V型滤池控制系统的设计

南京工程学院毕业设计说明书（论文）目 录前 言 .1第一章 概述 .21.1 V 型滤池的结构与作用 .21.2 设计思路 .3第二章 V 型滤池控制系统的硬件设计 .52.1 控制系统总体设计 .52.2 控制系统主要元器件的选择 .62.2.1 PLC 的选择 .72.2.2 超声波水位计的原理与使用 .102.2.3 开关选择 .102.3 控制系统的电路设计 .112.3.1 控制方式选择电路 .112.3.2 阀门的开关控制电路 .122.3.3 PLC 输入与水位控制电路 .16第三章 V 型滤池控制系统的梯形图设计 .193.1 主程序的编制 .193.1.1 参数的设定 .203.1.2 SCP 指令与参数整定计算 .203.1.3 MSG 指令与错误位的屏蔽 .243.2 阀门控制子程序（U: 3）的编制 .263.2.1 进水阀控制子程序 .273.2.2 水冲阀控制子程序 .283.2.3 气冲阀控制子程序 .293.2.4 排污阀控制子程序 .303.2.5 排气阀控制子程序 .313.2.6 反冲洗时的水位控制 .323.3 过滤控制子程序（U:4）的编制 .333.3.1 PID 指令的使用 .33南京工程学院毕业设计说明书（论文）3.3.2 过滤控制基本流程 .36第四章 现场调试 .394.1 调试步骤 .394.2 主要问题与解决方案 .40第五章 结 论 .42致 谢 .43参考文献 .44附录一 V 型滤池系统电气控制原理图 .45附录二 V 型滤池系统梯形图程序 .53南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 1 页前 言本 次 毕 业 设 计 我 所 做 的 题 目 是 V 型 滤 池 控 制 系 统 的 设 计 。 V 型 滤 池 是 我国 于 20 世 纪 80 年 代 末 从 法 国 Degremont 公 司 引 进 的 一 项 用 于 自 来 水 厂 对 源 头水 进 行 过 滤 的 技 术 ， 大 部 分 90 年 代 后 新 建 的 水 厂 都 采 用 了 这 项 技 术 ， 它 是 在普 通 快 滤 池 基 础 上 发 展 起 来 的 ， 它 具 有 出 水 水 质 好 、 滤 速 高 、 节 能 、 自 动 化 管理 等 特 点 。V 型 滤 池 的 工 作 状 态 可 分 为 以 下 两 种 ： 过 滤 工 作 状 态 ， 这 时 V 型 滤池 是 恒 水 位 过 滤 ， 出 水 阀 根 据 池 内 水 位 的 高 、 低 ， 自 动 调 节 开 启 程 度 ， 以 保 证池 内 的 水 位 恒 定 ； 反 冲 洗 状 态 ， 反 冲 洗 按 照 气 洗 气 水 混 冲 表 面 扫 洗 水 冲 洗 的 步 骤 进 行 ， 需 要 对 各 阀 门 的 开 关 动 作 进 行 协 调 的 控 制 ， 才 能 完 成 反冲 洗 工 作 。 通 过 采 用 PLC 对 滤 池 的 过 滤 状 态 和 反 冲 洗 状 态 进 行 控 制 ， 实 现 滤 池控 制 的 自 动 化 。当 初 我 国 引 进 的 V 型 滤 池 控 制 系 统 采 用 的 是 德 国 西 门 子 的 PLC 控 制 ， 之后 也 有 人 改 用 三 菱 或 是 欧 姆 龙 的 PLC 进 行 控 制 ， 在 本 次 设 计 中 ， 我 采 用 了Allen-Bradley 公 司 的 SLC-500 型 PLC 来 对 滤 池 系 统 进 行 控 制 。Allen-Bradley 公 司 所 生 产 的 SLC-500 系 列 处 理 器 ， 体 积 小 ， 功 能 强 ， 配 置灵 活 ， 性 价 比 高 ， 特 别 适 合 中 、 小 型 应 用 ， 它 可 以 控 制 单 个 机 架 中 的 全 部I/O 端 口 ， 并 且 有 一 个 非 常 强 大 的 控 制 器 装 置 。 它 使 用 的 I/O 机 架 的 尺 寸 比 它前 一 代 的 PLC-5 系 列 的 更 小 ， 所 以 所 需 要 的 控 制 面 板 空 间 也 要 比 PLC-5 系 列中 所 使 用 的 标 准 尺 寸 的 机 架 小 得 多 。 因 此 这 一 系 列 的 PLC 已 经 成 为 目 前 大 多数 新 项 目 的 首 选 。