第九组工业污水处理的plc控制Word文档格式.docx
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4、进行系统调试,实现(控制污水处理过程中污水的流量控制、PH值的调节、温度处理、水位控制)控制要求。
5、设计报告要做到层次清晰,论述清楚,图表正确,书写工整,格式正确。
设计进度与要求:
12月12-13日查阅资料
12月14-15日题目设计
12月16-17日编程与设计
12月18日答辩
主要参考书及参考资料:
[1].廖常初.PLC基础及应用(第2版),机械工业出版社,2011
[2].张运波、刘淑荣,工厂电气控制技术(第2版),高等教育出版社,2011
[3]俞国亮.PLC原理与应用(三菱FX系列),北京,清华大学出版社,2005.6
[4].
教研室主任(签名)系(部)主任(签名)年月日
新疆工业高等专科学校电气与信息工程系
课程设计评定意见
设计题目:
工业污水处理的PLC控制
姚春要专业电气自动化班级09-40
(1)班
评定意见:
评定成绩:
指导教师(签名):
年月日
评定意见参考提纲:
1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。
2.学生的勤勉态度。
3.设计或说明书的优缺点,包括:
学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。
引言
随着经济的发展特别是我国工业的迅速膨胀对工业污水的处理已成为社会普遍关注的问题。
为保证工业污水处理过程的安全性、可靠性和生产的连续性提高污水处理厂的自动化水平本课题的任务是运用可编程控制器来控制污水处理过程中污水的流量控制、PH值的调节、温度处理、水位控制。
本文介绍了工厂污水处理的基本工艺和流程,并通过研究设计一套基于PLC控制的污水处理系统。
文章首先介绍了基于PLC污水处理控制系统的工艺及相关流程,来说明PLC在污水处理过程中的应用。
关键词:
污水处理,PLC
目录
1.PLC的概述1
1.1PLC的定义1
1.2PLC的发展历程。
1
1.3PLC的基本组成及各部分作用1
1.4PLC的应用领域4
1.6PLC的工作原理5
2.三菱PLC编程软件GXDeveloper的介绍5
2.1三菱PLC编程软件GXDeveloper的简介5
2.2三菱PLC编程软件GXDeveloper的使用6
2.2.1打开程序6
2.2.2创建新工程7
2.2.3输入梯形图10
2.2.4梯形图编辑12
2.2.5步进指令输入12
2.2.6程序的转换13
2.2.7程序传送(电脑-PLC)13
3.设计任务14
3.1任务描述14
3.2控制要求说明14
3.3程序流程图15
3.4元件注释17
4.运行调试18
总结19
致谢20
参考文献21
附录A:
梯形图22
1.PLC的概述
1.1PLC的定义
PLC可编程序控制器:
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:
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。
在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。
传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。
1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是第一代可编程序控制器,称ProgrammableController(PC)。
个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了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),现在,仍常常将PLC简称PC。
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设计。
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设计。
上世纪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30~40%。
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。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的。
1.3PLC的基本组成及各部分作用
PLC是一种通用的工业控制装置,其组成与一般的微机系统基本相同。
按结构形式的不同,PLC可分为整体式和组合式两类。
整体式PLC是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体,构成主机。
另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。
主机中,CPU是PLC的核心,1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路,通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。
组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块,各模块插在底板上,模块之间通过底板上的总线相互联系。
装有CPU单元的底板称为CPU底板,其它称为扩展底板。
CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接,距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC,都可以根据需要进行配置与组合。
1、中央处理单元(CPU):
CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢,它是PLC的运算、控制中心。
它按照系统程序所赋予的功能,完成以下任务:
(1)接收并存储从编程器输入的用户程序和数据;
(2)诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误;
(3)用扫描的方式接收输入信号,送入PLC的数据寄存器保存起来;
(4)PLC进入运行状态后,根据存放的先后顺序逐条读取用户程序,进行解释和执行,完成用户程序中规定的各种操作;
(5)将用户程序的执行结果送至输出端。
现代PLC使用的CPU主要有以下几种:
1)通用微处理器,如8080,8088,Z80A,8085等。
通用微处理器的价格便宜,通用性强,还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。
2)单片机,如8051等。
单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好,很适合在小型PLC上使用,也广泛地用于PLC的智能UO模块。
3)位片式微处理器,如AMD2900系列等。
位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。
它主要追求运算速度快,它以4位为一片。
用几个位片级联,可以组成任意字长的微处理器。
改变微程序存储器的内容,可以改变计算机的指令系统。
位片式结构可以使用多个微处理器,将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分,几个微处理器同时进行处理。
这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合,很适合于以顺序扫描方式工作的PLC使用。
2、存储器
根据存储器在系统中的作用,可以把它们分为以下3种:
(1)系统程序存储器:
和各种计算机一样,PLC也有其固定的监控程序、解释程序,它们决定了PLC的功能,称为系统程序,系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。
系统程序是不能由用户更改的,故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM.
