SBR廢水處理系統(tǒng)的設(shè)計

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摘要可編程序控制器（PLC）是綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的一門新興技術(shù)，是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究以及其他各個領(lǐng)域自動化的重要手段之一，應(yīng)用十分廣泛，是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一?？删幊绦蚩刂破髟从陔姎饪刂?，是電氣控制技術(shù)的最新發(fā)展階段，它們在理論和應(yīng)用上是一脈相承的，因此本文將電氣控制技術(shù)和可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)等內(nèi)容編寫在一起，更好的體現(xiàn)出它們之間的內(nèi)在聯(lián)系。本文由二部分組成：第一章可編程序控制器基礎(chǔ)，介紹了可編程序控制器的發(fā)展，結(jié)構(gòu)以及工作原理。第二章介紹了日本三菱公司FX2N系列PLC的指令系統(tǒng)以及其在日常生活中的使用實例，結(jié)合工程實際，詳細說明了PLC電氣控制技術(shù)課程設(shè)計與綜合實驗的相關(guān)內(nèi)容，以加強工程實踐應(yīng)用能力。關(guān)鍵字：可編程序控制器，電氣控制，實際應(yīng)用。AbstractProgrammable Logic Controller (PLC) is a combination of computer technology, automatic control technology and communications technology an emerging technology in order to achieve industrial production, scientific research, automation and other fields one of the important means of a wide range of modern industrial control one of the three pillars. PLC from electrical control, electrical control technology is the latest stage of development, they in theory and applications is the same strain, this paper will be electrical control technology and programmable logic controller applications such as the preparation of the contents together, better reflect the intrinsic link between them. This paper from two components: the first chapter of Programmable Logic Controller based on the programmable logic controller development, structure and working principle. The second chapter describes the Japanese Mitsubishi FX2N Series PLC system, as well as the instructions in life examples of the use of light engineering, detailed description of electrical PLC control technology curriculum design and synthesis of the related content, to enhance the ability of Engineering Practice .Key words: Programmable controller, electric control, practical application. 目錄第一章 可編程序控制器概論.(1)1.1可編程序控制器的產(chǎn)生和發(fā)展.(1)1.2可編程序控制器的定義與特點. (2)1.3可編程序控制器工作原理.(6)1.3.1 PLC的基本控制原理.(6)1.3.2 PLC的主要邏輯部件.(7)1.3.3 PLC的編輯語言.(8)1.4 可編程序控制器的硬件及其分類.(8)1.4.1 中央處理器（CPU）.(8)1.4.2 輸入輸出接口.(8)1.4.3 電源.(9)1.4.4 外部設(shè)備.(9)第二章 三菱FX2N系列可編程序控制器.(11)2.1 可編程序控制器的基本組成.(11)2.2 三菱FX2N系列可編程序控制器型號名稱體系及其種類.(11)第三章 三菱FX2N系列的實際應(yīng)用. (17)3.1 SBR廢水處理工藝的技術(shù)要求. (17)3.2 SBR廢水處理系統(tǒng)動力設(shè)備. (17)3.3 SBR廢水處理系統(tǒng)原理圖設(shè)計. (17)3.4結(jié)論.