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plc在过滤流程控制系统中的应用,毕业设计
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第 1 页 学院 2006 2007 学年 第 二 学期 毕业设计 课题名称： PLC 在过滤流程控制系统中的应用 设计时间： 2006 年 11 月 2007 年 6 月 系 部： 电子信息工程系 班 级： 0401 电子信息 姓 名： 指导教师： nts 第 2 页 总 目 录 第一部分 任务书 第二部分 开题报告 第三部分 毕业设计报告 nts 第 3 页 第 一 部 分 任 务 书 nts 第 4 页 毕 业 设 计 任 务 书 一、 设计题目 PLC 在过滤流程控制系统中的应用 二、 设计目的 1 通过毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分析和解决实际问题的能力。 2 使学生受到 PLC 系统开发的综合训练，达到能够进行 PLC 系统设计和实施的目的。 3 掌握过滤流程控制系统的工作原理和设计思路。 三、 控制要求及技术指标 1 系统设计需求分析 含油污水是石油开采过程中的一种伴生产物，它对环境有很大的影响。为了避免对环境的污染，含油污水必须得到妥善的处理。 PLC 在过滤流程控制系统中的应用，具有巨大的经济和社会价值。 2 含油污水处理的工艺流程 目前国内各油田对含油污水的处理基本上都是进行加药、沉降、过滤、回注等处理工序。 沉降和过滤过程是在含油污水经过加药处理过程后，在污水中形成许多絮凝物，加药后的污水进入沉降罐中，污水中的杂质在沉降罐中沉淀后，上层清液由沉降罐顶部流出，经过加压泵后，进入精细过滤器过滤，经 过过滤器过滤后就可以达到要求的技术指标。沉降罐运行中底部的污泥需要定时排出。 3 沉降罐排污流程 （ 1）沉降 在沉降罐中进行，来水进入沉降罐，在罐中将大部分杂质沉淀到罐底，上层清液由顶部的出水口流出，进入下一道工序。 （ 2）排污 沉降过程运行一定时间后，需要将底部的 4 个排污阀依次打开，将罐底的污泥排出。排污过程不影响沉降过程。 4 过滤器过滤流程 nts 第 5 页 （ 1）过滤 经过沉降处理的污水进入过滤器中。过滤进水阀和出水阀门打开，污水经过加压泵加压后，由过滤进水阀进入过滤器，经过滤层过滤后，再经过滤出水阀流出，进入 清水罐储存起来。 （ 2）排水 当过滤器运行一段时间后，需要反冲洗，首先需要将过滤器中的水排出。排水时，过滤进、出水阀关闭，然后排水和排气阀打开，将过滤器中的污水排出。 （ 3）反冲洗 当过滤器中的水排出后，将排气和排水阀关闭，将反冲洗泵打开，并将过滤器的反冲洗进水和出水阀打开，开始反冲洗过程。 5 设备控制要求 该控制系统中所有设备都具有自动 /手动功能。当设备处于自动工作方式下时，所有设备按 PLC 程序中设定的时间间隔工作；在动工作方式中，操作员可以使用控制盘上的按钮控制设备的工作。 控制盘上有用于控制操作的开 关、按钮和定时器，以及用于显示工作状态的指示灯等控制设备。 PLC 输出节点通过电缆和现场的控制设备连接。控制阀门采用气动蝶阀，控制电磁阀采用两位五通单电控电磁阀。 沉降罐的控制： 沉降罐的控制分为自动和手动两种控制方式。这两种方式，都是由 PLC 按程序设定好的操作顺序依次控制沉降罐阀门的开启和关闭，不需要操作人员在现场手动启动和关闭阀门。 （ 1） 自动状态 当某一个沉降罐的方式选择开关置于自动的位置时，该沉降罐处于自动控制状态。该沉降罐按照沉降罐定时器所设定的时间间隔定时自动操作，不需要操作工的干预。 （ 2）手动 状态 当某一个沉降罐的方式选择开关置于手动的位置时，该沉降罐处于手动控制状态。该沉降罐不会按照沉降罐定时器所设定的时间间隔定时自动操作，而需要操作工通过仪表盘上的按钮来启动沉降罐，使其自动完成排污过程。 过滤罐的控制： nts 第 6 页 过滤罐的控制分为自动、手动和差压 3 种控制方式。这 3 种方式，都是由 PLC按程序设定好的操作顺序依次控制过滤罐阀门的开启和关闭，不需要操作人员在现场手动启动和关闭阀门。 （ 1） 自动状态 当某一个过滤罐的方式选择开关置于自动的位置时，该过滤罐处于自动控制状态。该过滤罐按照过滤罐定时器所设定的时间间 隔定时自动操作，不需要操作工的干预。 （ 2）手动状态 当某一个过滤罐的方式选择开关置于手动的位置时，该过滤罐处于手动控制状态。该过滤罐不会按照过滤罐定时器所设定的时间间隔定时自动操作，而需要操作工通过仪表盘上的按钮来启动过滤罐，使其自动完成排污过程。 （ 3）差压控制状态 无论过滤罐的方式选择开关处于何种状态，当该过滤罐上的差压开关动作后，仪表盘上的差压报警指示灯点亮，并且自动开始该过滤罐的反冲洗过程。 当有过滤罐正在反冲洗时，以上的控制都不起作用，只有等到停止反冲洗后才能起作用；在任何时候，均可以中断过滤罐 的反冲洗过程。 四、毕业设计的基本过程 1 分析被控对象和明确控制要求 了解被控设备的工作原理、工艺流程和操作方法，了解被控对象机械、电气、液压传动之间的配合关系，确定被控对象的控制要求。 2 PLC 选型 根据系统的控制要求，确定系统的输入设备的数量及种类，明确输入信号的特点，选择与之相匹配的输入模块。根据负载的要求选用合适的输出模块。确定输入输出点数。 3 控制程序设计 包括状态表、状态转换图、梯形图、指令表等 4 种形式。 五、毕业设计的基本内容 1 明确 IO 的点数和类型 2 PLC 选型和配置 3 硬件设 计：包括 IO 口设备的选择与 IO 点分配； nts 第 7 页 4 软件设计：梯形图的设计 5 编写毕业设计说明书及主要设备材料清单 6 绘制 PLC 程序清单及注释 六、应完成的技术资料 1 开题报告（ 2000 字左右） 2 毕业设计论文（ 40 页左右， 15000 字以上） 七、设计时间进度安排 2006 年 11 月 - 2007 年 12 月 选题、调研、收集资料 2006 年 12 月 21 日 - 2006 年 12 月 31 日 论证、开题 2007 年 01 月 01 日 - 2007 年 03 月 30 日 设计（写作初稿） 2007 年 04 月 01 日 - 2007 年 05 月 30 日 修改 2007 年 06 月 01 日 - 2007 年 06 月 20 日 定稿、打印、答辩 nts 第 8 页 第 二 部 分 开 题 报 告 nts 第 9 页 院 电子信息工程 系 07 届 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 开开 题题 报报 告告 书书 （ 表表 1） 学生姓名 专业 电子信息技术 班级 0401 电子信息 学号 题 目 PLC 在过滤控制系统中的应用 指导教师 职 称 学 位 硕 士 题目类别 工程设计 基础研究 应用研究 其它 【课题的内容与要求】 1 课题内容 过滤工艺流程图， PLC 程序 及梯形图控制程序的编制，并画出 流程 图。 2 课题要求 （ 1）系统设计需求分析，认真研究工艺流程的工作原理； （ 2）明确 IO 的点数和类型，进行 PLC 选型和配置； （ 3）硬件设计：包括 IO 口设备的选择与 IO 点分配； （ 4）软件设计：梯形图的设计， PLC 控制系统等； （ 5）绘制 PLC 程序清单及注释。 【前言】 当今这个世界，随着生产力的发展，生活水平的提高 ，人对新事物的追求也越来越高，大气污染，环境污染，污水污染等各种问题也越来越多，根据各种统计报告指出，这些问题严重危害社会，对整个世界的破坏也乘上升趋势，面对着这紧张局势，我们对这些问题的处理要求也日趋严格，迫切需要掌握更多对这些污染问题的解决方法与解决这些问题的专业技术人员来保证污染问题处理的正常运行。 例如含油污水是石油开采过程中的一种伴生产物，它对环境有很大的影响。为了避免对环境的污染，含油污水必须得到妥善的处理。目前国内各油田对含油污水的处理基本上都是进行加药、沉降、过滤、回注等处理工序。为了保证污 染处理过程的安全性、可靠性和生产的连续性，需要对含油污水处理的沉降和过滤过程进行控制。 【方案的比较与评价】 目前在开采石油过程中，对含油污水处理必须做的妥善。这个严峻的问题必须深思熟虑，这样才能解决问题。怎样才能克服含油污水，这必须依靠 PLC 在过滤流程控制系统中的应用。通过可编程逻辑控制器（ PLC）进行程序设计，然后将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部设备传送输出信号，开始控制外部设备。但是在实行的过程中，存在着很多问题。 我们目前决大多数的研究都集中在一些比较简单的过滤 处理问题，而对有利于社会方面的发展则涉及的不多，也不够宽广。这也是目前存在的主要问题。 本文采用目前工业控制常用的 PLC 作为主控元件的控制系统，其特点是价格低，编程简单，一般工程技术人员以及稍懂电气维修人员都能编程，并且易于功能扩展。 含油污水是石油开采过程中的一种伴生产物，它对环境有很大的影响。为了避免对环境的污染，含油污水必须得到妥善的处理。 PLC 在过滤流程控制系统中的应用，具有巨大的经济和社会价值。 nts 第 10 页 【预期的效果及指标】 该控制系统中所有设备都具有自动 /手动功能。