污泥处理船操作控制系统设计研究

毕业设计（论文）污泥处理船操作控制系统设计研究学生姓名学号学部（系）机械与电气工程学部专业年级09级机械设计制造及其自动化4班指导教师职称或学位教授2013年5月24日目录摘要3关键词3ABSTRACT4KEYWORDS41绪论511污泥处理船简介512PLC简介62控制系统的选择与设计1021功能需求1022硬件选择1223污泥处理船PLC配置1424硬件I/O分配表1525软件设计163控制系统的搭建与实现2031硬件的搭建2032软件的实现224仿真验证30结束语34参考文献34致谢35附录一功能流程图（完整）36附录二完整程序37污泥处理船操作控制系统设计研究摘要污泥处理船是进行污泥处理作业所必需的交通工具，是集机械、液压、电气为一体的现代化高技术设备。本文针对实际生产需求，提出了设计题目，并对污泥处理船的控制系统进行了初步的设计。本论文通过分析污泥处理船的前进、后退、左转、右转等运动过程设计出了其PLC操作控制系统。该控制系统包括软件和硬件两大部分。硬件部分采用了三菱FX2N系列的FX2N64MT。软件部分使用GXDEVELOPER来编制污泥处理船的PLC控制程序。在操作控制系统的设计过程中采用分块编程，分块运行，整体仿真的方法编制整个程序。此方法使用良好，适合一般情况下编程使用。关键词污泥处理船，控制系统，可编程序控制器，运动过程DESIGNOFCONTROLSYSTEMOFSHIPOPERATIONOFSLUDGETREATMENTABSTRACTSLUDGETREATMENTSHIPISREQUIREDTOTRANSPORTSLUDGETREATMENTOPERATIONS,ISAMODERNHIGHTECHEQUIPMENTMACHINERY,HYDRAULIC,ELECTRICALASONEINTHISPAPER,ACCORDINGTOTHEACTUALPRODUCTIONREQUIREMENTS,PROPOSEDTHEDESIGN,CONTROLSYSTEMANDSLUDGETREATMENTOFTHEPRELIMINARYDESIGNOFTHESHIPINTHISPAPER,THROUGHTHEANALYSISOFSLUDGETREATMENTSHIPFORWARDANDBACKWARD,TURNLEFT,TURNRIGHT,MOTIONCONTROLSYSTEMISDESIGNEDANDITSPLCTHECONTROLSYSTEMINCLUDESTWOPARTSOFSOFTWAREANDHARDWARETHEHARDWAREPARTADOPTSMITSUBISHIFX2NSERIESFX2N64MTSOFTWARECOMPONENTSUSEGXDEVELOPERTOCOMPILETHESLUDGETREATMENTVESSELPLCCONTROLPROGRAMTHEBLOCKPROGRAMMINGINTHEDESIGNPROCESSOFCONTROLSYSTEM,THEBLOCKOPERATION,THEESTABLISHMENTOFTHEWHOLEPROCEDUREOFTHEWHOLESIMULATIONMETHODTHISMETHODUSESTHEGOOD,SUITABLEFORGENERALUSEPROGRAMMINGKEYWORDSSLUDGETREATMENT,CONTROLSYSTEM,PROGRAMMABLECONTROLLER,MOTIONPROCESS1绪论11污泥处理船简介当今世界，河床升高，湖底变高等导致的“天河”、“天湖”等现象频见报道。导致河床和湖底升高的元凶就是污泥的沉积。当污泥在水下堆积时，水面上升就是必然的结果。想要解决这一问题就必须要对污泥进行处理。现阶段，将污泥从水底抽到专门的曝晒地方并且经过分离留下泥土，流回清水的方法是最为可行的。在污泥的处理中，如何在水和污泥混合物中行走又是非常麻烦的事情。因此，专为污泥处理设备设计一个运动装置是十分有必要的。污泥处理现在正是国内外热门的研究领域，因为它关系着人与自然的和谐相处。