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1493 全自动 立式 过滤机 设计

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1493-全自动立式过滤机的设计严浩,1493,全自动,立式,过滤机,设计

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湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： 全自动立式过滤机的设计 学号： 2006183922 姓名： 严 浩 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 文美纯 系主任： 周友行 一、主要内容及基本要求 1、了解全自动过滤机的工作原理及流程； 2、设计过滤机的内部零件，用CAD绘图装配图、工艺流程图 A0两张，零件图滤盘、大皮带轮、小皮带轮、空心轴A1一张、A2三张； 3、PLC控制系统的设计，及其编程、语句表； 4、设计说明书8000字以上，内容完整，计算准确； 5、外文翻译7000 字以上； 二、重点研究的问题 全自动立式过滤机的结构设计及其控制系统； 三、技术指标 主要技术参数：过滤面积10平方米 工作压力1.6Mpa 工作温度-5105 电机功率5.5KW 四、进度安排序号各阶段完成的内容 完成时间1查阅资料、调研1周2开题报告、制定设计方案2周3设计计算35周4PLC编程68周5CAD画图912周6整理说明书、外文翻译1314周7修改图纸和说明书15周8打印图纸、毕业设计答辩五、应收集的资料及主要参考文献1文美纯，刘吉普 对全自动过滤机的探讨； 过滤与分离1997.第三期2文美纯，刘吉普，可编程序控制器在过滤器上的应用研究；过滤与分离2002.VOl12.NO43文美纯，刘吉普 新型管道过滤器的开发研究 ；过滤与分离1996.第三期4丁启圣、王惟一等.新型实用过滤技术M .北京：冶金工业出版社. 2000.1；5文棋.全自动自清洗过滤机过滤机理分析及控制系统研究. J浙江：大学硕士学位论文.2002.6；6管力明.PLC在硅藻土过滤机上的应用J .机电工程2004年第21卷第七期.2004.7；7华东工业大学、浙江大学合编.化工容器设计M .武汉：湖北科学技术出版社.1985.6；8濮良贵、纪名刚主编.机械设计（第8版）.M.北京：高等教育出版社.2006.5；9成大先.机械设计手册M第四版.北京：化学工业出版社.2002.8；目录第一章、设计题目 （1）第二章、设计意义 （3）第三章、方案选择（6）第四章、过滤部分的设计 （7） 4.1过滤桶的设计 （7） 4.2传动部件设计 （12） 4.3电动机的选择 （18） 4.4阀门的选择与设计 (19） 4. 5传感器的选择与信号检测 （22） 4.6控制面板的设计 （23）第五章、控制部分的设计 （24） 5.1 控制系统的选择 （24）5.2 工艺流程 （26） 5.3 PLC接线图 （27） 5.4程序梯形图以及语句表 （28）第六章、设计的应用 （33）第七章、设计心得 (35)第八章、参考文献 (36)附录：外文翻译及文献一、设计题目题目：全自动立式过滤机的设计关键词：过滤机;结构;控制系统；可编程序控制器；摘要：随着水资源的缺乏和水污染的日益严重，废水的过滤与分离能很好的解决废水的处理与重复利用的问题，实现良好的经济效益和社会效益。但传统的过滤分离设备占地空间大，连续生产能力低，自动化程度不高，造成人力物力财力的浪费。本文以自行开发50m3/h处理量全自动白清洗过滤器为基础，提出了全自动自清洗过滤器的各操作参数的设计思想和方法，并建立了过滤过程中过滤器的模型，借此确定控制系统的控制参数。主要工作内容如下;研制设计了一台处理量为50m3/ h、工作压力为1.6-2.5 Mpa，要求过滤精度为0.1-200m,过滤总面积为10，电动机功率为5.5KW，工作温度为-5-105的全自动自清洗过滤器。该过滤器在运行过程中无须停运以清洗过滤元件，整机体积较小，精度可调节，适合于各类工业生产。本文给出了这种过滤器的整体设计方法以及设计图纸，并对过滤器内部过滤机理进行分析，讨论了几个过滤参数，并应用于过滤器控制系统设计之中。title: Automatic vertical filter machine designKey Words: filter，structure; control system；Programmable enfroller；Abstract：As short of water resource and more and more serious situation of water pollution, filtration and separation have been the best way to settle the problem of Reuse of waste water and realization of well economy benefit and social benefit.But there are several disadvantages in these raditional filters such as great volume,discontinuous production, lack of automation, great waste of manpower, materialresources, financial. Based on design of automatic self-cleaning filter on industrial scale (50 m3/h), the design and optimization procedures of several operation parameters are presented and a model of filter is obtained as well,then to calculate control parameters of control system.The main research contents are following as:A auto control self-cleaning filter on industrial scale( 50m 3/h) , work pressure(1.6-2.5Mpa) , filtration accuracy(0.1-200m), filtration surface(10) , Motor power(5.5 KW) and work temperature(-5 - 105 )has been designed . auto control self-cleaning filter drive itself to clean completely by its pressure of filtrated liquid and without stop.Volume of the filteris so little and precision can be modulated to fit for kinds of industry produce. In this paper, a suit of drawing and design procedures of such filter has been given.Mechanism during filtration in the filter has been studied are obtained二、设计意义过滤机是利用多孔性过滤介质，截留液体与固体颗粒混合物中的固体颗粒，而实现固、液分离的设备。过滤机广泛应用于化工、石油、制药、轻工、食品、选矿、煤炭和水处理等部门。 中国古代即已应用过滤技术于生产，公元前二百年已有植物纤维制作的纸。公元105年，蔡伦改进了造纸法，他在造纸过程中将植物纤维纸浆荡于致密的细竹帘上，水经竹帘缝隙滤过，一薄层湿纸浆留于竹帘面上，干后即成纸张。 最早的过滤大多为重力过滤，后来采用加压过滤提高了过滤速度，进而又出现了真空过滤。20世纪初发明的转鼓真空过滤机实现了过滤操作的连续化。此后，各种类型的连续过滤机相继出现。间歇操作的过滤机因能实现自动化操作而得到发展，过滤面积越来越大。为得到含湿量低的滤渣，机械压榨的过滤机得到了发展。 用过滤介质把容器分隔为上、下腔，即构成简单的过滤器。悬浮液加入上腔，在压力作用下通过过滤介质进入下腔成为滤液，固体颗粒被截留在过滤介质表面形成滤渣(或称滤饼)。 过滤过程中过滤介质表面积存的滤渣层逐渐加厚，液体通过滤渣层的阻力随之增高，过滤速度减小。当滤室充满滤渣或过滤速度太小时，停止过滤，清除滤渣，使过滤介质再生，以完成一次过滤循环。 液体通过滤渣层和过滤介质必须克服阻力，因此在过滤介质的两侧必须有压力差，这是实现过滤的推动力。增大压力差可以加速过滤，但受压后变形的颗粒在大压力差时易堵塞过滤介质孔隙，过滤反而减慢。 悬浮液过滤有滤渣层过滤、深层过滤和筛滤三种方式。滤渣层过滤是指在经过过滤初期后，形成了初始滤渣层，此后，滤渣层对过滤起主要作用，这时大、小颗粒均被截留；深层过滤是指过滤介质较厚，悬浮液中含固体颗粒较少，且颗粒小于过滤介质的孔道，过滤时，颗粒进入后被吸附在孔道内的过滤；筛滤是过滤截留的固体颗粒都大于过滤介质的孔隙，过滤介质内部不吸附固体颗粒的过滤方式，例如转筒式过滤筛滤去污水中的粗粒杂质。 在实际的过滤过程中，三种方式常常是同时或相继出现。过滤机的处理能力取决于过滤速度。悬浮液中的固体颗粒大、粒度均匀时，过滤的滤渣层孔隙较为畅通，滤液通过滤渣层的速度较大。应用凝聚剂将微细的颗粒集合成较大的团块，有利于提高过滤速度。 对于固体颗粒沉降速度快的悬浮液，应用在过滤介质上部加料的过滤机，使过滤方向与重力方向一致，粗颗粒首先沉降，可减少过滤介质和滤渣层的堵塞；在难过滤的悬浮液(如胶体)中混入如硅藻土、膨胀珍珠岩等较粗的固体颗粒，可使滤渣层变得疏松；滤液粘度较大时，可加热悬浮液以降低粘度。这些措施都能加快过滤速度。 过滤机按获得过滤推动力的方法不同，分为重力过滤器、真空过滤机和加压过滤机三类。重力过滤器是借助悬浮液的重力和位差，在过滤介质上形成的压力作为过滤的推动力，一般为间歇操作。 真空过滤器是在滤液出口处形成负压作为过滤的推动力。这种过滤机又分为间歇操作和连续操作两种。间歇操作的真空过滤机可过滤各种浓度的悬浮液，连续操作的真空过滤机适于过滤含固体颗粒较多的稠厚悬浮液。 加压过滤器以在悬浮液进口处施加的压力，或对湿物料施加的机械压榨力作为过滤推动力，适用于要求过滤压差较大的悬浮液，也分为间歇操作和连续操作两种。 过滤机应根据悬浮液的浓度、固体粒度、液体粘度和对过滤质量的要求选用。先选择几种过滤介质，利用过滤漏斗实验，测定不同过滤介质和不同压差下的过滤速度、滤液的固体含量、滤渣层的厚度和含湿量，找出适宜的过滤条件，初步选定过滤机类型，再根据处理量选定过滤面积，并经实际试验验证。 正在发展的新型过滤设备有：机械力压榨过滤设备；能实现无滤渣层过滤的动态过滤机；洗选煤炭污水处理、化工和石油工业用的大型过滤设备。 在过滤理论研究方面，滤渣层过滤阻力和孔隙率的测算、过滤速度、过滤设备的模拟和放大、稀薄液体澄清过滤和动态过滤机理，以及过滤介质的研究，都是重要的课题。利用电子计算机控制过滤操作是过滤设备的发展方向。三、方案选择循环方案：管道系统如下图： 图3-1F1清洗水入口阀 F2待滤液入口阀 F3循环液入口阀F4循环液出口阀 F5流向控制阀 F6冲洗阀 F7排气阀 F8排渣阀F9成品出口阀 F10余液出口阀 F11取样阀S1循环视筒 S2正常工作视筒 此过滤过程有四个过滤阶段，预过滤过程，过滤过程，滤余液过程，反冲洗过程。