龙华, 钱积新. PLC在自来水厂滤池控制中的应用[J].化工自动化及仪表, 2002,(01) [8] 杜慧琳. 浅谈基于plc的水厂控制[J]. 科技风, 2009,(05) . [9] 李辉. 浅谈plc在水厂中的应用[J]. 科技创新导报, 2009,(16) . [10] 张建煜, 吴文红. 水厂滤池自动化系统的方案设计[J]. 电工技术, 2006,(04). [11] 高钦和. 可编程控制器应用技术与设计实例[M].北京:人民邮电出版社,2004,07. [12] 汪晓平. PLC可编程控制器系统开发实例导航[M].北京:人民邮电出版社,2004,07. [13] Mihaela Frigura、Flaviu Mihai Frigura.Technical solutions concerning the updating of Resita’s waste water plant .ANUL XII, NR.1, 2005, ISSN 1453-7394. [14] Rob Mackenzie, MSAIEE, Phoenix Contact. The future of automation –profinet. February 2006. [15] Chris du Toit, WSP Consulting Engineers .The design, documentation and maintenance of PLC software May 2006. XXIV 附 录A 参考外文文献原文 The design, documentation and maintenance of PLC software By ChrisduToit, WSP Consulting Engineers There are a little of books, courses or training manuals on the design, documentation and maintenance of programmable logic control (PLC) software. Many people are also keep the opinion that if PLC software works (i.e. it performs its intended function), it is good software and if it does not work, it is bad software. If software is written for an application where it will be commissioned and never touched again (neither for alterations nor for fault-finding), the effectiveness thereof can essentially be measured by how good the control is. Such applications however are few and far between, and do not warrants further discussion. By far the vast majority of software applications are used where someone (usually not the designer) will access it for fault-finding and/or alterations. There are applications where modifications must be made to an existing PLC (which might be relatively full in terms of memory capacity) or there might be an application in a new PLC where memory capacity is limited. In such cases the effectiveness of the software is measured by its effective use of available memory. Other good software principles might therefore have to be scarified cud in order to provide software for minimum memory consumption. In most Cases however, memory is relatively cheap and therefore not a huge problem. We can thus concentrate on the issues related to the majority of PLC applications. Many other areas can still be defined if required. The principle however, shows that specific data areas are reserved for specific functions. The advantage is that if one has to add to the software, one knows in which areas of the database to look for spare words, registers, if les or coils, rather than searching through an entire database consisting of very haphazard allocations. In some PLCs these data areas can even be made ―local‖ to a specific section of software code. This will ensure that data from one area cannot accidentally be used in the wrong area. Similarly, by merely looking at an address, one can tell whether the data comes from a radio telemetry system, another PLC, a SCADA system or whether it was generated within the software code. External devices such as SCADA systems, radio telemetry systems and other PLCs on a network can then also be configured in a standard way for data exchange. All these factors contribute to quality control