毕业设计（论文）-污水净化处理系统的PLC控制.doc

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1、I 题题 目目: 污水净化处理系统的污水净化处理系统的 PLC 控制控制 学学 生：生： 奔跑的奔跑的蚂蚁蚂蚁 专专 业业： 机械机械设计设计制造及其自制造及其自动动化化 指导教师指导教师： cxc 日日 期：期： 2011-12-23 II 目目 录录 第一章第一章 绪论.1 1.1 课题的发展背景 1 1.2 PLC 的发展前景 .3 第二章第二章 污水净化处理系统设计方案4 2.1 物理法处理技术方案 4 2.2 各污水处理方案的优点和缺点 4 2.3 方案的具体实施 4 2.3.1 系统的组成介绍.4 2.3.2 系统的设计要求.5 2.3.3 工艺流程.6 第三章第三章 系统方案硬件

2、选型.7 3.1 可编程控制器概述 7 3.2 硬件的选择 8 3.3 硬件实施 9 第四章第四章 系统软件设计.11 4.1 系统软件选用和设计 11 4.2 输出故障检测和报警 11 4.2.1 故障诊断子程序的作用11 4.2.2 故障子程序的设计11 4.3 系统 I/O 分配表.12 4.4 软件设计的可行性 12 第五章第五章 污水处理系统通信调试.13 5.1 计算机的通信方式概述 13 5.2 系统采用串行通信接口 14 5.3 硬件 S7-200 与 PROFIBUS 通信15 5.4 系统调试 15 5.5 系统可行性阐述 16 课程设计小课程设计小结.18 参考文献.19

3、 附 录.20 系统主程序.20 故障诊断子程序.26 1 第一章 绪论 1.1 课题的发展背景 可编程控制器综合了计算机技术、电子应用技术、自动控制技术及通信技术， 是新一代的工业自动化控制设备。它是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术 的发展基础上开发起来的，最初叫做可编程控制器（Programmable Logic Controller） ，即 PLC。用途非常广泛，用于工业控制的各个领域。它以微处理器为 核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时、计数和算术运算等，通 过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。 1、PLC 的基本组成 （1）中央处理器（CPU）

4、（2）存储器 （3）输入/输出（I/O）单元 （4）编程器 （5）通信端口 （6）电源部分 （7）特殊功能单元 2、PLC 的特点 （1）应用灵活、使用方便 用户可以根据自己控制系统的大小来选择。 用户可以根据自己控制系统的工艺流程来选择。 用户可以根据自己控制系统的控制要求来选择。 当用户控制系统要求改变时，不改动 PLC 外部接线，只须修改程序。 （2）可靠性强 硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并对采用的器件进行严格的筛选等， 具有很强的振动冲击性能等。 软件方面，PLC 的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运算处理器的延迟， 保证在程序出错和程序调试时，避免因程序错误而出现死循

5、环，等。 2 （3）面向控制过程的编程语言，容易掌握 PLC 的编程语言采用继电器控制电路 的梯形图语言，清晰直观。 （4）网络功能强大 PLC 不仅能做到远程控制、进行 PLC 内部通信与上位机进行通信，还具备专业 上网、无线上网等功能。从而提高经济效应。体积小、重量轻、PLC 内部电路采用微 电子技术设计。 （5）易于安装、调试、维修 在安装时，由于 PLC 的输入/输出接口做的很好，因此可以直接和外部设备相连， 而且不须专业的接口电路。调试可以先在试验室模拟完成，模拟调试完成后再现场安 装、调试。从而缩短周期。在维修方面，PLC 完善的诊断和显示功能，通过模块上的 显示或编程器等很容易地

6、找出故障的模块。 3、PLC 的用途 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 取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制， 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

7、。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、 3 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 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其

8、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。 1.2 PLC 的发展前景 PLC 具有可靠性高、使用方便、编程简单、体积小、重量轻等特点。目前，全世 界 PLC 生产厂家约为 200 家，生产 300 多个品种。作为控制装置，它在许多工业领域 都得到广泛的应用。随着微处理器技术和现代通信技术的发展，PLC 也得到了迅速发 展，其技术和产品日趋完善。PLC 的主要发展趋势主要表现在以下几个方面。 （1）高速度、高 I/O 容量、功能强大 随着 CPU 处理速度的提高，PLC 程序执行的速度也越来越快；大规模和超大规模 集成电路的发展，相应地使 I

