基于组态王和PLC的污水处理装置监控系统毕业论文.docx

毕 业 设 计题 目 基于PLC与组态王的污水处理系统 系 别 电子信息与机电工程学院 专 业 电气工程及其自动化 年 级 2009级 学 号 200924122121 学生姓名 郭华 指导教师 刘一凡 完成时间 2013 年 4 月 肇庆学院教务处制基于PLC与组态王的污水处理装置监控系统郭华 指导老师：刘一凡摘要 本文提出一种运用可编程控制器（PLC）与组态王对工厂排放的污水进行处理与监控，利用组态王实现现场实时监控，采用可编程控制器（三菱FX2N-64MR）对设备的通断控制 实现污水处理装置监控系统的自动化管理。此方案成本较低，调试方便，适合重排污企业的使用。关键词 污水处理 ；组态王；PLC ；监控系统1 引言 PC机监控（组态王软件）随着社会的发展，水污染问题的逐渐严重。污水的处理成为我们必须面临的问题。污水处理装置监控系统通过PLC进行自动控制，组态王实现监控的系统，避免了人工操作的失误，对污水的处理方案完全可以通过PLC作为中央控制处理，对系统的运行利用组态软件实行实时监控，并反馈到PLC执行相应的处理。图1是PLC与组态王通讯的结构框图。AX0 Y0 X1 F Y1X2 X Y2X3 2 Y3X4 N Y4X5 | Y5X6 6 Y6X7 4 MCOM R COM起动按钮污水泵污水位上位一号除污剂泵一号除污剂低位二号除污剂泵二号除污剂低位搅拌泵放水位低位放水泵轻度污水开关罐底门重度污水开关小车停止按钮 图1 污水处理系统的结构框图2.可编程控制器（PLC）简介PLC是一种可编程的数字逻辑控制设备,早期用于开关量的逻辑控制,多用作控制电动机正反转和电磁阀的开关动作,从而控制机械设备的运转。只要合理分配输入、输出点,根据控制要求设计梯形图,采用基本指令和步进指令就可达到控制目标。随着控制要求的不断提高,许多PLC生产厂家进一步优化和完善PLC的功能,增加了功能指令,大大拓宽了PLC的应用范围 ,使PLC在某种程序上可以代替控制器和计算机的协同工作系统,为工业生产和民用控制设计提供方便。PLC的具有可靠性高、功能性强和编程简单等优点,所以深受设计人员的喜爱。PLC就如同一部计算机与继电器控制设备相结合的新型高性能控制装置。PLC的基本单元包括中央控制器（CPU）、存储器、输入单元和输出单元 。除了基本单元,PLC还可以追加许多扩展模块,从而增强其功能和性能1。PLC就物理结构来说有丰富的输入输出端,而从PLC的逻辑结构来看,内部有许多软元件 ,如输入输出继电器、辅助继电器、状态器、计数器、计时器和数据寄存器及器件所对应的常开常闭接点,方便对污水的进入、流出、计数、计时的信号输入和污水处理的数量、处理方法的选择。大多数PLC的编程方式都有梯形图编程、指令表编程和顺序功能图（SFC）编程,特别是梯形图编程方式,直观易懂 。除了运用基本指令可以完成大量工作,功能指令的扩展更为系统开发、调试和维护带来许多便利,本文以梯形图编程方式设计污水处理装置监控系统,无论从设计到功能分析都是极为方便的。3 污水处理系统的PLC设计部分3.1 污水处理系统的控制要求 污水处理系统的控制过程是：按下启动按钮SB1，污水泵起动，污水到位后（有位置开关SQ1控制）污水泵停，一号除污剂泵起动，一号除污剂到位（SQ2控制）关闭。根据污水程度选择主令开关SA（1位为轻度污水，2位为重度污水）决定除污剂添加方法。如果是轻度污水则起动搅拌泵直接进行处理。如果是重度污水则先起动二号除污剂泵，待二号除污剂到位后（SQ3检测）关闭该泵后在起动搅拌泵进行处理。搅拌泵运行10秒后进行关闭，然后起动放水泵放水至低位（SQ4）检测关闭放水泵延时1秒，罐底打开，污物自动落下，计数器累加1，延时4秒关闭，至此排污工艺一个循环结束。当计数器不到5则延时2秒继续进行污水处理与排放，若计数器达5次，则延时2秒后起动小车，再延时6秒后继续进行污水处理循环。