基于PLC水厂自动控制

编号 毕业论文 （ 2013届本科）题 目： 基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计学 院： 物理与机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名： 李开锋 指导教师： 李佳奇 职称： 讲师 完成日期： 2013 年 5 月 20 日 二一三 年 五 月目 录摘 要1Abstract2第一章 绪论31.1课题背景31.2课题内容41.3课题的目的和意义5第二章 总体设计分析62.1设计分析和设计思路62.2 设计要求9第三章 硬件控制系统设计103.1 PLC的基本结构、工作原理和功能103.2 I/O地址分配123.3 滤池系统结构设计133.4 PLC外部电气接线图143.5 电器元件和检测元件选型15第四章 软件控制系统设计174.1 控制程序流程图174.2程序梯形图184.3 程序指令清单23第五章 系统调试255.1 仿真步骤和结果25总 结28参考文献29致 谢30河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年 月 日河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告论文题目基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计学生姓名李开锋所属学院物理与机电工程学院专业电气工程及其自动化年级2009级指导教师李佳奇所在单位河西学院职称讲师开题日期2012.12.15一、 选题的目的和意义由于我国人民的生活水平逐步提高，生活饮用水的质量越来越多的被人们关注，自来水厂水质的处理工艺要求也不断提高，水源水质却每况愈下，如何保证水厂出厂水质达标，水厂滤池处理环节显得十分重要。它是自来水厂处理工序中最为关键的环节，它运行质量的高低决定一个水厂水质的好与坏，并对全水厂的生产成本、生产效能有重大影响。滤池最大的特点是控制运行参数多，阀门位置分散。因此为了做到安全可靠的生产，应采用PLC自动控制系统。采用可编程控制器进行水厂滤池的自动化控制，可以缩短设计周期，并便于安装调试，对于水厂这样的不便于停产的生产单位来讲，这一点是尤其重要的。 由于PLC 自动控制的灵活性，可在现场改变某些流程参数和动作顺序，增加系统的功能，并取代传统的继电器控制，使设备运行更加平稳、可靠，提高了经济效益。二、国内外研究状况以前的自来水厂控制大都是独立单元结构的，只能解决该环节局部的控制调节问题，环节之间的协调时很难实现的，需要人工加以干预。这属于独立式控制。慢慢随着计算机及PLC控制技术的发展，出现了集中式自动控制形式，由主控制室的计算机对各个环节进行检测、反馈处理、调节控制，直接控制被控对象。一台计算机往往同时控制多个回路，即多个水处理工艺环节。有时甚至需要人工操作。 当前国内外水厂采用的自动控制系统，从自动控制的角度可以划分为单片机系统控制、PLC系统控制、计算机工业控制构成的系统。在国内水厂自动化控制技术的到广泛的应用。该系统有优点如下：一、实现分级分布控制。二、实现“集中管理、分散控制”的功能，将危险分散，大大提高了可靠性。三、简便，周期短。四、配置易调整，以工业现场相连，实现机电一体化。三、研究方案对澄清滤池的研究主要包括：研究滤池的基本工艺流程和滤池结构原理；根据设计要求完成软硬件设计及其相关要求的其他设计；仿真设计程序，查看结果是否与设计要求相符合。从学术文章、网上检索与滤池课题研究相关的资料，借鉴已有资料，寻找新的信息，收集和整理与论文有关的理论和其它相关的资料，为完成设计做好基础准备。四、研究进度安排论文设计安排日期开题报告11月20日12月15日熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料12月16日12月 30 日搜寻论文相关资料01月01日01月08日选取设计方案01月09日01月20日设备及参数的选择01月21日02月11日硬件设计02月12日02月22日软件设计02月23日03月15日系统仿真03月15日04月10日完成书面设计04月11日05月10日制作PPT和准备答辩05月11日05月25日参考文献1 严敏 .自来水厂技术管理M.北京:化工出版社,20082 环境保护部.中华人民共和国国家环境保护标准M.北京：中国环境科学出版社，20093 郑晟.现代可编程序控制器原理与应用M.