(26)致謝. (27)參考文獻. (28)第一章 可編程序控制器概論1.1 可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展電器對電能的生產(chǎn)、輸送、分配與應(yīng)用起著控制、調(diào)節(jié)、檢測、和保護的作用，在電力輸出配電系統(tǒng)中和電力拖動自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛。隨著電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機應(yīng)用技術(shù)的迅猛發(fā)展，一些電器元件可能被電子電路所取代。但是由于電器元件本身也朝著新的領(lǐng)域擴展，例如：電器元件性能的提高；新型電器元件的產(chǎn)生；機、電、儀一起化電器元件的實現(xiàn)；電器元件應(yīng)用范圍的擴展等，而且有些電器元件具有其特殊性，因此電器元件是不可能完全被取代的，以繼電器、接觸器等工業(yè)電器為基礎(chǔ)的電氣控制技術(shù)仍既有相當重要的地位。另一方面，可編程控制器（PLC）是計算機技術(shù)也繼電器接觸器控制技術(shù)想結(jié)合的產(chǎn)物，它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實現(xiàn)控制，而主要靠運行存儲于PLC內(nèi)存中的程序，進行入出信息變換實現(xiàn)控制。在可編程控制器問世之前，繼電器接觸器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域中占有主導(dǎo)地位。繼電器接觸器控制系統(tǒng)是采用固定接線的硬件實現(xiàn)控制邏輯，如果生產(chǎn)任務(wù)或工藝任務(wù)發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計，改變硬件結(jié)構(gòu)，這樣造成時間和資金的浪費。另外，大型控制系統(tǒng)用繼電器接觸器控制，使用的繼電器數(shù)量多，控制系統(tǒng)的體積大，耗電多，且繼電器觸電為機械觸電，工作頻率較低，在頻繁的動作情況下壽命較短，造成系統(tǒng)故障，系統(tǒng)的可靠性差。1968年，在世界工業(yè)技術(shù)改革浪潮的的沖擊下，美國最大的汽車制造商通用汽車公司，為了適應(yīng)汽車型號不斷翻新，以求在激烈競爭的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，提出要用一種新型的控制裝置取代繼電器接觸器控制裝置，并且對未來的新型控制裝置做出了具體設(shè)想，要把計算機的完備功能以及靈活性、通用性好等優(yōu)點和繼電器接觸器控制的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點融入于新的控制裝置中，且要求新的控制裝置編程簡單，使得不熟悉計算機的人員也能很快掌握她的使用技術(shù)。通用汽車公司提出的新一代控制器應(yīng)具備的條件包括：編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序。維護方便，最好是插件式結(jié)構(gòu)?？煽啃愿哂诶^電器控制。體積小于繼電器控制柜。可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機。在成本上可與繼電器控制柜競爭。輸入可以是交流115V。輸出可以為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥。擴展時，原有系統(tǒng)只要很小變化。美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)GM公司招標的技術(shù)要求，于1969年研制出了世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車自動裝配線上試用，獲得成功。其后，日本、德國等相繼引入這項新技術(shù)，可編程序控制器由此而迅速發(fā)展起來。在20世紀70年代初期、中期，可編程序控制器雖然引入了計算機的優(yōu)點，但實際上只能完成順序控制，僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等控制功能。所以當時的人們將可編程序控制器稱為PLC（Progammable Logical Controller）。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，20世紀70年代末至80年代初，可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊功能，使得可編程序控制器不僅可以進行邏輯控制，而且可以對模擬量進行控制。因此，美國電器制造協(xié)會（NEMA）將可編程序控制器命名為PC（Programmable Controller）,但為了便于與個人計算機PC（presonal Computer）相區(qū)別，人們習(xí)慣上仍將其稱為PLC。20世紀80年代以來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器為核心的可編程序控制器得到迅猛發(fā)展。