(2)用户程序存储器:
用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序,用户程序存放在用户程序存储器中。
由于用户程序需要经常改动、调试,故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。
由于RAM掉电会丢失数据,因此使用RAM作用户程序存储器的PLC,都有后备电池(铿电池)保护RAM,以免电源掉电时,丢失用户程序。
当用户程序调试修改完毕,不希望被随意改动时,可将用户程序写入EPROM.目前较先进的PLC(如欧姆龙公司的CPMIA型PLC)采用快闪存储器作用户程序存储器,快闪存储器可随时读写,掉电时数据不会丢失,不需用后备电池保护。
(3)工作数据存储器:
工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。
这部分数据存储在RAM中,以适应随机存取的要求。
在PLC的工作数据存储区,开辟有元件映象寄存器和数据表。
元件映象寄存器用来存储PLC的开关量输入/输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态。
数据表用来存放各种数据,它的标准格式是每一个数据占一个字。
它存储用户程序执行时的某些可变参数值,如定时器和计数器的当前值和设定值。
它还用来存放A/0转换得到的数字和数学运算的结果等。
根据需要,部分数据在停电时用后备电池维持其当前值,在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。
3、1/0单元
I/0单元也称为I/0模块。
PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系。
输入单元接收用户设备的各种控制信号,如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。
通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号,并存到输入映像寄存器。
运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理,将处理结果放到输出映像寄存器。
输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成,输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出,以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件.
4、电源部分
PLC一般使用220V的交流电源,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的直流电源,使PLC能正常工作。
电源部件的位置形式可有多种,对于整体式结构的CPU,通常电源封装到机壳内部;
对于模块式PLC,有的采用单独电源模块,有的将电源与CPU封装到一个模块中。
5、扩展接口
扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。
6.通信接口
为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话,PLC配有多种通信接口。
PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。
当PLC与打印机相连时,可将过程信息、系统参数等输出打印;
当与监视器相连时.可将过程图像显示出来;
当与其他PLC相连时,可以组成多机系统或连成网路,实现更大规模的控制;
当与计算机相连时,可以组成多级控制系统,实现控制与管理相结合的综合性控制。
7、编程器
编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。
编程器有简易型和智能型两类。
简易型的编程器只能联机编程,且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后,才能输入。
它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。
智能型的编程器又称为图形编程器,它可以联机编程,也可以脱机编程,具有LCD或CRL图形显示功能,可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。
还可以利用PC作为编程器,PLC生产厂家配有相应的编程软件,使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序,并可以实现不同编程语言的互相转换。
程序被下载到PLC,也可以将PLC中的程序上传到计算机。
程序可以存盘或打印,通过网络,还可以实现远程编程和传送。
现在很多PLC已不再提供编程器,而是提供微机编程软件了,并且配有相应的通信连接电缆。
1.4PLC的应用领域
PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时日常维护也变得容易起来,更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。
这特别适合多品种、小批量的生产场合。
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况主要分为如下几类:
(1)开关量逻辑控制
取代传统的继电器控制电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于控制单台设备,也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
(2)工业过程控制
在工业生产过程当中,存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量),PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量,完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
(3)运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
一般使用专用的运动控制模块,如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
(4)数据处理
PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。
数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
(5)通信及联网
PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着工厂自动化网络的发展,现在的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
但是,可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用,在实际应用时,其硬件需根据实际需要进行选用配置,其软件需根据控制要求进行设计编制。
1.6PLC的工作原理
PLC具有微机的许多特点,但它的工作方式却与微机有很大不同。
微机一般采用等待命令的工作方式。
PLC则采用循环扫描工作方式。
在PLC中,用户程序按先后顺序存放,CPU从第一条指令开始执行程序,直至遇到结束符后又返回第一条。