北京：科学出版社，20004 陈伟，罗启达，张群，王哲明，陈艳丽，陈晓华.滤池的设计与应用J.北京：中国给水排水，2007-085（德）Wolfgang Mahnke 等著 马国华译.OPC统一架构M.北京：机械工业出版社，20126张晓峰，张静，高斌，王宗刚，祝燎，席克军.电气控制与可编程控制技术及其应用M.北京：国防工业出版社，20107 韩剑宏，于衍真，邱立平水工艺处理技术与设计M.北京：化工出版社，20078刘介才.厂供电M.北京：机械工业出版社，20099 电力网. 10中国设计师网. 11中国质检出版社第四编辑室. 低压电器标准汇编M.北京:中国标准出版社，201112 陈杰，黄鸿.传感器与检测技术M.北京：高等教育出版社，200913胡虔生，胡敏强.电机学M.北京：中国电力出版社，200914 姜秀玲. 电气控制与PLC程序设计M.北京; 北京大学出版社，200015 李若谷. 西门子S7-200系列PLC编程指令与梯形图快速入门M.北京; 电子工业出版社，200516 刘敏.可编程控制器技术M. 北京：机械工业出版社.2011指导教师意见：指导教师签名： 年 月 日教 研 室 意 见负责人签名：年 月 日学 院 意 见负责人签名： 年 月 日摘 要自来水厂供水是一个关系到国民生活的重要产业。供水不仅要满足社会生产的基本需要、保证充足供水，还要求供水质量提高。水厂滤池是常规水厂处理净化水质的最后一道工序，滤池运行的好坏直接影响到水厂的供水水质高低。如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，为此必须进行滤池自动化系统的改造。PLC是集CPU、存储器、I/O接口、电源、编程器、其它部件等部分与一体的器件。只需要编制和调制出应用程序即可实现自动控制。因此，PLC自动控制广泛用于现在工业化自动控制中。PLC水厂滤池自动控制系统的控制要求和工艺特点出发，设计出了一套基于硬件和软件系统的水厂滤池自动控制系统。根据系统的控制要求，侧重介绍滤池过滤系统的软、硬件的选型和设计。根据系统的控制要求，设计了控制系统硬件配置图、软件流程图、并编写了实现自动控制的程序。关键词：PLC；水厂滤池；自动控制AbstractWaterworks water supply is of great importance in a relationship to the national life. Water must not only meet the needs of the pipe network pressure, ensure adequate water supply, also calls for water quality improvement. Water filter is the last process of conventional water treatment purifying water quality, filter operation quality directly affect the waterworks water supply water quality of high and low. If still using artificial means, large labor intensity, work efficiency is low, the safety is difficult to guarantee, therefore must undertake automation system for filter transformation.PLC is a set of CPU, memory, I/O interface part, power supply, programmer, other parts with the integration of device. You just need to preparation and brew application to realize automatic control. Now therefore, PLC automatic control is widely used in industrial automatic control.PLC water filter control requirements and the technological characteristics of automatic control