毕业论文范文——SBR废水处理系统的设计 29页

第29页SBR废水处理系统的设计摘要可编程序控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一门新兴技术，是实现工业生产、科学研究以及其他各个领域自动化的重要手段之一，应用十分广泛，是现代工业控制的三大支柱之一。可编程序控制器源于电气控制，是电气控制技术的最新发展阶段，它们在理论和应用上是一脉相承的，因此本文将电气控制技术和可编程序控制器应用技术等内容编写在一起，更好的体现出它们之间的内在联系。本文由二部分组成：第一章可编程序控制器基础，介绍了可编程序控制器的发展，结构以及工作原理。第二章介绍了日本三菱公司FX2N系列PLC的指令系统以及其在日常生活中的使用实例，结合工程实际，详细说明了PLC电气控制技术课程设计与综合实验的相关内容，以加强工程实践应用能力。关键字：可编程序控制器，电气控制，实际应用。第一章可编程序控制器概论1.1可编程控制器的产生和发展电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测、和保护的作用，在电力输出配电系统中和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。随着电子技术、自动控制技术和计算机应用技术的迅猛发展，一些电器元件可能被电子电路所取代。但是由于电器元件本身也朝着新的领域扩展，例如：电器元件性能的提高；新型电器元件的产生；机、电、仪一起化电器元件的实现；电器元件应用范围的扩展等，而且有些电器元件具有其特殊性，因此电器元件是不可能完全被取代的，以继电器、接触器等工业电器为基础的电气控制技术仍既有相当重要的地位。另一方面，可编程控制器（PLC）是计算机技术也继电器接触器控制技术想结合的产物，它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计在可编程控制器问世之前，继电器接触器控制在工业控制领域中占有主导地位。继电器接触器控制系统是采用固定接线的硬件实现控制逻辑，如果生产任务或工艺任务发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。另外，大型控制系统用继电器接触器控制，使用的继电器数量多，控制系统的体积大，耗电多，且继电器触电为机械触电，工作频率较低，在频繁的动作情况下寿命较短，造成系统故障，系统的可靠性差。1968年，在世界工业技术改革浪潮的的冲击下，美国最大的汽车制造商通用汽车公司，为了适应汽车型号不断翻新，以求在激烈竞争的汽车工业中占有优势，提出要用一种新型的控制装置取代继电器接触器控制装置，并且对未来的新型控制装置做出了具体设想，要把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继电器接触器控制的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点融入于新的控制装置中，且要求新的控制装置编程简单，使得不熟悉计算机的人员也能很快掌握她的使用技术。通用汽车公司提出的新一代控制器应具备的条件包括：⑴编程简单，可在现场修改程序。⑵维护方便，最好是插件式结构。⑶可靠性高于继电器控制。⑷体积小于继电器控制柜。⑸可将数据直接送入管理计算机。⑹在成本上可与继电器控制柜竞争。⑺输入可以是交流115V。⑻输出可以为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀。⑼扩展时，原有系统只要很小变化。美国数字设备公司（DEC）根据GM公司招标的技术要求，于1969年研制出了世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车自动装配线上试用，获得成功。其后，日本、德国等相继引入这项新技术，可编程序控制器由此而迅速发展起来。在20世纪70年代初期、中期，可编程序控制器虽然引入了计算机的优点，但实际上只能完成顺序控制，仅有逻辑运算、定时、计数等控制功能。所以当时的人们将可编程序控制器称为PLC（ProgammableLogicalController）。随着微处理器技术的发展，20世纪70年代末至80年代初，可编程序控制器的处理速度大大提高，增加了许多特殊功能，使得可编程序控制器不仅可以进行逻辑控制，而且可以对模拟量进行控制。因此，美国电器制造协会（NEMA）将可编程序控制器命名为PC（ProgrammableController）,但为了便于与个人计算机PC（presonalComputer）相区别，人们习惯上仍将其称为PLC。20世纪80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器为核心的可编程序控制器得到迅猛发展。这时的PLC具有了高速计数、中断计数、PID调节和数据通信等功能，从而使得PLC的应用范围和应用领域不断扩大，成为现代工业控制的三大支柱（PLC，工业机器人和CAD/ACM）之一。