9、/O 的容量也得到增加；智能模块的增加，使 PLC 能够实 现的功能越来越多。 （2）强大的 PLC 联网能力 随着人们对工业自动化的要求越来越高，人们已经不再满足对几个设备、几条生 产线的 PLC 控制，而是要求实现对全工厂的自动化，所以提高 PLC 控制系统的网络功 能成为 PLC 的发展趋势。以后人们不仅能通过通信模块进行 PLC 与 PLC、PLC 与上 位机之间的连接，还能通过拨号或者无线的方式使 PLC 联网。 （3）编程软件多样化 PLC 的梯形图语言、助记符语言和功能模块语言虽然使用方便，而且也能很好地 实现控制要求，但是在处理一些高级功能（BASIC、C、FORTRAN 等）

10、 、图形语言、 汇编语言兼容。这样不仅可以通过梯形图语言、助记符语言和功能模块语言来编写程 序，也可以通过高级语言来编程。 4 第二章第二章 污水净化处理系统设计方案污水净化处理系统设计方案 2.12.1 物理法处理技术物理法处理技术方案方案 磁力分离法 磁力分离式利用磁场力截留和分离废水中污染物质的方法。主要应用于去除废水 中磁性及非磁性悬浮物和重金属离子，对废水中有机物和营养物的去除也有帮助。 当废水通过磁场时，水中磁性粒子同时受磁场吸引力、外力和重力、粒子互相作 用等的作用，如磁力大于外力磁性粒子既能被磁场捕获，从水中分离出来。磁场吸引 力还可以起到促进絮凝的作用。 使用较多的磁过滤器的

11、主要部分为电磁铁和铁磁性过滤介质金属球、钢毛等。其 次为磁吸离器，它由不锈钢圆盘制成，上面粘结了极性交错排列的数百块永久磁铁， 并用铝板覆盖。运转时圆盘转动，浸没部分吸引水中磁性物质，转离水面后，将表面 泥渣即被挂走。 磁性铁粉可以在用分离心法从泥渣中回收。该分离机以其特有的快速分离的特点 在生产中得到了实际应用。 2.22.2 污水处理方案的污水处理方案的优点和缺点优点和缺点 磁力分离法方案： 优点：操作方便，结构简单，设备简单，清洗时断掉电源，关闭进水阀和出水阀， 让压缩空气强行把水箱中的水打入磁滤器中，冲洗磁铁，去掉附着的氧化铁杂质使冲 洗后的污水流入污水池，进行二次处理，处理后的固体杂

12、质还可以回收再利用。对废 水中有机物和营养物的去除也有帮助。在方案中的污水处理后，污水不仅得到了净化 还可以回收再利用，净化后得到的氧化铁杂质也可以回收再利用。 缺点：对于其他无磁性的固体杂质不能及时的处理。 2.32.3 方案的具体实施方案的具体实施 2.3.12.3.1 系统的组成介绍系统的组成介绍 从简单经济可靠性出发，本系统由 2 台磁滤器，10 只电磁阀和连接管道组成。系 统组成示意图 2-1 所示。 5 1 号进水阀2 号进水阀 污水 1 号磁滤器 1 号水箱 1 号出水阀 2 号磁滤器 2 号水箱 2 号出水阀 1 号排水阀2 号排污阀 到 污 水 池 1 号空气压缩阀 2 号空

13、气压缩阀压 缩 空 气 到冷却塔 图图 2-1 系统组成示意系统组成示意 2.3.22.3.2 系统的设计要求系统的设计要求 (1)两台机组的滤水工序，可单独进行，也可以同时进行。而反洗工序只允许单台 机组进行工作，一台机组反洗是，另一台必须等待。两台机组同时要求反洗时，1 号机 组优先。 (2)为保证滤水工序的正常进行，在每台机组的管道上均安装了压差检测仪表，只 出表现了“管压差高”信号，则应立即停止滤水工序，自动进入反洗工序。 (3)为增强系统的可靠性，将每台机组的磁滤器及各个电磁阀线圈的接通信号反馈 到 PLC 的输入端，一旦某一输出信号不正常，要立即停止系统工作，这样可避免发生 事故。