system, designed a set based on the hardware and software system of automatic control system for the water filter. According to the requirements of the system control, emphasis on filter filter system hardware and software selection and design. According to the requirements of the system control, and design the control system hardware configuration diagram and software flow chart and write the implementation procedure of automatic control.Key words: PLC; Water filter; The automatic control第一章 绪论1.1课题背景由于我国工业化进程的加速，导致城市人口大量增加，致使生活饮用水在人们生活和生产中占有重要地位。人们不仅对水的需求量与日俱增，对水质的要求也越来越高。而生活饮用水的健康更是重中之重，所以自来水厂的过滤是保证人们生活饮用水质量高低的关键。研究过滤池的自动控制也成为了一个重要课题。过去水厂滤池过滤的基本步骤是混凝沉淀、过滤和消毒。混凝剂一般采用铝盐、铁盐。利用凝聚原理去除原水中的悬浮颗粒。再进行沉淀，过滤。消毒一般采用氯化法。近几十年，随着净水理论的发展，工艺设计和处理构筑物的形式不断变化，各类反应药剂也出现许多新的替代品，比如:以高分子化合物作为混凝剂，臭氧或二氧化氯作为消毒剂等等。不过，基本的工艺过程没有根本性改变。相比之下，水厂的现代化更主要的表现在自动化监控系统上。净水厂的生产过程采用自动化技术，不是单纯的为了节省人力，更主要的是加强各个生产环节的合理调度，保证水量、水压，提高水质，节约动力和投药量，消灭事故，积累运行资料，提高供水的可靠性和管理水平。我国的净水厂自动化技术起步较晚，一度比较落后。但在近二十年中，发展迅速，许多大城市的水厂也达到了较高的自动化程度。在各中小型水厂水质生产过程中，滤池处理过程的有效控制是保证水厂出厂水水质优劣及生产效率高低的关键因素。在传统的滤池生产中，主要依靠人工经验进行操作生产，滤池正常的过滤时间以及滤池环节的时间和强弱都要依靠现场操作人员的根据经验进行调节。由于受到人员素质及经验、环境温度、源水水质变化等各种复杂因素的影响，很难使出厂水水质长期稳定。因此水厂滤池的自动化控制对于出厂水质优劣尤为重要。自从PLC技术与计算机技术的结合。使自动化控制技术发展飞速，PLC技术也日渐成熟。而且PLC技术的稳定,安全可靠,使用和维护的方便快捷，使这项技术越来越适应人们的日常生活中1。自来水厂滤池的作用：过滤掉水的有害细菌、病毒以及其他杂质，杜绝病从口入的危害; 抵挡管道造成的水质二次污染现象; 自来水过滤后的水质必须达到国家标准（2类水质）2，不损害身体健康; 节约经济、高效节能、使用方便。1.2课题内容初期的水厂主要是分散式的。根据实际需要，各工艺流程建立了独立的控制设施。这些设施可以一次建成，也可以分别建设，相互之间没有联系。每个流程根据自身的情况进行工作，只能解决该环节局部的控制调节问题，流程之间的协调控制是难以实现自动控制，需要人工操作。这属于分散式控制。以后随着计算机及PLC控制技术的发展，出现了自动控制形式，由一台主计算机系统对各个环节的参数进行巡回检测、数据处理、控制运算，然后发出控制信号，直接控制被控对象。一台计算机往往同时控制多个回路，即多个水处理工艺环节。在这种控制系统中，集中检测、控制运算工作量大，要求计算机功能强大，有很高的可靠性。一旦控制系统出现故障，整个系统就都会陷于瘫痪。进入计算机时代以来，以CPU为核心的各种控制设备发展迅速，使得控制系统的形式也发生了相应的变化，结构组成种类很多。当前水厂采用的自动控制系统（PLC）的结构形式，该系统的优点是：(1)可以实现分级控制。(2)可以实现集中管理、独立控制的功能，将系统稳定性提高，提高了系统的可靠性。(3)组网方便。硬件系统配置简单，容易在网格中增减PLC控制器，来实现扩展网络的目的。(4)编程方便，开发周期短，维护方便。由于应用程序采用梯形图或顺序功能图编辑，编程和维护方便。