污泥分为以下几类（1）原污泥未经污泥处理的初沉淀污泥，二沉剩余污泥或两者的混合污泥。（2）初沉污泥从初沉淀池排出的沉淀物。（3）二沉污泥从二次沉淀池（或沉淀区）排出的沉淀物。（4）活性污泥曝气池中繁殖的含有各种好氧微生物群体的絮状体。（5）消化污泥经过好氧消化或厌氧消化的污泥，所含有机物质浓度有一定程度的降低，并趋于稳定。（6）回流污泥由二次沉淀（或沉淀区）分离出来，回流到曝气池的活性污泥。（7）剩余污泥活性污泥系统中从二次沉淀池（或沉淀区）排出系统外的活性污泥。污泥处理就是对污泥进行浓缩、调治、脱水、稳定、干化或焚烧的加工过程。它有以下几种处理类型（1）污泥消化在氧或无氧的条件下，利用微生物的作用，使污泥中的有机物转化为较稳定物质的过程。（2）好氧消化污泥经过较长时间的曝气，其中一部分有机物由好氧微生物进行降解和稳定的过程。（3）厌氧消化在无氧条件下，污泥中的有机物由厌氧微生物进行降解和稳定的过程。（4）中温消化污泥在温度为3353时进行的厌氧消化工艺。（5）高温消化污泥在温度为53330进行的厌氧消化工艺。（6）污泥浓缩采用重力或气浮法降低污泥含水量，使污泥稠化的过程。（7）污泥淘洗改善污泥脱水性能的一种污泥预处理方法。用清水或废水淘洗污泥，降低消化污泥碱度，节省污泥处理投药量，提高污泥过滤脱水效率。（8）污泥脱水对浓缩污泥进一步去除一部分含水量的过程，一般指机械脱水。（9）污泥真空过滤利用真空使过滤介质一侧减压，造成介质两侧压差，将污泥水强制滤过介质的污泥脱水方法。（10）污泥压滤采用正压过滤，使污泥水强制滤过介质的污泥脱水方法。（11）污泥干化通过渗滤或蒸发等作用，从污泥中去除大部分含水量的过程，一般指采用污泥干化场（床）等自蒸发设施或采用蒸汽、烟气、热油等热源的干化设施。（12）污泥焚烧污泥处置的一种工艺，它利用焚烧炉将脱水污泥加温干燥，再用高温氧化污泥中的有机物，使污泥成为少量灰烬。鉴于污泥处理操作的复杂性，我们有必要设计一种污泥处理船，使其能在很深的污泥中行走，从而对污泥进行处理以及进行更深入的科学研究工作。但是使污泥处理船在水和污泥混合物中行走是一件非常复杂和麻烦的事情，所以我们非常有必要对实现这种功能的船进行设计研究。目前，国外对这种船的研究还是比较先进的，而国内对它研究还是相对落后的。在国外的研究中，船体的行进都是不连续的，将来会向平稳运动发展。这将是一个非常实用的研究。在船的各个方面设计中，我认为PLC控制系统的设计是最为重要的。本次所设计的污泥处理船是借鉴机器人的爬行机构来设计出的运动机构。依据需求，设计了其机械系统和液压系统。利用现代控制技术对液压系统进行控制从而得到所需求的动作。12PLC简介121关于PLC的介绍PLC（PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER），可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（PERSONALCOMPUTER）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC。PLC自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国、日本、德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。扫描周期T（输入点时间输入端子数）（指令执行速度指令的条数）（输出一点的时间输出端子书）故障诊断时间通讯时间从上式可看出，扫描周期已经决定了CPU执行执行的速度、执行每条指令所占用的时间、程序中指令条数的多少。指令执行所需的时间和用户程序的长短、指令的种类和CPU执行速度是有很大关系，一般来说，一个扫描的过程中，故障诊断时间，通信时间，输入采样和输出刷新所占的时间较少，执行的时间是占了绝大部分。122PLC的特点（A）功能完善，组合灵活，扩展方便，实用性强。现代PLC所具有的功能及其各种扩展单元、智能单元和特殊功能模块，可以方便、灵活地组成不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。