as well as the ease and speed with which software can be evaluated and/or modified. Flags, outputs or coils generated internally should be annotated to describe the function it actually performs, and not the function it will eventually perform. For example, if a bit has to be set when several interlocks are healthy, and this bit is then later used to start a pump, the bit should be annotated as ―All Interlocks Healthy‖, rather than ―Start Pump‖. This will ensure that when someone else evaluates the software, he can see what causes that particular bit to be on or off, rather than having to search for the code which controls it, to establish how it functions. 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 Annotation of program files, networks All program files, networks, segments, etc. should be annotated with a description of the actual logic it contains. For example, ―Water Treatment Plant Controls‖, ―Pump Station Level‖, ―Controls‖, ―Mass of Balance Calculations‖, etc. This same annotation (along with the description of the program structure and database structure) should form part of the final documentation for that project. Literally hours of time could be saved if the next person (not the software design engineer) has to find a specific area of logic control, with properly annotated software and documentation. Furthermore, the original software design engineer might be called back to this project, long after commissioning and handover, (e.g. to do modifications) and he would then be grateful that the software and documentation was annotated properly if he can ―save face‖ in front of the client by quickly and effectively being able to implement the necessary changes. Annotation of the PLC software logic This is one of the most important parts of PLC annotation because it gives the next person an insight into how the design engineer thought and reasoned when he designed the software. No two people think alike. PLC software is almost like a person’s signature because each person writes it in his own unique way. The next person to work with this software therefore has to establish how the designer thought and reasoned before he can effectively understand and evaluate the software. Even one’s own thoughts and reasoning change as one grows in experience. If the original design engineer therefore has to make changes to his own software long after it was designed, even he would save hours if he can easily determine the reasoning behind the relevant sections of PLC logic. It is for these reasons that every section, network, etc. of the PLC logic must be clearly described. The description should explain the objective of the software logic (e.g. ―Pump 1will start if the discharge valve is open and the gland seal water is on but not if the sump level is low, or it will start if ―Bypass‖ is selected and the sump level is not low‖), rather than duplicate the ladder logic in verbal terms (e.g. ―If bit 00320 is on and bit 00321 is on and bit 00322 is off, or if bit 00323 is on, output 00024 will be on‖).This will provide the user of the software with an insight into how the controls should