在 本 次 毕 业 设 计 中 ， 整 个 V 型 滤 池 系 统 的 硬 件 电 路 设 计 以 及 滤 池 的 过 滤 控制 和 阀 门 控 制 的 PLC 梯 形 图 设 计 是 由 我 完 成 的 。 而 在 阀 门 控 制 部 分 的 梯 形 图程 序 中 ， 反 冲 洗 条 件 和 反 冲 洗 的 四 个 步 骤 的 条 件 判 定 是 由 苏 州 学 院 李 云 同 学完 成 设 计 的 ， 在 论 文 中 我 直 接 引 用 了 其 结 果 ， 在 此 表 示 感 谢 。南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 2 页第 一 章 概 述1.1 V 型 滤 池 的 结 构 与 作 用V 型 滤 池 （ 图 1-1） 是 我 国 于 20 世 纪 80 年 代 末 从 法 国 Degremont 公 司 引图 1-1 V 型 滤 池 结 构 示 意 图进 的 一 项 用 于 自 来 水 厂 对 源 头 水 进 行 过 滤 的 技 术 ， 我 国 大 部 分 90 年 代 后 新 建的 水 厂 都 采 用 了 这 项 技 术 ， 它 是 在 普 通 快 滤 池 基 础 上 发 展 起 来 的 。 在 进 行 水 处理 时 ， 从 平 流 池 流 入 的 经 过 加 矾 和 初 步 沉 淀 处 理 的 水 从 进 水 阀 流 入 V 型 滤 池 ，在 此 处 再 经 过 池 底 部 的 石 英 砂 层 的 过 滤 就 直 接 进 入 地 底 的 清 水 库 中 ， 再 经 过 加氯 后 通 过 管 道 向 外 界 供 水 。 由 于 它 采 用 了 较 粗 、 较 厚 的 颗 粒 均 匀 的 石 英 砂 滤 层 ，并 使 用 不 使 滤 层 膨 胀 的 气 、 水 同 时 反 冲 洗 ， 又 具 有 待 滤 水 表 面 扫 洗 的 功 能 ， 因此 它 具 有 出 水 水 质 好 、 滤 速 高 、 运 行 周 期 长 、 反 冲 洗 效 果 好 、 节 能 和 便 于 自 动化 管 理 等 特 点 。每 一 格 V 型 滤 池 都 有 进 水 阀 、 气 冲 阀 、 水 冲 阀 、 出 水 阀 、 排 污 阀 、 排 气阀 各 一 个 ， 共 6 个 阀 门 ； 反 冲 洗 系 统 配 有 反 冲 水 泵 和 风 机 。 在 正 常 过 滤 状 态 下 ，该 滤 池 的 水 位 要 求 稳 定 在 120cm， 这 主 要 是 由 出 水 阀 的 控 制 来 实 现 的 ， 当 水 位过 高 时 ， 出 水 阀 就 加 大 开 度 ， 当 水 位 过 低 时 ， 出 水 阀 就 减 小 开 度 ， 通 过 这 样 不断 的 来 调 节 出 水 阀 的 开 度 ， 从 而 实 现 滤 池 的 恒 水 位 控 制 。 当 滤 池 使 用 时 间 过 长时 ， 滤 池 中 因 过 滤 而 产 生 的 杂 质 含 量 就 会 过 高 ， 因 此 要 定 期 对 滤 池 进 行 反 冲 洗 ，南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 3 页一 般 是 每 隔 48 小 时 就 要 冲 洗 一 次 ， 反 冲 洗 的 过 程 可 分 为 以 下 几 个 阶 段 ：（ 1） 气 冲 阶 段 在 该 阶 段 ， 进 水 阀 、 水 冲 阀 和 排 气 阀 关 闭 ， 气 冲 阀 和 排污 阀 打 开 ；（ 2） 气 水 混 冲 阶 段 在 该 阶 段 ， 进 水 阀 关 闭 ， 水 冲 阀 打 开 ， 气 冲 阀 打 开 ，排 气 阀 关 闭 ， 排 污 阀 打 开 ；（ 3） 表 面 扫 洗 阶 段 在 该 阶 段 ， 进 水 阀 关 闭 ， 水 冲 阀 打 开 ， 气 冲 阀 打 开 ，排 气 阀 关 闭 ， 排 污 阀 打 开 ；（ 4） 水 冲 阶 段 在 该 阶 段 ， 进 水 阀 和 气 冲 阀 关 闭 ， 水 冲 阀 、 排 气 阀 和 排污 阀 打 开 。这 里 气 水 混 冲 和 表 面 扫 洗 时 的 阀 门 状 态 是 相 同 的 ， 但 前 者 是 在 对 底 层 冲 洗 ，后 者 是 在 对 表 层 冲 洗 ， 两 者 是 不 同 的 。 此 外 ， 在 反 冲 洗 时 还 必 须 使 水 位 下 降 到60cm。1.2 设 计 思 路V 型 滤 池 的 工 作 状 态 分 为 正 常 过 滤 状 态 和 反 冲 洗 状 态 两 种 。 