预过滤过程：待滤液由F2进入泵内，经F3（此时F1、F5关闭）进入循环视筒，然后从F4进入过滤桶进行过滤，此时F9关闭，过滤液经F5再次进入循环桶。过滤过程：待滤液由F2进入泵内，经F3（此时F1、F5关闭）进入循环视筒，然后从F4进入过滤桶进行过滤（期间可以通过S1观察过滤循环过程）滤液由F7再次进入循环桶，直至完全过滤通过S2经F9流出（可以从F11中取样检验，从而调整滤网密度）。滤余液过程：收到“管高压差”信号后，开始反冲洗过程前的约1Min内，打开F10将管道内的余液滤出以方便反冲洗，防止堵塞反冲洗管道。反冲洗过程：当“管高压差”达到预定压力值或者达到预定时间后，F2、F3关闭，将F1打开，清洗水从F1、F7进入过滤桶中进行清洗，洗出的滤渣从F8中排出。双管道一次过滤方案：管道系统如下： 图3-2过滤：阀1、阀4开启，阀2、阀3关闭；反冲洗：阀2、阀3开启，阀1、阀4关闭过滤过程：过滤液由泵泵入，经过阀1后进入过滤桶过滤，滤后液经过视筒后从阀4排出（阀2、阀3处于关闭状态）；反冲洗过程：清洗水由泵泵入，经过阀2以及视筒后，对过滤桶进行反冲洗，滤渣由阀3处排出（阀1、阀4处于关闭状态）。方案比较：方案1原理教简单，管道系统相对较为复杂，但是过滤精度较高，可靠性较强，由于采用循环过滤且用闭环控制，待网内外压差值满足排放条件时，指挥排污阀进行排污，使过滤精度得以提高；并且采用先进的控制方式和优质的信号转换器从而具有性能稳定，维护管理方便，日常维护少，只须做定期维护即可等特点，具有明显的实用价值、经济价值和推广价值。方案2原理简单，过滤和反冲洗装置简单，但是由于过滤和反冲洗管道共用较多且没有排除管道余液的设计，故过滤精度难以保证，维护较多以及容易发生堵塞等情况。综上所述，最终方案选取为方案1为基本方案。四、过滤部分的设计过滤桶的设计 过滤盘的设计过滤精度为0.5-100m，故滤网采用涤纶布料可以达到要求而且表面光滑，再在上涂上一层硅藻土增加过滤流量，水面上部采用气压，压强大小为1.6MPa，最大可达到2.5MPa，可以使过滤更加快捷。滤后液通过下部孔流出，从取样阀中取样调节流速从而保证过滤精度，达到保准后，打开F10，完成过滤。另外该系统在-5105的范围内工作。已知条件：过滤面积：10；正常工作压力1.6MPa、最大工作压力2.5MPa。.选定过滤介质的半径（R），厚度（H），片间间隙（h）以及片数（N）分别为：R=0.4m、H=0.03m h=0.02m， 每一片的过滤面积为：S=*R*R=3.14*0.4*0.4=0.502。N=10/S=10/0.502=19.9所以片数需要20片才能满足过滤需要，也因此过滤滤芯长度（过滤部分）应等于20*（H+h）+顶部密封片厚度+顶部螺母厚度=20*0.05+0.02*2+0.02=1.06m.过滤片零件图 图4-1 计算内压圆筒壳体的壁厚已知Pg=1.6MPa由壁厚计算公式： - 计算厚度 ；mmP- 计算压力；Mpa- 焊接接头系数;- 材料的许用应力; 在已知设计温度下16MnR的许用应力，在厚度为616mm时，=170Mpa;在厚度为1636mm时，=163Mpa;焊接接头系数 ；设定 圆筒内径 D=1000mm； 腐蚀裕量C=2mm；设计厚度； 材料的许用应力=170Mpa （厚度为616时），筒体厚度计算； =1.6*1000/（2*170*0.85-1.6）=5.5mm； =5.5+2=7.5mm；由钢材标准规格，圆整可得壁厚为10； 圆筒的半径由滤饼半径确定 取 R=500mm; 圆筒中固定空心轴一端的顶尖高度为150mm；顶尖的直径=50mm； 锥角=50 H=H+h1=1100+150=1250mm； 圆筒边缘设计，边缘厚度=20mm；B=35mm； 凸缘高度H=10mm； 固定顶尖板的厚度 =10mm；长度L=120mm；宽度B=120mm； 但容器制成后必须经过压力试验合格后才能交付，压力的目的主要是检查加工制造工艺的问题和焊缝的强度，以及各连接面的紧密性等。对压力试验一般都用水压试验。对水压试验时，筒体相应压力的验算公式为：=P水D+（S-C）/2（S-C）按规定水压试验压力P水=1.5MPa；故：=P水D+（S-C）/2（S-C）=1.5*900+（10-1.8）/2*（10-1.8）*0.7=115MPa又s=*Ns，其中Ns查表所得为1.6，故s=115*1.6=184MPas与水压系数的积为0.9s=164MPa由于115 MPa164MPa,故筒体强度满足水压试验的要求。过滤桶的结构设计过滤桶设计是整个管道系统的重点。直接从桶上引出的有5个管道（底部3个管道、顶部2个管道）：（1）桶底正中引出的滤后管，然后连接S2（正常工作视筒），再接上2个阀门F9（成品出口阀，正常工作是从这流出成品液）和F11（取样阀，用于刚开始工作是取出样品，从而确定各项参数）；（2）桶底斜锥面引出排渣管，引出后分成2个方向一个是反冲洗时使用的排渣管，上面安装着F8（排渣阀）；另一个是循环过滤的循环管，通过F5（流向控制阀，单向阀）使压力过大时形成循环过滤；（3）桶内靠壁处装有反冲洗管道，连接F7（冲洗阀）后也分成2个方向一个直接连到水泵上；另一个接上F10（余液出口阀）其作用是在滤余液过程中将管道以及过滤桶的液体流出；（4）桶顶的一个循环管道向上连接S1（循环视筒）和F4（循环液出口阀）接到循环桶底部；（5）桶顶的另一个循环管道向上连接F7（排气阀）和压力表，然后接到循环桶顶部，以保持过滤桶以及循环筒压力的正常（1.6MPa2.5MPa）。循环桶的设计1、结构介绍循环筒的工作原理比较简单，需要设计的参数也较少，主要分为2管道：其中一条的作用待滤液通过F2（待滤液入口阀）、水泵、F3（循环筒入口阀）从循环桶下部泵入，在循环桶上部压力的作用下从右边下方的循环出口通过F4后进入过滤桶过滤；另外一条是顶部的管道，上面连接F7（排气阀）和压力表和过滤桶顶部连接在一起以保持压力。2、循环桶的容量设计 因为循环桶所受压力不是很大，且不是全封闭的，所以可以不许校核桶壁承受应力。 设定桶壁厚=3mm；桶高度H=1200mm；半径R=400mm；容积V=0.65m；2、传动部件设计1 带传动的设计确定计算功率P由机械设计表8-7查得工作情况系数K=1.0,故P= KP=1.0*5.5kw=5.5kw选择V带的带型根据P，n由机械设计教材由图8-11选用A型确定带轮的基准直径d并验算带的速度 初选小带轮的基准直径d，由表8-6和表8-8，取小带轮的基准d=140mm 验算带速V=* d*n/60*1000=*140*1440/60*1000=10.6m/s 因为5 m/s V 30 m/s,故带速合适 计算大带轮的基准直径，根据式(8-15a)，计算大带轮的基准直径 d=i *d=3*140mm=420mm； 根据表8-8，圆整为d=450mm；确定V带的中心距a与基准长度L 0.7（d+ d）a2（d+ d） 根据上式，初定中心距a=900mm； 计算带所需的基准长度 L2a+（d+ d）/2 + (d-d)/4a =2*900 +*590/2 +(450-140)/3600=2770mm; 由表8-2选带的基准长度L=2800mm； 按式（8-23）计算实际中心距a a= a+（ L- L）/2=900+(2800-2770)/2=915mm; 验算小带轮上的包角 =180-（d-d)*57.3/a =180-(450-140)* 57.3/915=16090；计算带的根数Z 计算单根V带的额定功率Pr； 由d=140mm；和n=1440r/min,查表8-4a得P=2.28kw； 根据n=1440r/min，i=3和A型带，查表8-4b得 P=0.17kw； 查表8-5得K=0.95，表8-2得K=1.11, Pr=（P+P）* K* K=（2.28+0.17）*0.95*1.11=2.49kw;计算V带的根数Z Z= P/ Pr=5.5/2.49=2.3 所以V带的根数为3根；小带轮设计 材料选取HT200； d=140mm； d300mm； 采用腹板式结构； d=40mm，d=（1.8-2.0）*d，d为电机轴的直径； d=1.8d=72mm； C=(1/71/4)B L=(1.52)d,当B1.5d时，L=B C=1/4*B=15mm; 根据前面设计得小轮直径d=140mm，大轮直径d=450mm，故查表应选用带长Ld=2800、A系列、长度修正系数Kl=1.1的皮带，b=11，h=6，h=12mm;B=60mm; A=81;小皮带轮的零件图如下： 图4-2大带轮设计 HT200； d=420mm；d300mm； 采用轮辐式结构， d=50mm；d=(1.82)d,d为轴的直径；d=100mm；f=12mm，h=0.8h； b=0.4h=13mm；b=0.8 b=11mm；L=(1.52)d,当B1.5d时，L=B；f=0.2h=6.5； h=290*=290*=32mm；大带轮的零件图如下： 图4-3二、空心轴的设计 空心轴的直径设计 d=A dA） 式中，=d/d,即空心轴的内径d与外径d之比，通常取=0.50.6， =T/W=(9550000P/n)/0.2d 查机械设计教材，表15-3 轴的材料Q235-A20Q275 ,35 45 40C,35SM/Mpa15252035254535 55Ao149126135 112126 103112 97 通过查机械设计教材表2，查得V带的传动效率值为=92%； 取Ao=110mm； P=5.5*92%=5.06kw ；n=480r/min；=0.6； dA）=110*）=25.5mm； d1.15*d=30mm; 轴的结构设计 确定装配方案 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度； 为了满足轴的轴向定位要求和装配要求，此空心轴分为3段，-轴上装大皮带轮，键，密封圈，端盖；外径D-=50mm 内径=50*60%=30mm，轴长为h=115mm；-轴上装密封圈，轴承， 端盖，外径D-外径 = 55mm，轴长h=106；内径=33mm；-轴上装配滤盘，密封圈，锁紧螺母，外径D- =60mm；内径=36mm，轴长h=115mm；轴承的选择； 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用两个圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据D- =55mm；由轴承产品目录中初选取0基本游隙组，标准精度级的圆锥滚子轴承型号30313，其尺寸为d=55mm，D=80mm，B=13mm。 图4-4 轴的校核按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=18.6Mpa；查表机械设计表15-1查得=60Mpa;因此，故安全。 精确校核轴的疲劳强度 S=S*S/S S=/K*+*S 截面 抗弯截面系数 W=0.1d=0.1*55=16637mm 抗扭截面系数 W=0.2 d=0.2*55=33250 mm 截面的左侧的弯矩M为 M=166758*(71-36)/71=92534N.m 截面上的扭矩T为 T=960000N.m 截面上的弯曲应力 =M/W=92534/16637=5.6Mpa 截面上的扭转切应力 =T/ W=960000/33250=28.2Mpa 轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查=640Mpa；=275Mpa；=155Mpa；截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按表查取，因r/d=2.0/55=0.036,D/d=60/55=1.09;经插值得 ， =1.31轴按磨削加工，得表面质量系数为 =0.92轴未经表面强化处理，即=1，得 K=2.80 K=1.62计算安全系数S值， S=S*S/=9.5S=1.5 故可知其安全。