這時的PLC具有了高速計數(shù)、中斷計數(shù)、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信等功能，從而使得PLC的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC，工業(yè)機器人和CAD/ACM）之一。根據(jù)PLC的特點，可以將其應(yīng)用形式歸納為以下幾種類型：開關(guān)量邏輯控制 PLC具有強大的邏輯運算能力，可以實現(xiàn)各種簡單和復(fù)雜的邏輯控制。這是PLC的最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代了傳統(tǒng)的繼電器接觸器的控制。模擬量控制 PLC中配置有A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊。現(xiàn)場的溫度、壓力、流量、速度等這些模擬量經(jīng)過A/D模塊轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量，傳送到PLC中，經(jīng)PLC中的微處理器進行處理后，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后，變成模擬量去控制被控對象，這樣就可實現(xiàn)PLC對模擬量的控制。過程控制 現(xiàn)代大中型的PLC一般都配備了PID模塊，可進行閉環(huán)過程控制。當控制中的某一個變量出現(xiàn)偏差時，PLC能按照PID算法計算出正確的輸出去控制生產(chǎn)過程，把變量保持在整定值上。目前許多小型PLC也有PID功能。定時和計數(shù)控制 PLC具有很強的定時和計數(shù)功能，它可以為用戶提供幾十甚至上百個、上千個定時器和計數(shù)器。其計時的時間和計數(shù)值可以由用戶在編寫程序時設(shè)定，特可以由操作人員在工業(yè)現(xiàn)場通過編程器進行設(shè)定，實現(xiàn)定時和計數(shù)的控制。如果用戶需要對頻率較高的信號進行計數(shù)，則可以選擇高速計數(shù)模塊。順序控制 在工業(yè)控制中，可采用PLC步進指令編程或用移位寄存器編程來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的PLC不僅能進行算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送、排序、查表等，而且還可以進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)顯示和打印等，它具有很強的數(shù)據(jù)處理能力。通信和聯(lián)網(wǎng) 現(xiàn)代PLC一般都有通信功能，它可以對遠程I/O進行控制，又能實現(xiàn)PLC與PLC、PLC與計算機之間的通信，這樣用PLC可以方便地進行分布式控制。1.2 可編程序控制器的定義與特點PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而編程。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則編程。定義中強調(diào)了可編程序控制器是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，它也是一種計算機。它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計”的工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成“邏輯運算、順序控制、定時計算和算術(shù)操作”。它還具有“數(shù)字量或模擬量輸入輸出控制”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴充”。定義還強調(diào)了可編程序控制器應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它須具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是PLC區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。PLC是綜合了繼電器接觸器的優(yōu)點以及計算機靈活、方便的優(yōu)點而設(shè)計制造和發(fā)展起來的，這就使PLC具有許多其他控制器所無法相比的特點。功能豐富PLC的功能非常豐富。這主要與它具有豐富的處理信息的指令系統(tǒng)及存儲信息的內(nèi)部器件有關(guān)。它的指令多達幾十條、幾百條，可進行各式各樣的邏輯問題的處理，還可進行各種類型數(shù)據(jù)的運算。凡普通計算機能做到的，它也都可作到。它的內(nèi)部器件，即內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，種類繁多，容量宏大。I/O繼電器，可以用以存儲入、出點信息的，少的幾十、幾百，多的可達幾千、幾萬，以至10幾萬。這意味著它可進行這么多I/O點的入出信息變換，進行這么大規(guī)模的控制。它的內(nèi)部種種繼電器，相當于中間繼電器，數(shù)量更多。內(nèi)存中一個位就可作為一個中間繼電器，怎么不多！它的計數(shù)器、定時器也很多，是繼電電路所望塵莫及的。小小的箱體或模塊，其內(nèi)部定時器、計數(shù)器可達成百、成千。