基于PLC自动反冲洗过滤器控制系统的设计毕业论文.doc

长沙学院 CHANGSHA UNIVERSITY本科生毕业论文 论 文 题 目: 基于PLC自动反冲洗过滤器控 制系统的设计 系部：电子与通信工程系 专 业：电气工程及其自动化专业 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 职称 长沙学院教务处 二一三年六月制（20 14 届）本科生毕业设计说明书基于PLC自动反冲洗过滤器控制系统的设计系部： 电子与通信工程系 专 业： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 电气2班 学号 指导教师姓名： 职称 副教授 职称 最终评定成绩 2014 年 5 月摘要 随着我国经济的快速发展，管道海水处理已经是一个非常需要重视的问题。管道海水处理过程是一个非常复杂的非线性、多变量的控制过程。传统的海水过滤系统多采用常规的药物处理、反渗透处理等，多数都以手动控制系统为主，依靠操作员工的知识和经验进行处理。这些处理方式质量不稳定而且人工量大，成本高。因此为了提高海水处理的质量，降低成本，节省人力和物力资源，本设计采用先进的自动控制设备和技术，设计一个能够自动反冲洗控制的过滤器。 本次设计主要用的是日本三菱公司生产的FX2N-32M型号的PLC可编程控制器。利用GX.Developer软件设计出梯形图，并且用可编程控制器(PLC软件)写出指令表，最后用PLC仿真软件对所设计程序进行仿真，结果表明，此设计符合基本要求，将PLC应用于管道海水处理控制系统，对提高控制系统的自动控制性能，增加可靠性方面具有十分重要的现实意义。关键字：海水处理，可编程控制器（PLC），过滤器，控制系统ABSTRACT With the rapid development of Chinas economy and the pipeline water treatment is already a very need to attach importance to the problem. Pipeline water treatment process is a very complicated nonlinear, multivariable control process. Traditional water filtration system with more conventional drug treatment, reverse osmosis etc, most of them with manual control system is given priority to, rely on knowledge and experience of the operating staff for processing. These handling quality is not stable and large amount of artificial, cost is high. So in order to improve the quality of the water treatment, reduce costs, save manpower and material resources, the design adopts the advanced automatic control equipment and technology, can design a automatic backwash filters. This design mainly use the Japanese Mitsubishi company produces the FX2N - 32M models of PLC programmable controller. Use GX.Developer software design of ladder diagram, and by programmable controller (PLC) software written instruction table, finally with PLC simulation software to design simulation program, the results show that the design conforms to the basic requirements, applying PLC to pipe water