如果中途按下停止按钮SB2，则完成本次排污关闭罐底门后延时2秒停止污水处理过程。3.2 控制思路设计步骤3.2.1 硬件及其外围元器件的选择关于PLC类型的选择：本次设计选用三菱FX2N-64MR类型的PLC，该PLC内置输入输出端口，简单易用，价格相对便宜，并且I/O点数足够本次系统设计的使用。关于PLC供电电源的选择：本次供电电源选择交流220V，满足PLC和各个输入输出电器供电的要求。输入方面分别选用：（1）控制按钮：按钮在外力的作用下，首先断开常闭触点。复位时，常开触点先断开，常闭触点后闭合。可以通过按钮来实现系统的起动停止。图2（a）为其图形符号（2）接近开关：接近开关又称无触点行程开关，是以不直接控制方式惊醒控制的一种位置开关。它不仅能代替有触电的行程开关完成行程控制和限位保护等，还可以用于高速计数，测速，检测零件尺寸等。由于它具有工作稳定可靠，寿命长，重复定位精确度高以及能适应恶劣的工作环境，因此选用此类开关作为本次系统的限位。图2（b）为其图形符号（3）主令开关：通过选用主令开关来作为系统水质的选择图2（c）为其图形符号。输出分别连接交流接触器：当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失, 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。图2（d）为其图形符号。 SB SQ SA KM,（a） (b) （c） （d）图23.2.2 设定PLC的I/O端口的地址安排起动按钮 SB1 X0 污水泵 KM0 Y0停止按钮 SB2 X7 一号除污剂泵 KM1 Y1污水位 SQ1 X1 二号除污剂泵 KM2 Y2 一号除污剂位 SQ2 X2 搅拌泵 KM3 Y3二号除污剂位 SQ3 X3 放水泵 KM4 Y4放水位 SQ4 X4 罐底门 KM5 Y5主令开关 SA-1 X5(轻度) SA-2 X6(重度) 小车 KM6 Y6 3.2.3 系统的工作流程 当系统执行起动后，污水泵起动整个装置的监控开始，系统自动自动执行每一步运作，直至按下停止后系统停止运行。下面图3是该系统的工作流程图。图3 污水处理系统的工作流程图系统通过PC与PLC的连接，对输入输出设备进行监控，检测系统的运行并作出相应的的处理。3.3 系统设计程序3.3.1基本指令本次程序设计选用的指令分别有：(1)接点取用与线圈输出指令，LD,LDI,OUT三条。(2)逻辑运算指令选用,AND、ANI、OR这三条指令（3）强迫置位与复位指令：SET、RST。3.3.2梯形图程序如下图按下起动按钮X000，Y000闭合污水泵开始起动： 检测到污水位到位X001闭合污水泵停止，Y001闭合一号除污剂泵开始起动程序如下：检测到一号除污剂位X002闭合，一号除污剂泵关闭，判断污水程度，重度污水就闭合X006，Y002闭合二号除污剂泵起动。若是不执行任何操作，系统在T6延时10s后默认为重度污水处理，程序如下：二号除污剂X003闭合，Y003闭合，搅拌泵并起动，T0开始延时10秒程序如下：若是轻度污水X005，即直接闭合Y003搅拌泵起动并T0开始延时10秒，程序如下：搅拌泵运行10秒后关闭，Y004闭合，放水泵起动程序如下：到达放水位X004，关闭放水泵并T1延时1s，程序如下：延时时间T1到到后，Y005闭合罐底打开，污物自动落下，计数器CO累加1，T2延时4秒，程序如下：延时时间到，罐底门关闭，这时排污工艺结束。当计数C0不到3时，则T3延时2秒继续进行污水处理与排放，程序如下：当计数器C0到5的时候，则延时2秒后起动污物小车，再延时6秒后继续进行污水处理循环，程序如下：若是中途按下停止按钮X007，则完成本次排污，关闭罐底门后延时2s停止污水处理过程，程序如下：至此，污水循环程序结束，其中M0为循环标志，M1-M9，M11-M12为阶段标志，M10为停止标志。