這也是因為只要用內(nèi)存中的一個字，再加一些標志位，即可成為定時器、計數(shù)器，所以才那么多。 而且，這些內(nèi)部器件還可設(shè)置成丟電保持的，或丟電不保持的，即上電后予以清零的。以滿足不同的使用要求。這些也是繼電器件所難以做到的。它的數(shù)據(jù)存儲區(qū)還可用以存儲大量數(shù)據(jù)，幾百、幾千、幾萬字的信息都可以存，而且，掉電后還不丟失。PLC還有豐富的外部設(shè)備，可建立友好的人機界面，以進行信息交換?？伤腿氤绦?，送入數(shù)據(jù)，可讀出程序，讀出數(shù)據(jù)。而且讀、寫時可在圖文并茂的畫面上進行。數(shù)據(jù)讀出后，可轉(zhuǎn)儲，可打印。數(shù)據(jù)送入可鍵入，可以讀卡入，等等。PLC還具有通訊接口，可與計算機鏈接或聯(lián)網(wǎng)，與計算機交換信息。自身也可聯(lián)網(wǎng)，以形成單機所不能有的更大的、地域更廣的控制系統(tǒng)。PLC還有強大的自檢功能，可進行自診斷。其結(jié)果可自動記錄。這為它的維修增加了透明度，提供了方便。豐富的功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能；同時，也為工業(yè)系統(tǒng)的自動化、遠動化及其控制的智能化創(chuàng)造了條件。像PLC這樣集豐富功能于一身，是別的電控制器所沒有的；更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。使用方便用PLC實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制是非常方便的。這是因為：首先PLC控制邏輯的建立是程序, 用程序代替硬件接線。編程序比接線，更改程序比更改接線，當然要方便得多！ 其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成為種種小型化的模塊。而且，這些模塊是配套的，已實現(xiàn)了系列化與規(guī)格化。種種控制系統(tǒng)所需的模塊，PLC廠家多有現(xiàn)貨供應(yīng)，市場上即可購得。所以，硬件系統(tǒng)配置與建造也非常方便。正因如此，用可編程序控制器才有這個可字。對軟件講，它的程序可編，也不難編。對硬件講，它的配置可變，而且也易于變。具體地講，PLC有五個方面的方便： （1）配置方便：可接控制系統(tǒng)的需要確定要使用哪家的 PLC，那種類型的，用什么模塊，要多少模塊，確定后，到市場上定貨購買即可。（2）安裝方便：PLC硬件安裝簡單，組裝容易。外部接線有接線器，接線簡單，而且一次接好后，更換模塊時，把接線器安裝到新模塊上即可，都不必再接線。內(nèi)部什么線都不要接，只要作些必要的DIP開關(guān)設(shè)定或軟件設(shè)定，以及編制好用戶程序就可工作。（3）編程方便：PLC內(nèi)部雖然沒有什么實際的繼電器、時間繼電器、計數(shù)器，但它通過程序（軟件）與系統(tǒng)內(nèi)存，這些器件卻實實在在地存在著。其數(shù)量之多是繼電器控制系統(tǒng)難以想象的。即使是小型的PLC，內(nèi)部繼電器數(shù)都可以千計，時間繼電器、計數(shù)也以百計。而且，這些繼電器的接點可無限次地使用。PLC內(nèi)部邏輯器件之多，用戶用起來已不感到有什么限制。唯一考慮的只是入出點。而這個內(nèi)部入出點即使用得再多，也無關(guān)緊要。大型PLC的控制點數(shù)可達萬點以上，哪有那么大的現(xiàn)實系統(tǒng)？若實在不夠，還可聯(lián)網(wǎng)進行控制，不受什么限制。PLC的指令系統(tǒng)也非常豐富，可毫不困難地實現(xiàn)種種開關(guān)量，以及模擬量的控制。PLC還有存儲數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)，可存儲控制過程的所有要保存的信息?？傊?，由于PLC功能之強，發(fā)揮其在控制系統(tǒng)的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人們的想象力，或與其配套的其它硬件設(shè)施了。PLC的外設(shè)很豐富，編程器種類很多，用起來都較方便，還有數(shù)據(jù)監(jiān)控器，可監(jiān)控PLC的工作。使用PLC的軟件也很多，不僅可用類似于繼電電路設(shè)計的梯形圖語言，有的還可用BASIC語言、C語言，以至于自然語言。這些也為PLC編程提供了方便。PLC的程序也便于存儲、移植及再使用。某定型產(chǎn)品用的PLC的程序完善之后，凡這種產(chǎn)品都可使用。生產(chǎn)一臺，拷貝一份即可。這比起繼電器電路臺臺設(shè)備都要接線、調(diào)試，要省事及簡單得多。（4）維修方便：這是因為： PLC工作可靠，出現(xiàn)故障的情況不多，這大大減輕了維修的工作量。這在講述PLC的第三個特點時，還將進一步介紹。即使PLC出現(xiàn)故障，維修也很方便。這是因為PLC都設(shè)有很多故障提示信號，如PLC支持內(nèi)存保持數(shù)據(jù)的電池電壓不足，相應(yīng)的就有電壓低信號指示。而且，PLC本身還可作故障情況記錄。所以，PLC出了故障，很易診斷。同時，診斷出故障后排故也很簡單?？砂茨K排故，而模塊的備件市場可以買到，進行簡單的更換就可以。