3. 电动机的选择由于本设计需要一个功率在5KW以上，重量不能太大并且采用连续周期工作制的（S6）异步电动机，其安装形式为V13011，通过查机械设计手册选得：电动机Y132-2，技术数据如下：额定功率5.5KW，转速1450r/min，额定电流13.4A，效率92%，功率因数0.78，最大转距/额定转距为2.0，堵转转距/额定转距为2.0，堵转电流/额定电流为6.5，转子转动惯量GD为0.535N*，重量为8.4。554. 阀门的选择与设计用计算机对液压或气压系统进行控制是技术发展的必然趋向。但是电液比例阀或者伺服阀能接收的信号是连续的电压或电流，而计算机的指令是“开”或“关”的数字信息，要用计算机控制必须进行数/模转换，其结果是使设备复杂，成本提高，可靠性降低。在这种技术要求下，20世纪80年代初期出现了电液数字控制阀。用数字信息直接控制的阀称为电液数字控制阀，简称数字阀，目前应用较少。它可直接与计算机接口，不需数/模转换。可以分为数字式流量阀、数字式压力阀、数字式方向流量阀等。下面举例以增量式数字流量阀来说明原理： 组成：步进电动机、滚珠丝杠、阀心、阀套、阀杆、传感器等 图4-5工作原理：计算机发出信号后，步进电机转动，通过滚丝杠转化为轴向位移，带动节流阀阀心移动，首先打开非全周节流，流量较小，而后打开全周节流口，流量较大，可达3600l/min。特点：1阀心、阀套、阀杆的相对热膨胀取得温度补偿，维持流量恒定。2该阀无反馈功能，但装有零位移传感器，每个控制终了，阀心都可在它控制下回到零位，重复精度较高。单向阀是控制流体只能正向流动，不允许反向流动的阀，也可称逆止阀或止向阀。增量式数字阀是采用由脉冲数字调制演变而成的增量控制方式，以步进电机作为电气机械转换器，驱动液压阀芯工作，因此又称步进式数字阀。增量式数字阀控制系统工作原理框图如图9l所示。微型计算机(下简称微机)发出脉冲序列经驱动器放大后使步进电机工作。步进电机是一个数字元件，根据增量控制方式工作。增量控制方式是由脉冲数字调制法演变而成的一种数字控制方法，是在脉冲数字信号的基础上，使每个采样周期的步数在前一采样周期的步数上，增加或减少一些步数，而达到需要的幅值，步进电机转角与输入的脉冲数成比例，步进电机每得到一个脉冲信号，便得到与输入脉冲数成比例的转角，每个脉冲使步进电机沿给定方向转动一固定的步距角，再通过机械转换器(丝杆螺母副或凸轮机构)使转角转换为轴向位移，使阀口获得一相应开度，从而获得与输入脉冲数成比例的压力、流量。有时，阀中还设置用以提高阀的重复精度的零位传感器和用以显示被控量的显示装置。 增量式数字阀的输入和输出信号波形如图92所示。由图可见，阀的输出量与输入脉冲数成正比，输出响应速度与输入脉冲频率成正比。对应于步进电机的步距角，阀的输出量有一定的分辨率，它直接决定了阀的最高控制精度。 图4-6 图4-7本设计中F1、F2、F3、F4、F6、F7、F8、F9、F10、F11均采用电液数字控制阀，而F5采用单向阀。5. 传感器的选择与信号检测一、 传感器的选取经过反复比较与选择最后选用美国Motorola公司生产的MPX2100A型单片集成硅压力传感器，其测量范围为0100KPa，工作温度范围为-40125，传感器的输出电压和被测绝对压力成正比，采用显微机械加工、激光休整等先进和薄膜电镀工艺，具有测量精度高、预热时间短、响应速度快、长期稳定性好、可靠性高、过载能力强等优点。若采用5V电源时，在080温度范围内的最大测量误差不超过1.8%，满量程输出电压为4.95V，压力灵敏度为54MV/KPa，预热时间为20ms，响应时间为1ms，长期稳定度为0.5%，允许过载348%FS（FS代表满量程）。电源允许范围为4.85V5.35V，典型值为5.0V或5.1V，电源电流为7.0MA（典型值）。具体资料可参见外文文献。二、信号检测 图4-8信号检测原理如上图：整个工作流程由PLC控制，PLC发出信号至电源和驱动器，控制其电流大小，影响电动机的功率、转速等， 完成对被控量的控制（流量、压力等）；而MPX2100A压力传感器将被控量负反馈给PLC，是被控量保持在一个稳定的波动范围内。6.控制面板的设计 图4-9控制面板分为4大块：4个灯、4个按钮、2个铃；其中正常工作时，先亮过滤灯，然后是滤余液的指示灯，最后是反冲洗的灯，如此循环，前一个灯灭接着后一个灯亮；如出现故障则亮报警灯以及响报警铃并且停止工作；反洗的时候同时响反洗铃； 4个按钮的作用则很明显，启动按钮采用绿色材料，停止按钮采用红色材料。另外2个按钮用来控制取样阀，来获取样品，从而调整工作状态。五、控制部分的设计控制系统的选择从工程的角度 ，PLC与单片机系统的选用比较对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可*性好，手尾少，但成本较高。 对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可*地运行。最好的方法是单片机系统嵌入PLC的功能，这样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益也就有保证。基于PLC控制系统优点1) 实时性由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。2) 高可靠性各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。3) 系统配置简单灵活.丰富的I/O卡件4) 控制系统采用模块化结构5) 安装简单，维修方便综上所属，此过滤机选用PLC的控制系统。根据计算可以得知：有21个输入信号和19个输出信号，采用继电器输出，故I/O点数为21+19=40点。故应该选用FX2N-64MR-001系列，输入可用点数为24点，输出可用点数为24点，扩展模块可用点数为4864点（不需要用到），即可达到本设计的要求。采用AC 24V电源、DC输入、横式端子排、标准输出。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 为大量实际应用而开发的特殊功能开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要模拟I/O，高速计数器。定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块。对每一个FX2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。 网络和数据通信连接到世界上最流行的开放式网络 CC-Link，Profibus Dp和DeviceNet或者采用传感器层次的网络解决您的通信需要。 时钟功能和小时表功能 在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。 产品说明 规格型号 FX2N-64MR-001 其它说明 最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能 供货地 上海 产地 上海 产品用途 适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 技术参数 输入点数 32点 尺寸（mm）宽*厚*高 220*87*90 输入输出形式 继电器 输出点数 32点2、工艺流程3.PLC的接线图 图5-14.程序梯形图以及语句表 图5-20000 LD X20005 AND X00010 OR M3010015 SET M3010020 RST M3000025 LD M301 0030 AND X40035 OUT T00040 K200045 OR T00050 SET M3020055 RST M3020060 LD M3020065 AND X50070 SET M3030075 RST M3020080 LD M3030085 AND X60090 SET M3040095 RST M3030100 LD M3040105 AND X70110 SET M3050115 RST M3040120 LD M3050125 AND X110130 MPS0135 OUT T10140 K240000145 MPP0150 LD T1 0155 MPS0160 ANI X30165 SET M306 0170 MPP0175 RST M305 0180 LDI X60185 ANI X3 0190 SET M3070200 RST M3060205 LDI X50210 ANI X30215 SET M3080220 RET M3070225 LDI X40230 ANI X30235 SET M3090240 RST M3O80245 LDI X11 0250 MPS0255 OUT T20260 K50 0265 MPP0270 LD T20275 SET M3100280 RET M3090285 LDI X40290 SET M3110295 RET M3100300 LDI X120305 MPS 0310 OUT T30315 K1000320 MPP 0325 LD T30330 SET M3120335 RST M3110340 LDI X120345 MPS 0350 OUT T40355 K200360 MPP 0365 LD T40370 ANI X30375 SET M3130380 RST M3120385 LD X4 0390 SET M3140395 RST M3130400 LD X5 0405 SET M315 0410 RST M3140415 LD X110420 SET M3160425 RST M3150430 LD X10 0435 SET M3170440 RST 3160445 LD X13 0450 MPS0455 OUT T5 0460 K6000465 MPP 0470 LD T5 0475 SET M3180480 RST M3170485 LDI X40490 SET M3190500 RST M3180505 LDI X50510 SET M320 0515 RST M3190520 LDI X110525 SET M321 0530 RST M3200535 LDI X10 0540 SET M3220545 RST M 3210550 LDI X13 0560 MPS 0565 OUT T6 0570 K500575 MPP 0580 LD T6 0585 SET M3230590 RST M3000595 LD M301 0600 OR Y120605 ANI M3100610 LD M300 0615 AND X4 0620 ORB0625 OUT Y120630 LD M310 0635 OR Y13 0640 ANI M3130645 LD M300 0650 AND X12 0655 ORB 0660 OUT Y130665 LD M313 0670 AND Y14 0675 LDI M3230680 ANB0685 LD M300 0690 AND X13 0700 ORB0705 OUT Y140710 END 图5-3六、设计的应用1、过滤器的发展常用的机械过滤器虽然能达到较好的过滤效果，但是其滤速慢，于是造成过滤器设备庞大、自耗水量大，手动设备劳动强度大，而自动设备造价又太高，因此大大地限制了它的发展和广泛应用。十九世纪，出现了筛网过滤器，它是通过一个不锈钢丝编织的滤网阻截水中较大的杂质颗粒，这大大提高了滤速，简化了设备，但是水中较小的颗粒和纤维仍能穿过滤网，更重要的是如果它们过滤时恰好卡在或缠绕在滤网上，再要清洗掉这些杂质就不容易了。