当设备处于自动工作方式下时，所有设备 按 PLC 程序中设定的时间间隔工作；在手动工作方式中，操作员可以使用控制盘上的按钮控制设备的工作。 控制盘上有用于控制操作的开关、按钮和定时器，以及用于显示工作状态的指示灯等控制设备。 PLC 输出节点通过电缆和现场的控制设备连接。控制阀门采用气动蝶阀，控制电磁阀采用两位五通单电控电磁阀。 沉降罐的控制分为自动和手动两种控制方式，都是由 PLC 按程序设定好的操作顺序依次控制沉降罐阀门的开启和关闭，不需要操作人员在现场手动启动和关闭阀门。 过滤罐的控制分为自动、手动和差压 3 种控制方式，由 PLC 按程序设定好的操作顺序依 次控制过滤罐阀门的开启和关闭， 不需要操作人员在现场手动启动和关闭阀门。 【进度安排】 2006 年 11 月 - 2007 年 02 月 选题、调研、收集资料 2007 年 03 月 01 日 - 2007 年 03 月 15 日 论证、开题 2007 年 03 月 16 日 - 2007 年 04 月 15 日 设计（写作初稿） 2007 年 04 月 16 日 - 2007 年 05 月 25 日 修改、定稿、打印 【参考文献】 （ 1） 廖常初 PLC 编程及应用 (附光盘 ) 机械工业出版社 2005 年 5 月 （ 2） 廖常初 PLC 应用技术问答 机械工业出版社 2006 年 4 月 （ 3）程子华 PLC 原理与编程实例分析 国防工业出版社 2007 年 1 月 （ 4）胡学林 可编程控制器应用技术 M 高等教育出版社 2003 年 （ 5）汪晓平 PLC 可编程控制器系统开发实例导航 人民邮电出版社 2004 年 7 月 （ 6）刘柏生 PLC 编程实用指南 (附光盘 ) 机械工业出版社 2007 年 1 月 （ 7） 杨公源 可编程控制器原理及应用 西安电子科技大学出版社 2004 年 2 月 （ 8）高钦和 可编程控制器应用技术与设计实例 人民邮电出版社 2004 年 7 月 【指导教师意见】（有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等） 同意提交开题论证 修改后提交 不同意提交（请说明理由） 指导教师签章： 年 月 日 【系部意见】 同意指导教师意见 不同意指导教师意见（请说明理由） 其它（请说明） 队系（部）主任签章： 年 月 日 nts 第 11 页 第 三 部 分 毕 业 设 计 报 告 nts 第 12 页 目 录 第一章 绪论 . 14 1.1 PLC 的产生与发展 . 14 1.2 PLC 的特点 . 16 1.3 PLC 的分类 . 17 1.4 PLC 控制系统的发展趋势 . 17 第二章 过滤流程控制系统的工艺流程及设备控制要求 . 19 2.1 沉降、过滤过程的工艺流程 . 19 2.2 过滤流程的设备控制要求 . 20 第三章 过滤流程控制系统的 PLC 选型和资源配置 . 22 3.1 控制系统构成图 . 22 3.2 PLC 框架配置图 . 22 3.3 I/O 地址分配 . 22 3.4 模块功能概述 . 23 第四章 过滤流程控制系统程序设计和调试 . 24 4.1 编程软件介绍 . 24 4.2 程序的流程图、构 成及相关设置 . 24 4.2.1 流程图 . 24 4.2.2 程序的构成 . 27 4.2.3 程序的下载、安装和调试 . 27 第五章 过滤流程控制系统 PLC 源程序 . 28 5.1 程序构成介绍 . 28 5.2 系统资源分配 . 28 5.3 主源程序 . 38 5.3.1 子源程序 1 . 50 5.3.2 子源程序 2 . 51 第六章 设计小结 . 53 第七章 致谢 . 54 参考文献 . 55 nts 第 13 页 PLC 在过滤 控制系统中的应用 沈莉 0401 电子信息 摘 要 ： PLC 在过滤流程 控制系统中的应用是一个典型的 PLC 控制系统。本系统采用 CQMI系列的 PLC，对含油污水处理的沉降和过滤过程进行控制。该系统可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低。论文对系统资源进行分配，设计了 PLC 程序并调试等等。实际应用表明，该系统操作简单，实用，功能齐全，对国内石油田处理含油污水有着非常重要的作用。 