treatment control system, to improve the performance of the control system of automatic control to increase reliability has very important practical significance.Keywords：Seawater treatment，Programmable controller (PLC)，Filter，Control system目录摘要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 课题研究的背景及意义11.2 国内外海水管道水处理情况11.3 自动反冲洗过滤器的控制系统的特点21.4 本文的主要工作31.5 本章小结3第2章 自动反冲洗过滤器控制系统方案研究42.1 自动反冲洗过滤器控制系统的设计要求及研究方案42.2 控制方式的选择52.3 本章小结5第3章 自动反冲洗过滤器的硬件电路设计63.1 自动反冲洗过滤器的系统组成及控制要求63.1.1 手动反冲洗73.1.2 自动反冲洗73.1.4 状态指示灯和故障指示灯说明73.1.5 自动检测83.2 自动反冲洗过滤器控制系统的主电路设计83.3 控制电路的设计与分析83.3.1 PLC的具体I/O分配83.3.2 控制电路I/O接线93.4 设备的选型103.4.1 PLC选型103.4.2压力控制器的选型113.4.3 阀门选型123.4.4 过滤网的选型123.5 本章小结12第4章 自动反冲洗过滤器控制系统软件部分134.1 控制方案的流程分析134.2 各模块功能程序144.2.1 手动模块程序144.2.2 自动模块程序154.2.3 急停模块程序174.2.4 指示灯模块程序174.2.5 自动检测模块程序184.3 本章小结19第5章 自动反冲洗过滤器控制系统仿真及分析205.1 GX.Developer编程软件介绍205.2 手动控制功能仿真及分析205.3 自动控制功能仿真及分析225.3.1 自动定时控制功能仿真及分析225.3.2 自动压差控制功能仿真及分析235.4 紧急停止和系统停止控制功能仿真及分析245.5 自动检测控制功能仿真及分析255.6 故障报警控制功能仿真及分析265.7 指示灯控制功能仿真及分析275.8 本章小结28结论29参考文献30附录31致谢37第1章 绪 论 随着我国现代工业的快速发展，管道海水处理控制系统在工业中的应用也越来越广泛，并且与此同时对海水的处理也有了更高的要求。目前许多正在使用的海水处理控制系统已经不能满足生产的需求。随着现代工业对生产效率和经济效益要求的提升，对其改造和升级势在必行。1.1 课题研究的背景及意义 自动反冲洗过滤器的清洗从控制方式上可以分为人工冲洗和自动冲洗。以前的过滤器大都采用人工清洗，清洗时需要拆下过滤器网进行清洗，过程比较繁琐，另外人工清洗全靠清洗者的经验进行冲洗，因此效果并不理想。为了满足自动反冲洗过滤器的精确性和节省人力资源，反冲洗控制的过滤器应景而生，具体的操作过程为：过滤器通过传感器将压差信息传送到过滤器控制系统，经过一系列的处理，按照一定的条件控制输出设备，对过滤器进行自动反冲洗操作1。 管道海水的处理控制系统一般分为单片机控制和PLC控制。单片机控制比较复杂，虽然经济，但是使用起来不方便，而且调试时间长，出现问题之后解决起来不方便。而PLC控制可靠性高、使用方便，并且通用性强、功能完善，而且维护方便、体积小，质量小，功耗低、减少控制系统的设计及施工的工作量。且PLC控制可以能根据需求及时有效的改变控制方式，能够随时按客户的要求改变功能，可操作性强，并且清洗高效彻底，系统可恢复性强。因此本设计采用PLC控制来研究海水管道水处理控制系统。 目前海水管道水处理过滤控制系统在我国广泛应用，对水资源的利用有了很大的提高。但是由于技术不成熟，设备不先进，在过滤过程中，残留在过滤网上的沉积物得不到有效的处理，只好进行人工处理沉积物，浪费了很多人力资源。因此设计一个能够自动清洗过滤网的装置-自动反冲洗过滤器对提高水质量，减少污染，节约成本具有十分重要的意义。1.2 国内外海水管道水处理情况 国外的自动反冲洗技术比较成熟，可以选择的种类很多，产品的质量稳定可靠，我国进口的过滤器主要来自于以色列和西班牙的一些品牌2。进口过滤器的精度，自动化程度和工作状态管理方面具有明显的优势。我国过滤器市场上比较有影响的是以阿米亚德为代表的以色列过滤器，它是最早进入中国市场的外国品牌，其产品性能稳定，市场占有率很大3。