因此，基于这两方面的原因筛网过滤在应用中一直受到了很大的限制。新型自动盘片过滤器充分继承了上述过滤器的优点，同时又克服了它的缺点，具有反洗效果好、设备自动化程度高、过滤水质稳定、设备占地面积小的特点，自耗水率仅有0.25%左右。2、盘片过滤器的特点：2.1精确过滤：可根据用水要求选择不同精度的过滤盘片，有20、50、100、200多种规格，过滤比大于85%。2.2彻底高效反洗：由于反洗时将过滤孔隙完全打开，加上离心喷射作用，达到了其他过滤器无法达到的清洗效果。反洗过程只需20S左右即可完成。2.3全自动运行，连续出水：时间和压差控制反洗启动。在过滤器组套内，各个过滤单元顺序进行反洗。工作、反洗状态之间自动切换，可确保连续出水，系统压损小。2.4标准：模块化系统设计，用户可按需取舍过滤单元并联数量，灵活可变，互换性强。2.5占地省：可灵活利用现场边角空间，因地制宜安装，占地少。2.6运行可靠、维护简单：几乎不需日常维护，不需专用工具，零部件很少。2.7使用寿命长：经多年工业实用验证，过滤和反洗效果不会因使用时间而变差。例如：大庆某热电厂2000年采用两套JY3-7盘式过滤器作为离子交换预处理设备，过滤精度为50，总处理水量250吨/小时；该厂原来采用的过滤器为5台3000砂过滤器，设备庞大，而且手动控制，每天至少反洗一次，工人劳动强度大，设备自耗水率达到810%。采用盘式过滤器后设备占地仅为3mX3m，同时由于自动控制可实现无人职守，目前过滤器约3小时反洗一次，每个过滤单元反洗时间15秒，用水量仅为33升，而总产水量约为9X3=27吨，自耗水率为0.12%，是原来耗水量的八十分之一。3、盘片过滤器的应用领域：这种过滤器除了广泛应用于农业灌溉系统的水过滤外，目前在工业水过滤领域有更好、更多的应用实例，如：青岛啤酒厂的工艺用水过滤、大庆热电厂的离子交换前预处理、郑州某项目的黄河水预过滤、北京植物园的加湿喷嘴保护等。经过几年来的研究开发，盘式过滤器在一些领域已经具有很强的技术优势和很好的运行经验，从而大量应用于工业循环水旁过滤、系统总进水过滤以及细管和喷嘴的保护等方面。同时随着水处理领域的不断扩大，在离子交换前预处理、苦咸水过滤、超滤系统的预过滤甚至在低SDI井水水源的反渗透处理中代替砂滤器等方面也有一定量的应用，并且正在不断扩大。七、设计心得随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过将近二个月的的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 在此要感谢我的指导老师文美纯老师和刘吉普老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。八、参考文献1文美纯，刘吉普 对全自动过滤机的探讨； 过滤与分离1997.第三期2文美纯，刘吉普，可编程序控制器在过滤器上的应用研究；过滤与分离2002.VOl12.NO43 文美纯，刘吉普 新型管道过滤器的开发研究 ；过滤与分离1996.第三期4丁启圣、王惟一等.新型实用过滤技术M .北京：冶金工业出版社. 2000.1；5文棋.全自动自清洗过滤机过滤机理分析及控制系统研究. J浙江：大学硕士学位论文.2002.6；6管力明.PLC在硅藻土过滤机上的应用J .机电工程2004年第21卷第七期.2004.7；7华东工业大学、浙江大学合编.化工容器设计M .武汉：湖北科学技术出版社.1985.6；8濮良贵、纪名刚主编.机械设计（第8版）.M.北京：高等教育出版社.2006.5；9刘鸿文主编.材料力学（第4版）.M.北京：高等教育出版社.2004.1；10哈尔滨工业大学理论力学教研室编. 理论力学（第6版）.M.北京：高等教育出版社.2002.8；11丁伯民、黄正林等编.化工容器.M .北京：化学工业出版社.2002.12；12李建兴主编.可编程序控制器应用技术.M .北京：机械工业出版社.2004.7；13姜继海、宋锦春、高常识主编.液压与气压传动.M.北京：高等教育出版社.2002.8；14贺匡国.化工容器及设备简明设计手册.第二版.M .北京：化学工业出版社.2002.315 成大先.机械设计手册M第四版.北京：化学工业出版社.2002.8；可视化的PLC程序使用XML米巴尼尤尼斯和G.弗雷摘要:由于P LC程序日益复杂,在PLC应用方面有越来越多的兴趣爱好者。形式化方法，让僵化的证明系统属性被核查和验证。一个传统思路的方法就是在PLC编程中设立一个正式的设计方法。不过，现有的软件已被优化，改变，或移植到新系统.有需要找到从某一PLC程序开始的方法。因此，规范PLC程序是一个现在研究的热点。该文章概述了基于形式化的PLC程序基础上从新启动的方法。转型成为一个独立的格式和可视化的结构，在这个过程中，PLC程序的确定是作为这项措施的重要中间步骤。这表明如何XML和相应的技术可用于形式化和可视化现有的PLC程序。一 导言 可编程逻辑控制器（PLC ）是一种特殊类型的计算机，它应用于工业和安全的关键地方。应用PLC的目的是控制某一特定的或可选择的过程，它是通过产生的电控制信号回应电器中相关的输出信号来实现的。应用在制造业和化工过程控制，机械加工，交通，电力分配，以及其他许多领域。PLC控制有着极大的不同，自动化应用范围的复杂性从一个简单的小组运作到控制一个会议室的的灯光和自动窗成为一个全自动化的生产线。 随着他们应用PLC知识的增加，他们把PLC应用到复杂性和品质要求高的地方，特别是对安全性要求特别严格的地方。由于在有限的时间里PLCD的发展应用日益复杂，现有的软件或PLC的模块也在迅速发展，以此，需要一个正式的办法加以规范 。为了确保高品质的要求，我们需要检查和验证程序，以及分析和模拟现有系统 2 。其中一个重要的领域就是已经在最近的时间成长在规范化的PLC程序是逆向工程 3 。逆向工程是通过评估达到了解它的运转过程，以达到重复或加强的目的。而重用的PLC守则正在建立，作为一种打击复杂PLC程序的工具，逆向工程在今后几年将得到越来越多的重要性，特别是如果现有的硬件被适用于各种不同程序环境的新硬件所取代的情况下。 现有的PLC程序的可视化是逆向工程一个重要的中间步骤。本文章提供了一个方法，使用XML使PLC程序可视化，让PLC程序工程师更容易把握方向和更好地了解。 该文件的结构如下。首先，简单的介绍了PLC（根据国际电工委员会61131-3的标准是给予）和相应的编程技巧，。在第三部分，在现有基础上用形式化PLC程序重新设计方法的介绍。PLC代码转型成为一个独立的格式被确定为在这个过程中重要的第一步。XML和相应的技术，例如XSL和XSLT（第四节可以使用的这种转变）。第五部分提出了应用XML的使PLC程序可视化的方法并用一个例子做出说明。最后一节总结了结果，并就今后的工作在这方面正在进行的项目做了一个前景的展望。 二 PLC和IEC 61131 自从七十年代初期公布于世，由于它的成功的完成目的，取代了机器上的硬连线控制设备，PLC日益受到重视，。最终它作为一个独特的应用领域成长起来，它的研究和开发，主要是为控制工程。 IEC61131是为工业自动化第一次真正的努力来规范PLC的编程语言。在1993国际电工委员会 4 上公布了IEC 61131作为可编程控制器标准。在标准化PLC的编程语言之前，正在制定为了个别PLC实用的专有编程语言。为了提高不同产品的兼容性，开放性和互操作性以及为了促进工具和方法的发展,国际电工委员会61131标准设立固定的一套符号。第三部分，定义了一个适合5种编程语言标准： Originated (IL)语言是一种低层次的文本语言,其结构类似于汇编语言。Originated语言L被视为PLC的在所有其他IEC61 131-3语言都可以翻译语言。 梯形图(L0)是一种被认为起源于于美国的图形语言。LDS符合从电子及电器电路实施控制逻辑的编程风格。 结构化文本（ ST）是一个非常强大的高层次的语言。圣借从帕斯卡尔那里借用了它的语法，充实它的一些特点。圣包含一个现在编程语言多要求的所有要素。 功能块图（FBD）是一种图形语言，在工业流程里是非常常见的。在这种语言中，控制器被认为是可在功能块之间流动的信号和数据。FBD把换文本编程转变为功能块编程，因而提高了模块化和软件重用性。 顺序功能图（SFC）是一个图形化的语言。SFC要素的定义是为了构建可编程序控制器程序的组织。 其中在IEC 61 131-3中出现的一个问题就是在PLC的编程工具的工程信息中没有一个标准化的格式。目前，每个厂商都在运用他们各自的具体的不同格式。这亦是其中一个原因就是被限制了的形式化的做法，以单一的程序或算法。不过，最近的PLC用户组织PLCopen （见 ）阻止了一个技术委员会，以确定一个基于格式accordingto的IEC 61131-3的XML项目 。这种新格式将缓解形式化的工具，使之成为 PLC项目的所有相关的信息。 三 重新设计的方法 对于重新设计所提出的态度，（参见图1 ）是基于认为XML可作为一种中间媒体语言用来改造PLC的代码。 这种转变提供了取得avendor独立规格代码优势，。 （即使PLCopen成功地确定了一种标准化的格式为PLC所应用，仍将有很多现有的程序不符合这个标准） 。 在此代码基础上的一个明智步骤转型到一个正式的模型（自动机）正在计划之中。这个模型可以用来进行分析，模拟仿真，正式的检查和验证，最终对同一PLC或其他产品重新执行该优化算法。 一个很大的可能就是这个完成编程的逆向启动只能是一个半自动的过程，中间可视化的代码是最重要的一点。在过程中的不同阶段，代码或形式化模型不同方面的都必须是可视化的设计方式，只有这样设计者才可以进一步的指导工作。XML以其强大的可视化和改造工具，成为解决这方面的工作的一种理想的工具。 四 作为一种可视化工具的XML XML （可扩展标记语言）是一种简单而灵活的元语言，即一种描述其他语言的语言。由万维网协会（ W3C ）裁定（W3C）作为一个方言SGML分支语言， XML的删除两个阻碍网络发展 6 制约因素。依赖于一个单一的，一成不变的文件类型（ HTML ），这种文件类型中大部分被滥用任务，这是从来没有设计为对一方有利。充满了SGML的复杂性，他的语法，让许多强大的并且努力到计划方案到了另一个方向。 当HTML描述了数据本身是怎样显现的同时， XML描述了数据本身。一些行业和学科、医疗记录及报纸出版，其中已使用XML交换信息，可以跨多个平台来应用。在一个信息获取人可以使用各种不同的方式形式下，XML可可裁定描述几乎任何种类的信息。它是专门设计用于支持从根本上使用不同形式的数据的系统之间的信息交流，例如民航处及调度之间的应用。使用拥有强大的解析器和固有的简单性的条款XML，句法和语义语法比常规词汇分析器和验证分析器的使用更有利，（参见图2 .7 ） 。 常规的程序代码分析方法需要一个扫描仪（词法分析仪）由剖析器检查语法结构的代码产生了一套终端符号（令牌），并生成一个对象网。在该对象的内部结构的程序代表的确定对象和两者之间的关系。双方扫描器和分析器将使用的这种方法是面向文件的，这就意味着，分析不同类型的文件，需要重新生成的代码为扫描仪和分析器。一个应用这种方法的方法的例子可以在 8 发现 。 使用XML的最有前途的方面，就是XML及其应用的互补性转变为标准化，以便给它的用户提供最大的灵活性。基于该XML的方法是十分有利的，因为词汇的规格是不变的组成部分，因此XML良好的形式从各自的个别申请是独立的。因此， XML的解析器也可以吧XML文件在一个抽象的代表性换成以所谓的文档对象模型（ DOM ） ，不需使用语法。 DOM的是一个应用程序编程接口（ apii ）对HTML和格式良好的XML文件有效。它定义的逻辑结构文件和文件的方式访问和操纵。在DOM中的规格，任期“文件”是中被越来越多广泛使用的意识。 XML被用来作为一种代表许多不同种的信息可能在不同的系统中存储以及许多传统上，这将被看作是数据而不是作为文件。