（B）使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。PLC的运用能够做到在线修改程序，改变控制的方案而无需拆开机器设备。它能在不同环境下运行，可靠性十分强悍。（C）安装简单，容易维修。PLC可以在各种工业环境下直接运行，只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，写入程序即可运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。PLC还有强大的自检功能，这为它的维修提供了方便。（D）抗干扰能力和可靠性能力都强，远高于其他各种机型。隔离和滤波，是抗干扰的两大主要措施。对PLC的内部电源还采取了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保证供电质量。另外使输入/输出接口电路的电源彼此独立，以免电源之间的干扰。正确的选择接地地点和完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。为适应工作现场的恶劣环境，还采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构。通过以上措施，保证了PLC能在恶劣环境中可靠工作，使平均故障间隔时间长，故障修复时间短。（E）环境要求低。PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作。这是PLC产品的市场生存价值。（F）易学易用。PLC是面向工矿企业的工控设备，接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。PLC编程大多采用类似继电器控制电路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此，很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。123发展情况1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称PROGRAMMABLE，是世界上公认的第一台PLC。1969年，美国研制出世界第一台PDP141971年，日本研制出第一台DCS81973年，德国研制出第一台PLC1974年，中国研制出第一台PLC发展20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。124发展方向（A）产品规模向大、小两个方向发展大I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。（B）PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。（C）不断加强通讯功能。（D）新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。（E）编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。（F）发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。（G）追求软硬件的标准化。125应用范围自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来，迄今已近30多年了，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又比同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微机处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达形式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础地形象编程语言和模块化地软件结构，使用程序地编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，座少量地安装接线和用户程序地编制工作，就可以灵活而方便地将PLC应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了”电脑“的神秘感，推动了计算机技术的普遍运用。