根据PLC的特点，可以将其应用形式归纳为以下几种类型：⑴开关量逻辑控制PLC具有强大的逻辑运算能力，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制。这是PLC的最基本最广泛的应用领域，它取代了传统的继电器接触器的控制。⑵模拟量控制PLC中配置有A/D和D/A转换模块。现场的温度、压力、流量、速度等这些模拟量经过A/D模块转换变为数字量，传送到PLC中，经PLC中的微处理器进行处理后，经D/A转换后，变成模拟量去控制被控对象，这样就可实现PLC对模拟量的控制。⑶过程控制现代大中型的PLC一般都配备了PID模块，可进行闭环过程控制。当控制中的某一个变量出现偏差时，PLC能按照PID算法计算出正确的输出去控制生产过程，把变量保持在整定值上。目前许多小型PLC也有PID功能。⑷定时和计数控制PLC南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计具有很强的定时和计数功能，它可以为用户提供几十甚至上百个、上千个定时器和计数器。其计时的时间和计数值可以由用户在编写程序时设定，特可以由操作人员在工业现场通过编程器进行设定，实现定时和计数的控制。如果用户需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数模块。⑸顺序控制在工业控制中，可采用PLC步进指令编程或用移位寄存器编程来实现。⑹数据处理现代的PLC不仅能进行算术运算、数据传送、排序、查表等，而且还可以进行数据比较、数据转换、数据通信、数据显示和打印等，它具有很强的数据处理能力。⑺通信和联网现代PLC一般都有通信功能，它可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与PLC、PLC与计算机之间的通信，这样用PLC可以方便地进行分布式控制。1.2可编程序控制器的定义与特点PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而编程。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则编程。定义中强调了可编程序控制器是“数字运算操作的电子系统”，它也是一种计算机。它是“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成“逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作”。它还具有“数字量或模拟量输入输出控制”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。定义还强调了可编程序控制器应直接应用于工业环境，它须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这也是PLC区别于一般微机控制系统的一个重要特征。PLC是综合了继电器接触器的优点以及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展起来的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。功能丰富PLC的功能非常丰富。这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。　　它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进行各种类型数据的运算。凡普通计算机能做到的，它也都可作到。　　它的内部器件，即内存中的数据存储区，种类繁多，容量宏大。I/O继电器，可以用以存储入、出点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至10几万。这意味着它可进行这么多I/O点的入出信息变换，进行这么大规模的控制。　　它的内部种种继电器，相当于中间继电器，数量更多。内存中一个位就可作为一个中间继电器，怎么不多！　　它的计数器、定时器也很多，是继电电路所望尘莫及的。小小的箱体或模块，其内部定时器、计数器可达成百、成千。这也是因为只要用内存中的一个字，再加一些标志位，即可成为定时器、计数器，所以才那么多。南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计　　而且，这些内部器件还可设置成丢电保持的，或丢电不保持的，即上电后予以清零的。以满足不同的使用要求。这些也是继电器件所难以做到的。　　它的数据存储区还可用以存储大量数据，几百、几千、几万字的信息都可以存，而且，掉电后还不丢失。　　PLC还有丰富的外部设备，可建立友好的人机界面，以进行信息交换。可送入程序，送入数据，可读出程序，读出数据。而且读、写时可在图文并茂的画面上进行。数据读出后，可转储，可打印。数据送入可键入，可以读卡入，等等。　　PLC还具有通讯接口，可与计算机链接或联网，与计算机交换信息。自身也可联网，以形成单机所不能有的更大的、地域更广的控制系统。　　