不过， XML介绍了此数据文件，并且DOM可以用来管理这方面的数据 5 。 XML的转型语言XSLT的是能够不仅转换XML到另一个XML或HTML ，还能够转换到许多其他友好的用户格式。前XSLT的来临以前 ，改造XML成为任何其他格式只有通过在一个程序语言如C + + ， Visual Basic或 Java定制开发的应用程序来实现。这个程序与尊重的结构性变化XML相比文件缺乏一般性。XSLT的演变，作为一个高层次的宣示性的语言， 9 对利用的观念，习俗申请的变革都是十分相似的。 XSLT的功能分为两个步骤。在第一步，它执行的结构性转型，以便为转换成XML的结构，反映了所需的输出。第二阶段是格式化的新架构成所需的格式，如HTML或PDF （参见图3 ） 。这个转变最重要的优势是它允许一个可以想象的简单而容易的文件或数据结构良好嵌入内部结构，以了解XML来制作。当HTML被选择作为格式转化的产生的时候，是有可能使用HTML的广泛能力来产生出可想象的和有吸引力的可视化程序。 每一个XML文件都有自己的语法和词汇。因此，除了作为良好的形式， XML文件需要符合一套规则。根据W3C建议，这套规则已通过文件型态定义（ DTD ）或一个XML架构加以界定。该定义的规则在一个DTD或一个XML Schema的国家层次和结构制约的XML文件。 近期，一些另类语言已提出，DTD是用以界定文件文法。W3C XML Schema的语言重复了重要的功能DTDS ，并增加了一些特点。使用XML的语法，例如，明确之间的关系架构和命名空间，一个有系统的区分元素的种类和数据类型，和单继承的形式，类型的推导。在其他的话架构提供了更丰富和更强大的方式描述的信息，比什么是可能的与DTDS 。图 4显示了XML技术讨论上述之间的联系。 五 方法的可视化OFPLC程序A.概况 由于Instruction List (IL)是在欧洲最常用的PLC编程语言，现在展示的介绍的做法是在此基础上的语言。西门子第5步和标准版根据的IEC 61131-3正在被考虑。 XML文件显示的生成显示了不同方面的PLC程序，实现了在以下三个步骤（参见图5 ） ： 1.PLC程序到XML文件的转换2. XML的的可行性和确定了语法的XML的XML架构， 3. 根据该指令集的来源，临立会，转换的XML介绍元素的定义 这三个步骤是讨论分别分节B至D。小组E节解释了在前一阶段期间不同的XMLS的可视化取得的成绩。 在整个这一节的一个例子是用来说明所提出的概念。图 6显示了在西门子公司名单中S5Z中PLC的代码的书面指示。临立会的代码是写在形式的地方，每列的元素，是一种地址，标签，指示，操作和说明或评构成的分隔清单。Kommentar :AutorErstellt :15.07.2003 Geaendert am: B1B:ONETZWERK 1 EMPFANGEN SLAVE 3 VON MASTERNAME :EMPEMAST0005 :U M98.7 ABFRAGE OB EMPFANG MOEGLICH00060007 :SPB= MOOl00080009 :A DB140 EMPFANGSFACH IST DB 140OOOA :L KF+20 LAENGE DES DATENPAKETSoooc :T DLOOOOD :L KF+O ZIELNUMMER O=MASTEROOOF :T DRO00100011 :UNM98.7 FANGEN WIEDER ERLAUBEN0012 :S M98.70013 MOOl :NOP 000140015 :BE BAUSTEIN ENDEFig. 6 A PLC program written in Siemens S5 Instruction ListB PLC程序转换成为格式良好的XML 由于ASCII格式PLC程序加上一个结构与单独列地址，标签，指示，运算和说明划定的表格，XSLT的可以把它转换为格式良好的XML文件。通过这种转变 获得的XML文件是一个分层结构的文件。 图 7显示通过XML文件获得改造的PLC。XML文件是在结构上的等级，其中的根元素是ilcodeblock是代表全PLC的代码。每行的PLC代码是包含在相应的ilrow元素，这是米呃子元素。注：结构选择的XML代表性的IL代码是面向在工作的建议，该plcopen 。C. XML验证和XML架构 由于前处理，除了正在完善被确认XML文件，可以验证的使用验证解析器取得的XML，形成符合一套句法规则所界定的背景下的PLC编程语言。 D. 介绍的认可 这一步，可视化的PLC程序在这个过程中使用XML确保XML文件将用于只包含有效可视化，可以用来变换，以及形成有效的另一个XML ，这是由于对鉴定指示拥有一个额外的属性附加到指示标记。此属性通知是一个有效的指示，指示是否是有关的指令集。这个转变的程序，也能指示附加属性的标记，宣布一项分类的指示到预定义类。 转换的XML的指示识别的证明了XML的语义是与PLC的编程语言的操作类型相一致的。 在本节中的例子中， （参见图8 ） ，新的XML包含额外的根据它所代表的类型分类指示的运作属性。步骤指示分为11不同类型的操作如合乎逻辑的，跳转，负载或转让的运作转让等等。(Instruction instructionId=Logical Operation)U-.SPB- BEFig. 8 A new transformed XML showing only the inslructions and thecorresponding instruction IDE. 可视化的XML上述所产生的两种XML文件可转化为HTML或在XSL的帮助下转换为其他可读的文件。一个巧妙的XSL可以被设计用来产生一个可以容易想象的转达PLC程序的逻辑或者其他特征的HTML文件。此外， DOM的结构在嵌入在XML中 （参见图9 ） ，也可让使用者用一个简单的方法浏览PLC程序。例如在HTML中做的可视化程序 。这可视化已经完成XML的转换，他作为一个表中的子元素去验证的语法。指示鉴定后的XML被转化成使用XSL转化，取得那里的指示和身份指示后，根据该行动的类型提取的XML在 HTML表载列了两栏（指示，指令编号）是在可视化的。HTML结构的建议，这不是唯一的可能性，其中的XML可以可视化，但他们提供一个很容易的切实可行的方案，那就是为用户把握的PLC代码。图 10显示了相同的PLC的代码，在图 4他作为一个HTML文档转换XML文档，显示的图 7使用的XSL 。这可视化，更好地了解PLC程序成为可能。图 11显示了在图 6中的XML教学入侵检测系统特殊的可视化。六 结论和展望 重新设计的PLC程序需要一个正式的办法加以发展。在本文章中，是来解决这个任务一个方法的介绍。在给出了书面指示PLC程序的基础上，在清单的通过一个明确步骤转型为被建议的正式代表。由于这个过程不会完全自动，有必要采取灵活的可视化中间步骤。XML是作为一种灵活的，标准化的手段来充当数据格式来描述的PLC代码。相应的XSL转换和文档对象模型的技术是作为工具，在重整过程为各种定制可视化任务。基于XML的描述PLC程序的进一步转变，将适用于最后得出一个完全形式化描述原PLC的代码。这将是在成立一个有限自动机。在这个计划过程中，他们通过一个知识库确定共同的介素的结构和正规化， 七 致谢 我们想感谢莱茵兰-普法尔茨飞行情报区的创新，为办学我们的工作下，项目编号616 。 八 参考文献1 、L.巴雷西，米毛里，甲蒙蒂，和 皮兹 主编“PLC的设计 编程和代码生成”，收录在IEEE 会议，并在cybernefics smczooo 上出版第 2437 -2 442页。 2 、 g.弗雷和L. 里兹 ， “形式化方法在PLC编程” ，在IEEE结论对系统，人与控制论（ smczooo ） ， Nashville ，美国， 2000年10月。 第2431年至2436页 3 、米巴尼尤尼斯和G.弗雷， “形式化现有的PLC程序：一项调查” ，在2003年，里尔（法国） ，号文件中S2 -的R - 00 - 0239 ， 2003年7月。 4 、国际电工委员会，国际电工技术委员会的国际标准1131-3 ，可编程控制器，第3部分，编程语言， 1993年。 5 、在万维网财团： htfp ; / / / 6 、 XML的主页： hftp ： / / / 7 、 r. kliewer ，逆向工程，冯steuerungssojiware.ph.d 。论文， 德国Kaiserslautern大学生产自动化研究所, 1999年。 8 、米凯， XSLT的-程序参考员。Visualization of PLC Programs using XMLM. Bani Younis and G. FreyJuniorprofessorship Agentenbased AutomationUniversity of KaiserslautemP. 0. Box 3049, D-67653 Kaiserslautem, Germany Abstract - Due to the growing complexity of PLC programs there is an increasing interest in the application of formal methods in this area. Formal methods allow rigid proving of system properties in verification and validation. One way to apply formal methods is to utilize a formal design approach in PLC programming. However, for existing software that has to be optimized, changed, or ported to new systems .There is the need for an approach that can start from a given PLC program. Therefore, formalization of PLC programs is a topic of current research. The paper outlines a re-engineering approach based on the formalization of PLC programs. The transformation into a vendor independent format and the visualization of the structure of PLC programs is identified as an important intermediate step in this process. It is shown how XML and corresponding technologies can be used for the formalization and visualization of an existing PLC program. I. INTRODUCTIONProgrammable Logic Controllers (PLCs) are a special type of computers that are used in industrial and safety critical applications. The purpose of a PLC is to control a particular process, or a collection of processes, by producing electrical