可编程控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。PLC现已成为工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、以易与计算机接口、能对模拟量进行控制，具备高速计数与位控等性能模块等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC应用深度和广度已经成为一个国家工业先进的重要标志之一。2控制系统的选择与设计21功能需求211液压原理分析如图21所示为污泥处理船运动部分的液压原理图。图21污泥处理船液压原理图当污泥处理船需要运动时，首先会启动电机7，然后通过联轴器8带动液压马达9。顺着油路经过过滤器10后到达逻辑阀进行分流。然后由八联同步马达带动经过三位四通电磁换向阀21进入大油缸23和小油缸24。需要控制的量有电机7、同步马达19、两位四通换向阀20（4个）、三位四通换向阀21（8个）、平衡阀组22（8个）。212动作要求前进原位（四个小缸完全收回，四个大缸完全收回）四个小缸伸出四个大缸伸出四个小缸收回四个大缸收回。左转原位左侧两小缸伸出左侧两大缸伸出左侧两小缸收回左侧两大缸收回。右转原位右侧两小缸伸出右侧两大缸伸出右侧两小缸收回右侧两大缸收回。后退原位四个大缸伸出四个小缸伸出四个大缸收回四个小缸收回。213参数要求表21污泥处理船技术要求名称符号数值单位备注大缸负载（伸出）F280KN根据工况拟定大缸压力P1168MPA效率取095小缸负载F4988KN根据工况拟定小缸压力P2168MPA效率取095泵的流量Q156L/MIN当输出压力186MPA时，泵的流量应达到156L/MIN大缸长度L1430450MM大缸行程S1400MM缸不完全伸出大缸无杆腔面积A15024MM2大缸有杆腔面积A22649357MM2小缸长度L1530550MM小缸行程S2500MM缸不完全伸出小缸无杆腔面积A33115665MM2小缸有杆腔面积A4152604MM2大缸运动速度V101M/S小缸运动速度V201M/S爪子同步精度5，即一小缸伸出500MM时，另一小缸位置误差不得超过25MM；一大缸完全伸出时，另一大缸位置误差不得超过20MM，对应爪子位置误差不得超过867MM备注液压系统需保证无泄漏要求；缸体及元件寿命2年以上。214电源要求考虑到液压马达、同步马达、电磁阀及监控设备的电源等因素，本系统分别使用220V（AC），24V（DC）的电源。22硬件选择221需求分析本次控制的是电磁液压换向阀，为开关量，计算需求不高。在使用中处于平稳状态，周围电磁干扰不是很强而且不需要PLC之间的相互通信和交互数据，故不需要很强的通讯能力。但是因为要船行走很平稳、故障率低，所以需要很高的稳定性。因此可用中小型PLC控制。为考虑以后的扩展性和与其他系统通信的需要，初选三菱、西门子的PLC。国产的PLC因为控制精度不高、较容易受干扰、附加组件群不丰富、扩展性不佳而不采用。技术要求寿命2年以上，按每年300天工作、每天8小时，同时技术要求上可以得出单一触点最多每9秒通断一次可得，最高通断次数为240,000次。又PLC中继电器触电寿命一般为10万次，故应选择晶体管输出。222I/O接口数量输入接口（A）液压油泵启动开关、液压油泵关闭开关、船的前进、后退、左转、右转、停止控制开关。（共7个）（B）船上8个液压缸，每个液压缸需要2个限位开关。（共2816个）合计71623个。考虑扩展性，增加15的接口数量。总接口数27个。输出接口（A）依据液压油路图，每个三位四通换向阀都需要2个电磁控制器控制。