PLC还有强大的自检功能，可进行自诊断。其结果可自动记录。这为它的维修增加了透明度，提供了方便。　　丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能；同时，也为工业系统的自动化、远动化及其控制的智能化创造了条件。　　像PLC这样集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的；更是传统的继电控制电路所无法比拟的。使用方便　　用PLC实现对系统的控制是非常方便的。这是因为：首先PLC控制逻辑的建立是程序,用程序代替硬件接线。编程序比接线，更改程序比更改接线，当然要方便得多！　　其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。而且，这些模块是配套的，已实现了系列化与规格化。种种控制系统所需的模块，PLC厂家多有现货供应，市场上即可购得。所以，硬件系统配置与建造也非常方便。　　正因如此，用可编程序控制器才有这个"可"字。对软件讲，它的程序可编，也不难编。对硬件讲，它的配置可变，而且也易于变。　　具体地讲，PLC有五个方面的方便：　　（1）配置方便：可接控制系统的需要确定要使用哪家的PLC，那种类型的，用什么模块，要多少模块，确定后，到市场上定货购买即可。　　（2）安装方便：PLC硬件安装简单，组装容易。外部接线有接线器，接线简单，而且一次接好后，更换模块时，把接线器安装到新模块上即可，都不必再接线。内部什么线都不要接，只要作些必要的DIP开关设定或软件设定，以及编制好用户程序就可工作。　　（3）编程方便：PLC内部虽然没有什么实际的继电器、时间继电器、计数器，但它通过程序（软件）与系统内存，这些器件却实实在在地存在着。其数量之多是继电器控制系统难以想象的。即使是小型的PLC，内部继电器数都可以千计，时间继电器、计数也以百计。而且，这些继电器的接点可无限次地使用。PLC内部逻辑器件之多，用户用起来已不感到有什么限制。唯一考虑的只是入出点。而这个内部入出点即使用得再多，也无关紧要。大型PLC的控制点数可达万点以上，哪有那么大的现实系统？若实在不够，还可联网进行控制，不受什么限制。PLC的指令系统也非常丰富，可毫不困难地实现种种开关量，以及模拟量的控制。PLC还有存储数据的内存区，可存储控制过程的所有要保存的信息。……总之，由于PLC功能之强，发挥其在控制系统的作用，所受的限制已不是PLC南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计本身，而是人们的想象力，或与其配套的其它硬件设施了。　　PLC的外设很丰富，编程器种类很多，用起来都较方便，还有数据监控器，可监控PLC的工作。使用PLC的软件也很多，不仅可用类似于继电电路设计的梯形图语言，有的还可用BASIC语言、C语言，以至于自然语言。这些也为PLC编程提供了方便。　　PLC的程序也便于存储、移植及再使用。某定型产品用的PLC的程序完善之后，凡这种产品都可使用。生产一台，拷贝一份即可。这比起继电器电路台台设备都要接线、调试，要省事及简单得多。（4）维修方便：这是因为：　　①PLC工作可靠，出现故障的情况不多，这大大减轻了维修的工作量。这在讲述PLC的第三个特点时，还将进一步介绍。　　②即使PLC出现故障，维修也很方便。这是因为PLC都设有很多故障提示信号，如PLC支持内存保持数据的电池电压不足，相应的就有电压低信号指示。而且，PLC本身还可作故障情况记录。所以，PLC出了故障，很易诊断。同时，诊断出故障后排故也很简单。可按模块排故，而模块的备件市场可以买到，进行简单的更换就可以。至于软件，调试好后不会出故障，再多只要依据使用经验进行调整，使之完善就是了。　　（5）改用方便：PLC用于某设备，若这个设备不再使用了，其所用的PLC还可给别的设备使用，只要改编一下程序，就可办到。如果原设备与新设备差别较大，它的一些模块还可重用。工作可靠用PLC实现对系统的控制是非常可靠的。这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能可靠工作。事实上，如果PLC工作不可靠，就无法在工业环境下运用，也就不成其为PLC了。　　（1）在硬件方面：　　PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。其信息靠光耦器件或电磁器件传递。而且，CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。　　PLC使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提供了物质基础。　　在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。使用环境温度可高达摄氏50多度，有的PLC可高达80--90度。　　有的PLC的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份。一旦工作主机出现故障，热备的可自动接替其工作。　　