control signals in response to electrical process- related inputs signals. The systems controlled by PLCs vary tremendously, with applications in manufacturing, chemical process control, machining, transportation, power distribution, and many other fields. Automation applications can range in complexity from a simple panel to operate the lights and motorized window shades in a conference room to completely automated manufacturing lines.With the widening of their application horizon， PLC programs are being subject to increased complexity and high quality demands especially for safety-critical applications. The growing complexity of the applications within the compliance of limited development time as well as the reusability of existing software or PLC modules requires a formal approach to be developed I. Ensuring the high quality demands requires verification and validation procedures as well as analysis and simulation of existing systems to be carried out 2. One of the important fields for the formalization of PLC programs that have been growing up in recent time is Reverse-engineering 3. Reverse Engineering is a process of evaluating something to understand how it works in order to duplicate or enhance it. While the reuse of PLC codes is being established as a tool for combating the complexity of PLC programs, Reverse Engineering is supposed to receive increased importance in the coming years especially if exiting hardware has to be replaced by new hardware with different programming environmentsVisualization of existing PLC programs is an important intermediate step of Reverse Engineering. The paper provides an approach towards the visualization of PLC programs using XML which is an important approach for the orientation and better understanding for engineers working with PLC programs. The paper is structured as follows. First, a short introduction to PLCs and the corresponding programming techniques according to the IEC 61131-3 standard is given. In Section an approach for Re-engineering based on formalization of PLC programs is introduced. The transformation of the PLC code into a vendor independent format is identified as an important first step in this process. XML and corresponding technologies such as XSL and XSLT that can be used in this transformation are presented in Section IV. Section V presents the application of XML for the visualization of PLC programs and illustrates the approach with an example. The final Section summarizes the results and gives an outlook on future work in this ongoing project. PLC AND IEC 61131Since its inception in the early 70s the PLC received increasing attention due to its success in fulfilling the objective of replacing hard-wired control equipments at machines. Eventually it grew up as a distinct field of application, research and development, mainly for Control Engineering. IEC 61 131 is the first real endeavour to standardize PLC programming languages for industrial automation. In I993 the International Electrotechnical Commission 4 published the IEC 61131 Intemational Standard for Programmable Controllers. Before the standardization PLC programming languages were being developed as proprietary programming languages usable to PLCs of a special vendor. But in order to enhance compatibility, openness and interoperability among different products as well as to promote the development of tools and methodologies with respect to a fixed set of notations the IEC 61131 standard evolved. The third part of this standard defines a suit of five programming languages:Instruction List (IL) is a low-level textual language with a structure similar to assembler. Originated in Europe IL is considered to be the PLC language in which all other IEC61 131-3 languages can be translated.Ladder Diagram (LO) is a graphical language that has its roots in the USA. LDs conform to a programming style borrowed from electronic and electrical circuits for implementing control logics.Structured Text (STJ is a very powerful high-level language. ST borrows its syntax from Pascal, augmenting it with some features from Ada. ST contains all the essential elements of a modem programming language.Function Block Diagram (FBD) is a graphical language and it is very common to the process industry. In this language controllers are modelled as signal and data flows through function blocks. FBD transforms textual programming into connecting function blocks and thus improves modularity and software reuse.Sequential Function Chart (SFC) is a graphical language. SFC elements are defined for structuring the organization of programmable controller programs.One problem with IEC 61 131-3 is that there is no standardized format for the project information in a PLC programming tool. At the moment there are only vendor specific formats. This is also one reason for the restriction of formalization approaches to single programs or algorithms. However, recently the PLC users organization PLCopen (see ) started a Technical Committee to define an XML based format for projects according