二位四通换向阀需要一个电磁阀控制（共28117个）（B）液压泵的启停控制接口（共2个）（C）船的前进、后退、左转、右转、停止指示灯，液压油泵的启动指示灯。（共6个）合计172624个。考虑到以后的扩展性，增加10的接口数量。总接口数为27个。223PLC型号的选择（A）系列的选择由图22结合需求的I/O接口数量和程序大小可以得知，选择FX2N系列的PLC较好。（B）PLC具体型号的选择依据型号结合需求（开关量需要通断频繁，寿命高）可以分析出，采用FX2N64MT型有32输入口/32晶体管输出口的PLC才可以满足需求。（如图23所示）同图22三菱PLC的系列简介时由于三菱采用整体式结构设计，所有东西都整合在一起，所以没有其他模块。图23具体型号选择图（C）其他附件选择编程通信电缆FXUSBAWUSB用（D）特点与参数三菱FX2N64MT型PLC具有如下特点1）集成度很高，只需要一个PLC和一个数据线就可以连接电线，进行下一步的实验。2）有一定的扩展性，但是不是很好。周围设备不是很丰富。PLC之间通信较西门子的差。3）升级代价很高。由于采用一体化设计，升级时必须整个PLC一起更换才行。主要参数表技术规范FX2N64MT集成的数字量输入/输出32入/32继电器出最大可扩展的数字量输入/输出范围256点最大可扩展的模拟量输入/输出范围256点续表用户程序区8KB数据存储区8KB布尔量运算执行时间08S标志寄存器/计数器/定时器256/234/256高速计数器21个，20KHZ外形尺寸长X宽X高,MM220X86X193224优势选用三菱的FX2N64MT型PLC的优势如下1）整体式的PLC可以降低配置的难度。而且可以在PLC出故障后直接快速更换整体PLC，然后再维修。降低污泥船维修时间。2）对于我们所要应用的全为开关量的控制上，晶体管无触点，可以提高寿命。3）虽然周边外设较少，但是对于本次设计任务来说不需要外设即可。再考虑到以后的扩展方向，外设群是完全够用的。225操作控制方案1、运动选择使用一个4工位（带停止位共5位）的选择开关完成对污泥处理船的前进、后退、左转、右转的选择。2、所有步骤完成后除非选择单步，其他情况均再循环工作。23污泥处理船PLC配置如图24所示为污泥处理船的PLC配置图，左端为输入端，右端为输出端。图24污泥处理船PLC配置图24硬件I/O分配表做出硬件接口的分配表是为了配合制作PLC硬件接线图，并且为以后的程序写作以及检测提供可靠的依据。分为输入和输出两部分。表22PLC外部端口分配表输入功能备注输出功能备注X0液压油泵启动SB1Y0油泵电机KM1X1液压油泵关闭SB2Y1电磁阀1左侧右上小油缸伸出X2前进SA11Y2电磁阀1右侧右上小油缸缩回X3后退SA12Y3电磁阀2左侧右下小油缸伸出X4左转SA13Y4电磁阀2右侧右下小油缸缩回X5右转SA14Y5电磁阀3左侧左上小油缸伸出X6停止SB3Y6电磁阀3右侧左上小油缸缩回X7限位开关1SQ1Y7电磁阀4左侧左下小油缸伸出X10限位开关2SQ2Y10电磁阀4右侧左下小油缸缩回X11限位开关3SQ3Y11电磁阀5左侧右上大油缸伸出X12限位开关4SQ4Y12电磁阀5右侧右上大油缸缩回X13限位开关5SQ5Y13电磁阀6左侧右下大油缸伸出X14限位开关6SQ6Y14电磁阀6右侧右下大油缸缩回X15限位开关7SQ7Y15电磁阀7左侧左上大油缸伸出X16限位开关10SQ10Y16电磁阀7右侧左上大油缸缩回X17限位开关11SQ11Y17电磁阀8左侧左下大油缸伸出X20限位开关12SQ12Y20电磁阀8右侧左下大油缸缩回X21限位开关13SQ13Y21电磁阀9小油缸油压平衡X22限位开关14SQ14Y22电磁阀10小油缸油压平衡X23限位开关15SQ15Y23电磁阀11大油缸油压平衡X24限位开关16SQ16Y24电磁阀12大油缸油压平衡X25限位开关17SQ17Y25启动指示灯L1X26限位开关20SQ20Y26停止指示灯L2X27开始运动开关SB4Y27前进指示灯L3Y30后退指示灯L4Y31左转指示灯L5Y32右转指示灯L6其中SQ表示限位开关，SB表示按钮，SA表示选择开关，L表示指示灯。