14、 (4)执行器输出故障检测及报警。 6 2.3.32.3.3 工艺流程工艺流程 污水净化处理可分为两道工序，以 1 号机组为例，其工艺流程上图所示。 (1)滤水工序：打开进水阀和出水阀，污水流经磁滤器时，如果磁滤器的线圈一直 通电，则污水中的氧化铁杂质会附在磁滤器的磁铁上，使水箱中流出的是净化水。 (2)反洗工序：滤水一段时间后，必须清洗附在磁铁上的氧化铁杂质。这时只要切 断磁滤器线圈的电源，关闭进水阀和出水阀，让压缩空气强行把水箱中的水打入磁滤 器中，冲洗磁铁，去掉附着的氧化铁杂质使冲洗后的污水流入污水池，进行二次处理。 7 第三章第三章 系统方案硬件选型系统方案硬件选型 3.13.1 可编

15、程控制器概述可编程控制器概述 可编程控制器是是一种数字运算操作的电子系统，专业在工业环境下应用而设计。 它利用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算等操作的指令，并通过数 字式、模拟式的输入和输出，来控制各类型的机械或生产的过程。 (1)PLC 的基本结构 PLC 主要由 CPU 模块、输入模块、输出模块和编程装置组成如图 3-1 所示。PLC 的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。 图图 3-1 PLCPLC 控制系统示意图控制系统示意图 (2)PLC 特点 可编程控制器编程方法简单易学，功能强，性能价格比高，硬件配齐全，用户使 用放便，使用性强，可靠性高，抗干扰能力强。系统的设计、

16、安装、 调试工作量少， 维护工作量少，维护方便，体积小，能耗低。 (3)PLC 应用领域 在发达的工业国家，PLC 已经广泛地应用在所有的工业部门，随着其性能的提高， 应用范围不断扩大，主要有以下几个方面：数字逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、 数据处理、通信联网几方面。 (4)PLC 工作过程 8 PLC 通电后，需要对硬件和软件作一些初始化的工作。为了使 PLC 的输出及时地 响应各种输入信号，初始化后反复不停的分阶段处理各种不同的任务如图 3-2，这种周 而复始的循环工作模式称为扫描工作模式。 图图 3-2 扫描过程扫描过程 3.1.23.1.2 污水净化过程污水净化过程 PLCPLC

17、控制的必要性控制的必要性 伴随这经济的发展需要，对于工行工业自动化控制的需求也在不断的增加，可编 程控制器是应用时分广泛的微机控制装置，是自动化控制系统中的关键设备。西门子 公司的 S7-200 在中小型 PLC 中应用最广，市场占有率最高。 对于污水净化处理系统中可编程控制的使用也使相当的广泛，因为可编程控制器 编程方法简单易学，功能强，性能价格比高，硬件配齐全，用户使用放便，使用性强， 可靠性高，抗干扰能力强。系统的设计、安装、 调试工作量少，维护工作量少，维护 方便，体积小，能耗低。所以在使用 PLC 来控制污水净化处理的过程，可以增强达到 净化的目的。为了增加可靠性和安全性，还可以使用

18、 PLC 和 PROFIBUS 通信达到更安 全可靠的监控进行生产。 3.23.2 硬件的选择硬件的选择 (1)PLC 选择 污水处理主要是逻辑控制，着正是 PLC 的优势所在，在众多的 PLC 生产厂家中， 西门子中的 S7-200PLC 系列产品以较高的性价比成为众多的用户首选。此设计中因 1 号机组和 2 号机组的工作原理相同，故选 S7-200 模块化的中小型 PLC 系统，能满足中 等的性能要求的应用，模块化和无排风扇的结构，各种单独的模块之间可进行广泛的 组合用于扩展。结构模块用多机架配置时连接主机架和扩展机架,S7-200 通过分布式的 主机架和二个扩展机架可以操作达到 32 个