在 正 常 过 滤状 态 下 进 水 阀 是 打 开 的 ， 气 冲 阀 、 水 冲 阀 、 排 污 阀 、 排 气 阀 均 关 闭 ， 只 需 要 控制 出 水 阀 的 开 度 ， 使 水 位 能 稳 定 在 120cm 即 可 ； 而 在 反 冲 洗 状 态 时 ， 除 了 要控 制 出 水 阀 开 度 ， 使 水 位 下 降 到 60cm， 还 要 适 时 地 控 制 其 它 各 阀 门 的 开 关 ，只 有 在 各 阀 门 的 协 调 控 制 下 才 能 完 成 反 冲 洗 工 作 。 由 此 可 以 知 ， V 型 滤 池 控制 系 统 就 是 控 制 上 述 的 六 个 阀 门 。对 上 述 阀 门 的 控 制 可 分 为 自 动 控 制 和 手 动 控 制 。 自 动 控 制 是 由 PLC 编 程来 实 现 的 ， 在 这 里 我 们 选 用 了 Allen-Bradley 公 司 的 SLC-500 型 PLC， 它 又 可分 为 两 种 状 态 ： 全 自 动 控 制 。 在 这 种 控 制 方 式 下 ， 无 需 人 工 参 与 ， 所 有 操 作都 由 PLC 自 动 实 现 ； 半 自 动 控 制 （ 键 控 ） 。 它 也 属 于 自 动 控 制 ， 当 全 自 动 控制 方 式 出 现 问 题 时 ， 可 以 通 过 这 种 方 式 来 人 为 地 使 PLC 梯 形 图 中 的 一 些 梯 级条 件 满 足 ， 达 到 控 制 的 目 的 。 在 手 动 控 制 方 式 下 ， 工 作 人 员 通 过 开 关 按 钮 直 接控 制 各 阀 门 的 开 关 ， 显 然 这 样 的 直 接 控 制 是 无 法 精 确 的 对 系 统 实 现 控 制 ， 但 这种 方 式 还 是 必 要 的 ， 当 自 动 控 制 设 备 发 生 故 障 时 ， 就 可 以 通 过 这 种 方 式 来 维 持系 统 运 行 。在 自 动 控 制 部 分 ， 编 制 PLC 流 程 图 时 可 以 根 据 滤 池 的 工 作 状 态 分 成 两 个南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 4 页子 程 序 ： 正 常 过 滤 时 控 制 水 位 的 过 滤 子 程 序 ； 反 冲 洗 时 控 制 各 个 阀 门 的 阀门 控 制 子 程 序 。 而 对 于 一 些 参 数 还 有 通 讯 方 面 的 设 置 则 放 在 主 程 序 中 ， 便 于 管理 和 进 行 设 置 。 在 过 滤 子 程 序 中 ， 水 位 的 控 制 需 要 用 到 PID 调 节 才 能 真 正 实现 精 确 水 位 的 控 制 。 此 外 ， 在 通 过 水 位 来 调 节 出 水 阀 开 度 时 还 必 须 将 水 位 与 阀门 的 开 度 整 定 到 一 个 相 同 的 范 围 内 ， 这 样 两 者 才 能 进 行 对 比 。在 手 动 控 制 部 分 ， 利 用 中 间 继 电 器 控 制 开 关 的 通 断 来 控 制 阀 门 的 线 圈 ， 从而 达 到 控 制 阀 门 的 目 的 。 这 里 没 有 采 用 PLC 来 控 制 ， 以 避 免 当 PLC 发 生 故 障导 致 自 动 和 手 动 控 制 同 时 失 效 的 情 况 。南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 5 页第 二 章 V 型 滤 池 控 制 系 统 的 硬 件 设 计所 设 计 的 控 制 系 统 的 接 入 为 220V 电 源 ， 频 率 为 50Hz。 PLC 机 架 部 分 直接 采 用 接 入 的 220V 电 源 ， PLC 模 块 与 阀 门 的 继 电 器 部 分 采 用 24V 直 流 电 源供 电 。2.1 控 制 系 统 总 体 设 计V 型 滤 池 控 制 系 统 的 整 体 设 计 如 图 2-1 所 示 ：图 2-1 V 型 滤 池 控 制 系 统 设 计 框 图整 个 系 统 的 控 制 部 分 分 为 手 动 控 制 和 自 动 控 制 两 部 分 ， 系 统 的 控 制 对 象 为 进水 阀 、 水 冲 阀 、 气 冲 阀 、 排 污 阀 、 排 气 阀 和 出 水 阀 这 六 个 阀 门 。 