25软件设计251运行大致步骤直行步骤限位开关1，小油缸伸出SQ11,SQ12,SQ13,SQ142，大油缸伸出SQ15,SQ16,SQ17,SQ203，小油缸缩回SQ1,SQ2,SQ3,SQ44，大油缸缩回SQ5,SQ6,SQ7,SQ10左转步骤限位开关1，右侧小油缸伸出SQ11,SQ122，右侧大油缸伸出SQ15,SQ163，右侧小油缸缩回SQ1,SQ24，右侧大油缸缩回SQ5,SQ6右转直行步骤限位开关1，左侧小油缸伸出SQ13,SQ142，左侧大油缸伸出SQ17,SQ203，左侧小油缸缩回SQ3,SQ44，左侧大油缸缩回SQ7,SQ10后退步骤限位开关1，大油缸伸出SQ15,SQ16,SQ17,SQ202，小油缸伸出SQ11,SQ12,SQ13,SQ143，大油缸缩回SQ5,SQ6,SQ7,SQ104，小油缸缩回SQ1,SQ2,SQ3,SQ4252顺序功能图制作顺序功能图的时候我认为将程序分成两块来制作，然后分别通过测试后再合并，就可以减少程序出错后的排查。所以顺序功能图也是分块写的，便于后期程序的编制。如下图25所示，为油泵启动、停止的控制以及直行程序的顺序功能图。通过图旁边的注解可以很清楚的了解其工作的过程。图26为后退的顺序功能图，图27为左转的顺序功能图，图28为右转的顺序功能图。都可以通过其旁边的注解了解工作过程。M100M101M8002SETY025程序启动X00液压油泵启动开关选择在直行时执行直行程序，同时直行指示灯亮X02M102Y027SETY000M106M107Y002Y006Y004Y010Y012X20或X22或X24或X26X7或X11或X13或X15Y016Y014Y020小油缸缩回大油缸缩回M114RSTY025RSTY000液压油泵停止M102X01X06M104M105Y001Y005Y003Y007Y011Y013Y015Y017T0X10或X12或X14或X16小油缸伸出大油缸伸出M103Y002Y006Y004Y010Y012Y016Y014Y020X7X11X13X15X17X21X23X25T0T0K5X27图25油泵控制和直行程序顺序功能图开关选择在后退时执行后退程序，同时后退指示灯亮M110Y030X03M112M113M114M115小油缸缩回大油缸伸出T1小油缸伸出大油缸缩回M111Y002Y006Y004Y010Y012Y016Y014Y020X7X11X13X15X17X21X23X25T1T1K5X27X20或X22或X24或X26X10或X12或X14或X16X17或X21或X23或X25Y011Y013Y015Y017Y001Y005Y003Y007Y012Y016Y014Y020Y002Y006Y004Y010图26后退顺序功能图开关选择在左转时执行左转程序，同时左转指示灯亮M116Y031X04M120M121M122M123Y001Y003Y022Y011Y024Y013T2小油缸伸出大油缸伸出Y002Y004Y022Y012Y014Y024小油缸缩回大油缸缩回M117Y002Y004Y012Y014X7X11X17X21T2T2K5X27X7或X11X10或X12图27左转顺序功能图开关选择在右转时执行右转程序，同时右转指示灯亮M124Y032X05M126M127M130Y005Y007Y021小油缸伸出M131Y015Y023Y017大油缸伸出Y006Y010Y021Y016Y020Y023小油缸缩回大油缸缩回M125Y006Y010Y016Y020X13X15X23X25T3T2K5X27T3X24或X26X13或X15X14或X16图28右转顺序功能图3控制系统的搭建与实现31硬件的搭建311配电系统电路设计污泥处理船用到了220V（AC）24V（DC）这两种电源，根据其配电特点，设计出配电系统如图31所示。图31配电系统电路设计配电系统中元件配置SQ1空气开关。KM1交流接触器，与液压马达配套使用。KM2交流接触器，与同步马达配套使用。FR1热继电器，与液压马达配套使用。FR2热继电器，与同步马达配套使用。