水处理系统中过滤器的PLC控制系统设计

1、水处理系统中过滤器的PLC控制系统设计水处理系统中过滤器的PLC控制系统设计摘要：污水处理控制系统最初多采用继电器一接触器控制系统，但随着社会以及电子技术的快速发展，控制要求不断精密，此类控制方法已经完全不能满足工业污水处理系统的控制要求，所以逐渐被DCS、现场总线控制、PLC等控制方式所取代。和现场总线控制系统比较，PLC系统可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行，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。和DCS系统比较，PLC系统的可靠性高，所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，各模块均采用屏蔽措施，以

2、防止噪声干扰，采用性能优良的开关电源。为了适应各种工业控制需要，除了单元式大的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。关键词:污水处理;PLC系统；控制；1 / 40水处理系统中过滤器的PLC控制系统设计目录一.概述41. »»«»«»41. 2过滤器简介4L3过滤器工作原理5二.过滤器控制系统硬件设计52. 1过漉器流程图52. 2过滤器的工作过程62. 3PLe的选型62.3.1PLC的型号62.3.2三菱PLC的特点62.3.3三菱PLC的设计方法72.4PLC接线图的设计82. 5过漉器的I/O点的分配16三.过滤器控

3、制系统的软件设计233. 1编程软件GxDeveloper概述233.LlGxDeveloper简介233.1.2GxDeveloper的特点233.1.3梯形图语言特点243.2梯形图设计24四.结束语34参考文献35致谢36附录37附录1：过滤器流程图37附录2：过滤器各部分PLC接线图384 / 40水处理系统中过滤器的PLC控制系统设计2 .水处理系统中过滤器的PLC控制系统设计3 .概述1.1过渡器历史中国古代即已应用过滤技术于生产，公元前200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

4、面上，干后即成纸张。最早的过滤大多为重力过滤，后来采用加压过流提高了过滤速度，进而又出现了真空过滤。20世纪初发明的转鼓真空过滤器实现了过滤操作的连续化。此后，各种类型的连续过滤器相继出现。间歇操作的过滤器（例如板框压滤器等）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,机械压榨的过滤器得到了发展。1.2过滤器简介过滤器由筒体、不锈钢漉网、排污部分、传动装置及电气控制部分组成。过滤器工作时，待过滤的水由水口时入，流经滤网，通过出口进入用户所须的管道进行工艺循环，水中的颗粒杂技被截留在滤网内部。如此不断的循环，被截留下来的颗粒越来越多，过滤速度越来越慢，而进口的污水仍源源

5、不断地进入，滤孔会越来越小，由此在进、出口之间产生压力差，当大度差达到设定值时，差压变送器将电信号传送到控制器，控制系统启动驱动马达通过传动组件带动轴转动，同时排污口打开，由排污口排出，当滤网清洗完毕后，压差降到最小值，系统返回到初始过滤状，系统正常运行。过滤器由壳体、多元滤芯、反冲洗机构、和差压控制器等部分组成。壳体内的横隔板将其内腔分为上、下两腔，上腔内配有多个过滤芯，这样充分了过滤空间，显着缩小了过滤器的体积，下腔内安装有反冲洗吸盘。工作时，浊液经入口进入过滤器下腔，又经隔板孔进入滤芯的内腔。大于过滤芯缝隙的杂质被截留，净液穿过缝隙到达上腔,4 / 40水处理系统中过滤器的PLC控制系统

6、设计最后从出口送出。过滤器采用高强度的楔形漉网，通过压差控制、定时控制自动清洗漉芯。当过滤器内杂质积聚在滤芯表面引起进出口压差增大到设定值，或定时器达到预置时间时，电动控制箱发出信号，驱动反冲洗机构。当反冲洗吸盘口与滤芯进口正对时，排污阀打开，此时系统泄压排水，吸盘与浓芯内侧出现一个相对压力低于滤芯外侧水压的负压区，迫使部分净循环水从滤芯外侧流入滤芯内侧，吸附在滤芯内内壁上的杂质微粒随水流进穰盘内并从排污阀排出。特殊设计的滤网使得滤芯内部产生喷射效果，任何杂质都将被从光滑的内壁上冲走。当过流器进出口压差恢复正常或定时器设定时间结束，整个过程中，物料不断流，反洗耗水量少，实现了连续化，自动化生产

7、。过滤器广泛用于冶金、化工、石油、造纸、医药、食品、采矿、电力、城市给水领域。诸如工业废水，循环水的过滤，乳化液的再生，废油过滤处理，冶金行业的连铸水系统、高炉水系统，热轧用高压水除鳞系统。是一种先进、高效且易操作的全自动过滤装置。1. 3过滤器的工作原理过滤器待处理的水由入水口进入机体，水中的杂质沉积在不锈钢滤网上，由此产生压差。通过压差开关监测进出水口压差变化，当压差达到设定值时，电控器给水力控制阀，驱动电机信号。设备安装后，由技术人员进行调试，设定过滤时间和清洗转换时间，待处理的水由入水口进入机体，过滤器开始正常工作，当达到预设清洗时间时，电控器给水力控制阀、驱动电机信号，引发下列动作：