手 动 控 制 部 分由 进 水 阀 控 制 电 路 、 水 冲 阀 控 制 电 路 、 气 冲 阀 控 制 电 路 、 排 污 阀 控 制 电 路 、 排气 阀 控 制 电 路 和 出 水 阀 控 制 电 路 所 组 成 ， 它 们 分 别 对 上 述 六 个 阀 门 实 现 控 制 ；在 自 动 控 制 部 分 则 是 利 用 PLC 来 控 制 阀 门 ， 在 滤 池 工 作 现 场 安 装 的 PLC 称 之为 子 站 PLC， 利 用 它 来 现 场 控 制 各 阀 门 的 开 关 ， 同 时 它 又 通 过 光 缆 与 一 个 远 程的 主 站 PLC 相 连 ， 该 主 站 PLC 能 对 现 场 的 子 站 PLC 进 行 数 据 的 读 /写 操 作 ，从 而 对 滤 池 实 现 远 程 监 控 。南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 6 页所 设 计 的 控 制 面 板 示 意 图 如 图 2-2 所 示 。 当 转 换 开 关 SA1 打 到 自 动 档 时 ，整 个 滤 池 的 操 作 都 由 PLC 来 自 动 控 制 ， 控 制 面 板 上 的 所 有 按 钮 都 失 效 ； 而 当SA1 打 到 手 动 档 时 ， 操 作 人 员 可 以 根 据 具 体 的 需 要 利 用 按 钮 SB1SB10 来 控制 进 水 阀 、 水 冲 阀 、 气 冲 阀 、 排 污 阀 和 排 气 阀 的 开 关 ， 对 于 出 水 阀 则 可 以 通 过调 图 2-2 控 制 面 板 示 意 图节 RP 来 控 制 其 开 度 ， 从 而 达 到 控 制 水 位 的 目 的 。 阀 门 开 度 计 和 水 位 数 显 计 则 分别 显 示 了 当 前 的 出 水 阀 阀 门 开 度 和 水 位 高 度 。 2.2 控 制 系 统 主 要 元 器 件 的 选 择在 设 计 的 电 气 原 理 图 中 ， 所 用 到 的 一 些 主 要 电 器 原 件 清 单 见 表 2-1：表 2-1 电 器 元 件 清 单序号名 称 数 量 （ 个 ） 图 纸代 号备 注1 空 气 开 关 3 -QF1 -QF32 熔 断 器 10 FU1FU10 额 定 电 流 1A3 中 间 继 电 器 18 -KA1-KA17220V 2A4 中 间 继 电 器 5 -K1-K5 DC24V 2A5 三 位 转 换 开 关 1 -SA1 带 3NO 触 点南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 7 页6 按 钮 10 -SB1-SB10 红 绿 各 5 个7 指 示 灯 10 -HL1-HL108 开 度 数 显 计 1 -P1 0100%/420mA 输 入（ 续 ）序号名 称 数 量 （ 个 ） 图 纸代 号备 注9 水 位 数 显 计 1 -P2 04m/420mA 输 入10 电 位 器 1 -RP 01K11 电 阻 变 送 器 1 -V1 01K 输 入 /420mA 输出12 出 水 阀 门 调 节 器 1 -EBF 420mA 输 入 /420mA输 出13 差 压 计 1 -P414 超 声 波 水 位 计 1 -P315 开 关 量 输 入 模 块 1 1746-IB1616 开 关 量 输 出 模 块 1 1746-OB1617 模 拟 量 输 入 模 块 1 1746-NI418 模 拟 量 输 出 模块1 1746-NO4I19 CPU 1 1746-L5322.2.1 PLC 的 选 择在 PLC 市 场 ， 罗 克 韦 尔 自 动 化 的 可 编 程 逻 辑 控 制 器 技 术 非 常 成 熟 ， 是 业 内最 值 得 信 赖 的 品 牌 之 一 。 它 旗 下 的 Allen-Bradley 公 司 所 生 产 的 SLC-500 系 列处 理 器 ， 体 积 小 ， 功 能 强 ， 配 置 灵 活 ， 性 价 比 高 ， 适 用 与 多 种 场 合 ， 从 环 保 、水 处 理 、 造 纸 到 石 化 产 业 ， 从 单 机 应 用 到 分 步 式 控 制 应 用 ， 都 可 以 看 到 它 的 踪影 。SLC-500 系 列 是 一 种 中 间 控 制 器 ， 它 可 以 控 制 单 个 机 架 中 的 全 部 I/O 端 口 ，并 且 有 一 个 非 常 强 大 的 控 制 器 装 置 。 