(5)系统内的配置和调整非常灵活。(6)与工业现场信号直接相连，易于实现机电一体化。根据我国现有的经济技术条件，不同规模水厂实际需要解决的问题有所不同。近年来建设的较大型的、自动监控水平较高的水厂需要认真总结国内外的应用经验，并向优化运行方面发展，为这类水厂自动监控技术的进步提供借鉴与指导。对于众多的中小水厂，经济条件有限，应在经济化、实用化的原则下，着重发展那些对供水质量、运行费用有重要影响的工艺环节（水厂滤池的过滤环节等）的自动监控技术与设备，建立规模适宜、自动化水平相对较高、运营成本较低的符合自身发展水平的自动控制系统。滤池自控技术是净水处理的重要环节，如果控制不好，就不能达到预定的水质要求3。1.3课题的目的和意义我国人民的生活水平逐步提高，饮用水的质受到越来越多的关注，自来水厂水质的处理工艺要求也不断提高，水源水质却每况愈下，如何保证水厂出厂水质达标，水处理过程的每一个环节都很重要。滤池是自来水厂处理工序中最为关键的环节之一，它运行质量的好坏决定一个水厂水质的好与坏，并对全水厂的生产成本、生产效能有重大影响。滤池最大的特点是控制运行参数多，阀门位置分散，环境恶劣。因此为了做到安全可靠的生产，应采用自动控制系统。采用可编程控制器进行水厂滤池的自动化控制，可以缩短设计周期，并便于安装调试，对于水厂这样的不便于停产的生产单位来讲，这一点是尤其重要的。 由于PLC 自动控制的灵活性，可在现场改变某些工艺参数和动作顺序，增加系统的功能，并取代传统的继电器控制，使设备运行更加平稳、可靠，提高了经济效益。第二章 总体设计分析2.1设计分析和设计思路过滤系统作为污水处理厂、净水处理厂整个工艺过程的关键工序，对整个过滤系统处理效果起最终的把关作用，其运行工况直接影响水厂产品水质的质量。为提高滤池滤层截污能力的恢复效果。所以滤池有多种类型，其中一种是澄清滤池4，它的使用历史悠久。在此基础上，人们从不同的工艺角度发展了其它型式的滤池。它是澄清滤池是澄清池和滤池的有机结合。即在澄清池的清水区架设一滤层，把混合、反应、沉淀、过滤等工序集中在一个构筑物内。它具有出水水质好、滤速高、运行周期长、节能和便于自动化管理等特点。它是中国市政工程西北设计院自1964年开始用于处理黄河高浊度水而设计的，随后在甘肃、青海以及四川等地应用。自来水厂的水源成分一般比较复杂。从给水处理方面考虑，这些杂质可分为悬浮物、胶体、溶解物三大类。城市水厂净水处理的目的就是去除源水中那些会给人类健康和工业生产带来危害的悬浮物质、胶体物质、细菌及其他有害成分，使净化后的水能满足生活饮用及工业生产的需要。一般的自来水公司水厂采用常规水处理工艺，它包括混合、反应、沉淀、过滤及消毒几个过程。其中过滤过程又可分为正常过滤和滤池循环两个子过程。两个子过程交替运行，相互之间有一定时间间隔，过滤是自来水厂水处理最重要的过程，它是关系到水厂水质量高低的直接因素。其主要目的是使滤后的水达到国家饮用水的标准。滤池循环是通过传感器进行检测。如果水质达标直接进入净水环节，最后进入自来水供水管网向用户供水；如果不达标在进行二次过滤，即循环过滤环节的各个步骤，知道达到国家二类及以上饮用水的标准。首先，液位控制是滤池自动控制的开始。把液位大致稳定在一个范围内，达到维持相对稳定的滤速的目的。一般的液位控制是由调节阀来完成的，我们采用传感器计数的方式，利用传感器给PLC传递脉冲个数来确定水位的高低。PLC作为控制器，调节阀作为执行器形成一个控制系统。通过传感器的反馈，由PLC其完成阀门的动作。这种控制实现简单，效果很好，可以十分精确的控制液位。图2-1 滤池液位控制图但是在水厂滤池中，对液位的精度要求不是十分苛刻，无需将液位稳定在一指定高度，只要保持在一个较宽松的范围内即可。即高于规定液位自动关闭进水阀门，低于不做具体要求。这样，可以降编程的难度和投资成本。其次，是滤池的工艺流程，它是本次设计的核心内容和重点。根据实际情况的要求整个过程可以简化为六部分：注水阶段，水位监控阶段，过滤过程，检测阶段，循环阶段和排水阶段。 图2-2 过滤工艺过程简化图它是整个硬件系统设计的基础。它是硬件的设备选型和设备功能分配的基础，电器元件的接线图的设计依据。也是流程图的基本雏形和编程的主要依据。最后，滤池控制系统一般由水泵、执行元件、控制器、传感器组成。其中执行元件可以分为两部分:滤池阀门系统和循环系统。注水阀：控制源水流入滤池的阀门。清水阀：控制过滤后的水流出滤池进入循环系统的阀门。循环冲阀：二次循环的阀门。消度冲阀：进入消度槽的阀门。水泵：用于抽取原水和过滤水。