至于軟件，調(diào)試好后不會出故障，再多只要依據(jù)使用經(jīng)驗進行調(diào)整，使之完善就是了。（5）改用方便：PLC用于某設(shè)備，若這個設(shè)備不再使用了，其所用的PLC還可給別的設(shè)備使用，只要改編一下程序，就可辦到。如果原設(shè)備與新設(shè)備差別較大，它的一些模塊還可重用。工作可靠用PLC實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制是非?？煽康?。這是因為PLC在硬件與軟件兩個方面都采取了很多措施，確保它能可靠工作。事實上，如果PLC工作不可靠，就無法在工業(yè)環(huán)境下運用，也就不成其為PLC了。（1）在硬件方面： PLC的輸入輸出電路與內(nèi)部CPU是電隔離。其信息靠光耦器件或電磁器件傳遞。而且，CPU板還有抗電磁干擾的屏蔽措施。故可確保PLC程序的運行不受外界的電與磁干擾，能正常地工作。PLC使用的元器件多為無觸點的，而且為高度集成的，數(shù)量并不太多，也為其可靠工作提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工藝上，為使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可確保PLC耐振動、耐沖擊。使用環(huán)境溫度可高達攝氏50多度，有的PLC可高達80-90度。有的PLC的模塊可熱備，一個主機工作，另一個主機也運轉(zhuǎn)，但不參與控制，僅作備份。一旦工作主機出現(xiàn)故障，熱備的可自動接替其工作。還有更進一步冗余的，采用三取一的設(shè)計，CPU、I/O模塊、電源模塊都冗余或其中的部分冗余。三套同時工作，最終輸出取決于三者中的多數(shù)決定的結(jié)果。這可使系統(tǒng)出故障的機率幾乎為零，做到萬無一失。當然，這樣的系統(tǒng)成本是很高的，只用于特別重要的場合，如鐵路車站的道叉控制系統(tǒng)。（2）在軟件方面： PLC的工作方式為掃描加中斷，這既可保證它能有序地工作，避免繼電控制系統(tǒng)常出現(xiàn)的冒險競爭，其控制結(jié)果總是確定的；而且又能應(yīng)急處理急于處理的控制，保證了PLC對應(yīng)急情況的及時響應(yīng)，使PLC能可靠地工作。為監(jiān)控 PLC運行程序是否正常，PLC系統(tǒng)都設(shè)置了看門狗（Watching dog）監(jiān)控程序。運行用戶程序開始時，先清看門狗定時器，并開始計時。當用戶程序一個循環(huán)運行完了，則查看定時器的計時值。若超時（一般不超過100ms），則報警。嚴重超時，還可使PLC停止工作。用戶可依報警信號采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。定時器的計時值若不超時，則重復(fù)起始的過程，PLC 將正常工作。顯然，有了這個看門狗監(jiān)控程序，可保證PLC用戶程序的正常運行，可避免出現(xiàn)死循環(huán)而影響其工作的可靠性。PLC還有很多防止及檢測故障的指令，以產(chǎn)生各重要模塊工作正常與否的提示信號?？赏ㄟ^編制相應(yīng)的用戶程序，對PLC的工作狀況，以及PLC所控制的系統(tǒng)進行監(jiān)控，以確保其可靠工作。PLC每次上電后，還都要運行自檢程序及對系統(tǒng)進行初始化。這是系統(tǒng)程序配置了的，用戶可不干預(yù)。出現(xiàn)故障時有相應(yīng)的出錯信號提示。正是PLC在軟、硬件諸方面有強有力的可靠性措施，才確保了PLC具有可靠工作的特點。它的平均無故障時間可達幾萬小時以上；出了故障平均修復(fù)時間也很短，幾小時以至于幾分鐘即可。曾有人做過為什么要使用 PLC的問卷調(diào)查。在回答中，多數(shù)用戶把PLC工作可靠作為選用它的主要原因，即把PLC能可靠工作，作為它的首選指標。經(jīng)濟合算高新技術(shù)的使用必將帶來巨大的社會效益與經(jīng)濟效益，這是科技是第一生產(chǎn)力的體現(xiàn)，也是高新技術(shù)生命力之所在。PLC也是如此。盡管使用PLC首次投資要大些，但從全面及長遠看，使用PLC還是經(jīng)濟的。這是因為：使用PLC的投資雖大，但它的體積小、所占空間小，輔助設(shè)施的投入少；使用時省電，運行費少；工作可靠，停工損失少；維修簡單，維修費少；還可再次使用以及能帶來附加價值等等，從中可得更大的回報。所以，在多數(shù)情況下，它的效益是可觀的。1.3 可編程序控制器工作原理1.3.1 PLC的基本控制原理任何一種繼電器控制系統(tǒng)可以分成三個基本組成部分，即輸入部分、邏輯部分和輸出部分。其中，輸入部分是指各類按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等；邏輯部分是指各輸入部分、繼電器和接觸器的線圈及其觸點等組成的實現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路；輸出部分是指各種電磁閥線圈、接通電動機的各種接觸器以及信號指示燈等執(zhí)行電器。其中各部分的主要作用是：輸入部分：它收集并保存被控對象實際運行的數(shù)據(jù)和信息。邏輯部分：處理輸入部分所取得的信息，并按照被控對象實際的動作要求做出反映。輸出部分：提供正在被控制的許多裝置中，哪幾個設(shè)備需要實時操作處理。PLC采用大規(guī)模集成電路構(gòu)成的微處理器和存儲器來組成邏輯部分。