西班牙的以下产品是近几年进入中国市场的，其过滤器种类多样，实用性好，至今在国内过滤器的使用中有很大一部分。 我国对过滤器清洗方式的研究起初阶段是引进国外反冲洗过滤产品，但因为我国自动反冲洗的工作环境和单位标准跟国外的相差很多，从而这些引入产品的性能不够稳定，使用中故障率也比较高，在某些情况时都无法正常使用。另一方面，国外自动反冲洗过滤器的价格也比较昂贵，超出普通用户的承受范围，这造成目前国内很多地方仍然使用传统的手动清洗过滤器的原因4。随着近几年国内节水需求不断扩大，我国也开始研制自动反冲洗过滤器，目前研制过滤器比较成熟的是砂石过滤器，这种过滤器在制造工艺方面技术含量不高，过滤效果粗糙，一般作为初级过滤器使用。总之，国产过滤器产品相对国外产品而言价格比较便宜，但不管是从使用寿命，过滤效果，产品多样性还是自动化方面都与国外产品存在着较大的差距。 目前我国仍有很多企业使用传统的过滤器，这种过滤器在过滤持续过程中液体的固态杂质被过滤元件截留在表面，逐步沉积，导致过滤元件两端压力差增大，过滤的效率随之下降。传统的过滤设备连续过滤能力低，自动化程度不高，造成资源的巨大浪费。因此需要设计一种可实现自动反冲洗，自动化程度高，能够连续工作运行的过滤兵器控制系统。 近年来国内外开发研制了具备自动反冲洗功能的过滤器。这种过滤器不仅占地面积小，而且可以在不打断过滤连续性的同时，对过滤元件进行清洗，自动化程度高，节省了人力资源，使过滤效率大大提高。1.3 自动反冲洗过滤器的控制系统的特点 在用PLC设计的过滤器自动反冲洗控制系统中，设备工作过程由专用的PLC控制器控制，过滤、冲洗状态之间能够切换。自动反冲洗过滤器控制系统反应灵敏，运行准确。此控制系统采用PLC控制使得功能改变的简单，能够随时按客户的要求改变其功能，可操作性较强，并且冲洗的彻底，系统可恢复性很强5。该系统还具有结构简单，占地面积较小，安装灵活方便等优点。 它具有以下几个特点： 自动反冲洗过滤器采用的是标准模块化，处理能力强，占地面积小。过滤器采用手动控制和自动控制，自动控制又分为时间或和压差方式进行控制，实现自动反冲洗过滤器控制系统。 自动反冲洗过滤器工作过程由专用的PLC控制器控制，工作、反冲洗状态之间能够切换。 自动反冲洗过滤器使用寿命长。新型过滤元件坚固、无磨损、无腐蚀、极少结垢，经多年工业实用证明，此种过滤器使用数年也没有磨损，不会老化，过滤和反冲洗效果不会因使用时间长而变差。 自动反冲洗过滤器质量高，维护量少。其使用不需专用工具，零部件很少，易于使用，仅需定期检查，几乎不需日常维护6。1.4 本文的主要工作本次设计的主要工作是设计一个能够适用于多数中小型应用场合的自动反冲洗过滤器控制系统，主要功能包括以下两个方面：一是能够对海水进行过滤；二是能够对过滤网进行自动反冲洗。因此，为实现上述目标，本文的主要工作包括以下几个方面：选取适合的硬件元器件，设计出合理的硬件电路。分析本设计的控制要求选择合适可行的控制方式，并且设计出合理的控制程序。对本设计的控制程序进行仿真与改进，使设计能够达到控制要求。1.5 本章小结 本章主要介绍了海水管道水处理的研究背景和意义，并且介绍了国内外海水管道水处理的情况，充分的说明了自动反冲洗过滤器控制系统的特点。在此基础上对本文做出了一个简单的介绍，为海水管道自动反冲洗过滤器控制系统的设计奠定了基础。第2章 自动反冲洗过滤器控制系统方案研究 海水自动反冲洗过滤器控制系统方案的研究主要是在了解过滤器控制系统的研究内容与工作过程的基础上，根据控制系统具体的控制要求，确定本次设计的控制方式，从而设计合理的控制系统，使自动反冲洗过滤器控制系统达到控制功能完善、维护方便、价格合理的目的。2.1 自动反冲洗过滤器控制系统的设计要求及研究方案海水管道中阀门附近容易被沉积物堵塞。根据本次设计任务就是要解决阀门的自动清洗问题，由2台可正反转的电动机来控制2个电动球阀，采用PLC控制阀门电动机的运行，达到清洗目的。主要控制要求如下： 该系统的控制过程是海水进入管道会在进水阀门处的过滤网上残留一些沉淀物，因此要定期的清洗过滤网，并且要将残留物质排出管道。本设计中需要两台正反转电机控制两个阀门，主要分为自动控制和手动控制。自动控制又分为两种，自动压差清洗过滤操作和自动定时清洗过滤操作。自动压差过滤操作为当沉淀物达到一定程度的压力差时，压力传感器传出信号，即应将过滤网反转，排渣阀门打开，海水进入时冲洗掉过滤网上残留的沉淀物并且由排渣阀门排出，自动定时过滤操作为设定一个时间值，在达到这个时间点时，过滤器就会自动进行冲洗排渣。手动操作为当沉淀物达到某一程度时，工作人员就会进行手动清洗沉淀物，并且将这些残渣排出。