执行元件：负责控制的具体实施，它从控制器接收控制命令，然后相关的继电器接点闭合或断开，电路导通，设备获得动力继而进行动作。控制器：是实现自动控制的关键，所有自动控制的内容都由控制器编程实现。综上所述的滤池自动控制系统设计简单、操作方便，不仅适合一套滤池系统，也可用作多套滤池系统中，整个系统采用了计数器、定时器、延时开关和循环控制。完成了滤池自动控制的基本设计要求。在自来水厂滤池自动化控制中有较强的实际意义，既可以在它的基础上，扩展成为多控制器滤池系统，适应大型水厂的需要，也可以用于对老旧中小型水厂的扩建、改造。以适应我国目前许多城市规模扩大、人口增加，对自来水需求量迅速增长的情况，有很大的应用前景和推广意义。2.2 设计要求PLC作为一种新型的工业控制装置，在科研、生产、社会生活的诸多领域得到了越来越广泛的应用。大型的可编程序控制器配备过程控制模块可同时对几十路模拟量进行闭环控制，但造价昂贵。一般中小型PLC控制系统只对一路或几路模拟量进行闭环控制。硬件上只需配备A/D及D/A转换模块，软件可购买相应厂家提供的编程功能模块，只需设定好参数，运行控制指令，就能求得输出控制值。根据滤池的结构和分布情况，考虑到自动控制方式的方便性，经济性，可靠性和循环运行的特点，提出如下自动控制方案:（1）要求给每个执行单元配置一台PLC，用来控制其在正常状态下的运行。（2）要求给每个PLC编制运行程序，以保证其按生产流程的要求自动运行。（3）要求给整个滤池控制系统配一台主控PLC，负责和各个现场PLC的通信，协调。（4）要求编写出程序，画出流程图。（5）要求根据仿真结果查看程序是否达到了设计要求5。由于过滤过程是一个复杂的过程，要由两套控制器共同完成，一套即现场PLC，另一套即主控PLC，它们之间的协调与沟通至关重要，需要约定一个可靠的沟通机制。图2-3 PLC配置图第三章 硬件控制系统设计3.1 PLC的基本结构、工作原理和功能基本结构6 （1） 中央处理器：中央处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连节。CPU是PLC的核心，CPU不断的刷新系统输出、采集输入信号、执行用户程序。（2） 存储器：PLC存储器包含系统和用户存储器两种。系统存储器用于存放PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。现在的PLC一般均采用可擦除的ROM存储器来作为系统存储器和用户存储器（3） 输入输出接口电路（I/O接口）：PLC的输入接口电路的功能是将开关、按钮、传感器等产生的信号输入CPU，PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。（4） 电源：PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。（5） 扩展接口：PLC的扩展接口的作用是将扩展单元与功能模块基本单元相连。（6） 通信借口：实现人机、机-机之间的对话。（7） 其他部件PLC工作原理：PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样阶段、用户程序执行阶段、输出刷新阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行阶段，PLC的CPU以一定的扫描速度重复上述三个阶段。其特点是：1每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。2输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。 3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 4元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。 5扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。 6由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。PLC的功能：（1） 数据采集与输出。（2） 控制功能：计数 定时 顺序 中断等。（3） 数据处理功能：数学运算 比较等。（4） 输入输出调节功能：A/D和D/A转换功能。（5） 通信联网功能。图3-1 可编程控制器基本结构框图3.2 I/O地址分配I/O地址分配表是编写PLC程序的前提条件，也是进行现场接线和调适的重要依据。