PLC的制造廠家對微處理機進行了軟件硬件的開發(fā)，為用戶提供了許多適用于電氣控制的邏輯部件。例如：繼電器邏輯、定時器、計數(shù)器、移位寄存器、觸發(fā)器和寄存器等。同時也提供了描述這些邏輯部件的符號和語句，即編程語言。PLC通過編程器編制控制程序，即將PLC內(nèi)部的各種邏輯部件按照控制工藝進行組合以達到一定的邏輯功能。PLC將輸入信息采入PLC內(nèi)部，之后執(zhí)行邏輯部件組合后所達到的邏輯功能，最后輸出達到控制要求。這就是PLC的基本原理。內(nèi)部處理通迅服務(wù)圖2-6 PLC工作流程圖輸入刷新執(zhí)行用戶程序輸出刷新RUN？NY1.3.2 PLC的主要邏輯部件（1） 繼電器邏輯為了適應(yīng)電氣控制的需要，PLC為用戶提供繼電器，用邏輯與、邏輯或、邏輯非等邏輯運算來處理各種繼電器的連接。PLC內(nèi)部存儲器中存儲單元有兩種狀態(tài)“1”和“0”。這兩種狀態(tài)對應(yīng)于繼電器的“ON”和“OFF”狀態(tài)，因此在PLC中所說的繼電器是一個邏輯概念，有時稱為“軟繼電器”。這些“軟繼電器”與通常的物理繼電器相比有以下幾個特點：1） 體積小、功耗低2） 無觸點、速度快、壽命長3） 有無數(shù)多個常開、常閉接點供程序使用PLC一般為用戶提供以下幾種繼電器： 輸入繼電器 它是輸入到PLC中的現(xiàn)場信號，在使用中不必考慮接點的容量。 輸出繼電器 它具有一對物理接點，可以串接在負載回路中。 內(nèi)部繼電器 它與外界沒有聯(lián)系，僅做運算的中間結(jié)果使用，有時也稱做輔助繼電器或中間繼電器。（2） 定時器邏輯PLC一般采用硬件定時中斷、軟件遞減計數(shù)的方法來實現(xiàn)定時邏輯功能，完整的定時器邏輯一般包括以下幾個部分： 定時條件 控制定時器的操作。 定時語句 指定所使用的定時器，給出定時設(shè)定值。 定時器的當前值 記錄定時時間。 定時繼電器 定時器到達指定的定時值時為ON，未開始定時或未達到定時設(shè)定值時為OFF（3） 計數(shù)器邏輯PLC為用戶提供了若干個計數(shù)器。計數(shù)器的功能是由軟件來實現(xiàn)的，一般采用遞減計數(shù)。完整的計數(shù)器一般有以下幾個內(nèi)容： 計數(shù)器的復(fù)位信號 計數(shù)器的計數(shù)信號 計數(shù)器的設(shè)定值的記憶單元 計數(shù)器當前計數(shù)值單元 計數(shù)器繼電器（4）觸發(fā)器邏輯PLC為用戶提供觸發(fā)器邏輯，用來記憶某些信息，該觸發(fā)器邏輯可以被置位成“1”，也可以被復(fù)位成“0”。（5）數(shù)據(jù)寄存器PLC除能進行位運算以外，還能進行字運算。PLC為用戶提供了若干個數(shù)據(jù)寄存器，以存放數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運算功能。1.3.3 PLC的編輯語言PLC提供了完整的編程語言，以適應(yīng)PLC在工業(yè)環(huán)境中的使用。利用編程語言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當于設(shè)計和改變繼電器控制的硬接線線路，這就是所謂的“可編程序”。程序由編輯器送入到PLC內(nèi)部的存儲器中，它也能方便的讀出、檢查與修改。由于PLC是專為工業(yè)控制需要而設(shè)計的，因而對于使用者來說，編程時完全可以不考慮微處理內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不必使用各種計算機語言，而把PLC內(nèi)部看作是由許多“軟繼電器”等邏輯部件組成，利用PLC所提供的編程語言來編制控制程序。所以PLC既突出了計算機可編程的優(yōu)點，又使對計算機不太了解的電氣技術(shù)人員也能得心應(yīng)手地使用PLC，這就是PLC編程語言的特點，PLC提供的編程語言通常有梯形圖，語句表及功能表圖等。1.4 可編程序控制器的硬件及其分類1.4.1 中央處理器（CPU）CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。1.4.2 輸入輸出接口PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。J+1000.02uf負載(a) 繼電器輸出J24v負載(b) 晶體管輸出0.01uf470(c) SSR/可控硅輸出負載開關(guān)量輸出模塊型式1.4.3 電源PLC的電源包括PLC工作單元供電的開關(guān)電源及為掉電保護電路供電的后備電源，后者一般為鋰離子電池。1.4.4 外部設(shè)備編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。其他外圍設(shè)備：PLC還能配設(shè)一些其他的外圍設(shè)備入打印機等第二章 三菱FX2N系列可編程序控制器2.1 FX2N系列可編程序控制器的基本組成三菱公司是日本生產(chǎn)PLC的主要廠家之一。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系列已經(jīng)停產(chǎn)，取而代之的是FX2系列機型，屬于高性能疊裝式機型，是三菱公司的典型產(chǎn)品。FX2N系列PLC主機稱為基本單元，包括CPU、儲存器、輸入輸出口及電源、是PLC的主要部分。為主機備有擴展其輸入輸出的擴展單元、擴展模塊及特殊功能模塊單元。