3 污水处理系统组态王部分3.1设计要求3.1.1 组态画面（1）设置密码（dqzdh）。（2）进入画面。(3）污水处理装置控制流程图。(4)污水处理装置I/O端口状态图（污水处理装置控制系统输入/输出地址表）（在每个端口旁设计一个指示灯，红色显示接通状态）。（5)污水处理装置的PLC 电气接线图(以FX2N-64MR PLC，在每个端口旁设计一个指示灯，红色显示接通状态）。（6）污水处理装置状态转移图程序（参考程序：教材：图3-40PLC控制两台污水处理装置运行）（程序中的各种寄存器进行注释）（用红色显示接通状态）。（7）污水处理装置梯形图程序（用set、rst编程）（程序中的各种寄存器进行注释）3.2 组态王工程建立首先打开组态王的工程管理器，点击新建工程-点击下一步-输入工程名称-弹出框口点击确定-输入工程名称-完成。新建工程成功3。3.3 组态王变量设置 在数据词典里面设置变量参数，设置的变量如图5所示：图4 组态王的变量设置在设备端口COM1口新建一个设备端口 ，点击新建-选定三菱PLC的FX2的编程口。通讯参数设置如下图5,然后点击确定。图5组态端口设置3.4组态画面系统的组态画面分别为：控制流程图-电气接线图-监控画面-I/O端口状态-状态转移图-首页。组态建立的画面如下图6所示。其中，控制流程图查看系统的工作流程，电气接线图是系统的硬件接线，端口状态图监控PLC的端口状态，状态转移图记录状态转移状况，首页中有作者介绍和画面跳转。图6污水处理系统的组态画面3.4.1 首页画面画面如下：分别说明作者、作品名称，指导老师。如图7所示。对其中图8（a）单元实行动画连接，连接后效果如图8（b）所示，以实现画面的跳转。图7 首页画面（a） （b）图8建立此动画连接的步骤为：在选择进入画面选用菜单按钮，并双击按钮-新建子项如图7所示：图9 画面跳转菜单然后点击命令语言输入下面程序，实现画面的动画连接。if(MenuIndex=0)ShowPicture(监控画面); 跳转到监控画面if(MenuIndex=1) ShowPicture(电气接线图);跳转到电气接线图if(MenuIndex=2)ShowPicture(控制流程图);跳转到控制流程图if(MenuIndex=3)ShowPicture(状态转移图);跳转到状态转移图if(MenuIndex=4)ShowPicture(I/O端口状态图);跳转到I/O端口状态图点击确定，画面完成，3.5电气接线图污水处理系统的硬件接线图如图11所示。每个端口旁都设置了一个指示灯，指示灯的动画连接设置了隐含，当条件表达式为1时候显示，以此来监控输入输出端口状态。如当Y0接通时候红色标志显示（图10（a），断开时候标志不显示（图10（b）。（a） （b）图10 端口状态变化图 图11 系统的电气接线图3.6 状态转移图状态转移图如下图13所示。其中输出线圈动画连接使用填充属性，如当线圈Y2输出为1时候，输出线圈颜色为红色（图12（a）。当线圈Y2为0时候输出为绿色（图（10（b）。以此来监控系统的运行。（a） （b）图12图13 系统的状态转移图3.7 系统的工作流程图工作流程如下图15所示。此画面动画连接采用线性、文本、模拟量输出进行动画连接，当条件满足时候，画面会进行相应的变化，以此来检查系统运行到哪一步。如系统开始进水时候进水单元填充黄色（图（14（a），进水已满时进水单元即断开时填充白色（图（14（b）。（a） (b)图14 系统流程变化图 图15 污水处理的工作流程图3.8 PLC的I/O端口编址图画面PLC的的I/O编址图如下图17所示。其中，用指示灯亮灭的动画连接来表示端口的状态，以此检查系统的运行.如当端口Y0闭合时，Y0口指示灯显示红色（图16（b），当端口Y0断开时候，指示灯显示为绿色（图16（b）。 （a） （b）图16 端口状态图 图17 PLC的I/O编址图3.9 系统主画面系统运行的主画面如图18所示。下面对几个主要的动画连接单元进行运行的介绍与程序命令的的解释。图18 理系统监控画面通过设置变量对组态画面的各个单元实行动画连接，其中沉淀的液位采用缩放的动画连接，当进水时，沉淀池液位上升直至100，放水时候液位下降直至为0。液位的变化如图19所示，动画的命令语言为：污水泵=1存在，执行:本站点沉淀池液位=本站点沉淀池液位+3; / 沉淀池液位上升 图19 过滤池的液位变化其中一号剂，二号剂也是采用填充设置进行动画连接，当一号剂泵起动时候后，一号剂液位下降，直至降为0。如图20所示，动画执行的命令语言为一号除污剂泵=1存在，执行:本站点一号剂液位=本站点一号剂液位-3; /一号剂流出二号除污剂泵=1存在，执行:本站点二号剂液位=本站点二号剂液位-3; /二号开始流出 图20 一二号剂位的变化除污池的液位进行填充的动画连接，当过滤池液位流向除污池时候，除污池液位上升，如图21所示。 图21 除污池液位变化3.10组态王动画连接的内部编程命令污水处理系统使用到组态王的内部编程。使用到的命令语言有两种，一种是数据改变命令，第二种是事件命令语言。事件命令语言的各个事件如下图22：图22 系统的事件命令语言每命令语句执行扫描时间为60ms。污水泵=1存在，执行：本站点污水泵风扇=本站点污水泵风扇+4; /污水泵风扇转动本站点沉淀池液位=本站点沉淀池液位+3; / 沉淀池液位上升本站点当前处理水量=本站点当前处理水量+3; /记录正在处理的水量 本站点污水处理总量=本站点污水处理总量+3; / 记录已处理的污水总量一号除污剂泵=1存在，执行：本站点一号泵风扇=本站点一号泵风扇+4; /风扇转动本站点一号剂液位=本站点一号剂液位-3; / 一号剂减少本站点沉淀池液位=本站点沉淀池液位-3; /沉淀池水转移到除污池本站点除污池液位=本站点除污池液位+3; /除污池液位上升 二号除污剂泵=1存在，执行本站点二号剂液位=本站点二号剂液位-3; /二号剂开始流出本站点二号泵风扇=本站点二号泵风扇+4; /二号泵风扇转动搅拌泵转动=1存在，执行本站点搅拌泵转动=本站点搅拌泵转动+4; /搅拌泵转动放水泵=1存在，执行本站点放水泵风扇=本站点放水泵风扇+4; /风扇转动本站点除污池液位=本站点除污池液位-3; /除污池水位减少本站点滤水量=本站点滤水量+3; /虑水量增加本站点集水池液位=本站点集水池液位+2; /集水池液位增加本站点总集水量=本站点总集水量+3; /总的集水量增加罐底门=1存在，执行 本站点罐底门打开=本站点罐底门打开-6; /罐底门开始打开小车=1存在，执行 本站点小车移动=本站点小车移动+10; /小车开始移动罐底门=50)本站点污水泵风扇=0; /风扇和搅拌泵转动一圈的数值50，风扇数值if(本站点一号泵风扇=50) /清零以满足循环转动本站点一号泵风扇=0;if(本站点二号泵风扇=50)本站点二号泵风扇=0;if(本站点放水泵风扇=50)本站点放水泵风扇=0;if(本站点搅拌泵转动=50)本站点搅拌泵转动=0; /if(本站点罐底门打开=0)本站点罐底门打开=100; /罐底门彻底打开后开始关闭if(本站点集水池液位=360)本站点集水池液位=0; /集水池水量到达360，集水池清零if(本站点一号剂液位=0)本站点一号除污剂位=1; /一号剂位到位时候，一号剂限位标志到达else本站点一号除污剂位=0; /否则限位处于断开状态if(本站点二号剂液位=0)本站点二号除污剂位=1; /当二号剂液位不大于0时，二号剂限位标志到达else本站点二号除污剂位=0; /否则，二号剂位标志断开if(本站点除污池液位=0&本站点放水泵=1)本站点防水位=1; /放水泵运行，除污池低位，放水位限位标志到达else本站点防水位=0; /否则，