设计中还要有一个停止按钮，可以及时停止所有操作。由于过滤器使用的时间长了就会出现不工作或者清洗不干净，因此还要考虑到过滤器修理问题，即在设计中显示出状态指示灯和故障报警灯，便于发现问题且及时解决问题。根据上述的控制要求分析，研究思路如下：由于本设计的自动反冲洗过滤器控制系统主要针对的是中小型的应用场合，所以采用两台正反转电动机来控制两个阀门，对海水进行过滤处理。采用压力传感器作为输入模拟量信号，输入到PLC控制器，从而控制两台电动机的启停。自动反冲洗过滤器控制系统要有手动控制方式和自动控制方式两种，在手动控制模式下时，能够紧急应对突发的状况，提高系统的灵活性，当过滤器出现故障时，能够通过手动控制电动机启停，确保控制系统继续运行。在处于自动控制模式下时，一是利用PLC中的定时器模块，编程设定清洗时间。二是通过压力传感器控制压力差，然后输入到PLC核心控制器，决定是否进行清洗或是停止过滤器的运行。2.2 控制方式的选择目前，在自动反冲洗过滤器控制系统的应用上，主要有3种控制方式能够满足自动反冲洗过滤器控制系统的控制要求，分别为继电接触器控制方式、单片机控制器控制方式、可编程逻辑控制器控制方式。继电接触器控制系统这种控制方式有着很大的缺点，它不仅耗能高，而且系统接线复杂，在整个控制过程中，任何一个继电器或接触器损坏，都会影响整个系统的正常工作和运行，故障率较高，且在查找和排除系统故障时比较困难，控制柜的安装接线工作量非常大，控制系统灵活性也比较差。单片机控制器控制方式成本相对较低，但是又由于单片机的制版工艺、布局结构、器件的质量等因素的影响使得其抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，并且其对环境依赖性强。单片机开发周期长，从设计到使用，要求设计人员有较高的专业知识与单片机开发经验。可编程控制器即基于PLC的控制器方式。PLC可编程控制器是发展比较早的工业控制器，能够简单的编程实现控制要求，灵活性高、通用性强、编程简单、易于掌握，它应用于工业生产线，能适应各种工业环境。PLC也可用于中小型自动化设备。经过比较，由于PLC控制系统有着独特的显示功能，编程方便，编程语言简单易懂，性价比较高，且本身偏向于中、小型自动化应用等优点。所以，本设计选择以PLC可编程控制器控制作为控制核心来设计自动反冲洗过滤器控制系统。2.3 本章小结本章主要分析了自动反冲洗过滤器控制系统的具体控制要求，通过对其要求的分析制定了合理的研究思路。最后对系统控制方式的选择做了详细的分析。第3章 自动反冲洗过滤器的硬件电路设计在了解了海水自动反冲洗过滤器控制系统设计要求的基础上，经过对比分析，选择了控制系统方案后，主要是对海水自动反冲洗过滤器控制系统硬件电路部分进行设计。海水自动反冲洗过滤器控制系统硬件电路设计主要包括过滤器的工作原理及组成、主电路部分的设计、控制电路部分的设计、以及对系统主要元器件的选型等方面。3.1 自动反冲洗过滤器的系统组成及控制要求 根据控制要求，可以得出反冲选过滤器的原理图如图3.1所示 图3.1过滤器原理图 自动反冲洗过滤器由过滤网、压力传感器、阀门、正反转电动机、可编程控制器（PLC）组成。 此过滤器可以把海水中大于0.15mm的杂质过滤出来，当海水中的杂质累积到一定程度时，就要对过滤器进行清洗。 打开海水过滤器的进水阀门和出水阀门，过滤器进行过滤工作阶段。海水由进水阀门进入，通过过滤网，使海水中的杂质附在过滤网表面，过滤后的海水流出出水阀门。经过一段时间后过滤网上的杂质会越累积越厚，此时过滤器进入反冲洗排污工作阶段，首先要关闭出水阀门，其次打开排污阀门和反转过滤网，海水继续由进水阀门进入，将过滤网上的杂质冲洗掉，并且由排污阀排出。 系统的反冲洗分为手动清洗和自动清洗两种方式，自动反冲洗又可以分为自动定时清洗和自动压差清洗。当转换开关置于手动位置时，系统处于手动工作状态，由按钮实现手动反冲洗的控制功能。当转换开关置于自动位置时，系统处于自动工作状态：自动模式下，切换开关置于定时位置时，系统处于自动定时控制；切换开关置于压差位置时，系统处于自动压差控制。3.1.1 手动反冲洗 当处于手动模式时，可在任意时间把电机运行开关打到“启动”位置启动反冲洗电机，同时把排污阀开关打到“开”位置，打开排污阀。这样就开始进行手动反冲洗。过段时间后把电机运行开关和排污阀开关打到“停止”和“关闭”位置结束手动反冲洗。 3.1.2 自动反冲洗 （1）压差控制 随着过滤网表面杂质的不断增厚，过滤器浊液腔和清液腔的压差逐渐变大，压力传感器检测到压差达到设定值时，自动反冲洗启动。