FU保险丝交直转换需要用稳定性较高的交直转换器，因为它将给PLC供电。312硬件接线图图32PLC硬件接线图32软件的实现33程序及批注（分块）开始，程序由PLC通电得到的脉冲知晓其已经可以运行下一步。然后按下液压油泵启动按钮（即于X000相连的按钮）启动油泵。M132为最后油泵停止时启动的中间继电器线圈，用于断开Y00和Y25的ON设置。当选择开关SA1置于第一个位置，即前进位时，X002接通，前进指示灯亮。当按下运行按钮SB4时，X027接通，计时器开始计时，05S后接通T0，由于按下后没断开，故T0一直处于接通状态。当T0还未接通，X27已经接通且M102接通，即处于直行状态时，此段程序执行，用于使液压缸回到初始位置。T0接通后，小油缸伸出，直到触碰到伸出极限位置限位开关后停止。当小油缸触碰到伸出极限位置的限位开关时，大油缸开始伸出。到伸出极限位置触碰到限位开关后停止。当大油缸碰到伸出位置的限位开关后小油缸开始缩回，直到触碰缩回位置限位开关后停止。小油缸缩回时碰到缩回位置的限位开关后大油缸开始缩回，直到碰到限位开关时停止。停止后如果运行按钮仍然闭合，选择开关依然处于前行选择位时，由于M105、M106、M107均处于未通电状态，故将从第52行开始循环执行。当选择开关SA1置于第二个位置，即后退位时，X003接通，后退指示灯亮。当按下运行按钮SB4时，X027接通，计时器开始计时，05S后接通T1，由于按下后没断开，故T1一直处于接通状态。当T1还未接通，X27已经接通且M110接通，即处于后退状态时，此段程序执行，用于使液压缸回到初始位置。T1接通后，大油缸伸出，直到触碰到伸出极限位置限位开关后停止。当大油缸触碰到伸出极限位置的限位开关时，小油缸开始伸出。到伸出极限位置触碰到限位开关后停止。当小油缸碰到伸出位置的限位开关后大油缸开始缩回，直到触碰缩回位置限位开关后停止。大油缸缩回时碰到缩回位置的限位开关后小油缸开始缩回，直到碰到限位开关时停止。停止后如果运行按钮仍然闭合，选择开关依然处于后退选择位时，由于M113、M114、M115均处于未通电状态，故将从第157行开始循环执行。当选择开关SA1置于第三个位置，即左转位时，X004接通，左转指示灯亮。当按下运行按钮SB4时，X027接通，计时器开始计时，05S后接通T2，由于按下后没断开，故T2一直处于接通状态。当T0还未接通，X27已经接通且M116接通，即处于左转状态时，此段程序执行，用于使液压缸回到初始位置。T2接通后，右侧小油缸伸出，直到触碰到伸出极限位置限位开关后停止。当右侧小油缸触碰到伸出极限位置的限位开关时，右侧大油缸开始伸出。到伸出极限位置触碰到限位开关后停止。当右侧大油缸碰到伸出位置的限位开关后右侧小油缸开始缩回，直到触碰缩回位置限位开关后停止。右侧小油缸缩回时碰到缩回位置的限位开关后大油缸开始缩回，直到碰到限位开关时停止。停止后如果运行按钮仍然闭合，选择开关依然处于左转选择位时，由于M121、M122、M123均处于未通电状态，故将从第250行开始循环执行。当选择开关SA1置于第四个位置，即右转为时，X005接通，右转指示灯亮。当按下运行按钮SB4时，X027接通，计时器开始计时，05S后接通T3，由于按下后没断开，故T3一直处于接通状态。当T0还未接通，X27已经接通且M124接通，即处于右转状态时，此段程序执行，用于使液压缸回到初始位置。T0接通后，左侧小油缸伸出，直到触碰到伸出极限位置限位开关后停止。当左侧小油缸触碰到伸出极限位置的限位开关时，大油缸开始伸出。到伸出极限位置触碰到限位开关后停止。当左侧大油缸碰到伸出位置的限位开关后小油缸开始缩回，直到触碰缩回位置限位开关后停止。左侧小油缸缩回时碰到缩回位置的限位开关后大油缸开始缩回，直到碰到限位开关时停止。停止后如果运行按钮仍然闭合，选择开关依然处于右转选择位时，由于M127、M130、M131均处于未通电状态，故将从第325行开始循环执行。液压油泵停止运行。4仿真验证这次仿真所使用的是GXDEVELOPER和它附带的GXSIMULATOR所完成的。初始状态如图41所示。所测试的内容是当选择前进、后退、左转、右转后按下运行按钮，观察其输入输出端的状态。