8、电动机带动刷子旋转，对滤芯进行清洗，同时控制阀打开进行排污，整个清洗过程只需持续数十秒钟，当清洗结束时，关闭控制阀，电机停止转动,系统恢复至其初始状态，开始进入下一个过滤工序。过淀器的壳体内部主要由粗滤网、细滤网、吸污管，不锈钢刷或不锈钢吸嘴、密封圈、防腐涂层、转动轴等组成。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

9、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。二.过滤器控制系统硬件设计2.1过滤器流程图:如图:.排污出水 k反洗出水 »源刚水一滤前进水I b灯5 / 40水处理系统中过滤器的PLC控制系统设计2. 2过滤器工作过程：按照工艺的要求,在整个污水处理过程中，过滤器起着非常重要的作用,而过滤器的工作效果取决于漉料脏物的反洗控制。此工程共有3台过滤器，每台过滤器均配置五个电控气动蝶阀：滤前进水阀、滤后出水阀、反洗进水阀、反洗出水阀及搅拌机，其

10、控制程序如下：过滤：首先打开过滤进水阀，紧接着打开过滤出水阀，正常过滤。反洗：当过滤时间达到预先设定值或流量小于一定值，则程序开始进行反洗。关闭过滤进水阀和出水阀，启动反洗泵，打开反洗进水阀和出水阀，开始水洗，然后启动搅拌机搅拌滤料，经一段时间停止搅拌机，然后停止反洗泵，关闭反洗进水阀，靠余压排水和稳定滤料，然后关闭反洗出水阀。反洗结束。2. 3PLC的选择：2. 3.1PLC型号本次说明书的设计选择三菱PLC,三菱PLC英文名又称：MitsubishProgrammableLogicController,是三菱电机在大连生产的主力产品。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

11、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。三菱PLC在中国市场常见的有以下型号：FR-FX1NFR-FX1SFR-FX2NFR-FX3UFR-FX2NCFR-AFR-Q。2. 3.2三菱PLC的特点三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出1625点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。它具有以下的特点：系统配置即固定又灵活；编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用

12、于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。FX系列PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点；FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案；FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。除输入出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，

13、自由选择。程序容量：内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器输出等。数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。特殊用途、脉冲输出（20KHZ/DC5V,KHZ/DC12V-24V）,脉宽调制，PID控制指令等。外部设备相互通信，串行数据传送，ASCIIcode印刷，HEXASCII变换，校验码等。时计控制内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等。2. 3.3三菱P

14、LC的设计方法三菱PLC控制系统一般设计方法：1、分析控制系统的控制要求熟悉被控对象的工艺要求，确定必须完成的动作及动作完成的顺序，归纳出顺序功能图。2、选择适当类型的PLC根据生产工艺要求,确定I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）,并列出I/O点清单。进行内存容量的估计，适当留有余量。根据经验，对于一般开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于I/O总数乘以8；对于只有模拟量输入的控制系统，每路模拟量需要100个存储器字；对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统，每路模拟量需要200个存储器字。确定机型时，还要结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通

15、信等综合情况，选定性能价格比好一些的PLC机型。3、硬件设计根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电气控制系统原理接线图。4、软件设计（1）软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图,在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。(2)模拟调试。将设计好的程序下载到PLC主单元中。由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间

16、的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。5、现场调试在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。现场调试前要全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。将PLC的工作方式置为“RUN”。反复调试，消除可能出现的问题。当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。2. 4PLC接线的设计11 / 40以其中一个罐体为例，如图:搅拌机L器五动进进出出拌线醐滤在气前洗后洗搅帽图过存控滤反滤反及PLffl:个体电：、阀。下swsw依侑依侑一罐个蝶水

17、水水水机如水处理系统中过滤器的PLC控制系统设计水处理系统中过滤器的PLC控制系统设计系统电流监视及浪涌保护电路如下:14 / 40电潴股视单元_QF1JPD1水处理系统中过滤器的PLC控制系统设计当过滤时间达到预量小于一定值，则反洗。反洗电机使机，接线如下：先设定值或流程序开始进行用30KW的电动水处理系统中过滤器的PLC控制系统设计17 / 402.5过滤器的I/O点的分配b当一幅X工塞X自GX皮11鱼1建与e忠e多令§©隹8a§。力/LI安郃物注田切Ad四髭郭反中物安起桶平水处理系统中过滤器的PLC控制系统设计38 / 40I/O分配表如下：X0系统自动方式

18、XI系统远程方式X2一一反冲水洗泵故障X3一一1#搅拌机故障X42#搅拌机故障X53#搅拌机故障X61#电动阀组故障X72#电动阀组故障X103#电动阀组故障XII备用X12备用X13备用X14备用X15KM1接触器动作到位X16KM2接触器动作到位X17KM3接触器动作到位X20备用X21备用X22备用X23备用X24备用Y 0反冲洗水泵运行Y 1反冲洗水泵角运行Y 2反冲洗水泵星运行Y 31#搅拌机运行Y 42#搅拌机运行Y 53#搅拌机运行Y 61#滤前进水阀开Y71#反洗进水阀开Y101#滤后出水阀开Y111#反洗出水阀开Y122#滤前进水阀开Y13-2#反洗进水阀开Y142#滤后出水