当压差低于设定值时自动反冲洗停止。 （2）时间控制 根据需要设定海水过滤器的过滤时间和自动反冲洗的时间。当过滤运行时间到达设定值时，系统会自动转换为反冲洗排污工作状态。 上述两种控制方式为各自单独运行，以时间先到为标准。为了减少不必要的自动反冲洗次数，在压差控制启动的同时，需要将时间积累复位，重新开始计时；否则当压差控制自动反冲洗结束而时间累积也刚好到达设定值时，会又一次启动自动反冲洗，从而降低过滤效率。 3.1.3 紧急停止和系统停止 紧急停止是在过滤器工作状态下，突发故障或者是需要检修时，按下急停按钮，所有过滤器都会停止工作，当松开急停按钮时，过滤器又恢复原来的状态继续工作。 系统停止是不管过滤器处于任何状态，只要按下系统停止按钮，电动机就会断电，各过滤器都会停止工作。 3.1.4 状态指示灯和故障指示灯说明绿灯指示运行状态，红灯指示故障状态（闪烁）和自动方式中待机状态（长亮）；绿灯长亮表示该过滤器处于正常监控工作状态，（转向阀全开，排污阀全关）；绿灯闪烁表示该过滤器正处于清洗过滤运行中；红灯长亮表示该过滤器处于自动方式中待机状态；红灯闪烁表示该过滤器处于故障状态。3.1.5 自动检测 按下自动检测按钮，就会对处于自动模式下的各过滤器进行一次自动反冲洗检测。3.2自动反冲洗过滤器控制系统的主电路设计 本次设计需要两个正反转电动机，经过查找资料跟所学知识，得出图3.2主电路图。图3.2 主电路原理图3.3 控制电路的设计与分析 3.3.1 PLC的具体I/O分配 自动反冲洗过滤器控制系统PLC输入端：手动/自动模式、时间控制/压差控制、系统停止按钮、紧急停止按钮、转向阀打开按钮、转向阀关闭按钮、排污阀门打开、排污阀门关闭、故障按钮、自动检测按钮、转向阀到位打开、转向阀到位关闭、排污阀到位打开、排污阀到位关闭等15个输入端口。 自动反冲洗过滤器控制系统PLC输出端：反冲洗电机、过滤电机、排污阀门开、排污阀门关闭、绿灯、红灯等共6个输出端口。 根据输入输出端得出端子分配图表如表3.1所示：表3.1 端子分配表输入设备输入端子备注输出设备输出端子备注SB0X000手动/自动转换开关KM1Y001反冲洗电机SB1X001自动检测按钮KM2Y002排污阀打开SB2X002时间控制/压差控制KM3Y005过滤电机SB3X003系统停止开关KM4Y006排污阀关闭SB4X004紧急停止按钮LED0Y003绿灯SB5X005转向阀打开按钮LED1Y004红灯SB6X006转向阀关闭按钮SB7X007排污阀门打开按钮SB10X010排污阀门关闭按钮SB11X013故障按钮SB12X014转向阀到位打开SB13X015排污阀到位打开SB14X016转向阀到位关闭SB15X017排污阀到位关闭SB16X020压差信号3.3.2 控制电路I/O接线 根据端子分配表得出如下图3.3 I/O接线图。图3.3 I/O接线图3.4 设备的选型3.4.1PLC选型 PLC选型的基本原则是在满足控制要求的前提下，保证工作可靠，使用维护方便，以获得最佳的性价比。对于PLC的选择主要包括机型选择，输入输出端口选择，容量选择，输入输出模块选择、结构形式选择、电源模块选择等几个方面7。在此控制系统中，自动反冲洗过滤器控制系统PLC输入端：手动/自动模式、时间控制/压差控制、系统停止按钮、紧急停止按钮、转向阀打开按钮、转向阀关闭按钮、排污阀打开按钮、排污阀关闭按钮、故障按钮、自动检测按钮、转向阀到位打开、转向阀到位关闭、排污阀到位打开、排污阀到位关闭、压差信号按钮等15个输入端口。自动反冲洗过滤器控制系统PLC输出端：反清洗电机、正常过滤电机、排污阀门打开、排污阀门关闭、绿灯、红灯等共6个输出端口。 在选择相应规模的可编程控制器时需要留有10%15%的I/O裕量以便扩展。由于I/O端口的数量直接影响PLC的价格，因此在满足控制要求的前提下，应尽量减少占用PLC的I/O点，所以该系统的PLC的I/O端口数量选择为32个。 对于容量的选择，内存容量主要受到以下几个因素的影响：内存利用率、开关量输入输出点数、模拟量输入输出点数、用户的编程水平等。对于本设计来说，该系统是开关量输入输出控制系统，开关量输入输出总点数是计算所需内存储器容量的重要根据。一般系统中，开关量输入和开关量输出的比为6：4。这方面的经验公式是根据开关量输入、开关量输出的总点数给出的。所需内存字数=开关量（输入+输出）总点数*10=320个字=5K字节8。所以该系统PLC的内存容量应选择8K的。输出模块的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。