19、模块。 9 (2)CPU 的选择 选择 CPU226 用于复杂的中小型控制系统，可扩展到 248 点数字和 35 路模拟量， 有 2 个 RS-485 通信。中央处理器集成有 PROFIBUS-DP 和 MPI 通信接口，多点接口可 以同时连接编程器、PC 机和人机界面。 (3)I/O 模块的选择 信号模块选用模拟量输入输出模块 EM223，模块输出点和输入点各为 16 点还可以 扩展，PLC 对模拟量的处理，模拟量首先被传感器和变送器转换成标准量程的电流或 电压，例：DC420mA，15V，010V，PLC 用 A/D 转换器将它们转换成数字量。 带正负号的电流或电压在 A/D 转换后二进制

20、补码表示。 D/A 转换器将 PLC 的数字输出量转换为模拟电压或电流，再去控制执行器。模拟 量 I/O 模块的主要任务就是实现 A/D 转换和 D/A 转换。 (4)选有箱式磁滤器 B03C 型箱式磁滤器内置一个进水阀、一个出水阀、一个压缩空气阀和一个排污阀， 主要是内置一个 3 平方的通电磁盘结构。经久耐磨，设计紧凑，精巧美观 温升低，无 噪音，零泄漏 动作响应迅速，高频率。 德国工艺，出口系列，品质可靠主要用于污水处理。 （5）差压检测仪表的选择 差压检测仪表的作用是检测磁滤器的入口和出口的差压，如果差压过高，表示磁 滤器有堵塞故障，需要进行反洗工序。差压仪表应该有设定差压、显示差压、差

21、压信 号输出功能。综上所述选择美国德维尔公司的 dwyer300IMR 系列的 Photohelic 压力表 和开关。 3.33.3 硬件实施硬件实施 (1)两台机组的滤水工序可单独进行，要求有独立的启动/停止按钮。 (2)“管压差高”检测和反洗铃在每台机组上均单独配置。压力传感器监测到的压 力值直接关系到整个控制系统的可行性，在选择差压变送器的精度要他到3RH 的以 上的精度，使得差压传感器在工作的时候能够准确的接收和发送出准确的信号。 用一个 PLC 模拟量输入模块和一个输出模块。让差压传感器接收的信号传送到 PLC 的模拟量的输入模块使模拟量转换成数字量，为了使防止在输入触点抖动或外部

22、10 干扰脉冲引起错误的输入信号，在输入电路中设置 RC 滤波电路，可以增加可靠性。 CPU 模块的内部的工作电压一般是 DC 5V，输出信号电压一般较高，一般是 DC 24V 和 AC 220V。采用 DC 010V，模拟量输出模块用于控制电动出水阀、进水阀、 水泵等执行器。 (3)所谓将每台机组的磁滤器及各个电磁阀线圈的接通信号反馈到 PLC 的输入端， 如图 3-3 所示。考虑到由接触器控制这些线圈，当接触器线圈通电时，其动合触点应 当闭合，动断触点应当断开；反之亦然，如果接触线圈通电时，其动合触点不能闭合 或者动断触点不能闭合，或动断触点不能断开，可能发生事故。 图图 3-3 输出反馈

23、信号接线图输出反馈信号接线图 由于 1 号机组和 2 号机组工作状态是一样的，所以只做的 1 号机组的 PLC 外部接 线图。接线图原理是打开启动按钮 1 号机组开始工作，1 号进水阀打开，污水进入 1 号 磁滤器开始过滤。出 1 号水阀打开，40 分钟后滤水结束关闭 1 号进水阀，1 秒后关闭 1 号出水阀，5 秒后关闭 1 号磁滤器，2 秒后进入反洗工序，接通 1 号排污阀，1 秒后 接通 1 号压缩空气阀。接通 1 号反洗铃，1 分钟反洗时间。反洗结束关闭 1 号压缩空气 阀 1 秒后关闭 1 号排污阀，再延时 5 秒后，又进行滤水工序如图 3-4 所示。 11 图图 3-4 PLCPL