它 使 用 的 I/O 机 架 的 尺 寸 比 它 前 一 代 的PLC-5 系 列 的 更 小 ， 所 以 所 需 要 的 控 制 面 板 空 间 也 要 比 PLC-5 系 列 中 所 使 用南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 8 页的 标 准 尺 寸 的 机 架 小 得 多 。 这 一 系 列 的 PLC 是 大 多 数 新 项 目 的 首 选 。这 种 PLC 集 成 了 大 量 的 固 定 I/O 模 块 （ 最 多 可 达 40 个 I/O 端 口 ， 还 加 一个 双 插 槽 的 扩 展 机 架 ） 和 几 个 多 插 槽 机 架 式 单 元 。 这 种 机 架 式 的 SLC-500/03/04/05 能 操 控 多 个 I/O 机 架 ， 如 此 一 来 ， 它 们 能 处 理 的 I/O 端 口 就 大 大增 加 ， 其 存 储 容 量 也 相 应 的 增 加 。 大 多 数 的 单 元 都 有 一 个 DH-485 或 RS232编 程 端 口 ， 用 于 连 接 作 为 编 程 终 端 的 PC 机 。1 开 关 量 I/O 模 块Allen-Bradley（ 以 下 简 称 A-B） SLC-500 型 PLC 的 开 关 量 I/O 模 块 种 类 丰富 ， 目 前 已 有 的 模 块 种 类 有 4、 8、 16 或 32 个 端 口 几 种 ， 并 可 连 接 到 交 流 、 直流 或 TTL 电 平 。 为 了 增 加 灵 活 性 ， 还 有 2 输 入 /2 输 出 ， 4 输 入 /4 输 出 和 6 输入 /6 输 出 等 多 种 形 式 的 混 合 模 块 可 供 选 择 ， 其 质 量 非 常 可 靠 。 这 些 模 块 还 提 供输 入 滤 波 、 光 电 隔 离 以 及 内 置 式 浪 涌 保 护 ， 以 保 证 在 工 业 环 境 下 的 抗 干 扰 和 可靠 性 。 其 主 要 有 以 下 几 个 特 点 ：1） LED 指 示 每 个 I/O 的 状 态 ， 并 为 故 障 诊 断 提 供 帮 助 。 当 输 入 点 得 到 正 确的 信 号 时 ， 或 处 理 器 让 输 出 点 使 能 时 ， 相 应 LED 就 会 点 亮 。2） 模 块 上 所 带 端 子 标 识 示 意 图 使 端 子 标 识 很 容 易 被 理 解 。3） 所 有 模 块 均 在 内 部 线 路 和 现 场 之 间 提 供 光 电 隔 离 ， 提 高 了 抗 干 扰 能 力 ，并 且 避 免 了 由 于 现 场 连 线 电 气 故 障 而 导 致 的 系 统 受 损 。4） 带 熔 丝 和 电 子 保 护 功 能 的 固 态 输 出 模 块 ， 免 除 了 用 户 替 换 因 短 路 或 过 载而 损 坏 的 模 块 的 需 要 。5） 可 拆 卸 的 端 子 块 允 许 用 户 无 需 重 新 接 线 就 可 替 换 模 块 (并 非 任 何 模 块 都适 用 )。 模 块 前 部 提 供 一 个 匹 配 色 码 ， 以 便 用 户 连 接 正 确 的 端 子 块 。6） 所 有 模 块 的 配 备 均 为 遮 闭 型 端 子 块 ， 以 防 止 现 场接 线 时 的 意 外 短 路 。7） 自 锁 式 装 置 保 证 模 块 紧 紧 的 固 定 在 框 架 上 ， 而 且在 把 模 块 装 入 框 架 或 取 下 时 不 需 任 何 工 具 帮 助 。在 系 统 中 ， 开 关 量 输 入 模 块 采 用 的 是 1746-IB16(图 2-3)， 开 关 量 输 出 模 块 采 用 的 是 1746-OB16，它 们 各 自 的 参 数 见 表 2-2： 图 2-3 1746-IB16 模 块南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 9 页表 2-2 1746-IB16 和 1746-OB16 参 数背 板 电 流 要 求产 品 名 称 电 压 种 类 输 入数 目每 个 公 共端 点 数 5Vdc 24Vdc1746-IB16 24Vdc 16 16 85mA 0mA1746-OB16 24Vdc 16 16 280mA 0mA2 模 拟 量 I/O 模 块AB 的 SLC-500 PLC 的 模 拟 量 I/O 模 块 主 要 有 以 下 几 个 特 点 ：1） 用 户 可 选 的 输 入 模 块 允 许 用 户 配 置 每 个 通 道 ， 以 连 接 来 自 现 场 的 各 类 电压 或 电 流 信 号 。