对于开关频繁、电感性、低功率因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，缺点是模块价格高；过载能力稍差。继电器输出模块优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜，缺点是寿命短，响应速度慢。对于该控制系统开关动作不是很频繁，并且考虑到经济性，所以选择继电器输出模块。 PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块大印刷电路板上，节省了插接环节，结构紧凑，体积小，每一I/O点的平均价格也比模块式的便宜，所以小型PLC控制系统多采用整体式结构，该系统是采用小型PLC的控制系统，所以采用整体式结构。 综上所述，PLC选择的型号为：三菱FX2N32MRD。3.4.2压力控制器的选型 图3.4PKX型压力控制器 在过滤器工作过程中，为了确保过滤及自动反冲洗能够正常进行，进水口压力应大于0.2Mpa。当压力变送器检测到进水口压力小于0.2Mpa时，可由PLC控制过滤器停机。本文研究对象工作压力为0.6Mpa，故选用量程为01Mpa的压力控制器。 PKX型压力控制器采用波纹管式感压元件，具有精度高，稳定性好，耐腐蚀性强等优点，广泛应用于冶金、石油、化工、机械、船舶、轻工等行业的气、液压设备上，进行压力监控、报警、联锁保护、实现二位自动控制。此压力控制器分为普通型和防爆型两种。PKX压力控制器压力设定范围：00.16MPa 00.25MPa 0.020.4MPa 0.030.6MPa 0.051MPa 0.081.6MPa 0.122.5MPa 0.163.2MPa，其测量范围为：00.163.2MPa8，因此本次设计选用PKX型压力控制器。3.4.3 阀门选型 图3.5 DCL-40型号电动阀 在此过滤器中，排渣口和反冲洗口应各装有一个电动阀门，电动阀门的开关状态可由PLC控制。通过改变这两个电动阀门的开关状态，达到改变工作状态的目的。 因废水具有腐蚀性，所以应选用DCL阀门系列的产品。此阀门具有结构紧凑、外形美观、性能稳定、可靠性高、低噪音、智能控制、密封性能可靠可以达到双向密封零泄漏、密封材料耐老化、耐腐蚀，使用方便、寿命长、等特点。 根据阀门在工作过程中所承受的工作压力、阀门的适用温度、所设计管路的直径、阀门适用的介质、阀门的重量和价格等因素选用。本文选用DCL-40型号的电动阀。3.4.4过滤网的选型 过滤网过滤器的滤渣效果主要取决于所用滤网的目数，而选择滤网目数的依据是由污水中所含污物的性质和滤液最终要求杂质的最小直径所决定的。 本设计过滤器的适用的杂质颗粒尺寸很小，略带腐蚀性。根据资料显示比较确定选用斜纹编织密纹滤网。此过滤网为不锈钢金属丝，直径为0.0400.025mm(经纬)，基本孔径约为8m10。 此精度的过滤网工作在0.6Mpa，120ms/s的环境中，自动反冲洗过滤器的压力损失为0.10.3Mpa。滤网堵塞后，当压差大于设定值(0.6Mpa)时，由压力控制器发出信号到PLC，由PLC可编程控制器控制进行反冲洗。3.5本章小结 本章主要对自动反冲洗过滤器控制系统硬件电路的各个部分进行了分别设计，其中包括主电路部分的设计分析、控制电路地址分配表和I/O接线图部分的设计分析，并对所用的元器件进行了分析与选型。第4章 自动反冲洗过滤器控制系统软件部分 根据海水自动反冲洗过滤器控制系统的工作原理及控制要求，在第3章的基础上，对本次设计进行了软件设计。根据程序的设计要求以及工作流程，整个系统软件设计程序部分由自动控制功能模块、手动控制功能模块、系统停止程序功能模块、紧急停止程序功能模块、故障报警程序功能模块组成。急停功能模块为最高优先级，确保控制系统能够实现紧急停止且松开后能够恢复到原有工作状态，手动功能模块优先于自动功能模块。4.1控制方案的流程分析 根据控制方案的研究，得出如下图4.1自动反冲洗控制系统流程图。 图4.1 自动反冲洗控制系统流程图 首先要选择是手动模式还是自动模式，当选为手动模式时，过滤器进入工作状态，需要手动启动清洗电机运行。当选择自动模式时，先要选择是自动定时控制还是自动压差控制，当选为自动定时控制时，如果还没有达到所设定的时间，那过滤器就继续过滤，当达到所设定的时间时，过滤器就会进入清洗状态。当选为自动压差控制时，实际压力值大于所设定的压力值时，过滤器就会进行自动清洗。4.2各模块功能程序4.2.1 手动模块程序 手动模式控制程序梯形图如下图4.2所示 图4.2 手动模式控制程序梯形图 当启动手动模式时，自动模式就会停止运行。