19、阀开Y152#反洗出水阀开Y16备用Y17备用Y203#滤前进水阀开Y21一一3#反洗进水阀开Y223#滤后出水阀开Y233#反洗出水阀开Y24系统运行指示X25消音/复位按钮X26系统自动运行X27系统停止运行Y25一一系统故障输出Y26一一蜂鸣报警输出Y27备用三.过滤器控制系统软件设计3.1编程软件GxDeveloper概述3.1.IGxDeveloper简介GXDeveloper是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU>QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及

20、调试,具有异地读写PLC程序功能。3. 1.2GxDeveloper的特点1 .软件的共通化GXDeveloper能够制作Q系列，QnA系列，A系列(包括运动控制(SCPU),FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。此外，选择FX系列的情况下，还能变换成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文档。2 .利用Windows的优越性，使操作性飞跃上升能够将Excel,Word等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。3 .程序的标准化(1)标号编程用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作

21、为实际的程序来使用o(2)功能块(以下，略称作FB)FB是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易。此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误。(3)宏只要在任意的回路模式上加上名字(宏定义名)登录(宏登录)到文档，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了。4 .能够简单设定和其他站点的链接由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。5 .能够用各种方法和可编程控制器CPU连接(1)经由串行通讯口经由USB(3)经由MELSECNET/

22、10(H)计算机插板(4)经由MELSECNET(U)计算机插板(5)经由CC-Link计算机插板(6)经由Ethernet计算机插板(7)经由CPU计算机插板(8)经由AF计算机插板6 .丰富的调试功能(1)由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。(a)没有必要再和可编程控制器连接。(b)没有必要制作条使用的顺序程序。(2)在帮助中有CPU错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便利。(3)数据制作中发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短。3.1.

23、3梯形图语言特点梯形图语言沿袭了继电器控制电路的形式，梯形图是在常用的继电器与接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的，具有形象、直观、实用等特点，电气技术人员容易接受，是目前运用上最多的一种PLC的编程语言。梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用o梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性;与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器

24、，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。3.2梯形j K3002 o T I- 匚电一码 恸臼揭白 目过滤器控制系统梯形图如下：KOK30D40K1K2010D40H5001/上电初始化程序理M8002pRSTNCIN2U0rvovK8DO)ratiiS京反一目福时间JrvovK5D120Fttl冲料时间谩定：30rwov¥15D122田(工一井时问设定5钟MOVK5D1241城工珅洗时间设定T120L-1I-按住3s新执行旧省谈五X00056II多独自动弓式X026福信自行拉恒X027Hliq恸或止系b行拄电放除<MLOO系猊自动启动标志卷000N1003sAfi启动标

25、本¥。24常毓运行指示“I系统自动自动怀志D10"H1江反洗间后时目明宗1BC0D8g)Cl】6卜RSICI*自动运行下一号鹿进人瓦诜防I泼119ClK1MillM112M100H81MU0因"幼冗盛先一号森机舱除机物泡汽幼松走机也BS<¥62一号灌进入后女程年CI二口MHIyfeI421/M114)系统停机曲源成抉C2¥11)FW8000J1727厂灌水廿运反T三洗屋开反前动作到位收23三号邂反洗出木改开K100K5<1S1侔电机1T5傕电机祚502匕三4开瓶并电机003一号微步弃机运行7T004二号森校羿机运行ZY006三号推弃

26、机运行四.结束语本次说明书研究的是水处理系统中过滤器的PLC控制系统设计。在研究期间，主要做了以下几方面的工作：查阅过滤器控制系统的相关文献，在此基础上提出了切实可行的系统改造方案。深入了解三菱PLC及其开发套件，进行了系统的方案设计。学习并运用CAD对系统的电路进行了设计并设计了基于PLC的过滤器控制系统流程图。学习并运用了GXDEVELOPER软件对系统的软件程序进行了编写。对软硬件进行了联合调试，完成了预期对系统功能的设想。毕业设计期间，曾遇到了许多问题。一路走来，虽然很辛苦，但也让我学习到了很多东西。设计开始之初，对于CAD并不熟悉，操作困难，导致前期图纸一直无法顺利完成。后来通过网上视频教学及同学和老师的帮助下，对于CAD绘图有了更深层次的了解，并顺利绘制了图纸。或许也就是在这种发现问题，然后痛苦的探索到最后解决问题的大循环中，最能锻炼个人能力和意志品质。参考文献1王阿根.电气可编程控制原理与应用（第2版）M.清华大学出版社，2010.2齐占庆，王振臣.电气控制技术M.北京:机械工业出版社，20023J唐宇毅.电厂含油工业污水处理的PLC控制系统设计D.广州：广东工业大学出版社,2005.廖常初.PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，2