还有更进一步冗余的，采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套同时工作，最终输出取决于三者中的多数决定的结果。这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。当然，这样的系统成本是很高的，只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。　　（2）在软件方面：南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计　　PLC的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的"冒险竞争"，其控制结果总是确定的；而且又能应急处理急于处理的控制，保证了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能可靠地工作。　　为监控PLC运行程序是否正常，PLC系统都设置了"看门狗"（Watchingdog）监控程序。运行用户程序开始时，先清"看门狗"定时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。若超时（一般不超过100ms），则报警。严重超时，还可使PLC停止工作。用户可依报警信号采取相应的应急措施。定时器的计时值若不超时，则重复起始的过程，PLC将正常工作。显然，有了这个"看门狗"监控程序，可保证PLC用户程序的正常运行，可避免出现"死循环"而影响其工作的可靠性。　　PLC还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。可通过编制相应的用户程序，对PLC的工作状况，以及PLC所控制的系统进行监控，以确保其可靠工作。　　PLC每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。这是系统程序配置了的，用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号提示。　　正是PLC在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施，才确保了PLC具有可靠工作的特点。它的平均无故障时间可达几万小时以上；出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。　　曾有人做过为什么要使用PLC的问卷调查。在回答中，多数用户把PLC工作可靠作为选用它的主要原因，即把PLC能可靠工作，作为它的首选指标。经济合算高新技术的使用必将带来巨大的社会效益与经济效益，这是科技是第一生产力的体现，也是高新技术生命力之所在。PLC也是如此。尽管使用PLC首次投资要大些，但从全面及长远看，使用PLC还是经济的。这是因为：使用PLC的投资虽大，但它的体积小、所占空间小，辅助设施的投入少；使用时省电，运行费少；工作可靠，停工损失少；维修简单，维修费少；还可再次使用以及能带来附加价值等等，从中可得更大的回报。所以，在多数情况下，它的效益是可观的。1.3可编程序控制器工作原理1.3.1PLC的基本控制原理任何一种继电器控制系统可以分成三个基本组成部分，即输入部分、逻辑部分和输出部分。其中，输入部分是指各类按钮、行程开关、接近开关、转换开关等；逻辑部分是指各输入部分、继电器和接触器的线圈及其触点等组成的实现一定逻辑功能的控制线路；输出部分是指各种电磁阀线圈、接通电动机的各种接触器以及信号指示灯等执行电器。其中各部分的主要作用是：输入部分：它收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。逻辑部分：处理输入部分所取得的信息，并按照被控对象实际的动作要求做出反映。输出部分：提供正在被控制的许多装置中，哪几个设备需要实时操作处理。PLC采用大规模集成电路构成的微处理器和存储器来组成逻辑部分。PLC南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计的制造厂家对微处理机进行了软件硬件的开发，为用户提供了许多适用于电气控制的逻辑部件。例如：继电器逻辑、定时器、计数器、移位寄存器、触发器和寄存器等。同时也提供了描述这些逻辑部件的符号和语句，即编程语言。PLC通过编程器编制控制程序，即将PLC内部的各种逻辑部件按照控制工艺进行组合以达到一定的逻辑功能。PLC将输入信息采入PLC内部，之后执行逻辑部件组合后所达到的逻辑功能，最后输出达到控制要求。这就是PLC的基本原理。内部处理通迅服务图2-6PLC工作流程图输入刷新执行用户程序输出刷新RUN？NY1.3.2PLC的主要逻辑部件（1）继电器逻辑为了适应电气控制的需要，PLC为用户提供继电器，用逻辑与、逻辑或、逻辑非等逻辑运算来处理各种继电器的连接。PLC内部存储器中存储单元有两种状态“1”和“0”。这两种状态对应于继电器的“ON”和“OFF”状态，因此在PLC中所说的继电器是一个逻辑概念，有时称为“软继电器”。