24、C 的外部接线图的外部接线图 第四章第四章 系统软件设计系统软件设计 4.14.1 系统软件选用和设计系统软件选用和设计 选用 STEP7-Micro/WIN 是建立在 STEP7-Micro/WIN V4.0 版编程软件和 2004 出版 推出的 S7-200 新产品的基础上的。较老的编程软件与 V4.0 版的功能和界面有一些的 区别，老型号的 PLC 不能使用新产品的某些功能。 程序的设计，由于 1 号机组和 2 号机组工作状态是一样的，所以只做的 1 号机组 的程序编写。输入电路使用 CPU 模块提供的 DC 24V 电源，开启动按钮 1 号机组开始 工作，1 号进水阀打开，污水进入 1

25、 号磁滤器开始过滤。出 1 号水阀打开，40 分钟后 滤水结束关闭 1 号进水阀，1 秒后关闭 1 号出水阀，5 秒后关闭 1 号磁滤器，2 秒后进 入反洗工序，接通 1 号排污阀，1 秒后接通 1 号压缩空气阀。接通 1 号反洗铃，1 分钟 反洗时间。反洗结束关闭 1 号压缩空气阀 1 秒后关闭 1 号排污阀，再延时 5 秒后，又 进行滤水工序。 4.24.2 输出故障检测和报警输出故障检测和报警 4.2.14.2.1 故障诊断子程序的作用故障诊断子程序的作用 相对于 PLC 而言，外部输入器件如电磁阀、磁滤器容易出现故障。如果电磁阀和 磁滤器出现故障不能及时的处理，容易造成系统工作不正常，

26、甚至损坏系统。处理方 法是；如果外部输出器件出现故障时，必须停止并报警提示，提醒工作人员进行维修。 12 4.2.24.2.2 故障子程序的设计故障子程序的设计 本控制系统共有 8 个故障诊断子程序，它们的故障诊断方法都类似，具体的诊断 法是：如果某个线圈通电，对应的常开的辅助触点应该闭合。如果没有闭合就证明该 元件以损坏。如果某个线圈断电，对应的常闭触点因该闭合；如果没有闭合，判断该 元器件损坏。下面我们以故障子程序 1 为例，谈谈故障诊断子程序的实现。 图图 4-1 故障诊断子程序故障诊断子程序 4.34.3 系统系统 I/O 分配表分配表 下表为磁滤器 1 号机组的工作输入输出地址分配表

27、。 1 号机组的号机组的 I/O 地址分配表地址分配表 编程元件IO 端子作用 I0.0 1 号净水器的启动按钮 I0.1 1 号净水器的停止按钮 I0.2 1 号净水器差压检测仪，差压过高开关信号 I0.3 系统稳定按钮 I0.4 1 号磁滤器辅助触点，用于故障诊断 I0.5 1 号出水阀辅助触点，用于故障诊断 I0.6 1 号进水阀辅助触点，用于故障诊断 I0.7 1 号排污阀辅助触点，用于故障诊断 输 入 继 电 器 I1.0 用于故障诊断 Q0.0 1 号磁滤器的线圈 Q0.1 1 号出水阀线圈 输 出 继 电 器 Q0.2 1 号进水阀线圈 13 Q0.3 1 号排污阀线圈 Q0.4

28、 1 号压缩空气阀线圈 Q0.5反洗铃 Q0.6 故障指示灯 Q0.7 故障报警器 4.44.4 软件设计的可行性软件设计的可行性 故障诊断子程序梯形图 4-1，他有顺序功能逻辑语言解释下：在 M1.1 步即滤水工 序如果磁滤器或者出水阀或者进水阀没有打开或者是排污阀或者空气压缩阀打开了， 则报警或者是停机的状态。软件解决了 1 号机组和 2 号机组的反洗竞争问题，采用了 延时和互锁的方法，为了保证了系统的可靠性工作，设计了输出诊断程序，能判断执 行器是否正常工作。保证了系统的稳定和可靠性。 磁滤器的差压保护：如果磁滤器的入口和出口的差压大于设定值，则滤水工作停 止，或者是立即进入反洗程序中。