擴展單元是用于增加I/O點數(shù)的裝置，內(nèi)部設(shè)有電源。擴展模塊用于增加I/0點數(shù)和改變I/O比例，內(nèi)部無電源，由基本單元或擴展單元供電。擴展單元及擴展模塊無CPU，必須與基本單元一起使用。特殊功能單元是一些專門用途的裝置，如溫度控制、高速計數(shù)器模塊、位置控制模塊、模擬量控制模塊、計算機通信模塊等。 三菱FX2N小型PLC產(chǎn)品示意圖 2.2 FX2N系列可編程序控制器型號名稱體系及其種類2.2.1 FX2N系列可編程序控制器型號名稱組成符號說明如下（1）輸入輸出點數(shù) 它是指基本單元、擴展單元或擴展模式的輸入輸出總點數(shù)（2）基本單元、擴展單元輸出形式R：表示繼電器輸出，有接點，交流、直流負載兩用；S：表示三端雙向晶閘管開關(guān)元件輸出，無接點，交流負載用；T：表示晶體管輸出，無接點，直流負載用。（3）擴展模塊輸入輸出形式R：表示DC輸入，繼電器輸出；X：表示輸入專用，無輸出；YR：表示繼電器輸出專用，無輸入；YT：表示晶體管輸出專用，無輸入；YS：表示三端雙向晶閘管開關(guān)元件輸出專用，無輸入。（4）其他分區(qū) 一般無符號，表示AC100V/200V電源，DC24V輸入。FX 2 N - M - 系列名稱 I/O點數(shù) 基本單元 輸出形式 其它區(qū)分 基本單元型號名稱組成 基本單元一覽表F X 2N - E - 系列名稱 I/O點數(shù) 擴展單元 輸出形式（R、S、T） 其他分區(qū) 擴展單元型號名稱組成 擴展單元一覽表FXN - E 系列名稱 I/O點數(shù) 擴展單元 輸出形式（R、S、T） 擴展模塊型號名稱組成擴展模塊一覽表2.2.2 FX2N系列可編程序控制器技術(shù)指標FX2N系列可編程序控制器的技術(shù)指標包括一般技術(shù)指標、性能技術(shù)指標、輸入技術(shù)指標、輸出技術(shù)指標和電源技術(shù)指標等。下表為其中一些主要參數(shù)的數(shù)據(jù)表。 FX2N系列可編程序控制器的主要技術(shù)性能第三章 三菱FX2N系列可編程序控制器應(yīng)用實例3.1 SBR廢水處理工藝的技術(shù)要求SBR廢水處理技術(shù)是一種高效廢水回用的處理技術(shù)，采用優(yōu)勢菌技術(shù)對校園生活污水進行處理就，經(jīng)過處理后的中水可以用來澆灌綠地、花木、沖洗廁所及車輛等，從而達到解決水資源的問題。SBR廢水處理系統(tǒng)方案要充分考慮現(xiàn)實生活中校園生活區(qū)較為窄小的特點，力求達到設(shè)備體積小，性能穩(wěn)定，工程投資少的目的。廢水處理過程中環(huán)境溫度對菌群代謝產(chǎn)生的作用直接影響廢水處理效果，因此采用地理式磚混結(jié)構(gòu)處理池以降低溫度對處理效果的影響。同時，SBR廢水處理技術(shù)工藝參數(shù)變化大，硬件設(shè)計選型與設(shè)備調(diào)試比較復(fù)雜，采用先進的PLC控制技術(shù)可以提高SBR廢水處理的效率，方便操作和使用。SBR廢水處理系統(tǒng)分別由污水池、清水池、中水水箱、電控箱以及水泵、羅茨風機、電動閥們和電磁閥等部分組成，在污水處理池、清水池、中水水箱中分別設(shè)置液位開關(guān)，用以檢測水池與水箱中的水位。污水處理的第一階段：當污水池中的水位處于底水位或無水狀態(tài)時，電動閥會自動開起納入污水。當污水池納入的污水至正常高水位時，電動閥個關(guān)閉，污水池中污水呈微氧和厭氧狀態(tài)。污水處理的第二步：采用能降解大分子污染物的曝氣法，可使污水脫色、除臭、平衡菌群的pH值并對污染物進行高效除污，即好氧處理過程。整個好氧處理時間一般需要68h。在曝氣管路上安裝了排空電磁閥，當電動閥們自動關(guān)閉后，排空電磁閥開啟，羅茨風機延時空載起動，然后排空電磁閥關(guān)閉，污水池開始曝氣。當曝氣處理結(jié)束后，排空電磁閥再次開起，羅茨風機空載停機，然后排空電磁閥延時關(guān)閉。曝氣風機在無負荷條件下啟動和停止，能起到保護電動機和風機的作用。經(jīng)過0.5h的水質(zhì)沉淀，PLC下達起動1#清水泵指令，將沉淀后的水泵入到清水池中。當清水池中的水位升至正常高水位時，1#清水泵自動停止運行。這是2#清水泵自動起動向中水箱泵水，當水箱內(nèi)達到正常高水位時，2#清水泵自動停止運行，這時中水箱內(nèi)的水全部完成處理過程。3.2 SBR廢水處理系統(tǒng)動力設(shè)備SBR廢水處理系統(tǒng)中所使用的動力設(shè)備，均采用三相交流異步電動機，電動機和電磁閥（AC220V）選配選配防水防潮型。1#清水泵：立式離心泵LS50-10-A，揚程10m,流量29m/h,1kW。2#清水泵：立式離心泵LS40-32.1，揚程30m,流量16m/h,3kW。曝氣羅茨風機：TSA-40，0.7m/min,1.1kW。電動閥：閥體D97A1X5-1ZB-125mm,電動裝置LQ20-1，AC380V，60W。3.3 SBR廢水處理系統(tǒng)原理圖設(shè)計（1）主電路設(shè)計1）主回路中交流接觸器KM1、KM2、KM3分別控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝氣風機M3；交流接觸器KM4、KM5控制電動閥電動機M4，通過正、反轉(zhuǎn)完成開起閥們和關(guān)閉閥們的功能。2）電動機M1、M2、M3、M4由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實現(xiàn)過載保護。