2） 高 分 辨 率 的 输 出 模 块 有 助 于 实 现 高 精 度 的 控 制 。3） 模 块 上 的 输 入 滤 波 功 能 有 效 防 止 电 磁 干 扰 的 影 响 。4） 背 板 隔 离 保 证 了 输 入 信 号 干 扰 不 会 对 背 板 产 生 影 响 。5） 可 拆 卸 端 子 块 允 许 用 户 无 需 重 新 连 线 就 可 快 速 替 换 模 块 。6） 通 过 开 路 和 超 量 程 的 故 障 状 态 信 息 ， 用 户 可 以 及 时 了 解 现 场 情 况 既 能提 高 机 器 的 正 常 运 行 时 问 ， 还 能 有 效 减 少 故 障 恢 复 时 问 。 此 外 模 块 还 带 有 模 块状 态 指 示 灯 和 通 道 状 态 指 示 灯 。7） 通 过 控 制 组 态 程 序 ， 用 户 对 通 道 分 别 配 置 ， 并 可在 不 干 扰 CPU 运 行 的 情 况 下 重 新 配 置 。 结 合 易 于 使 用 的通 道 配 置 表 ， 用 户 可 根 据 需 要 选 择 相 应 的 输 入 类 型 、 数据 格 式 、 滤 波 频 率 和 状 态 参 数 。在 系 统 中 ， 模 拟 量 输 入 模 块 采 用 了 1746- NI4(图 2-4)， 模 拟 量 输 出 模 块 采 用 的 是 1746- NO4I， 图 2-4 1746- NI4 模 块它 们 各 自 的 参 数 见 表 2-3： 表 2-3 1746- NI4 和 1746- NO4I 参 数背 板 电 流 需 求 量产 品 名 称 每 个 模 块 的 输 入 通 道5Vdc 24Vdc1746- NI4 4 路 差 分 ， 电 压 或 电 流 可 选 25mA 85mA1746- NO4I 4 路 电 流 输 出 55mA 195mA在 所 设 计 的 V 型 滤 池 控 制 系 统 的 PLC 柜 中 ， 四 个 I/O 模 块 的 现 场 安 装 如南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 10 页图 2-5 所 示 ， 从 左 到 右 分 别 为 PLC 电 源 、 CPU、 输 入 模 块 1746-IB16、 开 关 量图 2-5 现 场 安 装 的 I/O 模 块输 出 模 块 1746-OB16、 模 拟 量 输 入 模 块 1746- NI4、 模 拟 量 输 出 模 块 1746- NO4I， 还 剩 下 的 4 个 为 备 用 模 块 ， 可 供 以 后 扩 展 使 用 。2.2.2 超声波水位计的原理与使用超声波水位计在滤池系统中，是用来测量滤池的水位，并将测量值以电流的形式传送至 PLC 模拟量输入模块。在 这 里 ， 选 用 了 河 海 大 学 水 文 水 利 自 动 化 研 究所 的 JH2300 型超声波水位计，其输出为 420mA 电流。超声波水位计的主要部件就是一个超声式传感器，其工作原理是发出一个声音脉冲并计算声音返回传感器的时间，因为声音具有非常稳定的传播速率，所以可以利用它来测得目标的距离。超声式传感器的基本结构如图 2-6 所示。超 声 式 传 感 器 有 数 字和 模 拟 两 种 输 出 格 式 。 在数 字 类 型 的 设 备 中 ， 在 感应 范 围 内 可 调 节 传 感 器 的测 量 距 离 ， 如 果 设 备 接 受 图 2-6 超声式传感器的基本结构到 的 返 回 信 号 处 于 距 离 范 围 之 内 ， 则 输 出 被 激 活 。 模 拟 类 型 的 设 备 会 提 供 对 应于 一 组 距 离 测 量 值 的 电 流 或 电 压 值 。 PLC 控 制 器 可 以 通 过 数 字 输 入 模 块 或 者 模拟 量 输 入 模 块 读 出 这 些 传 感 器 的 输 出 。所 选 用 的 超 声 式 传 感 器 发 出 频 率 在 25KHz 到 50KHz 之 间 的 声 波 ， 在 低 频阶 段 ， 能 精 确 测 量 到 40ft 远 的 距 离 ， 而 在 高 频 阶 段 ， 只 能 限 制 在 测 量 小 于 1ft以 内 的 距 离 。 在 发 射 器 正 前 方 的 较 小 距 离 之 内 所 有 部 件 都 有 一 个 盲 区 ， 该 盲 区大 小 为 0.75in， 在 使 用 时 要 注 意 。