work, as well as with the logical implementation thereof. The same applies to software used to perform calculations. Show the calculation being done. Maintain data integrity PLC software always involves the transfer of data, either from the field to the PLC, from The PLC to the field, between PLCs, between PLC and between PLC and radio telemetry systems and so on. Any of these systems can fail. One must therefore never merely assume. Where analogue inputs are read from the field, this data should be read into a buffer area first, and only if one is sure there were no problems with the data transmission, should this data be transferred to the relevant areas in the PLC software where valid data is then used. If an error in the data transmission has occurred or if a fault occurred in the analogue input module, data which might be corrupted should not be transferred for use in the PLC control logic and the failure must be alarmed so that action can be taken. In the event of such a failure, one needs to look at the process involved. If the previous data (from a successful transmission) can be retained, it should be, otherwise the data should be set to zero or to maximum. The decision of setting to zero or maximum will again depend on the process. For XXVI example if a level from a tank is transmitted to another PLC, to allow a pump to be started, this value should be set to maximum, so that the pump lose not start and perhaps cause flooding. If on the other hand it is a flow which is transmitted, to allow a drive to start, this value should be set to zero so that the drive does not perhaps start and run without this required flow. The same principles apply to any other data transmission(whether analogue or digital and regardless of the systems involved).Most data transmission systems (e.g. analogue inputs, data ―read‖ and ―write‖ between PLCs, etc.) have built-in monitoring of transmission success or failure. Various bits, words or registers are then manipulated to indicate the success or failure. These bits, words or registers should be used to set alarms, clear data, etc. (as described earlier). Sometimes it is necessary to look at the various functions available (e.g. data read or data write). The function which provides the highest degree of data integrity should be used. In some applications the built-in monitoring of data transmission does not exist. In such cases one should make use of ―handshaking‖ between the systems to ensure the successful transmission and receipt of data. Again, if the Handshaking fails, the software should not allow false data to be transmitted. Furthermore, the amount of work and time required to tidy up and properly annotate such ―hacked‖ and ―panel beaten‖ software is usually not worth the effort, with the result that such software ends up never getting tidied up or properly annotated at all. It is therefore essential that good quality assurance procedures are set in place before the design and development starts. It is obviously a huge advantage if the software engineer is from accompanying which has ISO 9000 accreditation. Good PLC software starts with