電動閥電動機M4控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護開關(guān)，對閥們電動機M4實現(xiàn)雙重保護。3）QF為電源總開關(guān)，既可完成主電路的短路保護，又起到分斷三相交流電源的作用，使用和維修方便。4）熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4分別實現(xiàn)各負載回路的短路保護。FU5、FU6分別完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保護。 SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路（2）交流控制電路設(shè)計1）控制電路有電源指示HL1。PLC供電回路采用隔離變壓器TC，以防止電源干擾。2）隔離變壓器TC的選用根據(jù)PLC耗電量配置，可以配置標準型，電壓比1：1、容量100VA隔離變壓器。3）1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝氣風機M3分別有運行指示燈HL2，HL3，HL4，由KM1，KM2，KM3接觸器常開輔助觸頭控制。4）4臺電動機M1、M2、M3、M4的過載保護分別由4個熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實現(xiàn)，將其常閉觸點并聯(lián)后與中間繼電器KA1連接構(gòu)成過載保護信號，KA1還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流信號轉(zhuǎn)換成直流24V信號送入PLC完成過載保護控制功能。5）上水電磁閥YA1和指示燈HL5、排空電磁閥YA2分別由中間繼電器KA2和KA3觸點控制。 SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制電路（4） PLC采用繼電器輸出，每個輸出點額定控制容量為AC250V，2A。 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸入輸出口功能表 SBR廢水處理系統(tǒng)元器件目錄表 SBR廢水處理系統(tǒng)控制流程圖 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯型圖程序3.3 設(shè)計小結(jié)本文在內(nèi)容上注重精選、結(jié)合實際、突出應(yīng)用，在編排上循序漸進、由淺入深，在闡述上力求簡明扼要、圖文并茂、通俗易懂，通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我對從電氣工程設(shè)計的基本過程的設(shè)計方法、步驟、思路、有一定的了解與認識。在設(shè)計中，我能認真按照規(guī)范編寫論文，結(jié)合實際情況來設(shè)計合理的課題，由于時間精力有限，還有許多功能有待擴展、完善，如有些地方銜接不恰當，計算機繪圖有錯漏之處等，望各位老師能及時指出予以批評指正。 致謝本文是在史岳榮老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。史老師以其嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產(chǎn)生重要影響。他淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時，在此次畢業(yè)設(shè)計過程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于可編程序控制器方面的知識，電氣知識有了很大的提高。 另外，在畢業(yè)設(shè)計期間，我還得到了其他眾多老師和同學(xué)們的指導(dǎo)、幫助，有了他們，我才能克服各種困難，使我得以順利完成論文。在這里一并表示感謝！參考文獻1 張鳳珊電氣控制及可編程序控制器M 北京：中國輕工業(yè)出版社，2003。2 馬志溪電氣工程設(shè)計M 北京：機械工業(yè)出版社，2002。3 史國生電氣控制與可編程序控制器技術(shù)M。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003。4 王兆義小型可編程序控制器應(yīng)用M 北京：機械工業(yè)出版社，2002。5 李道霖電氣控制與PLC原理及應(yīng)用M 北京：電子工業(yè)出版社，2004。6 齊占慶，王振臣電氣控制技術(shù)M 北京：機械工業(yè)出版社，2002。7 吳曉君，楊向明電氣控制與可編程控制器應(yīng)用M 北京：中國建材工業(yè)出版社，2004。8 張萬忠可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)M 北京：機械工業(yè)出版社，2001。9 郁漢琪電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)M 南京：東南大學(xué)出版社，2003。10 李國厚PLC原理與應(yīng)用 M 北京：清華大學(xué)出版社，2003。11 李桂芹提高PLC電氣控制可靠性的措施M 北京：機械工業(yè)出版社，2001。27