这些“软继电器”与通常的物理继电器相比有以下几个特点：1）体积小、功耗低2）无触点、速度快、寿命长3）有无数多个常开、常闭接点供程序使用PLC一般为用户提供以下几种继电器：①输入继电器它是输入到PLC中的现场信号，在使用中不必考虑接点的容量。②输出继电器它具有一对物理接点，可以串接在负载回路中。③内部继电器它与外界没有联系，仅做运算的中间结果使用，有时也称做辅助继电器或中间继电器。（2）定时器逻辑PLC一般采用硬件定时中断、软件递减计数的方法来实现定时逻辑功能，完整的定时器逻辑一般包括以下几个部分：①定时条件控制定时器的操作。②定时语句指定所使用的定时器，给出定时设定值。③定时器的当前值记录定时时间。④定时继电器南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计定时器到达指定的定时值时为ON，未开始定时或未达到定时设定值时为OFF（1）计数器逻辑PLC为用户提供了若干个计数器。计数器的功能是由软件来实现的，一般采用递减计数。完整的计数器一般有以下几个内容：①计数器的复位信号②计数器的计数信号③计数器的设定值的记忆单元④计数器当前计数值单元⑤计数器继电器（4）触发器逻辑PLC为用户提供触发器逻辑，用来记忆某些信息，该触发器逻辑可以被置位成“1”，也可以被复位成“0”。（5）数据寄存器PLC除能进行位运算以外，还能进行字运算。PLC为用户提供了若干个数据寄存器，以存放数据，实现运算功能。1.3.3PLC的编辑语言PLC提供了完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的使用。利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器控制的硬接线线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编辑器送入到PLC内部的存储器中，它也能方便的读出、检查与修改。由于PLC是专为工业控制需要而设计的，因而对于使用者来说，编程时完全可以不考虑微处理内部的复杂结构，不必使用各种计算机语言，而把PLC内部看作是由许多“软继电器”等逻辑部件组成，利用PLC所提供的编程语言来编制控制程序。所以PLC既突出了计算机可编程的优点，又使对计算机不太了解的电气技术人员也能得心应手地使用PLC，这就是PLC编程语言的特点，PLC提供的编程语言通常有梯形图，语句表及功能表图等。1.4可编程序控制器的硬件及其分类1.4.1中央处理器（CPU）CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。　　CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计不可缺少的组成单元。　　在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。　　CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。1.4.2输入输出接口PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。　　开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：　　开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。　　模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。△J↘～▽+∨↗↗100Ω0.02uf∨负载(a)继电器输出J↘▽↗↗↗↗△↘24v负载(b)晶体管输出▽～▽↗↗0.01uf∨470Ω(c)SSR/可控硅输出负载开关量输出模块型式∧∨▽↗↗南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计1.4.3电源PLC的电源包括PLC工作单元供电的开关电源及为掉电保护电路供电的后备电源，后者一般为锂离子电池。1.4.4外部设备编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。其他外围设备：PLC还能配设一些其他的外围设备入打印机等南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计第二章三菱FX2N系列可编程序控制器2.1FX2N系列可编程序控制器的基本组成三菱公司是日本生产PLC的主要厂家之一。先后推出的小型、超小型PLC有F、F1、F2、FX1、FX2、FX2C、FX2N等系列。其中F系列已经停产，取而代之的是FX2系列机型，属于高性能叠装式机型，是三菱公司的典型产品。FX2N系列PLC主机称为基本单元，包括CPU、储存器、输入输出口及电源、是PLC的主要部分。为主机备有扩展其输入输出的扩展单元、扩展模块及特殊功能模块单元。扩展单元是用于增加I/O点数的装置，内部设有电源。