quality control. This is where the design engineer ensures he knows what the client wants and where the client ensures he knows what is being supplied. The quality control also ensures that both parties work towards the same objective and that progress, standards and quality of work are monitored throughout the development and implementation period. It further ensures that there are no nasty surprises for either party towards the commissioning phase of the project. Conclusion Software design engineers must remember that in 90 - 98% of all PLC applications, someone else will access that software, modify it or perform fault-finding. It is therefore essential to program and annotate the software in such a way that it is ―user-friendly‖. Poorly designed or poorly annotated software can cost a great deal of money in terms of time wasted to fault-find or to find out how it works, before alterations can be made. The astute client or end-user of software will always Ensure that someone within his organizational the ability to distinguish between good and bad software. 外文翻译: PLC 软件的设计、存档和维护 克里斯?迪图瓦，WSP咨询工程师 只有少数书籍、课程或 培训 焊锡培训资料ppt免费下载焊接培训教程 ppt 下载特设培训下载班长管理培训下载培训时间表下载 手册，对PLC的软件设计、文档的维护等均有很好的 叙述。许多人认为，如果PLC软件工程(即执行其预定的功能)，它是很好的软件，如 果它不工作，它是不好的软件。如果应用软件在其应用之前从未修变(既不修改，也不 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 挑毛病)那么其有效性基本上就可以衡量控制的好坏。然而，这样的应用程序并不多见，也不能保证进一步的讨论研究。到目前为止，绝大多数应用软件用于人们(通常不是设计师)对将要访问的故障进行调查或变更。还有的地方必须修改现有的PLC程序(这可能是在内存容量方面的比较充分)，或是在一个内存容量有限的PLC中修改其应用程序。在这种情况下，用有效使用内存来衡量软件的效率。衡量其他优秀软件的原则，可能因此被消耗反刍，以提供最小的内存消耗软件。 然而，在大多数情况下，内存是相对便宜，因此不是一个大问题。因此，我们可以集中精力在大多数PLC应用的问题上。 如果需要的话，其他许多领域仍然可以被解释。然而，这一原则表明，特定的数据区，保留特定的功能。它的优点是，如果要把它添加到软件上去，应该知道在数据库领域寻找备用，寄存器，或者线圈，而不是通过一个很偶然的分配组成的整个数据库搜索。在一些PLC中，这些数据区，甚至可以把“本地”的软件代码放在特定地方。这将确保在一个区域的数据，不会被用在错误的地方。类似的，如果只是一个地址，无法判断数据是从一个无线电遥测系统，还是另一个PLC，SCADA系统得到，或者是软件代码自动生成。如SCADA系统(计算机数据采集与监督控制系统)，无线电遥测系统和网络上的其他PLC的外部设备也可以被配置以标准的方式进行数据交换。所有这些因素造成的控制的效果，体现在哪些软件可以被测试或修改的难易程度和速度。 内部映像寄存器、输出线圈，应该表明来形容它实际上执行的功能、并没有的功能、和最终将执行的功能。例如，一个位设置几个相关联时是正确的，如果该位又被用来启动泵，则该位应解释为―所有联锁正确的‖，而不是―启动泵‖。这将确保，当别人对软件进行评估测试时，他可以看到是什么原因引起特定位的打开或关闭，而不是控制它的代码搜索，来确定它的功能如何。 程序文件，网络的解释 所有程序文件、网络、分类等，应标注它所包涵实际逻辑的描述。例如，―污水处理厂控制‖，―泵站级别‖，―控制‖，―质量平衡计算‖等，与此相同的注解(程序的结构和数据库结构的描述)应形成一部分该项目的靠后文件。也可以用来保存别人(不是软件设计师)找到一个逻辑控制的特定区域，通过简洁的注释注明正确的软件和文件。此外，原来的软件设计工程师可能被称为项目后，通过调试和移交(如做修改)程序供使用。如果他能在“挽回面子”前对客户要求的项目进行迅速和有效地实施必要的修改，他会把软件和文档注释地很好。 PLC的软件的解释 这是PLC要注释的最重要部分之一，因为给其他人了解设计者在进行设计时是怎么想的，怎么设计他的软件。没有两个人会有完全一样的想法。由于每个人都以他自己独特的方式写PLC软件，所以它几乎就是一个人的签名。因此，当别人使用该软件时，需要知道设计者是如何思考以及他的想法，才可以有效地了解和评估测试该软件。这样甚至可以使自己的思想和推理发生改变，也标志一个经验的成长。如果原设计者，在设计好软件之后不需要修改，他就会节省时间，而且他能很容易地确定后面的有关章节PLC逻辑推理。这使他必须要清楚地描述的这些内容，包括每一部分，网络，PLC程序等等。比如描述泵1将要启动目标软件的程序(例如，如果排气阀开放和轴封水，但如果油底壳水平低，或将开始，选中了―绕道‖和―水池的水平是不低‖等)，而不是重复在口头方面的梯形图语言(例如，―如果位00320位00321和00322位关闭，或00323位是，将输出00024‖)。这将使用户知道控制如何工作，以及程序的执行方法，从而也就提供很好洞察软件。同样也适用于用于执行计算的软件，显示正在做的计算。 XXVIII 保持数据的完整性 PLC软件总是涉及数据传输，无论是从现场到PLC，PLC到控制现场，PLC网络之间，PLC与PLC之间的无线电遥测系统等。这些系统传输可能出现错误。因此，保持数据绝对完整只是假设。 凡从外部读取模拟输入，这些数据应首先被读入缓冲区。若数据传输没有错误，这些数据存到PLC有关存储区域中，然后才能正常使用数据。如果数据在传输中发生错误或模拟输入模块发生故障，错误的数据会被PLC程序使用以至故障转移，必须警觉，以便采取行动。在存在故障的情况下，需要知道它参与的过程运算。需要保留之前的数据(来自有效的传输)，否则数据就要设置为零或为最大。运算过程会再次决定需要设置的值。