污水处理控制系统设计.doc

沈阳理工大学课程设计专用纸 No

课程设计（论文）
题目：污水处理控制系统程序设计

设计名称：机电传动控制

班级学号：1101011403

学生姓名：孙琳

指导教师： 任晓红
陈白宁

2013年12月11日

成 绩 评 定 表
学生姓名
孙琳
班级学号
1101011403
专 业
机械设计制造及其自动化
课程设计题目
污水处理
控制系统设计
评

语

组长签字：

成绩

日期

20 年 月 日

课程设计任务书
学 院
机械工程学院
专 业
机械设计制造及其自动化
学生姓名
孙琳
班级学号
1101011403
课程设计题目
污水处理控制系统设计
实践教学要求与任务:
1.设计内容：
1）完成《课程设计指导书》所要求的控制循环。
2）按停止按钮，完成当前循环后再停。
3）要求同时控制三套子系统的运行。
4）要求可以实现手动和自动控制。
2.设计要求：
1）画出端子分配图和顺序功能图
2）设计并调试PLC控制梯形图
3）设计说明书
工作计划与进度安排:
1）理解题目要求，查阅资料，确定设计方案 1天
2）PLC梯形图设计与调试 4天
3）说明书撰写 1天
4）答辩 1天

指导教师：任晓虹
陈白宁
2013 年 12月11 日
专业负责人：陈白宁

2013年12月11 日
学院教学副院长：

2013 年 月 日
目录

1、前言 1
一、课程设计的任务和要求 2
1.1课程设计的任务 2
1.2课程设计的基本要求 3
二、总体设计 7
2.1 PLC 选型 7
2.2 PLC 端子图 9
2.3 PLC外部接线图 10
2.4主电路原理图 11
三、PLC程序设计 12
3.1设计思想 12
3.2顺序功能图 13
3.3梯形图 14
四．程序调试说明…………………………………………………21
五、结束语 22
六、参考文献 23

1. 前言
当今社会水污染严重急，目前城市污水处理行业的发展迅速，城市污水处理能力，严重的制约了我国经济与社会的发展，鉴于我国国情于污水处理的运行费用是庞大的、长期的，加强城市污水处理系统智能控制的研究非常必要。本课题将对对污水处理PLC控制系统设计，满足其需要。
世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。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。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。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。 　　
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。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。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
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。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

一．课程设计的任务和要求
1.1课程设计的任务
题目：污水处理控制系统设计
系统有三套子系统。每个子系统组成如图所示。
1．滤水时，打开进水阀和出水阀，污水流经磁滤器中通电的电磁铁，则污水中的氧化铁杂质会附在磁铁上，从水箱流出净化水，实现滤水；
2．一段时间后，断开电磁铁，关闭进水阀和出水阀，打开排污阀和空气压缩阀，压缩空气将水箱的水打入磁滤器内，冲洗磁铁，污水由排污管流入污水池，进行二次处理，实现反洗。
3．三套子系统同时工作。
设计内容：完成《课程设计指导书》所要求的控制循环。要求按停止按钮，完成当前循环后再停，并可以同时控制三套子系统的运行，最后既要实现手动控制也要实现自动控制。
设计要求：要画出端子分配图和顺序功能图，设计并调试出PLC控制梯形图，并设计出说明书。

1.2课程设计的基本要求
系统有三套子系统，每个系统工作均相同，由三台磁滤器和有关管道及电磁阀组成。该系统的用途是把水中的氧化铁杂质过滤出去，来实现污水氧化的作用。一定时间过后，污水由排污管流入污水池，进行二次处理，实现反洗。
污水净化系统的控制过程：
（1）初始放空：
在系统通电初始时，所有的闸门均断开，磁滤器也断开。
（2）净化过程：
按下启动按钮，净化系统按下，规律循环工作。
①接通磁滤器电源2s，是磁滤器的磁性达到额定值。
②2s后接通出水阀，和进水阀，进行滤水工作40min.
③40min后断开进水阀和出水阀。
④5s后，断开磁滤器电源。
⑤2s后，进行反洗工艺，接通排污阀，空压阀，将氧化铁冲洗倒排污池。
⑥1min断开空压阀，排污阀和响铃，反洗结束。
⑦5s后在进行滤洗工作，如此循环。
⑧按下停止按钮，执行完本次循环结束。
污水净化中元件选择:
（1）PLC主机及扩展模块：选择西门子S7-200 CPU226，AC\DC\继电器型PLC，EM223 4* 继电器输出型扩展模块;
（2） 启动按钮SB1：用于净化系统的初始上电工作；
（3） 停止按钮SB2：用于净化系统的整个工作的全面结束;
（4） 磁滤器YV1，YV2，YV3：用于控制磁滤器接通与否 ；
（5）出水阀YV1、YV2、YV3：用于控制出水阀的接通与否；
（6）进水阀YV1、YV2、YV3：用于控制进水阀的接通与否；
（7）排污阀YV1、YV2、YV3：用于控制排污阀的接通与否；
（8）空压阀YV1、YV2、YV3：用于控制空压阀的接通与否；
（9）响铃HA1、HA2、HA3：用于控制响铃的接通与否；