扩展模块用于增加I/0点数和改变I/O比例，内部无电源，由基本单元或扩展单元供电。扩展单元及扩展模块无CPU，必须与基本单元一起使用。特殊功能单元是一些专门用途的装置，如温度控制、高速计数器模块、位置控制模块、模拟量控制模块、计算机通信模块等。三菱FX2N小型PLC产品示意图南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计2.2FX2N系列可编程序控制器型号名称体系及其种类2.2.1FX2N系列可编程序控制器型号名称组成符号说明如下（1）输入输出点数它是指基本单元、扩展单元或扩展模式的输入输出总点数（2）基本单元、扩展单元输出形式R：表示继电器输出，有接点，交流、直流负载两用；S：表示三端双向晶闸管开关元件输出，无接点，交流负载用；T：表示晶体管输出，无接点，直流负载用。（3）扩展模块输入输出形式R：表示DC输入，继电器输出；X：表示输入专用，无输出；YR：表示继电器输出专用，无输入；YT：表示晶体管输出专用，无输入；YS：表示三端双向晶闸管开关元件输出专用，无输入。（4）其他分区一般无符号，表示AC100V/200V电源，DC24V输入。FX2N-□□M□-□系列名称I/O点数基本单元输出形式其它区分基本单元型号名称组成基本单元一览表南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计FX2N-□□E□-□系列名称I/O点数扩展单元输出形式（R、S、T）其他分区扩展单元型号名称组成扩展单元一览表FX□N-□□E□系列名称I/O点数扩展单元输出形式（R、S、T）扩展模块型号名称组成扩展模块一览表南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计2.2.2FX2N系列可编程序控制器技术指标FX2N系列可编程序控制器的技术指标包括一般技术指标、性能技术指标、输入技术指标、输出技术指标和电源技术指标等。下表为其中一些主要参数的数据表。FX2N系列可编程序控制器的主要技术性能南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计第三章三菱FX2N系列可编程序控制器应用实例3.1SBR废水处理工艺的技术要求SBR废水处理技术是一种高效废水回用的处理技术，采用优势菌技术对校园生活污水进行处理就，经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到解决水资源的问题。SBR废水处理系统方案要充分考虑现实生活中校园生活区较为窄小的特点，力求达到设备体积小，性能稳定，工程投资少的目的。废水处理过程中环境温度对菌群代谢产生的作用直接影响废水处理效果，因此采用地理式砖混结构处理池以降低温度对处理效果的影响。同时，SBR废水处理技术工艺参数变化大，硬件设计选型与设备调试比较复杂，采用先进的PLC控制技术可以提高SBR废水处理的效率，方便操作和使用。SBR废水处理系统分别由污水池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风机、电动阀们和电磁阀等部分组成，在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置液位开关，用以检测水池与水箱中的水位。污水处理的第一阶段：当污水池中的水位处于底水位或无水状态时，电动阀会自动开起纳入污水。当污水池纳入的污水至正常高水位时，电动阀个关闭，污水池中污水呈微氧和厌氧状态。污水处理的第二步：采用能降解大分子污染物的曝气法，可使污水脱色、除臭、平衡菌群的pH值并对污染物进行高效除污，即好氧处理过程。整个好氧处理时间一般需要6~8h。在曝气管路上安装了排空电磁阀，当电动阀们自动关闭后，排空电磁阀开启，罗茨风机延时空载起动，然后排空电磁阀关闭，污水池开始曝气。当曝气处理结束后，排空电磁阀再次开起，罗茨风机空载停机，然后排空电磁阀延时关闭。曝气风机在无负荷条件下启动和停止，能起到保护电动机和风机的作用。经过0.5h的水质沉淀，PLC下达起动1#清水泵指令，将沉淀后的水泵入到清水池中。当清水池中的水位升至正常高水位时，1#清水泵自动停止运行。这是2#清水泵自动起动向中水箱泵水，当水箱内达到正常高水位时，2#清水泵自动停止运行，这时中水箱内的水全部完成处理过程。3.2SBR废水处理系统动力设备SBR废水处理系统中所使用的动力设备，均采用三相交流异步电动机，电动机和电磁阀（AC220V）选配选配防水防潮型。1#清水泵：立式离心泵LS50-10-A，扬程10m,流量29m³/h,1kW。2#清水泵：立式离心泵LS40-32.1，扬程30m,流量16m³/h,3kW。曝气罗茨风机：TSA-40，0.7m³/min,1.1kW。电动阀：阀体D97A1X5-1ZB-125mm,电动装置LQ20-1，AC380V，60W。