关键词 ： 过滤控制系统 PLC 程序 The application of PLC in filters control system Li Shen 0401 Electrical Information Abstract:The application of PLC in filters in the flow control system is a typical PLC control system. The system adopts CQMI series PLC to carry on the control of oil-contained sewage treatment subsidence and the filters process. This system has thigh reliability, strong anti-jamming ability, complete necessary, perfect function, strong serviceability. It is easy to know and use, and it is deeply welcomed by engineers and technicians. The work load of system design and construction is small. It is convenient to maintain and easy to transform. The system has characteristics of small volume, light weight and low energy consumption. The system resource distribution is carried, the program is designed and debugged. The practical application shows that the system operation is quite simple and practical and all the functions are completed. It plays an important role in treating the oil-contained sewage to the domestic oilfield. Key words: Filters control system PLC procedure nts 第 14 页 第一章 绪论 1.1 PLC 的产生与发展 可编控制器（ PLC）是在计算机技术 ,通信技术和继电器控制技术的发展基础上发展起来的，最初叫做可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller），即 PLC，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，利用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入 /输出来控制机械设备或生产过程。美国电气制造商协会经过 4 年调查，于 1980年 将其正式命名为可编程控制器（ Programmable Controller），简写为 PC。后来由于PC 这个名称常常被用来称呼个人电脑（ Personal Computer），为了区别，现在也把可编程控制器称为 PLC。 20 世纪 60 年代以前，汽车流水线的自动控制系统基本上都采用传统的继电器控制。在 60 年代初，美国汽车制造业竞争越发激烈，而汽车的每一次更新的周期越来越短，这样对汽车流水线的自动控制系统更新就来越频繁，原来的继电器控制就需要经常地重新设计和安装，从而延缓了汽车的更新时间。所以人们就想能有一种通用性和 灵活性较强的控制系统来代替原有的继电器控制系统。 1968 年，美国通用汽车公司首先提出可编程控制器的概念。在 1969 年，美国数字设备公司（ DEC）终于研制出世界上第一台 PLC。这是由一种新的控制系统代替继电器的控制系统，它要求尽可能地缩短汽车流水线控制系统的时间，其核心采用编程方式代替继电器方式来实现生产线的控制。这种控制系统首先在美国通用汽车的生产线上使用，并获得了令人满意的效果。 PLC 在食品、制造和冶金等其他工业部门相继得到了应用。 1971 年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的 PLC。 1973 年，欧 洲一些国家也研制了自己的 PLC。1974 年，我国也开始仿照美国的 PLC 技术研究自己的 PLC，终于在 1977 年研制出第一台具有实用价值的 PLC。 大规模集成电路和超大规模电路的出现使得 PLC 在问世后的发展极为迅速。现在， PLC 不仅能实现继电器的逻辑控制功能，同时还具有数字量和模拟量的采集和控制、 PID 调节、通信联网、故障自诊断及 DCS 生产监控等功能。 