根据滤池系统的基本控制要求，确定PLC的I/O地址分配表，在下表中列出。表3-1 I/O地址分配表地址（I/O口）对应功能I0.0启动开关I0.1水位开关1I0.2水位开关2I0.3水位开关3I0.4水位开关4I0.5水位开关5I2.0水质检测合格I2.1水质检测不合格I2.2压力开关Q0.1进水阀门Q0.4水质检测开关Q0.5排水阀门Q0.6水质不合格循环开关Q1.0出水阀门3.3 滤池系统结构设计设计原理：（1） 抽水系统将源水从阀门输送到滤池（液面高度5M,体积600M3）中，滤池中加装了水位控制传感器，每1M作为一个脉冲信号传输给进水阀门1（计数器）的PLC，控制启动开关，通过传感器的反馈效果进行给水量的控制，最多5个脉冲。（2） 源水注入滤池后会与过滤层充分接触，完成第一次的初步净化（过滤其中的颗粒物和胶体，但不能过滤掉有害细菌和病毒等）。进过一段时间的延时（使源水充分过滤），阀门2与流量计控制流量，是过滤后水的进入储水罐中。（3） 在储水罐中加装了水质检测器（有2个状态开启和关闭，合格开启，不合格关闭）。如果过滤后的水质合格，控制阀门4打开，将水将送入加压系统，在消毒槽中进行消毒处理；如果过滤后的水质不合格，控制阀门3打开，水泵系统开始启动将不合格的滤水送入过滤池中进行2次过滤，循环前2个步骤直到合格为止7。图3-2 生产过程原理图3.4 PLC外部电气接线图电气主接线图也就是主电路图，是表示系统中电能输送和分配路线的电路图，主要用来控制、指示、测量和保护主电路及其中设备的电路图8。图3-3 过滤系统外部接线图3.5 电器元件和检测元件选型（1） 空气开关（低压断路器）9。它的作用是导通和断开负载电路，也可用于控制频繁启动的电机。它的功能相当于闸刀开关，过电流继电器，热继电器及漏电保护器等电气的部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。它主要用于过载，短路，欠电压等保护，它具有分段能力高，操作方便，安全可靠等特点。（2） 限位开关10：又被称作行程开关，它主要用于机械设备的行程和限位保护。（3） 熔断器11：熔断器主要由熔体、外壳和支座 3部分组成，其中熔体是控制熔断特性的关键元件。它的作用是当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些器件，也有可能烧毁电路造成火灾。若电路中正确地安置了熔断器，那么，熔断器就会在电流异常升高到一定的强度和一定温度的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。熔断器的主要技术参数：额定电压：是指确保熔断器能长期正常工作的电压。额定电流：它是指确保熔断器能长期正常工作的电流，其等级的划分随熔断器的结构型式而已，应注意区分熔断器的额定电流和熔体额定电流的差别，熔断器的额定电流不一定就是熔体的额定电流。极限分断能力：它表示熔断器在额定电压下所能断开的最大短路电流。（4） 水位传感器12：是一种测量液位的压力传感器水位传感器（液位计）是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理。将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号（脉冲）。性能和优点：其机械结构对过载及腐蚀性介质具有高抵抗性;高精度、长期稳定的电容和扩散硅测量单元;密封的电子模块及双滤波压力补偿系统可抵抗气候现场变化的影响;电子模块可输出4.20mA信号并同时带有过压保护的模块；择集成的温度传感器Pt100可同时进行物位及温度的测量 ；应的附件可提供完整的测量方案。(5)水质检测传感器：它可以在密闭的容器中进行无线传输信号，它本身自带检测参数，也可人工矫正设定具体参数，该设备具有在条件苛刻的环境中稳定运行的特点，可以在频繁检测的项目中使用。误差较小，操作简单快捷。（6）液体流量计：它的结构简单，性能可靠，用无截流阻流器件，不存在压力损失和流体堵塞现象具有一体化和分离型二种（用IP68传感器）。整个滤池的自动控制所需的硬件设备：表3-2 滤池自控硬件设备清单名称符号型号与规格数量1三相交流电动机M1342熔断器FURC1A额定电压380V13限位开关BGLX19A14空气开关QS3B36U 3X500MCM15水位传感器16水质检测传感器LTHJX2100420mA17液体流量计HHLDE0.28m/s1.6Mpa18抽水机QBYXBD5.20.52Mpa 7.5kw1第四章 软件控制系统设计4.1 控制程序流程图系统加压后按下启动开关，首先初始化I/O通道，设置五个脉冲计数器，确定定时器的时间。