当手动开启电机、排渣阀门时，排渣阀门处于关闭状态，此过滤器正在进行过滤操作。当转向阀到位打开、排污阀到位打开，则，反清洗电机就会运行，排渣阀门打开，过滤器就会进入反清洗状态。当转向阀到位关闭，排污阀到位关闭，过滤器就会进入正常过滤状态。4.2.2 自动模块程序 自动模式控制程序梯形图如下图4.3所示。图4.3 自动模式控制程序梯形图当自动反冲洗过滤器进入自动模式时，先要选择是自动定时控制方式还是自动压差控制方式。当选择自动压差控制时，压差信号传到PLC，就会自动启动过滤模式，此时过滤器处于自动过滤状态。当转向阀到位打开，排污阀到位打开，反清洗电机、排渣阀门打开，进行自动清洗。当没有压差信号时，自动反清洗就会停止，过滤器就会进行正常过滤。当选择自动定时控制方式时，计时器开始计时，达到设定值后过滤器进入正常过滤状态。当转向阀到位打开，排污阀到位打开，反清洗电机、排渣阀门打开，进行自动清洗。当计时停止后，反清洗就会停止，进如正常过滤状态。4.2.3 急停模块程序 急停模式控制程序部分梯形图如下图4.3所示 图4.3 急停模式控制程序部分梯形图当自动反冲洗过滤器处于工作状态时，按下系统停止开关，自动反冲洗过滤器就会断电而停止工作。当按下紧急停止按钮时，所有处于工作状态的过滤器都会暂停，当松开紧急停止按钮后，自动反冲洗过滤器将恢复到原来的工作状态，继续进行反冲洗。4.2.4 指示灯模块程序 指示灯模块程序梯形图如下图4.4所示。图4.4 指示灯模块程序梯形图 当自动反冲洗过滤器控制系统处于正常过滤状态下时，绿灯Y003处于常亮状态，表示自动反冲洗过滤器控制系统正常过滤。当反冲洗电机Y001运行时，中间继电器M32得电，绿灯Y003开始闪烁，表示自动反冲洗过滤器控制系统正在进行反冲洗过程。当启动自动模式时，红灯Y004常亮，表示次过滤器正处于自动模式。当按下X013故障按钮时，M31得电，红灯Y004闪烁，显示此过滤器出现故障。4.2.5 自动检测模块程序 自动检测模式控制程序梯形图如图4.5所示。图4.5 自动模式控制程序梯形图 当自动反冲洗过滤器控制系统处于自动检测模式时，其他各模块都停止工作。启动自动检测功能，过滤器就会自动进行一次自动反冲洗检测。4.3本章小结 本章在结合前几章的分析下对本次设计的控制系统进行了软件设计。主要介绍了自动反冲洗过滤器控制系统的软件件部分，画出了系统的流程框图，并对自动反冲洗过滤器控制系统的各个功能模块进行了分析。在此基础上，将这些部分有机结合，完成了主程序的设计。第5章 自动反冲洗过滤器控制系统仿真及分析 三菱GX.Developer软件不仅具有编程功能，还具备了强大的软件仿真功能。借助于软件仿真功能，可以直接在PLC机上对程序进行调试。下面将利用该功能对本设计中的控制程序进行仿真。5.1 GX.Developer编程软件介绍 三菱PLC编程软件有好几个版本，早期的有FXGP/DOS和FXGP/WIN-C，和现在常用的GPP For Windows和最新的GX Developer(简称GX)四个版本。实际上GX Developer是GPP For Windows升级版本，相互兼容，但GX Developer界面更友好，功能更强大、使用更方便。 在这里介绍的是GX Developer7.08J（SW7D5C-GXW）版本，它适用于Q系列、QnA系列以及FX系列的所有PLC可编程控制器。GX编程软件可以编写梯形图和状态转移图，它支持在线和离线编程功能，并具有软元件注释、声明、注解及程序监视、测试、故障诊断、程序检查、程序仿真等功能。此外，其具有突出的运行写入功能，而不需要频繁操作STOP/RUN开关，方便程序调试。 GX Developer编程软件可在Windows97/Windows98/Windows2000及Windows XP系统中运行。该编程软件简单易学，具有丰富的工具箱，直观形象的视窗界面。此外，GXDeveloper编程软件可直接设定CC-link及其他三菱网络的参数，能方便地实现监控、故障诊断、程序的传送及程序的复制、打印和删除等功能。5.2手动控制功能仿真及分析手动模式是每个开关单独控制电机运行和打开关闭排污阀门。当X000取反，选择手动模式，此时需要手动按下X005、X007，使M0、M1得电，转向阀到位关闭，Y005得电，排污阀到位关闭，Y006得电，排渣阀门处于关闭状态，此时过滤器处于正常过滤状态。当转向阀到位打开，则反清洗电机Y001就会得电运行，同时转向阀到位关闭，X016就会断开，Y005就会断电。