PLC 作为工控机的一员，在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。nts 第 15 页 它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。据统计，当今世界 PLC 生产厂家 约 150 家，生产 300 多个品种。 2000 年销售额约为 86 亿美元，占工控机市场份额的 50%， PLC 将在工控机市场中占有主要地位，并保持继续上升的势头。 PLC 在 60 年代末引入我国时，只用作离散量的控制，其功能只是将操作接到离散量输出的接触器等，最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。新一代的 PLC 具有 PID 调节功能，它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域，广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。但 PLC 也面临着其它行业工控产品的挑战，各厂家正采取措施不断改进产品，主要表现为以下几个方面： （ 1） 微型、小型 PLC 功能明显增强 很多有名的 PLC 厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的 PLC。三菱的 fxos14 点 (8 个 24vdc 输入， 6 个继电器输出 )，其尺寸仅为 58mm89mm，仅大于信用卡几个毫米，而功能却有所增强，使 PLC 的应用领域扩大到远离工业控制的其它行业，如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等，甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。 （ 2） 集成化发展趋势增强 由于控制内容的复杂化和高难度化，使 PLC 向集成化方向发展， PLC 与 PC 集成、 PLC 与 DCS 集成、 PLC 与 PID 集成等，并强化了通讯能力和网络化 ，尤其是以 PC 为基的控制产品增长率最快。 PLC 与 PC 集成，即将计算机、 PLC 及操作人员的人 机接口结合在一起，使 PLC 能利用计算机丰富的软件资源，而计算机能和PLC 的模块交互存取数据。以 PC 机为基的控制容易编程和维护用户的利益，开放的体系结构提供灵活性，最终降低成本和提高生产率。 （ 3） 向开放性转变 PLC 曾存在严重的缺点，主要是 PLC 的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的，绝大多数的 PLC 是专用总线、专用通信网络及协议，编程虽多为梯形图，但各公司的组态、寻址、语文结构不一致，使各种 PLC 互不兼容。国际电工 协会 (iec)在 1992 年颁布了 iec1131-3可编程序控制器的编程软件标准，为各 PLC 厂家编程的标准化铺平了道路。现在开发以 pc 为基、在 windows 平台下，符合 iec1131-3国际标准的新一代开放体系结构的 PLC 正在规划中。 nts 第 16 页 1.2 PLC 的特点 （ 1） 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 （ 2） 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于 各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 （ 3） 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指 令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 （ 4） 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 （ 5） 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，nts 第 17 页 功耗仅数瓦。由于体积小 ，容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 1.3 PLC 的分类 PLC 的分类没一个严格的统一标准，而是一种通过结构形式、控制规模实现的功能进行大致的分类。 （ 1） 按结构分类 PLC 按照其硬件的结构形式可分为整体式和组合式。 （ 2） 按控制规模分类 小型 PLC IO 点数一般在 128 点以 下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量 IO 以外，还可以连接模拟量 IO 以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以 及各种应用指令。 中型 PLC 采用模块化结构，其 IO 点数一般在 2561024 点之间。 IO 的处理方式除了采用一般 PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。 大型 PLC 一般 IO 点数在 1024 点以上的称为大型 PLC。大型 PLC 的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模 块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型 PLC 还可以采用三 CPU 构成表决式系统，使机器的可靠性更高。 1.4 PLC 控制系统的发展趋势 PLC 具有可靠性高、使用方便、编程简单、体积小、重量轻等特点。目前，全世界 PLC 生产厂家约为 200 家，生产 300 多个品种。作为控制装置，它在许多工业领域都得到广泛的应用。随着微处理器技术和现代通信技术的发展， PLC 也得到了迅速发展，其技术和产品日趋完善。 nts 第 18 页 PLC 的主要发展趋势主要表现在以下几个方面： （ 1） 高速度、高 I/O 容量、功能强大 随着 CPU 处理速度的提 高， PLC 程序执行的速度也越来越快；大规模和超大规模集成电路的发展，相应地使 I/O 的容量也得到增加；智能规模的增加，使 PLC 能够实现的功能越来越多。 （ 2） 强大的 PLC 联网能力 随着人们对工业自动化的要求越来越高，人们已经不再满足对几个设备、几条生产线的 PLC 控制，而是要求实现对全工厂的自动化，所以提高 PLC 控制系统的网络功能成为 PLC 的发展趋势。以后人们不仅能通过通信模块进行 PLC 与 PLC、PLC 与上位机之间的连接，还能通过拨号或者无线的方式使 PLC 联网。 （ 3） 编程软件多样化 PLC 的梯形图语言、助记符 语言和功能模块语言虽然使用方便，而且也能很好地实现控制要求，但是在处理一些高级功能（复杂运算、报表生成和打印等功能）时存在明显的不足，所以就要求高级语言（ BASIC、 C、 FORTRAN 等）、图形语言，汇编语言兼容。这样不仅可以通过梯形图语言、助记符语言和功能模块来编写程序，也可以通过高级语言来编程。 nts 第 19 页 第二章 过滤流程控制系统的工艺流程及设备控制要求 2.1 沉降、过滤过程的工艺流程 沉降和过滤过程是在含油污水经过加药处理过程后，在污水中形成许多絮凝物，加药后的污水进入沉降罐中，污 水中的杂质在沉降罐中沉淀后，上层清 液 由沉降罐顶部流出，经过加压泵后，进入精细过滤器过滤，经过过滤器过滤后就可以达到要求的技术指标。沉降罐运行中底部的污泥需要定时排 出 。在沉降罐底部圆周上均匀分布着 4 个排污阀，在设定的循环周期中， 4 个排污阀依次打开，将沉降罐底部的污泥排出。精细过滤器是内部填充有多层滤料的承压罐，一般采用 610 个过滤器并联运行。过滤器分时间进行反冲洗操作。这样可以保证整个流程连续不断地运行。过滤器从开始进水过滤开始，到反冲洗完成结束算做一个周期。工艺流程如图 1 所示。 （ 1） 罐排污流程 沉降 在沉降罐中进行，来水进入沉降罐，在罐中将大部分杂质沉淀到罐底，上层清夜由顶部的出水口流出，进入下一道处理工序。 排污 沉降过程运行一定的时间后，需要将底部的 4 个排污阀依次打开，将罐底的污泥排出。排污过程不影响沉降过程。 （ 2） 过滤器过滤流程 过滤 经过沉降处理的污水进入过滤器中。过滤进水阀和出水阀门打开，污水经过加压泵加压后，由过滤进水阀进入过滤器，经过滤层过滤后，再经过滤出水阀流出，进入清水罐储存起来。 排水 当过滤器运行一段时间后，需要反冲洗，首先需要将过滤器中的水排出。排水是，过滤进、出水阀关闭，然后排水和排气阀打开，将过滤器中的污水排出。 nts 第 20 页 图 1 过滤工艺流程 2.2 过滤流程的设备控制要求 本工程所有设备都具有自动 /手动功能。当设备处于自动工作方式下时，所有设备按 PLC 程序中设定的时间间隔工作。在手动工作方式中，操作员可以使用控制盘上的按钮控制设备的工作。 （ 1） 系统组成 在中央控制室设有一面控制盘。控制盘上有用于控 制操作的开关、按钮和定时器，以及用于显示工作状态的指示灯等控制设备。