如此周而不断循环。
每一个循环称为一个扫描周期。
一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。
所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取,将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器,同时将新的运算结果送到输出端。
这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新,故称为“I(输入)/O(输出)刷新”。
由此可见,若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化,则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化,或者说输出队输入产生了响应。
反之,若在本次I/O刷新之后,输入变量才发生变化,则本次扫描输出不变,即不响应,而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。
由于PLC采用循环扫描的工作方式,所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。
扫描周期的长短主要取决于这几个因数:
一是CPU执行指令的速度,二是每条指令占用的时间,三是指令条数的多少,即程序的长短。
对于慢速控制系统,响应速度常常不是主要的,故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。
因为干扰常是脉冲式的、短时的,而由于系统响应较慢,常常要几个扫描周期才响应一次,而多次扫描后,瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少,故增加了抗干扰能力。
但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统,这一问题就需慎重考虑。
应对响应时间作出精确的计算,精心编排程序,合理安排指令的顺序,以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。
2.三菱PLC编程软件GXDeveloper的介绍
2.1三菱PLC编程软件GXDeveloper的简介
GXDeveloper是一个功能强大的PLC开发软件,具有程序开发、监视、仿真调试以及对可编程控制器CPU的读写等功能。
1.软件的共通化
GX
Developer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为实际的程序来使用。
(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
(2)经由USB
(3)经由MELSECNET/10(H)计算机板
(4)经由MELSECNET(Ⅱ)计算机板
(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。
2.2三菱PLC编程软件GXDeveloper的使用
2.2.1打开程序
单击“开始”→“程序”→“MELSOFT应用程序”→“GX
Developer”
即打开程序,
图2-1
2.2.2创建新工程
图2-2
单击“工程(F)”→“创建新工程(N)”或单击“工程”下面的图标,即出现如图对话框,
图2-3
“PLC系列”选择FXCPU。
“PLC类型”选择FX1s。
“程序类型”默认为“梯形图”,
勾选“设置工程名”,在“工程名”框中输入程序名称。
如“工业污水处理的PLC控制(姚春要)”。
点击“确定”,因为在C盘没有此文件夹,所以会出现
图2-4
选择“是”,在C盘
新工程建立完毕,此时便进入编程界面。
本软件可用于三菱的A系列、Q系列和FX系列等的PLC。
如果不想在C盘建立此文件夹,可以点击“浏览”出现“驱动器/途径”界面,
选择“驱动器/途径”,如E盘,填写工程名,如“工业污水处理的PLC控制(姚春要)”,于是在E盘
新工程建立完毕。
图2-5
点击“新建文件”,恢复到“新建工程”界面。
图2-6
点击’确定”,因为在E盘没有此文件夹,所以会出现
图2-7
点击“是”,在E盘
图2-8
2.2.3输入梯形图
输入梯形图有两种方法,一是利用工具条中的快捷键输入。
另一种是直接用键盘输入如F5,F6,F7,F8,F9,F10。
下面以一段简单的程序为例说明这两种输入方法。
方法一:
用工具条中的快捷键输入。
图2-9
1
)输入触点:
点击F5,
则出现一个“梯形图输入”对话框,如下图
图2-10
在对话框中输入X0,点击“确定”则触点输入,用同样的方法,可以输入其他的常开、常闭触点。
2)
线圈输入:
点击F8,则出现如图“梯形图输入”对话框如下图
图2-11
在对话框中输入Y0,点击“确定”,则线圈输入。
用同样的方法,可以输入其他程序。
下面解释一下工具条中各按钮的功能。
图2-12
F5—输入常开触点。
F6—输入常闭触点。
SF5—输入并联常开触点。
SF6—输入并联常闭触点。
F7—输入线圈。
F8—输入功能指令。
F9—输入直线。
SF9—输入竖线。
CF9—横线删除。
CF10—竖线删除。
SF7—上升沿脉冲。
SF8—下降沿脉冲。
aF7—并联上升沿脉冲。
aF8—并联下降沿脉冲。
caF10—运算结果取反
F10—划线输入
aF9—划线删除
方法二:
从键盘输入。
如果键盘使用熟练,直接从键盘输入则更方便,效力更高。
不用点击工具栏中的按钮。
首先使光标处于第一行的首端。
在键盘上直接敲入ld
x0,同样出现一个对话框。
再敲回车键(Enter)。
则程序输入。
接着键入out
y0。
再敲回车键(Enter)线圈输入。
再输入or
y0,回车即可…….
用键盘输入时,可以不管程序中各触点的连接关系,常开触点用LD
,常闭触点用LDI,线圈用OUT
,功能指令直接输入助记符和操作数。
但要注意助记符和操作数之间用空格隔开。
对于出现分支、自锁等关系的可以直接用竖线去补上。
通过一定的练习和摸索,就能熟练地掌握程序输入的方法。
2.2.4梯形图编辑
在输入梯形图时,常需要对梯形进行编辑,如插入、删除等操作。
1)、触点的修改、添加和删除。
修改:
把光标移在需要修改的触点上,直接输入新的触点,回车即可;
则新的触点覆盖原来的触点。
也可以把光标移到需要修改的触点上,双击,则出现一个对话框,在对话框中输入新触点的标号,回车,即可。
添加:
把光标移在需要添加触点处,直接输入新的触点,回车即可。
删除:
把光标点在需要删除的触点上,再按键盘的“Delete”键,即可删除再点击直线,回车即可。
用直线覆盖原来的触点。
2)、行插入和行删除。
在进行程序编辑时,通常要插入或删除一行或几行程序;
操作方法:
行插入:
先将光标移到要插入行的地方,点击“编辑(E)”弹出下拉菜单,再点击“行插入(N)”,则在光标处出现一个空行,就可以输入一行程序;
用同样的方法,可以继续插入行。
行删除:
先将光标移到要删除行的地方,点击“编辑(E)”弹出下拉菜单,再点击“行删除(E)”,就删除了一行;
用同样的方法可以继续删除。
注意,“END”是不能删除的。
2.2.5步进指令输入
步进指令的输入方法和FXGP-WIN-C版本的软件有所不同,主要是STL指令的表现格式不同,在FXGP-WIN-C软件中,是一个触点的形式,而在GX
Developer版的编程软件中,是相当于一个线圈的形式表示的。
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