to IEC 61131-3. This new format will ease the access of formalization tools to all relevant information of a PLC project. RE-ENGINEERING APPROACHThe presented approach towards re-engineering (cf. Fig.1) is based upon the conception that XML can be used as a medium in which PLC codes will be transformed.This transformation offers the advantage of obtaining avendor independent specification code. (Even if the PLCopen succeeds in defining a standardized format for PLC applications, there will remain a lot of existing programs that do not conform to this standard.) Based on this code a step-wise transformation to a formal model (automata) is planned. This model can then be used for analysis, simulation, formal verification and validation, and finally for the re-implementation of the optimized algorithm on the same or another PLC.Since re-engineering of complete programs will, in most cases, be only a semi-automatic process, intermediate visualization of the code is an important point. At different stages of the process different aspects of the code and/or formal model have to be visualized in a way that a designer can guide the further work. XML with its powerful visualization and transformation tools is an ideal tool for solving this task.IV. XML AS A TOOL FOR VISUALIZATIONXML (extensible Markup Language) is a simple and flexible meta-language, i.e， a language for describing other languages. Tailored by the World Wide Web Consortium (W3C) as a dialect of SGML S, XML removes two constraints which were holding back Web developments 6. The dependence on a single, inflexible document type (HTML) which was being much abused for tasks it was never designed for on one side; and the complexity of full SGML, whose syntax allows many powerful but hard-to-program options on the other side.While HTML describes how data should be presented, XML describes the data itself. A number of industries and scientific disciplines-medical records and newspaper publishing among them-are already using XML to exchange information across platforms and applications. XML can be tailored to describe virtually any kind of information in a form that the recipient of the information can use in a variety of ways. It is specifically designed to support information exchange between systems that use fundamentally different forms of data representation, as for example between CAD and scheduling applications.Using XML with its powerful parsers and inherent robustness in terms of syntactic and semantic grammar is more advantageous than the conventional method of using a lexical analyzer and a validating parser (cf. Fig. 2, 7).The conventional method of analysis of program code requires a scanner (lexical analyser) which generates a set of terminal symbols (tokens) followed by a parser thatchecks the grammatical structure of the code and generates an object net. In the object net the internal structure of the program is represented by identified objects and the relations between them. Both the scanner and the parser to be used in this method are document oriented which implies that analysis of different types of documents requires rewriting the generated code for the scanner and the parser. An example of an application of this method can be found in 8.The most promising aspect of using XML instead is that XML and its complementary applications for transformations are standardized so as to provide maximum flexibility to its user.The XML based method is advantageous, since the lexical specification is an invariant component of XML; therefore the well-formedness is independent from the respective individual application.Hence, an XML-Parser also can transfer well-shaped XML documents in an abstract representation called Document Object Model (DOM) without using a grammar. DOM is an application programming interface (APII) for valid HTML and well-formed XML documents. It defines the logical structure of documents and the way a document is accessed and manipulated. In the DOM specification, the term document is used in a broad sense increasingly. XML is used as a way of representing many different kind of information that may be stored in diverse systems, and much of this would traditionally be seen as data rather than as documents. Nevertheless, XML presents this data as documents, and the DOM can be used to manage this data5.XSLT, the transformation language for XML is capable of transforming XML not only to another XML or HTML but to many other user-friendly formats. Before the advent of XSLT, the transformation of XML to any other format was only possible through custom applications developed in a procedural language such as C+, Visual Basic or, Java. This procedure lacked the generality with respect to the structural variation of XML documents. Capitalizing on the concept that the custom applications for the transformations are all very similar, XSLT evolved as a high-level declarative language 9. XSLT functions in two steps. In the first step, it performs a structural transformation so as to convert the XML