控制盘内安装有一台 OMRON 的CQMI 系列 PLC。 PLC 输出节点通过电缆和现场的控制设备连接。控制阀门采用气沉 降 罐 过 滤 罐 v-7 v-10 v-8 v-9 v-11 加药后进水 过滤入水 反冲洗 出水 排气阀 反冲 洗 出 水阀 反冲 洗 进 水阀 排气阀 过滤进水阀 过滤 出 水阀 过滤 出水 反冲 洗 入水 过滤 出 水 反冲洗入水 nts 第 21 页 动蝶阀，控制电磁阀采用两位五通单电控电磁阀。 （ 2） 设备控制原理 沉降罐的控制 沉降罐的控制分为自动和手动两种控制方式。这两种方式，都是由 PLC 按程序设定好的操作顺序依次控制沉降罐阀门的开启和关闭，不需要操作人员在现场手动启闭阀门。 自动状态 当某一个沉降罐的方式选择开关置于自动的位置时，该沉降罐处于 自动控制状态该沉降罐按照沉降罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作，不需要操作工的干预。 手动状态 当某一个沉降罐的方式选择开关置于手动的位置时，该沉降罐处于手动控制状态。该沉降罐不会按照沉降罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作。而需要操作工通过仪表盘上的按钮来启动该沉降罐，使其自动完成排污过程。 在任何时候，均可中断沉降罐的排污过程。在下一次启动时将从上一次被中断的阀开始。 过滤罐的控制 过滤罐的控制分为自动、手动和差压种控制方式。这种方式，都是由 PLC按程序设定 好的操作顺序依次控制过滤罐阀门的开启和关闭， 不需要操作人员在现场手动启闭阀门。 自动状态 当某一个过滤罐的方式选择开关置于自动的位置时，该过滤罐处于自动控制状态。该过滤罐按照过滤罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作，不需要操作工的干预。 手动状态 当某一个过滤罐的方式选择开关置于手动的位置时，该过滤罐处于手动控制状态。该过滤罐需要操作工通过仪表盘上的按钮来启动该过滤罐，使其自动完成排污过程。 差压控制状态 无论过滤罐的方式选择开关处于何种状态，当该过滤罐上的差压开关动作后，仪表盘上的差压报警指示灯 点亮，并且自动开始该过滤罐的反冲洗过程。 当有过滤罐正在反冲洗时，以上的控制都不起作用，只有等到停止反冲洗后才能起作用。在任何时候，均可以中断过滤罐的发冲洗过程。 nts 第 22 页 第三章 过滤流程控制系统的 PLC选型和资源配置 3.1 控制系统构成图 控制系统图如图 2 所示： 图 2 PLC 过滤流程控制系统图 3.2 PLC 框架配置图 PLC 框架配置图如图 3 所示： 图 3 PLC 框架配置图 3.3 I/O 地址分配 I/O 地址分配采用手动分配的方式，输入地址分配和输出地址分配分别如表 1电源模块 CPU 模块 输入单元 输入单元 输出单元 输出单元 CQM1-PA CQM1-CPU CQM1-ID CQM1-ID CQM1-OC CQM1-OC 206 41-E 213 213 222 222 M1 M2 M3 M4 输出单元 输出单元 输出单元 输出单元 CQM1-OC CQM1-OC CQM1-OC CQM1-OC 222 222 222 222 M5 M6 M7 M8 控制盘 PLC 盘面设备 过滤器阀门 反冲洗泵 沉降罐排污阀 现场设备 nts 第 23 页 和表 2 所示。 （ 1） 输入地址分配 表 1 输入模块地址分配 输入地址 对应的输入模块 0000000031 输入模块 M1 0010000131 输入模块 M2 （ 2） 输出地址分配 表 2 输出模块地址分配 输出地址 对应的输出模块 1000010015 输出模块 M3 1010010115 输出模块 M4 1020010215 输出模块 M5 1031010315 输出模块 M6 1041010415 输出模块 M7 1051010515 输出模块 M8 3.4 模块功能概述 （ 1） CQM1-PA206 它是欧姆龙的电源模块，向 CPU 模块及其他模块供电。 （ 2） CQM1-CPU41-E CPU 模块，控制整个控制系统按照程序有序运行。 （ 3） CQM1-ID213 数字量输入模块，输入点数为 32 点。主要用来将输入信号转换为 PLC 可以识别的信号。 （ 4） CQM1-OC222 数字量输出模块，输出点数为 16 点。主要用来将控制信号输出到相应的外部设备。 nts 第 24 页 第四章 过滤流程控制系统程序设计和调试 4.1 编程软件介绍 编程软件采用日 本欧姆龙公司为其生产的 PLC 而设计的编程软件CX-Programmer。 