图4-1 控制过程流程图4.2程序梯形图梯形图有如下特点14：(1)梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每一个继电器为一个逻辑行，称为一个梯形。每一个逻辑行起始于左母线，然后是触点的各种联接，最后是线圈，整个图形呈梯形。(2)梯形图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继电器，它实质上是变量存储器中的位触发器，因此称为软继电器，相应的某位触发器为真态，表示该继电器通电，其常开触点闭合，常闭触点打开。梯形图中的继电器的线圈的定义是广义的，除了输出继电器、内部继电器以外，还包括定时器、计数器等。(3)梯形图中，一般情况下某个编号的继电器线圈只能出现一次，而继电器的触点是可以被无限制的引用，既可是常开触点也可以是常闭触点。(4)梯形图是PLC形象化的编程方式，其左右两侧的母线不接任何电源，因而图中各个支路也没有真实的电流通过，但是为了方便，常用有电流来形象的描述输出线圈的动作条件。所以仅仅是概念上的电流，而且认为它只能从左向右流动，层次的改变只能是先上后下。PLC的工作过程基本上是用户的梯形图程序的执行过程，是在系统软件的控制下顺次扫描各输入点的状态，按用户程序解算控制逻辑，然后顺序向各个输出点发出相应的控制信号。除此之外，为提高工作的可靠性和及时的接收外来的控制命令，每个扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器、计算机的通信请求。因此，PLC工作过程分为以下五步：(1)自诊断自诊断功能可使PLC系统防患于未然，而在发生故障时能尽快的修复，为此PLC每次扫描用户程序以前都对CPU、存储器、输入输出模块等进行故障诊断，若自诊断正常便继续进行扫描，而一旦发现故障或异常现象则转入处理程序，保留现行工作状态，关闭全部输出，然后停机并显示出错的信息。(2)与外设通信自诊断正常后PLC即扫描编程器、上位机等通信接口，如有通信请求便响应处理。在与编程器通信过程中，编程器把指令和修改参数发送给主机，主机把要显示的状态、数据、错误码进行相应指示，编程器还可以向主机发送运行、停止、清内存等监控命令。在与上位机通信过程中PLC将接收上位机发出的指令进行相应的操作，把现场工作状态、PLC的内部工作状态、各种数值参数发送给上位机以及执行启动、停机、修改参数等命令。(3)输入现场状态完成前两步工作后PLC便扫描各个输入点，读入各点的状态和数据，如开关的通断状态、形成现场的内存映象。这一过程也称为输入采样或输出刷新，在一个扫描周期内内存映象的内容不变，即使外部实际开关状态己经发生了变化也只能在下一个扫描过程中的输入采样时刷新，解算用户逻辑所用的输入值是该输入值的内存映象值而不是当时现场的实际值。(4)执行用户程序即执行用户程序。一般是从用户出现存储器的最低地址存放的第一条程序开始，在无跳转的情况下按存储器地址的递增方向顺序的扫描用户程序，按用户程序进行逻辑判断和算术运算，因此称之为解算用户逻辑。解算过程中所用的计数器、定时器，内部继电器等编程元件为相应存储单元的即时值，而输入继电器，输出继电器则用的是内存映象值。在一个扫描周期内，某个输入信号的状态不管外部实际情况是否己经变化，对整个用户程序是一致的，不会造成结果混乱。(5)输出结果将本次的扫描过程中解算最新结果送到输出模块取代前一次扫描解算的结果，也称为输出刷新。解算用户逻辑到用户程序为止，每一步所得到的输出信号被存入输出信号寄存表并未发送到输出模块，相当于输出信号被输出门阻隔，待全部解算完成后打开输出门一并输出，所用输出信号由输出状态表送到输出模块，其相应开关动作。驱动用户输出设备即PLC的实际输出。在依次完成上述五个步骤操作后PLC又开始进行下一次扫描。如此不断的反复循环扫描，实现对全过程及设备的连续控制，直至接收到停止命令、停电、或出现故障。梯形图及过程分析：4.3 程序指令清单Network 1 / 按下启动按钮I0.0，进水阀门Q0.1开启，开始向处理池注水。