29、这样一来增加了系统的安全可靠性。 第五章第五章 污水处理系统通信污水处理系统通信调试调试 5.15.1 计算机的通信方式概述计算机的通信方式概述 近几年来，计算机控制已被迅速地推广和普及，相当多的企业已经在大量地使用 各种各样的可编程设备，例如工业控制计算机、PLC、变频器、机器人、数控机床、 柔性制造系统等。有的企业已经实现了全车间或全厂的综合自动化，即将不同厂家生 产的可编程设备连接在单层或多层网络上，相互之间进行数据通讯，实现分散控制和 集中控制管理。因此通信与网络已经成为控制系统不可缺少的重要组成部分，也是控 制系统的设计和维护的重点和难点之一，本文介绍有关数字通信与工业自动化通信网

30、络，介绍编程 S7-200 系列 PLC 的通信功能。 (1)并行通信与串行通信 并行数据条通信是以字节或字未单位的数据传输方式，除了 8 根和 16 根数据线、 一根公共线外，还需要通信双方联络用的控制线。并行通信的传输速度快，但是传输 线的根数多，抗干扰能力较差，一般用于近距离数据传送，例如 PLC 的模块之间的数 据传送。 串行数据通信是以二进制的单位数据传输方式，每次只传送一位，最少只需要两 根线就可以连接多台设备，组成控制网络。串行通信需要的信号线少，适用于距离较 14 远的场合。计算机和 PLC 都用的串行通信接口，例如 RS-485 接口，工业控制中计算 机之间的通信一般采用串行

31、通信方式。 (2)异步通信与同步通信 在串行通信中，接收方和发送方应使用相同的传输率。接收方和发送方的标称传 输速率虽然相同，它们之间是有一些微小的差别。如果不采取措施，在连续传送大量 的信息时，将会因积累误差造成发送和接收的数据错位，使接收方收到错误的信息。 为了解决这一问题，需要使发送过程和接收过程同步。按同步方式的不同，串行通信 可以分为异步通信和同步通信。 图图 5-1 异步通信的信息格式异步通信的信息格式 (3)单工与双工通信 单工通信方式只能沿单一方向传输数据，双工通信方式的信息可以沿两个方向传 送，每一个站既可以发送数据，也可以接收数据。双工方式又分为全双工和半双工。 全双工方式

32、中数据的发送和接收分别用两组不同的数据线传送，通信的双方都能在同 一时刻接收和发送信息如图 5-2A 所示。半双工方式用同一组线接收和发送数据，通信 的双方在同一时刻只能发送数据或接收数据如图 5-2B 所示。 发送 接收 甲站 接收 发送 乙站 图图 5-2A 半双工方式半双工方式 换向 发送 接收 接收 发送 甲站 换向 乙站 图图 5-2B 全双工方式全双工方式 (4)传输速度 在串行通信中，传输速率又称波特率的单位是波特，即每秒传送的二进制位数， 15 其符号未 bit/s。常用的传输速率为 300-38400bit/s,从 300 开始成倍数增加。不同的串行 通信网络的传输速率差别极

33、大，有的只有数百 bit/s,高速串行通信网络的传输速率可达 到 1Gbit/s。 5.25.2 系统采用串行通信接口系统采用串行通信接口 RS-485 是 RS-422 的变形，RS-485 为半双工，只有一对平衡差分信号线，不能同 时发送和接收。使用 RS-485 通信接口和双绞线可以组成串行通信网络如图 5-3 所示， 构成分布式系统，系统中最多可以有 32 个站，新的接口器件以允许连接 128 个站。 图图 5-3 RS-485 网络网络 5.35.3 硬件硬件 S7-200 与与 PROFIBUS 通信通信 PROFIBUA-DP 协议通常用于分布式 I/O 设备远程 I/O 的高速

34、通信。许多厂家生产 类型众多的 PROFIBUA-DP 设备，例如 I/O 模块、电机控制器和 PLC。 S7-200CPU 需要通过 EM 277 PROFIBUA-DP 模块接入网络。网络通常有一个主站 和几个 I/O 从站。通过组态，主站知道网络中 I/O 从站的类型和站地址，主站初始化网 络并核对网络中的从站设备是否与设置的相符。主站周期性地将输出数据写到从站， 并从从站读取输入数据。当 DP 主站成功地设置了一个从站时。它就拥有该从站。如果 网络中有第二个主站，它只能很有限地访问第一个主站的从站。 控制系统分三级，现场级、控制级、管理级。 (1)管理级 管理级集中集中监控各个设备的运