2.2.3 开 关 选 择南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 11 页1 按 钮 的 选 择 在 系 统 中 ， 由 于 采 用 的 电 压 输 入 较 低 ， 且 结 构 不 是太 复 杂 ， 因 此 从 设 计 的 结 构 紧 凑 方 面 以 及 节 约 成 本 方 面考 虑 ， 采 用 了 16mm 的 小 按 钮 ， 如 图 2-7 所 示 。 按 钮数 总 共 10 个 ， 红 色 与 绿 色 各 5 个 ， 用 于 在 手 动 方 式 下控 制 进 水 阀 、 气 冲 阀 、 排 气 阀 、 水 冲 阀 、 排 污 阀 5 个 阀 门 的 开 关 ， 按 下 红 色 按钮 后 阀 门 关 闭 ， 按 下 绿 色 按 钮 阀 门 图 2-7 16mm 按 钮打 开 。2 转 换 开 关 的 选 择转 换 开 关 又 叫 选 择 开 关 ， 它 在 这 里 是 用 来实 现 对 滤 池 系 统 的 控 制 方 式 进 行 选 择 ， 使 系 统处 于 手 动 或 是 自 动 方 式 下 工 作 。 转 换 开 关 的 式样 很 多 ， 市 面 上 见 的 比 较 多 的 有 钥 匙 式 、 手 柄式 和 长 手 柄 式 等 ， 在 此 处 ， 选 用 了 16mm 标 准手 柄 式 旋 钮 的 转 换 开 关 （ 图 2-8） 。 选 用 带 3 个 触 点 的 开 关 ， 其 中 两 个 触 点 分别 是 自 动 和 手 动 图 2-8 16mm 手 柄 式 转 换 开 关方 式 ， 第 三 个 触 点 备 用 。3限位开关限位开关是用来探测一个对象或条件的有无。对象通常是指在机械循环运动中移动的对象，在进行编程以控制机械循环运动时，控制程序需要知道机械装置何时会处在某个确切的位置，这时就需要用到限位开关。在该滤池系统中，限位开关用于探测进水阀、气冲阀、水冲阀和排污阀的开关状态。限位开关安装在上述 4 个阀门的阀门口，每个阀门装两个，分别用来探测阀门开到位（完全打开）和关到位（完全关闭） 。2.3 控 制 系 统 的 电 路 设 计该 电 气 原 理 图 可 分 为 3 个 主 要 部 分 ， 分 别 是 ： 控 制 方 式 选 择 部 分 ， 阀 门 的 开 关 控 制 部 分 ， PLC 输 入 与 水 位 控 制 部 分 。 下 面 将 按 照 这 3 个 部 分来 进 行 介 绍 。 完 整 的 电 器 原 理 图 请 参 见 附 录 一 中 图 1图 8。南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 12 页2.3.1 控 制 方 式 选 择 电 路在 该 电 气 原 理 图 中 ， 转 换 开 关 SA1 是 用 来 选 择 系 统 处 于 手 动 还 是 自 动 状态 的 （ 图 2-9） 。 当 SA1 处 于 位 置1 时 为 手 动 档 ， 当 SA1 处 于 位 置 3 时 为 自 动 档 。 当 处 于 手 动 档 的 时 候 中 间 继 电器 KA1 和 KA2 得 电 ， 而 当 处 于 自 动 档 的 时 候 中 间 继 电 器 KA3 和 KA4 得 电 。KA1 所 对 应 的 开 关 在 原 理 图 中 的 位 置 为 ： 附 录 一 图 1 中 的 C6、 C8 和 附 录 一图 2 中 的 C1 和 C4； KA2 所 对 应 的 开 关 在 原 理 图 中 的 位 置 在 附 录 一 图 2 中 的C6； KA3 所 对 应 的 开 关 在 原 理 图 中 的 位 置 为 ： 附 图 2-9 控 制方 式 选 择 电 路录 1 图 1 中 的 C7、 C9 和 附 录 一 图 2 中 的 C3、 C5； KA4 所 对 应 的 开 关 在 附 录一 图 2 中 的 C7 和 附 录 一 图 6 中 的 D4、 E4。2.3.2 阀 门 的 开 关 控 制 电 路该 部 分 主 要 是 对 进 水 阀 、 气 冲 阀 、 水 冲 阀 、 排污 阀 和 排 气 阀 这 5 个 阀 门 进 行 控 制 。1.