滤水工艺示意图如图1所示

污水净化示意图如图2所示

二．总体设计
2.1 PLC 选型
（1）PLC概述
PLC（Programmable logic Controller）即可编程控制器，是当今基于计算机技术的常见工业控制装置，主要应用于工业控制领域。PLC内部配有编制程序的存储器，用于存储其内部指令、程序代码及程序运行所需的各种数据，并以数字或模拟的方式与外部进行输入和输出，进而控制各种类型的执行装置。PLC及其有关的外围设备是工业控制系统中的重要组成部分，尤其在底层控制中，PLC一般都会是控制系统的核心。
（2）PLC的特点
a. 可靠性高，抗干扰能力强 工业生产一般是在恶劣环境中进行的高强度作业，这就要求其设备具有较高的可靠性和抗干扰能力。
b..丰富的IO接口
在工业生产现场，存在各种不同的设备或变化的生产环境，为了在计算机中进行计算及采取控制措施，PLC配备丰富的IO模块，以便能够将现场的各种信号转换成PLC中可识别的信号。
c..编程简单，易学易用
PLC作为通用工业控制计算机，接口简单易于配置，编程语言也易于工程技术人员所接受。
d..系统搭建容易，维护方便
PLC用存储逻辑代替接线逻辑即使用软逻辑代替硬逻辑，这一方面增加了逻辑运算的灵活性，另一方面大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统结构更加简易实用、系统搭建周期大为缩短。
（3）PLC选型
PLC主机：选择西门子S7-200系列PLC作为污水处理控制系统的工作主机。根据I/O点数来确定PLC型号，为满足控制要求该系统需要有10输入点，19个输出点。因此采用S7-200 CPU 226 AC/DC/继电器，由于该系统要求10个输入点S7-200 CPU226能满足点数要求。输出点在没有扩展模块时是不满足系统要求的，所以需要扩展模块EM223 4*继电器输出型扩展模块，这样就会满足要求。选用CPU226的特点，其基本参数如下：
本机数字输入：24路数字量输入
本机数字输出：16路数字量输出
内部存储器位：256位
定时器总数：256定时器
计数器总数：256计数器
电源电压允许范围：AC85~264V
输入电流仅CPU/最大负载：35/100 mA,AC 240V
电压范围：DC20.4~28.8V
电流限制：约1.5A
EM 223 24V DC 4入/4出 基本参数如下：
DI输入数:4
DO输出数:4
输入电压：24V，最大30V
输出类型:24VDC
输出电流：0.75A
2.2 PLC 端子图

图三 端子分配图
附表:
I0.0
启动
I0.1
停止
I0.2
手动
I0.3
电磁铁得电
I0.4
出水阀开关
I0.5
进水阀开关
I0.6
排污阀开关
I0.7
空压阀开关
I1.0
响铃开关
I1.1
空气压缩机开关
Q0.0
1电磁铁
Q0.1
1出水阀
Q0.2
1进水阀
Q0.3
1排污阀
Q0.4
1空压阀
Q0.5
1响铃
Q0.6
2电磁铁
Q0.7
2出水阀
Q1.0
2进水阀
Q1.1
2排污阀
Q1.2
2空压阀
Q1.3
2响铃
Q1.4
3电磁铁
Q1.5
3出水阀
Q1.6
3进水阀
Q1.7
3排污阀
Q2.0
3空压阀
Q2.1
3响铃
Q2.2
空气压缩机

2.3PLC外部接线图

图四 外部接线图
2.4主电路原理图

图五 电动机正反转的控制电路

三．PLC程序设计
3.1设计思想
本次课程设计要求既要实现手动控制又要实现自动控制。如果要完成这两个目的动作，必须设计含有手动和自动控制的主程序，并且手动和自动都相应有各自的子程序。特别注意的是启动PLC时必须先读主程序，然后调用子程序，才能加以实现各个活动步。
手动控制时：在控制面板上有一些旋转按钮。它们都分别控制着各个步骤的启动，每个步骤的停止可以由下一步的启动来断开电路。
自动时：用I0.0来控制启动，按下启动后系统处于自动状态，用I0.1来控制停止，按下停止按钮后系统在完成当前循环后停止。