35、行状态。管理级现场总线选择 PROFIBUS-FMS 总线，一台安装组态软件作为操作员站，安装在控制室内，可以同时收集现场的数据。 (2)控制级和现场级 控制级的主要功能是接收管理层的设置的数据和命令，对污水处理生产过程进行 控制，将现场的状态输送到管理层。在控制室设 PLC 主站，在进水房和净水房设一个 16 子站，主站和现场子站之间才用 PROFIBUS-DP 现场总线，主站分别用 PLC 的 CPU226 模块和通讯模块 CP343-2 及相应的信号模块 SM 组成。现场子站采用 ET200M 远程单元，每个 ET200M 单元均由 1 个 IMI53-2 总线接口模块和其他数字量和模拟

36、量 模块输入和输出模块组成。 5.45.4 系统调试系统调试 (1) 滤水工序 1 号机组开始工作 系统启动按钮 I0.0 进入滤水工序，接通 1 号磁滤器 Q0.0，再接通出水阀 Q0.1,后 接通进水阀 Q0.3 开始滤水 40 分钟如图 5-5 所示。 图图 5-5 滤水调试滤水调试 (2) 反洗工序 1 号机组进入反洗 40 分钟后磁滤器进入反洗工序，接通排污阀 Q0.3,再 2 接通空气压缩阀 Q0.4，后 接通反洗铃 Q0.5。反洗 1 分钟，1 分钟后再进入滤水工序如图 5-6 所示。 17 图图 5-6 反洗调试反洗调试 注释：系统程序 1 号机组和 2 号机组工作状态是一样，

37、所以以上的调试图只是 1 号机组的调试图。 5.55.5 系统可行性阐述系统可行性阐述 利用 PLC 实现了污水净化处理系统的自动化控制，详细介绍了污水净化处理系统 的软件和硬件的设计方案，软件设计给出了控制系统的梯形图，并采用了结构法程序 设计方案。硬件采用差压仪表，保证滤水工序的性能指标并有防止滤水器堵塞的功能， 采用 PLC 控制，系统结构比传统系统结构简单、可靠，系统很少出现故障；由于控制 系统是由控制系统软件来实现。 软件解决了 1 号机组和 2 号机组的反洗竞争问题，采用了延时和互锁的方法，为 了保证了系统的可靠性工作，设计了输出诊断程序，能判断执行器是否正常工作。保 证了系统的稳

38、定和可靠性。 在进行 PROFIBUS 组态安全操作监控过程，并组态污水处理系统的显示压力范围、 控制键、报警显示等以达到现场恒定压力在控制室里实时监控，使工作人员可以远程 控制，从而工作室和现场隔离开，达到安全的工作生产。 18 课程设计小结课程设计小结 通过在 PROFIBUS 上组态安全操作监控过程，并组态污水处理系统的显示压力范 围、控制键、报警显示等以达到现场恒定压力在控制室里实时监控，使工作人员可以 远程控制，从而工作室和现场隔离开，达到安全的工作生产。 这次设计不仅解决了水污染问题，保护了自然环境同时也保证了人类的生活环境， 从而使得有限的淡水资源得到了有效的利用。 用西门子 S

39、7-200 PLC 设计的自动控制系统在该污水处理系统中投入使用，运行稳 定、可靠。设备具有调试简单、操作方便、使用安全、效率高、故障率低，污水处理 效果好的特点，提高了劳动生产率，由于软硬件都是采用模块化结构，方便了工人的 安调试和维修。 19 参考文献参考文献 1 聂梅生.废水处理及再利用.北京：中国建筑工业出版社.许泽美,唐建国,周丹等主编.2002 年 第一版. 2 路林吉，王坚，江龙康.可变控制器原理及应用.北京：清华大学出版社.2003 年 2 月第二次印 刷. 3 廖常初.S7-300/S7-400PLC 应用技术.北京：机械工业出版社.廖常初主编.2007 年 9 月第一版 第