LD I0.0O Q1.0O Q0.1AN Q0.6= Q0.1Network 2 / 检测水池内的谁是否注满LD I0.1O I0.2O I0.3O I0.4O I0.5LD Q0.2CTU C1, 5Network 3 / 启动处理线圈LDN Q0.0AN T37LD C1O Q0.6ALD= Q0.7S Q0.3, 1R Q0.1, 1Network 4 / 处理水用时LD Q0.3AN T37TON T37, +200Network 5 / 开启检测线圈LD T37AN T39= Q0.4= Q0.0= Q0.2R Q0.3, 1Network 6 LD Q0.4TON T39, 200Network 7 / 水质检测合格LDN T38LD I2.0O Q0.5ALD= Q0.5Network 8 / 水质检测不合格LD I2.1= Q0.6Network 9 LD Q0.5TON T38, 200Network 10 / 通过压力开关（I2.2）来检测处理合格的水是否完全排除，若排除则关闭出水阀门（Q1.0），同时启动注水阀门（Q0.1）。循环进行下一次处理。LDN I2.2A T38= Q1.0第五章 系统调试5.1 仿真步骤和结果本设计采用S7200软件进行仿真，它可以仿真大量的S7200指令。仿真程序提供了数字信号输入开关、两个模拟电位器和LED输出显示，仿真程序同时还支持对TD200文本显示器的仿真，在实验室仿真条件尚不具备的情况下，可以用S7200仿真。仿真步骤：（1）启动仿真程序。（2）利用“CPU Type”命令选择合适类型的CPU，由于仿真软件的不同和设计的程序不同，本次设计我选择CPU226的CPU进行仿真。（3）由于不需要进行模块扩展，直接就可以进行程序加载，加载成功后，在仿真软件中的AWL、KOP和DBI观察窗口中，就可以分别观察到加载的语句表程序、梯形图程序和数据块。（4）按下菜单栏中的仿真按钮，启动仿真。（5）启动仿真后，利用工具栏中的监控按钮，启动状态观察窗口。（6）按程序进行操作，抓去相关图片。仿真结果：（1）按下启动开关I0.0（2）按下5次水位开关（3）水质合格（4）水质不合格总 结本次设计基于PLC利用计数器，定时器和延时程序，实现了过滤系统的自动控制，突显出了PLC在自动控制领域可靠，稳定的特点。保证了各个流程的顺利进行，采用梯形图编程，提高了编程能力。用S7200PLC仿真软件学习和掌握了调适的方法和技巧。整个课题的设计过程包括总体设计，硬件设计，软件设计，S7-200仿真，详细的说明了系统从设计到实现的全过程。 通过本次毕业设计，我学会了利用所学的PLC知识和其他一些专业课知识，设计软硬件系统，进一步了解了PLC在自动控制的应用，提升了PLC的编程技巧和仿真软件的调试方法。参考文献1 严敏 .自来水厂技术管理M.北京:化工出版社,20082 环境保护部.中华人民共和国国家环境保护标准M.北京：中国环境科学出版社，20093 郑晟.现代可编程序控制器原理与应用M.北京：科学出版社，20004 陈伟，罗启达，张群，王哲明，陈艳丽，陈晓华.滤池的设计与应用J.北京：中国给水排水，2007-085（德）Wolfgang Mahnke 等著 马国华译.OPC统一架构M.北京：机械工业出版社，20126张晓峰，张静，高斌，王宗刚，祝燎，席克军.电气控制与可编程控制技术及其应用M.北京：国防工业出版社，20107 韩剑宏，于衍真，邱立平水工艺处理技术与设计M.北京：化工出版社，20078刘介才.厂供电M.北京：机械工业出版社，20099 电力网. 10中国设计师网. 11中国质检出版社第四编辑室. 低压电器标准汇编M.北京:中国标准出版社，201112 陈杰，黄鸿.传感器与检测技术M.北京：高等教育出版社，200913胡虔生，胡敏强.电机学M.北京：中国电力出版社，200914 姜秀玲. 电气控制与PLC程序设计M.北京; 北京大学出版社，200015 李若谷. 西门子S7-200系列PLC编程指令与梯形图快速入门M.北京; 电子工业出版社，200516 刘敏.可编程控制器技术M. 北京：机械工业出版社.201117 邱公伟.可编程控制器网络通信及应用M. 北京：清华大学出版社.200018 陈宏.可编程控制器 ( PLC) 的选型J.北京：化工进展.200519 胡学芝.可编程控制器的选择J.CSSCI.20 袁任光.可编程序控制器技术与实例M.广州：华南理工大学出版社.2003致 谢基于PLC设计水厂滤池自动控制是我大学的最后一次考试了。毕业设计作为大学四年的一个最重要的理论和实践相结合的学习机会，同时也是为即将进入社会的我检验自己所学专业基础知识掌握程度以及不足提供了一个检测平台。通过这次毕业设计，加深我对本专业基本知识学习，我得到了不少的提高，增长了不少的见识，浓厚了对本专业知识的兴趣；但是从