当排污阀到位打开，X015就会得电，排渣阀门Y002打开，同时排污阀到位关闭，X017就会断开，Y006断电，就会进行自动反冲洗过滤状态。手动控制梯形图状态图如图5.1所示图5.1 手动控制梯形图状态图5.3自动控制功能仿真及分析5.3.1 自动定时控制功能仿真及分析 选择自动模式，按下X002按钮，选择自动定时控制。计时器T0开始计时，当达到设定时间后，T1开始计时，30s后，计时器T2得电并且开始计时，中间继电器M6和M7得电。Y005和Y006就会得电，显示过滤器处于正常过滤状态，排渣阀门处于关闭状态。当转向阀到位打开，则反清洗电机Y001就会得电运行，同时转向阀到位关闭，X016就会断开，Y005就会断电。当排污阀到位打开，X015就会得电，排渣阀门Y002打开，同时排污阀到位关闭，X017就会断开，Y006断电。当计时器T2达到设定值后，继电器M6、M7断电，转向阀到位打开，X014就会断开，同时转向阀到位关闭，X016就会得电，同时排污阀到位打开，X015就会断开，排污阀到位关闭，X017就会得电，过滤器又处于正常过滤状态。自动定时控制梯形图状态图如下图5.2所示。 图5.2自动定时控制梯形图状态图5.3.2自动压差控制功能仿真及分析 当X002取反得电时，选择了自动压差控制方式对过滤器进行冲洗。当压差信号到达，X020就会得电，中间继电器M2也得电，同时M4、M5得电。此时过滤器处于正常过滤状态，阀门Y006处于关闭状态，Y005得电，处于过滤工作状态。当转向阀到位打开，则反清洗电机Y001就会得电运行，同时转向阀到位关闭，X016就会断开。当排污阀到位打开，X015就会得电，排渣阀门Y002打开，同时排污阀到位关闭，X017就会断开。当压差信号断开，X020就会断电，中间继电器M4、M5就会断开，转向阀到位打开，X014就会断开，同时转向阀到位关闭，X016就会得电，同时排污阀到位打开，X015就会断开，排污阀到位关闭，X017就会得电，过滤器又处于正常过滤状态。自动压差控制功能仿真状态图如下图5.3所示。图5.3 自动压差控制功能仿真状态图5.4紧急停止和系统停止控制功能仿真及分析 当系统处于运行状态时，按下急停按钮X004，自动反冲洗过滤器控制系统就会停止工作。当松开X004按钮时，系统恢复停止前的工作状态。 当系统处于工作状态时，按下系统停止开关X003，自动反冲洗过滤器控制系统就会停止工作。紧急停止和系统停止部分梯形图状态图如下图5.4所示图5.4 紧急停止和系统停止部分梯形图状态图5.5自动检测控制功能仿真及分析 根据要求此设计中需要进行自动检测。当按下自动检测按钮X001时，M100启动，T10开始计时进行时间保护，且自动反冲洗过滤器控制系统开始进行测试阶段。自测段1标志位T101开始计时10s后，自动反冲洗电机Y005开始进入工作状态，且绿灯处于常绿状态。当T102得电开始计时10s后，排渣阀门Y006得电处于关闭状态，当转向阀到位打开，则反清洗电机Y001就会得电运行，同时转向阀到位关闭，X016就会断开。当排污阀到位打开，X015就会得电，排渣阀门Y002打开，同时排污阀到位关闭，X017就会断开。当T103开始计时到达设定值时，自动检测结束。自动检测控制功能梯形图状态图如下图5.5所示。 图5.5 自动检测控制功能梯形图状态图5.6故障报警控制功能仿真及分析 当系统处于工作状态时，按下故障开关X013，中间继电器M31得电，Y004断电，随之M31断电，Y004得电，一直重复之前动作，红灯Y004就会显示闪烁状态。故障报警控制功能梯形图状态图如下图5.6所示。图5.6 故障报警控制功能状态图5.7 指示灯控制功能仿真及分析 当自动反冲洗过滤器控制系统处于正常过滤状态时，Y003绿灯就会常亮。当进行自动反冲洗运行时，中间继电器M32、M34就会得电，M30同时也会得电，Y003绿灯就会断开，M34、M30也会断电，同时Y003就会得电，一直重复这些动作，绿灯就会显示闪烁状态，表示过滤器正在进行自动反冲洗工作。当选择自动模式时，红灯处于常亮状态，表示此过滤器在自动模式下工作，且还没开始进行自动反冲洗过程。指示灯控制功能梯形图状态图如下图5.7所示。图5.7 指示灯控制功能梯形图状态图5.8本章小结 本章主要介绍了GX.Developer编程软件，对自动反冲洗过滤器控制系统进行了仿真，分别为手动控制程序仿真、自动定时控制程序仿真、自动压差控制程序仿真、紧急停止控制程序仿真、系统停止控制程序仿真、故障报警控制程序仿真等。结论目前国内使用的海水自动反冲洗过滤器控制系统已经不能满足过滤的需求，其控制功能简单，系统出故障率较高，维修比较困难，海水过滤效率较低，而