3.2顺序功能图

图六 顺序功能图

3.3梯形图
主程序

手动程序子程序

自动子程序

PLC梯形图
四．程序调试说明
首先在V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6里将我事先设计好的梯形图程序写入，然后再将程序导出，然后再在S7_200的仿真软件里进行调试仿真。
配置CPU选择CPU226，选择扩展EM223，然后装载程序，分别进行自动和手动程序调试。
进行手动调试时，按下启动按钮I0.0和手动按钮I0.2后，进行手动调试，第一步按下开关I0.3应使电磁铁置位得电，虽然没有按下I0.4、I0.5等控制进水阀，出水阀的开关，进水、出水的输出端也得电了，导致调试有错误。之后找出错误原因，是因为只要按下启动按钮I0.0， SM0.1在执行用户程序的第一个扫描周期就为“1”态，会启动自动程序，使进水、出水阀为1态，导致上诉现象。虽然也存在别的问题，但在后来都已经接解决，成功调试。

五．结束语
 通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序用到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。通过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见，也请教了了同学的意见和想法。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆，做事要学思结合。
最后诚挚的感谢我们的指导老师，您的悉心的教导使我们得以一窥喷泉控制系统领域的深奥，不时的讨论并指点我正确的方向，使我在毕业设计这段时间中获益匪浅。老师对学问的严谨更是我们学习的典范。今后的学习中，我们会更加努力的学习，不断完善自己，丰富自己的知识。

六．参考文献
（1）陈白宁，段志敏，刘文波，机电传动控制[M] 沈阳:东北大学出版社，2002
(2)廖长初，PLC编程及应用[M] 北京：机械工业出版社，2002
（3）SIEMENS公司.SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册[s]，2002
（4）邓星钟，机电传动控制[M] 西安：西安地图出版社，2001
(5)殷华文，可编程序控制器及工业控制网络[M] 武汉：华中理工大学出版社
（6）李忠高，控制电机及应用[M] 武汉：华中工学院出版社，1986

其中专业理论知识内容包括：保安理论知识、消防业务知识、职业道德、法律常识、保安礼仪、救护知识。作技能训练内容包括：岗位操作指引、勤务技能、消防技能、军事技能。
二．培训的及要求培训目的
安全生产目标责任书
为了进一步落实安全生产责任制，做到“责、权、利”相结合，根据我公司2015年度安全生产目标的内容，现与财务部签订如下安全生产目标：
一、目标值：
1、全年人身死亡事故为零，重伤事故为零，轻伤人数为零。
2、现金安全保管，不发生盗窃事故。
3、每月足额提取安全生产费用，保障安全生产投入资金的到位。
4、安全培训合格率为100%。
二、本单位安全工作上必须做到以下内容：
1、对本单位的安全生产负直接领导责任，必须模范遵守公司的各项安全管理制度，不发布与公司安全管理制度相抵触的指令，严格履行本人的安全职责，确保安全责任制在本单位全面落实，并全力支持安全工作。
2、保证公司各项安全管理制度和管理办法在本单位内全面实施，并自觉接受公司安全部门的监督和管理。
3、在确保安全的前提下组织生产，始终把安全工作放在首位，当“安全与交货期、质量”发生矛盾时，坚持安全第一的原则。
4、参加生产碰头会时，首先汇报本单位的安全生产情况和安全问题落实情况；在安排本单位生产任务时，必须安排安全工作内容，并写入记录。
5、在公司及政府的安全检查中杜绝各类违章现象。
6、组织本部门积极参加安全检查，做到有检查、有整改，记录全。
7、以身作则，不违章指挥、不违章操作。对发现的各类违章现象负有查禁的责任，同时要予以查处。
8、虚心接受员工提出的问题，杜绝不接受或盲目指挥；
9、发生事故，应立即报告主管领导，按照“四不放过”的原则召开事故分析会，提出整改措施和对责任者的处理意见，并填写事故登记表，严禁隐瞒不报或降低对责任者的处罚标准。
10、必须按规定对单位员工进行培训和新员工上岗教育；
11、严格执行公司安全生产十六项禁令，保证本单位所有人员不违章作业。
三、 安全奖惩：
1、对于全年实现安全目标的按照公司生产现场管理规定和工作说明书进行考核奖励；对于未实现安全目标的按照公司规定进行处罚。
2、每月接受主管领导指派人员对安全生产责任状的落

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