进 水 阀 开 关 电 路 如 图 2-10 所 示 ， 在 正 常 过 滤 情 况 下 ， 进 水 阀阀 门 处 于 打 开 状 态 ， 当 需 要 进 水 阀 关 闭 时 ， 如 果处 在 手 动 方 式 下 时 ， KA1 开 关 闭 合 ， 操 作 人 员 可以 按 下 SB2 红 色 按 钮 ， 则 KA5 继 电 器 得 电 ，SB2 按 钮 被 锁 住 ， 同 时 在 附 录 一 图 7 中 C3 位 置的 KA5 开 关 闭 合 ， 进 水 阀 阀 门 就 会 关 闭 ； 当 需 要南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 13 页阀 门 再 次 打 开 时 ， 可 以 按 下 SB1 绿 色 按 钮 ， KA5 继 电 器 失 电 ， 附 录 一 图 7中 C3 位 置 的 KA5 开 关 断 开 ， 从 而 阀 门 打 开 。 当 处 在 自 动 方 式 下 时 ， KA3 开关 闭 合 ， 此 时 ， 如 果 从 PLC 输 入 模 块 的 输 入 端 口 输 入 的 测 量 值 经 过 PLC 程 序运 算 或 者 所 编 制 的 PLC 程 序 在 运 行 过 程 中 满 足 了 进 水 阀 阀 门 关 闭 的 条 件 ， 图 2-10 进 水 阀 开 关 电 路则 在 PLC 输 出 模 块 的 输 出 端 口 （ 附 录 一 图 5 中 的 OUT:2/0 端 口 ） 就 会 输 出一 个 信 号 ， 使 得 K1 继 电 器 得 电 ， 从 而 使 K1 开 关 闭 合 ， KA5 继 电 器 得 电 ， 附录 一 图 7 中 C3 位 置 的 KA5 开 关 闭 合 ， 实 现 进 水 阀 阀 门 的 关 闭 ； 当 PLC 程 序中 进 水 阀 阀 门 关 闭 条 件 失 去 时 ， 附 录 一 图 5 中 的 OUT:2/0 端 口 输 出 的 信 号 就会 消 失 ， K1 继 电 器 失 电 ， K1 开 关 打 开 ， KA5 继 电 器 就 会 失 电 ， 附 录 一 图 7中 C3 位 置 的 KA5 开 关 断 开 ， 从 而 阀 门 打 开 。2.水 冲 阀 开 关 电 路如 图 2-11 所 示 ， 在 正 常 过 滤 情 况 下 ， 水 冲 阀 阀 门 处 于 关 闭 状 态 ， 当 需 要水 冲 阀 打 开 时 ， 如 果 处 在 手 动 方 式 下 时 ， KA1 开 关 闭 合 ， 操 作 人 员 可 以 按 下SB3 绿 色 按 钮 ， 则 KA6 继 电 器 得 电 ， SB3 按 钮 被 锁 住 ， 同 时 在 附 录 一 图 7 中C4 位 置 的 KA6 开 关 闭 合 ， 水 冲 阀 阀 门 就 会 打 开 ； 当 需 要 阀 门 再 次 关 闭 时 ， 可以 按 下 SB4 红 色 按 钮 ， KA6 继 电 器 失 电 ， 附 录 一 图 7 中 C4 位 置 的 KA6 开 关断 开 ， 从 而 阀 门 关 闭 。 当 处 在 自 动 方 式 下 时 ， KA3 开 关 闭 合 ， 此 时 ， 如 果 从PLC 输 入 模 块 的 输 入 端 口 输 入 的 测 量 值 经 过 PLC 程 序 运 算 或 者 所 编 制 的 PLC程 序 在 运 行 过 程 中 满 足 了 水 冲 阀 阀 门 打 开 的 条 件 ， 则 在 PLC 输 出 模 块 的 输 出端 口 （ 附 录 一 图 5 中 的 OUT:2/1 端 口 ） 就 会 输 出 一 个 信 号 ， 使 得 K2 继 电 器得 电 ， 从 而 使 K2 开 关 闭 合 ， KA6 继 电 器 得 电 ， 附 录 一 图 7 中 C4 位 置 的KA6 开 关 闭 合 ， 实 现 水 冲 阀 阀 门 的 打 开 ； 当 PLC 程 序 中 水 冲 阀 阀 门 打 开 条 件失 去 时 ， 附 录 一 图 5 中 的 OUT:2/1 端 口 输 出 的 信 号 就 会 消 失 ， K2 继 电 器 失 电 ，K2 开 关 打 开 ， KA6 继 电 器 就 会 失 电 ， 附 录 一 图 7 中 C4 位 置 的 KA6 开 关 断 开 ，从 而 阀 门 关 闭 。3.气 冲 阀 开 关 电 路如 图 2-12 所 示 ， 在 正 常 过 滤 情 况 下 ， 气 冲 阀 阀 门 处 于 关 闭 状 态 ， 当 需 要气 冲 阀 打 开 时 ， 如 果 处 在 手 动 方 式 下 时 ， KA1 开 关 闭 合 ， 操 作 人 员 可 以 按 下SB5 绿 色 按 钮 ， 则 KA7 继 电 器 得 电 ， SB5 按 钮 被 锁 住 ， 同 时 在 附 录 一 图 7 中南京工程学院毕业设计说明书（论文）第 14 页C5 位 置 的 KA7 开 关 闭 合