40、六次印刷. 4 廖常初.PLC 编程及应用.北京：机械工业出版社.廖常初主编.2007 年 9 月第二版第八次印刷. 20 附附 录录 系统主程序系统主程序 SM0.1 系统急停按钮，M0.0 总停止状态，M0.0 置位，其余的相关编程元件全部复位。 M0.1 1 号机组初始状态，M0.1 置位，1 号机组相关元件的编程元件全部复位。 I0.01 号机组启动，M1.1 进行滤水工序，接通 1 号机组磁滤器（Q0.0） ，2 秒后接通出 21 水阀(I0.4),进水阀滤水 40 分钟（C0） ，后在进行故障诊断。 M1.2 滤水工序结束，关闭进水阀（Q0.2）1 秒后关闭出水阀(Q0.1)5 秒

41、后关闭磁滤器 (Q0.0)再定时 2 秒（T38） 。 M0.3 进入反洗工序，接通排污阀(Q0.3)1 秒后接通压缩空气发（Q0.4） ，接通反洗铃， 反洗 1 分钟（T39） 。 M1.4 反洗结束，关闭压缩空气阀(Q0.4）,1 秒后接通排污阀关闭反洗铃，再延时 5 秒 （T40） 。 M2.0 置位 2 号机组相关编程元件全部复位。 22 I1.1 启动 2 号机组，M2.1 滤水工序，接通 2 号机组磁滤器，2 秒后接通出水阀，1 秒 后接通进水阀，滤水 40 分钟（C1） 。 当 T38 大于或等于 10 时 QO.1 复 1 位，当 T38 大于或等于 50 时，Q0.0 复 1

42、 位。 M2.2 滤水工序结束，关闭进水阀（Q1.2）1 秒后关闭进水阀（Q1.1）5 秒后关闭磁滤器 Q1.0，再定时 2 秒(T42)。 M2.3 保证 1 号机组优先，延时 0.1 秒（T43） 。 M2.4 反洗工序，接通排污阀，1 秒后接通压缩空气阀，再接通反洗铃，反洗 1 分钟 23 （T44） 。 M2.5 结束反洗工序，关闭压缩空气阀，1 秒后关闭排污阀，关闭反洗铃，再延时 5 秒 （T45） 。 M0.0 闭合时 M1.0、M2.0、Q0.0 分别复位。 当 M1.2 接通时 Q0.2 复位到 Q0.1，T38 开始计时。 当 M1.1 接通时 Q0.0 置位 1，T37 开

43、始计时。 当 M1.1 接通时 T37 大于或等于 20 时 Q0.1 置位 1。 24 当 M1.1 接通时 T37 大于或等于 30，1 置位 1。 M1.3 接通时 Q0.3 置位 1，T39 计时。 T37 接通时 C0 到 40，M1.2 复位。 M1.4 接通时 Q0.4 复位 1，T40 计时。 当 T40 大于或等于 10，Q0.3 复位 3。 M2.0 接通时 M2.1 和 Q1.0 分别复位。 25 M2.1 接通时 Q1.0 置位 1，T41 计时。 T41 大于或等于 20 时，Q1.1 置位 1。 T41 大于或等于 30,Q1.1 置位 1. T41 接通 C1 计

44、数到 40 时 M2.2 复位。 M2.2 接通时 Q1.2 复位 1，T42 计时。 当 T42 大于或等于 10 时，Q1.1 复位 1。 当 T42 大于或等于 50 时，Q1.0 复位 1。 M2.4 接通时 Q1.3 置位 2，T44 计时。 M2.3 接通时，T43 计时。 当 T44 大于 10 时,Q1.4 置位 2。 26 M2.5 接通时，Q1.4 复位 2。T45 计时。 T40 大于 10，Q1.3 复位 3。 故障诊断子程序故障诊断子程序 M1.1 接通时故障子序对 M1.1 的相关元件进行故障判断。 27 M1.2 接通时故障子程序对 M1.2 的相关元件进行故障判断。 M1.3 接通时子程序对 M1.3 的相关元件进行故障判断。 28 M1.4 接通时对 M1.4 的相关元件进行故障判断。 M2.1 接通时子程序对 M2.1 相关元件进行故障判断。 29 M2.2 接通时子程序对 M2.2 相关元件进行故障判断。 M2.4 接通时子程序对 M2.4 相关元件进行故障判断。 M2.5 接通时对 M2.5 相关元件进行故障判断。