图41PLC仿真程序界面图中左边是程序，蓝色的是当前时刻通电的开关。右侧是输入输出点的通电情况以及中间继电器的通电情况。本次主要以左侧程序中的通电情况来进行解释。如图所示为X0闭合时的程序运行情况，由图可以看出Y00和Y25都能够输出，是可以完成任务的。如上图所示，当X2和X27都接通时Y27和T0都能正常输出，显示直行开始，而且会原位程序同样开始执行。由于前面有完整程序图，故这里不再截出下面部分的图。（后同）经过05S后前进程序自动执行。小油缸伸出。当X10被触碰时，大油缸开始伸出。当X20被触碰时，小油缸开始缩回。当X11被触碰时，大油缸开始缩回。当X3和X27都接通时Y30和T1都能正常输出，显示后退开始，而且会原位程序同样开始执行。经过05S后大油缸开始伸出。当X20被触碰时，小油缸开始伸出。当X10被触碰时，大油缸缩回。当X17被触碰时，小油缸开始缩回。当X4和X27都接通时Y31和T2都能正常输出，显示左转开始，而且会原位程序同样开始执行。05S后程序自动运行右侧小油缸伸出。当X10被触碰时，大油缸开始伸出。X20被触碰后，小油缸开始缩回。X7被触碰后，大油缸开始缩回。当X5和X27都接通时Y32和T3都能正常输出，显示右转开始，而且会原位程序同样开始执行。经过05S后左侧小油缸伸出。当X14被触碰后，左侧大油缸伸出。当X24被触碰后，左侧小油缸缩回。当X15被触碰后，左侧大油缸缩回。当按下X1即油泵停止后，油泵及其指示灯停止工作。注以上触碰只是一种情况的展示。其他情况类似。结束语本文对污泥处理船操作控制系统进行了设计。以PLC为主控制器实现了污泥处理船运动的自动化操作。另外，使用电脑设计控制系统，融入了过程控制设计、现场操作以及资源管理为一体化，实现了最优化管理。通过实验测试，基本达到了预期要求。满足了系统的需求。但是由于时间限制还有一些不足，有待做进一步的研究。主要有以下几个方面一、没有使用传感器，可以增加液压传感器和其他传感器来扩展污泥处理船操控系统的功能，使其更加方便。二、使用GXDEVELOPER编程软件，其仿真不是很稳定，有时候需要输入几次才能得到应该有的结果。如果有可能还是需要选择更好的软件。在整个控制系统和论文撰写过程中经历了很多挫折。在设计时，首先没有考虑周全输入输出点。经过反复研究，在后来增加了一些触点。才考虑比较周全。其次，设计完各个模块的程序，在整合的时候出现了功能实现不全的情况，然后采用逐块分析的方法，进行总体调试和仿真测试。参考文献1王孝科,张海军,薛风春1150MM可逆冷轧机液压自动控制系统J机床与液压,2011,391694962陈浩桉例解说PLC、触摸屏及变频器综合应用M第一版中国电力出版社,20073范永,谭民机器人控制器的现状及展望J机器人,1999,21175804于海龙,石东东,赵秀美基于PLC的数控卷板机自动控制系统研究J机械工程与自动化,201111331375侯韶光,赵洲清,王万平基于PLC控制的液压同步桥梁顶升系统J中国公路机械,201016郝铁栓基于S7_300PLC的液压支架自动控制系统J工矿自动化,20101279807孙成来,王辉,田士强,等计算机控制同步顶升系统在旧桥加固工程中的应用J养护工程,2012122238魏志强,孙旭光,王益群,等可编程控制器在气动机械手控制中的应用J液压与气动,2002618209韩宗真,敖正平,向平某型武器装填液压系统的PLC控制研究J机床与液压,2010,3812959710戴琳,马荣芳,鹿刚,等全液压自动控制系统在高炉中的研发与应用J冶金设备,2011188798111王学红,张革平,颜宁,等铣刨机液压自动控制技术J工程机械,20066454712李晓刚小吨位全自动液压压砖机及其控制系统D陕西科技大学,200413金东辉一种污水处理厂自动化控制系统的实现J工业控制计算机,2012,258545514周星元应用PLC改造液压基本回路实验台J武汉科技学院学报,2001,142626515程宪平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