CX-Programmer 是 OMRON 公司 PLC 的软件编程、调试工具程序，其运行在Windows98 NT2000 操作系统下，具有丰富、简捷的操作环境和强大的编程、调试功能。 OMRON 的 SYSMAC CS1 系列 PLC 具有较丰富的指令系统，利用这些指令即可完成过滤流程控制处理等相关设备参数的数据采集和处理；顺序和逻辑联锁控制设备电机的启停和阀开关等操作。 本系统具有全功能汉字处理和汉字显示的友好界面。由于 VBA 的内置，使系统功能更为强 大，操作更为灵活。 iFix 采用电子签名技术后，能够创建一个更加安全的环境。不仅设置了二次确认功能，防止误操作，而且对于那些由于数据输入和报警确认所产生的所有数据库过程的改变，要求操作者进行电子 “ 签名 ” 。 “ 电子签名 ” 能够唯一识别操作者所做的更改，而且可以有选择地要求其他人对于这些更改进行电子签名。操作者不再需要使用纸和笔对他们的动作进行记录和签名，而且从根本上排除了丢失或破坏这些记录的可能性。同时，系统提供了更为高级的安全管理，可根据不同的登录帐号，赋予操作者不同的操作权限； 在制作本系统的时候参考了其他的一 些比较好的 PLC 控制系统及一些关于 PLC过滤流程控制系统方面的资料。吸取了这些控制系统的优点，同时也克服了他们的一些缺点，希望该系统对需要的事业单位有帮助。 4.2 程序的流程图、构成及相关设置 4.2.1 流程图 （ 1） 沉降罐排污流程图 沉降罐排污程序是在 PLC 程序的控制下，按照预先设定的时间依次将排污阀打开设定的时间；或者在手动控制状态，由操作工通过控制盘上的按钮来启动沉降罐的排污过程。排污阀在 PLC 程序的控制下按设定的时间来顺序自动打开和关闭，一nts 第 25 页 个沉降罐的排污的流程如图 4 所示。 图 4 沉降罐排污的流程图 （ 2） 过滤器反冲洗流程图 过滤器反冲洗过程是在 PLC 程 序的控制下，过滤器按预先设定的时间间隔开始反冲洗过程；或者手动控制，由操作工通过控制盘上的按钮来启动过滤器的反冲洗过程。无论是在自动控制状态下还是在手动控制状态，每个过滤器的阀门都是在PLC 程序的控制下，按预定的顺序和时间间隔动作，以完成一个过滤器的反冲洗操作过程。一个过滤器的反冲洗的过程如图 5 所示。 手动 /自动 选择 循环时间到 手动按钮按下 排阀门打开 自动 未到 手动 到 否 是 关闭打开的排污阀，同时打开下一个排污阀 是 否 时间到 所有的排污阀都打开过 到 开始 结束 nts 第 26 页 图 5 过滤器反冲洗流程图 手动 /自动 选择 循环时间到 手动按钮按下 过滤进出水阀 门关闭 自动 未到 手动 到 否 是 延时 3s 后打开反冲洗进水和出水阀 打开排气阀 打开排水阀 关闭反冲洗进水和出水阀 是 否 静置 10s 反冲洗时间到 延时 10S 打开过滤进水阀和出水阀 关闭排气阀和排水阀 排水时间到 打开反冲洗泵 否 是 开始 结束 nts 第 27 页 4.2.2 程序的构成 程序主要有自动、手动式、报警等 3 种模式。 （ 1） 自动模式 在这种模式下， PLC 将运行已经设置好的程序，不需要操作工在现在手动启闭阀门。 （ 2） 手动模式 当某一个沉降罐或过滤罐的方式选择开关置于手动的位置时，设备运行不再按照 PLC 程序运行，完全是通过人的操作来完成。 （ 3） 报警模式 当过滤罐的差压开关动作后，差压报警指示灯点亮。 4.2.3 程序的下载、安装和调试 将各个输入 /输出端子和实际控制系统中的开关，按钮、电磁阀门、报警指示灯等正确相接，完成硬件的安装。 过滤流程控制程序是由 CX-Programmer 软件支持的指令完成，若要修改程序，先将 PLC 设定在 STOP 状态下，运行 CX-Programmer 编程软件，打开过滤过程控制程序，即可在线调试，或者用编程器进行调试。 nts 第 28 页 第五章 过滤流程控制系统 PLC源程序 5.1 程序构成介绍 整个程序由主程序和子程序两个程序模块组成。 （ 1） 主程序 完成对过滤过程系统整个工艺流程的控制。 （ 2） 子程序 有两个子程序： 一个是沉降罐排污子程 序，完成工艺流程中沉降罐排污过程的执行； 另一个是反冲洗罐反冲洗子程序，完成工艺流程中反冲 洗罐反冲洗过程的执行。 5.2 系统资源分配 （ 1） 数字量输入部分 数字量输入模块 M1 输入地址分配表如表 3 所示。 表 3 数字量输入模块 M1 输入地址分配表 输入地址 对应的输入设备 00000 1 号反冲洗罐差压开关 00001 2 号反冲洗罐差压开关 0
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