into a structure that reflects the desired output. The second stage is formatting the new structure into the required format, such as HTML or PDF (cf. Fig. 3 ). The most important advantage of this transformation is that it allows a simple and easily-conceivable representation of the document or data structure embedded inside the well-structured but hard-to-understand XML to be produced. When HTML is chosen as the format of the transformed produce it is possible to use the extensive ability of HTML to produce an easily-conceivable and attractive visualization of a program.Every XML document has its own syntax and vocabulary. Therefore, in addition to being well-formed, the XML document needs to conform to a set of rules. According to W3C recommendations this set of rules has to be defined either through a Document Type Definition (DTD) or an XML Schema. The rules defined in a DTD or an XML Schema state the hierarchical and structural constraints of the XML document. The DTD is for defining the document grammars; more recently a number of alternative languages have been proposed. The W3C XML Schema language replicates the essential functionality of DTDs, and adds a number of features: the use of XML instance syntax rather than an ad hoc notation, clear relationships between schemas and namespaces, a systematic distinction between element types and data types, and a single-inheritance form of type derivation. In other words schemas offer a richer and more powerful way of describing information than what is possible with DTDs. Fig. 4 shows the XML technologies discussed above and the connection between them. V. AN APPROACH FOR THE VISUALIZATION OFPLC PROGRAMSA. Overview Since Instruction List (IL) is the most commonly used PLC language in Europe, the presented approach is based on this language. The proprietary IL dialect Siemens STEP 5 and the standardized version according to IEC 61131-3 are considered. The generation of XML documents showing different aspects of a PLC program is realized in the following three steps (cf. Fig. 5): 1.Transformation of the PLC program to an XML document 2.Validation of the XML against the XML Schema which sets the syntax of the XML 3.Identification of the Instruction elements of the transformed XML according to the instruction set of the source PLC These three steps are discussed in sub-sections B to D respectively. Sub-section E explains the visualization of the different XMLs obtained during the preceding steps.Throughout this Section an example is used to illustrate the presented concepts. Fig. 6 shows a PLC code written in Instruction List Siemens S5. The PLC code is written in atabular form where each row element is either a delimited list consisting of address, label, instruction, operand and description or a comment.Kommentar :AutorErstellt :15.07.2003 Geaendert am: B1B:ONETZWERK 1 EMPFANGEN SLAVE 3 VON MASTERNAME :EMPEMAST0005 :U M98.7 ABFRAGE OB EMPFANG MOEGLICH00060007 :SPB= MOOl00080009 :A DB140 EMPFANGSFACH IST DB 140OOOA :L KF+20 LAENGE DES DATENPAKETSoooc :T DLOOOOD :L KF+O ZIELNUMMER O=MASTEROOOF :T DRO00100011 :UNM98.7 FANGEN WIEDER ERLAUBEN0012 :S M98.70013 MOOl :NOP 000140015 :BE BAUSTEIN ENDEFig. 6 A PLC program written in Siemens S5 Instruction ListB. Conversion of a PLC Program inio a well-formed XML Given a PLC program in ASCII format and in a tabular structure with separate columns for addresses, labels, instructions, operands and descriptions delimited by whitespaces, XSLT can convert it into a well-formed XML document. The XML document obtained through this transformation is a hierarchically structured document. Fig. 7 shows the XML document obtained through the transformation of the PLC code of Fig. 6. The XML document is structured in a hierarchy in which the root element is the IL Code Block representing the whole PLC code. Each of the rows of the PLC code is contained within a corresponding ILRow element which is M e r smtctured into child elements. Note: The structure chosen for the XML representation of IL-Code is oriented at the working proposal of the PLCopen.C. XML Validation against the XML Schema The XML obtained as a result of the previous processing can be validated using a validating parser that confirms that the XML document in addition to being well-formed conforms to the set of syntactic rules defined in context of the PLC programming language. D. rdenhpcation of instructions This step in the process of visualization of PLC programs using XML ensures that the XML document to be used for visualization contains only valid instructions.XSLT can be used to transform the well-formed and valid Xh4L to another XML which as a result of identification on instructions has an additional attribute appended to the instruction tags. This attribute notifies whether the instruction is a valid instruction of the concerned instruction set. This transformation procedure is also capable of attaching attributes to the instruction tags that declares a classification of the instructions into predefined classes. The ins