例如，如果把水平信号传输到PLC，让泵开始工作，这个值应该被设置到最大，使泵不启动并可能导致错误。另一方面，如果它是一个传输流，让驱动器启动，此值应设置为零，该驱动器工作不需要这个流量。 同样的原则适用于任何其它的数据传输(无论模拟或数字系统是否参与)。大多数数据传输系统(如模拟输入，PLC网络间数据―读‖和―写‖)有内置程序来监控传输的成功或失败。从位、字或寄存器表示传输成功或失败。应使用这些位、字或寄存器，设置报警，清晰的数据，等(如前所述)。有时有必要来看看提供的各种功能(如数据读取或写入数据)。应使用提供数据的完整性程度最高的功能。在一些应用中内置的监测数据传输不存在。在这种情况下，应使系统之间进行―握手‖，以确保成功的传输和接收数据的使用。再次，如果握手失败，系统软件不应该允许不正确数据传送。此外，工作的数量和时间要求清理和正确标注如―黑客‖和―面板‖软件通常是不值得努力的，这样的软件不用，因为它是从来没有得到整理或适当注明的。因此，它是必不可少的，良好的质量保证程序的设计和开发启动之前就要设置到位。如果陪同具有ISO9000认证的软件工程师，这很有好处。良好的PLC软件的控制质量最为重要，这是确保他知道客户想要什么，并在客户端，确保他知道什么已经具备。质量控制，确保双方对同一目标的工作和取得的进展，工作标准和质量监控整个开发和实施期限。进一步确保任何一方对项目调试时不会出现较大出入。 结论 软件设计工程师必须记住，在90 - 98,的PLC软件中，别人会访问、修改或执行挑毛病等。因此，必须是这样一种方式:“用户友好”进行编程和解释。设计不当或不正确批注的软件可以在故障时发现，找出它是如何工作的，可以作出改变之前节约成本。精明的客户或最终用户将始终保证有人在他的组织能力下区分好的和坏的软件。 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 附 录B 主要参考文献题录、摘要 [1] 陈晓.PLC在水厂自动控制系统中的应用[J].电工技术,2009,(06)41. 摘要:PLC控制技术是现代化水处理中必不可少的技术。它通过I/ O的数字童和模拟 量来监控各分站设备和水质情况，并利用局域网实现资源共享。 关键词:集散式系统;PLC标记数据库。 [2] 韩庆瑶,王建英,袁兴华. PLC在水处理控制系统中的应用[J]. 机械设计与制造,2007, (09). 摘要:介绍了泳池水处理系统的组成及其工作过程，系统采用S7- 200可编程控制器进 行过程控制，重点分析了砂缸气一水反冲洗的具体过程，最后简单介绍了简单介 绍了系统PLC程序设计和上位机监控软件设计。 关键词:泳池;水处理;P LC;控制系统;反冲洗。 [3 ] 王会敏,韦文广.基于plc的水厂滤池控制[J]. 自动化技术与应用, 2009,(05). 摘要:根据水厂滤池的工艺特点，结合PLC的系统性能和反冲洗角度叙述了自动控制 系统的结构和功能。 关键词:PLC;反冲洗。 [4] 谢曼,刘利民. 基于PLC的自来水厂滤池自控系统的设计与实现[J]. 城市建设行业应 用,2006,09. 摘要:本文介绍了一种基于PLC的水厂V型滤池自动控制系统的设计过程,阐述了系统 工作原理、系统网络及硬件结构、软件流程、联网及其功能。实践证明系统设计合 理、工作稳定可靠达到了设计要求。 关键词:滤池;监控系统;网络;可编程控制器;组态软件。 [5] 来长胜，孙竹梅. 基于PLC的水箱液位控制实训项目开发[J].电力学报,2009,(06). 摘要:介绍了西门子PLC控制EFAT/ P系列过程控制实验装置实现液位控制的新开发 实训项目，旨在通过此新开发实训项目使学生能将所学的专业课知识联系起来， 对仪表PID控制、PL C控制器的实际使用有更深的了解，增强实际的动手能力。 关键词:液位控制;PID控制;PLC。 [6] 李辉. 浅谈PLC在水厂中的应用[J].科技创新导报,2009,(16). 摘要:本义通过对水厂PLC自控系统应用的介绍，说明了可编程控制器在工控中的重 要地位。 关键词:自控系统;PLC;自来水厂。 [7] 邹振裕，罗永恒，李展峰. 水厂滤池自动反冲洗控制的优化研究[J].工业水处 理,2011,(01). 摘要:滤池自动反冲洗控制系统是水厂生产管理的重要环节，关系到出厂水水质和节能 降耗。目前，国内大部分水厂的滤池自动反冲洗控制主要通过滤池工作的时间周 期来启动反冲洗指令，根据沙口水厂的具体情况和要求，研究出一种新的滤池自 动反冲洗控制模式，并对新系统的节能降耗效果进行分析，实践证明该系统对滤 池的工况监测、滤后水水质监控以及反冲洗节能降耗等起到了较好作用。 关键词:滤池;反冲洗;可编程控制器。 [8] 李展峰,邹振裕. 水厂滤池自动反冲洗控制系统[J].电气应用,2008,(08). 摘要:根据沙口水厂的具体情祝和要求，研制开发滤池自动反冲洗控制系统。滤池自动 XXX 反冲洗控制就是根据滤池工作周期(或水头损失值)向系统发出反冲洗申请，系统在 接受申请后通过PLC控制相关的滤池反冲洗设备动作，完成反冲洗过程。 关键词:滤池过滤;反冲洗;PLC。 [9] 张建煜，吴文红. 水厂滤池自动化系统的方案设计[J]. 电工技术,2006,(04) 摘要:介绍了水厂滤池自动化系统的设计和实现过程，包括自动化系统的改造背景、设 计原理、硬件设备、系统构成及运行管理等。 关键词:滤池反冲洗;PLC编程;组态软件;触摸屏。 [10] 孟庆涛，郑凤翼.例说识读PLC梯形图的方法与技巧[M].北京:电子工业出版 社,2010,05. 简介:本书以西门子S7-200系列PLC为例，从识图的角度出发，以常用的基本的PLC 梯形图为实例，详细的介绍以定时器、计数器、移位、循环移位、移位寄存器、 循环和循环控制、跳转子程序指令为主线或以其他的组合为主线编写的PLC梯 形图的识读方法与技巧，以帮助广大电气技术人员、电工人员提高识读PLC梯 形图的能力。 [11] 咸庆信，类延法.PLC技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2010,09. 简介:PLC入门，不能避开PLC端子的接线与供电、编程软件的基本操作这些基本内 容;讲解PLC不能忽略接近开关、旋转编码器、压力传感器等外围设备器件的 配合应用;不能将文本显示屏、变频器、步进电机等摒弃PLC的“疆界”之外， 结合起来才是它们的存在状态。 [13] Mihaela Frigura、Flaviu Mihai Frigura.Technical solutions concerning the updating of Resita’s waste water plant .ANUL XII, NR.1, 2005, ISSN 1453-7394. Abstract: The updating of all equipment existing in waste water treatment plants is a major priority for all Romanian public water suppliers (including those of Resita) which have to insure a low level of environmental pollution. In order to obtain a higher quality level for the resulting cleaned water and to insure the performances and the safety required by those strategic industrial objectives, new flexible and reliable command strategies have to be applied both to existing electric equipment already involved and new electric equipment which could be introduced in the future. This paper presents an original technical solution concerning that type of command used for all electrical equipment inside the plant (pumps, valves, etc.). profinet. [14] Rob Mackenzie, MSAIEE, Phoenix Contact. The future of automation – February 2006. Abstract: in 1990 Phoenix Contact decided to disclose the protocol specifications of Inter bus and as such Inter-bus became the first manufacturer-independent field bus system. 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 安徽工程大学 本科毕业设计(论文)任务书 2012 届 电气工程 学院 自动化 专业 学生姓名: 丁家根 ? 毕业设计(论文)题目 中文:基于PLC的水厂滤池自动控制系统设计 英文:The Design of Filter Pool Automatic Control System in Waterworks based on PLC ? 原始资料 [1] 李展峰,邹振裕.水厂滤池自动反冲洗控制[J].电气应用, 2008,(08) . [2] 邹振裕,罗永恒,李展峰.水厂滤池自动反冲洗控制的优化研究[J].工业水处理, 2011,(01) [3] 汪晓平. PLC可编程控制器系统开发实例导航[M].北京:人民邮电出版社,2004.07 [4] 王永华等.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京:北京航天航空大学出版社， 2003.09 [5] 邹金慧.可编程控制器及其系统[M].重庆:重庆大学出版社，2002.11 [6] 孟庆涛，郑凤翼.例说识读PLC梯形图的方法与技巧[M].北京:电子工业出版社， 2010.05 [7] 咸庆信，类延法.PLC技术与应用:专业技能入门与精通[M].北京:机械工业出版社， 2010.09 [8] 张建煜, 吴文红. 水厂滤池自动化系统的方案设计[J]. 电工技术, 2006,(04). [9] 张伟, 马龙华, 钱积新. PLC在自来水厂滤池控制中的应用[J].化工自动化及仪表, 2002,(01) [10] 高钦和. 可编程控制器应用技术与设计实例[M].北京:人民邮电出版社,2004,(07). [11] Rob Mackenzie, MSAIEE, Phoenix Contact. The future of automation –profinet. February 2006. [12] Mihaela Frigura、Flaviu Mihai Frigura.Technical solutions concerning the updating of Resita’s waste water plant .ANUL XII, NR.1, 2005, ISSN 1453-7394. [13] Chris du Toit, WSP Consulting Engineers .The design, documentation and maintenance of PLC software May 2006. ? 毕业设计(论文)任务内容 1、课题研究的意义 随着现代城市社会和经济的发展，城市用水量不断增加，供水量不足己成为城市发展的 瓶颈，而地下水资源的利用已近饱和，增加地表水供应量是解决供水不足问题 的唯一可行途径。供水不仅要满足管网的需要、保证充足供水，还要求水质明 显提高。因此对水厂关键工艺进行升级改造，以提高其水处理能力，增加出水 量，是满足城市发展需要的有效途径。滤池是水厂常规处理净构筑物的最后一 道工序，滤池运行的好坏直接影响到水厂的出水水质。本论文的研究目标是系 统的解决供水企业的自动控制滤池反冲洗工艺复杂，如果仍然沿用人工方式， 劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，为此必须进行滤池自动化系统的 改造。 改革开放以来，我国人民的生活水平逐步提高，饮用水的质受到越来越多的关注，自来 XXXII 水厂的处理工艺要求也不断提高，与之相反的是水源水质却每况愈下，如何保 证水厂出厂水质达标，水处理过程的每一个 环节都很重要。滤池是自来水厂 处理工序中最为关键的环节之一，它运行质量的好坏可决定一个水厂生产质量 的好与坏，并对全水厂的生产成 本、效能产生重大影响。滤池最大的特点是 控制运行参数多，阀门位置分散，环境恶劣。因此为了做到安全可靠的生产， 应采用自动控制系统。 2、本课题研究的主要内容: 滤池是水厂常规处理净水构筑物的最后一道工序，滤池运行得好坏直接影响到水厂的出 水水质。滤池反冲洗工艺复杂，如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效 率低，安全性难以保障，为此必须进行滤池自动化系统的改造。通过使用PLC 来控制该系统，可以缩短设计周期，并便于安装调试，对于水厂这样的不便于 停产的生产单位来讲， 这一点是尤其重要的。它可在现场改变某些工艺参数 和动作顺序，增加系统的功能，并取代传统的继电器控制，使设备运行更加平 稳、可靠，提高了经济效益。 本设计主要涉及滤池控制以下几个方面内容:滤池基本工艺过程、滤池的控制策略、滤 池液位控制、反冲洗控制等。 3、提交的成果: (1)毕业设计(论文)正文; (2)内附语句表以及梯形图; (3)至少一篇引用的外文文献及其译文; (4)附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要。 指 导 教 师(签字) 教 研 室 主 任(签字) 批 准 日 期 2012年1月5日 接 受 任 务 书 日 期 2012年1月10日 完 成 日 期 2012年6月13日 接受任务书学生(签字) 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 - 34 - 丁家根:基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计 - 36 -