3.3SBR废水处理系统原理图设计（1）主电路设计南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计1）主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3分别控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3；交流接触器KM4、KM5控制电动阀电动机M4，通过正、反转完成开起阀们和关闭阀们的功能。2）电动机M1、M2、M3、M4由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。电动阀电动机M4控制器内还装有常闭热保护开关，对阀们电动机M4实现双重保护。3）QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。4）熔断器FU1、FU2、FU3、FU4分别实现各负载回路的短路保护。FU5、FU6分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。SBR废水处理电气控制系统主电路（2）交流控制电路设计1）控制电路有电源指示HL1。PLC供电回路采用隔离变压器TC，以防止电源干扰。2）隔离变压器TC的选用根据PLC耗电量配置，，可以配置标准型，电压比1：1、容量100V·A隔离变压器。3）1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3分别有运行指示灯HL2，HL3，HL4，由KM1，KM2，KM3接触器常开辅助触头控制。4）4台电动机M1、M2、M3、M4的过载保护分别由4个热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现，将其常闭触点并联后与中间继电器KA1连接构成过载保护信号，KA1还起到电压转换的作用，将220V交流信号转换成直流24V信号送入PLC完成过载保护控制功能。5）上水电磁阀YA1和指示灯HL5、排空电磁阀YA2分别由中间继电器KA2和KA3触点控制。南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计SBR废水处理系统交流控制电路（1）PLC采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为AC250V，2A。南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计SBR废水处理系统PLC输入输出口功能表SBR废水处理系统元器件目录表南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计SBR废水处理系统控制流程图南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计SBR废水处理系统PLC控制梯型图程序3.3设计小结本文在内容上注重精选、结合实际、突出应用，在编排上循序渐进、由浅入深，在阐述上力求简明扼要、图文并茂、通俗易懂，通过本次毕业设计，使我对从电气工程设计的基本过程的设计方法、步骤、思路、有一定的了解与认识。在设计中，我能认真按照规范编写论文，结合实际情况来设计合理的课题，由于时间精力有限，还有许多功能有待扩展、完善，如有些地方衔接不恰当，计算机绘图有错漏之处等，望各位老师能及时指出予以批评指正。南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计致谢本文是在史岳荣老师精心指导和大力支持下完成的。史老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于可编程序控制器方面的知识，电气知识有了很大的提高。另外，在毕业设计期间，我还得到了其他众多老师和同学们的指导、帮助，有了他们，我才能克服各种困难，使我得以顺利完成论文。在这里一并表示感谢！南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸n第29页SBR废水处理系统的设计参考文献[1]张凤珊．电气控制及可编程序控制器[M]．北京：中国轻工业出版社，2003。[2]马志溪．电气工程设计[M]．北京：机械工业出版社，2002。[3]史国生．电气控制与可编程序控制器技术[M]。北京：化学工业出版社，2003。[4]王兆义．小型可编程序控制器应用[M]．北京：机械工业出版社，2002。[5]李道霖．电气控制与PLC原理及应用[M]．北京：电子工业出版社，2004。[6]齐占庆，王振臣．电气控制技术[M]．北京：机械工业出版社，2002。[7]吴晓君，杨向明．电气控制与可编程控制器应用[M]．北京：中国建材工业出版社，2004。[8]张万忠．可编程序控制器应用技术[M]．北京：机械工业出版社，2001。[9]郁汉琪．电气控制与可编程序控制器应用技术[M]．南京：东南大学出版社，2003。[10]李国厚．PLC原理与应用[M]．北京：清华大学出版社，2003。[11]李桂芹．提高PLC电气控制可靠性的措施[M]．北京：机械工业出版社，2001。南京工程学院继续教育学院毕业设计专用纸