裘宇翔 污水處理

1、基于S7-200PLC的污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械制造及其自動(dòng)化 機(jī)自101 裘宇翔 指導(dǎo)老師：張文輝摘要目前，我國大多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平不高、安全性低、管理不當(dāng)，效率普遍低于世界標(biāo)準(zhǔn)。污水處理系統(tǒng)中的曝氣過程控制、數(shù)據(jù)通訊和監(jiān)控管理是急需解決的主要問題。中國污水處理自控系統(tǒng)相對(duì)落后，污水處理成本居高不下，污水廠排放的處理過的污水的水質(zhì)不穩(wěn)定，所以如何建立有效的自控系統(tǒng)，優(yōu)化運(yùn)行效果，減少運(yùn)行費(fèi)用，具有重要意義。本文介紹了工廠污水處理的基本工藝和流程，并通過研究設(shè)計(jì)一套基于PLC控制的污水處理系統(tǒng)。文章首先介紹了基于PLC污水處理控制系統(tǒng)的工藝及相關(guān)流程，控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)、工作原

2、理以及設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的基本原則和步驟，來說明PLC在污水處理過程中的應(yīng)用。先根據(jù)污水處理要求設(shè)計(jì)了設(shè)備的電器控制與自動(dòng)控制線路，主要包括設(shè)備的啟停、狀態(tài)信號(hào)故障信號(hào)、和信號(hào)采集等，然后按照工藝要求設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)，其中包括PLC的選型、系統(tǒng)資源配置以及按照污水處理工藝編制PLC程序，最后對(duì)程序的監(jiān)控及轉(zhuǎn)速的驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：污水處理，PLC，控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì) Abstract At present, most of China's sewage treatment control system automation level is not high, low safety, poor

3、 management, efficiency is low by world standards. The aeration process in sewage treatment system control, data communication and management is the main problem in need of solution. Chinese sewage treatment system is relatively backward, the high cost of sewage treatment, sewage treatment plant the

4、 sewage water quality is not stable, so how to establish an effective control system, optimize the operation effect, reduce the operation cost,has important significance.This paper introduces the basic technology of sewage treatment plant and process, and through research and design a set of sewage

5、treatment system based on PLC control. This paper firstly introduces the process control system based on PLC sewage and related processes, the basic principles and steps of control system hardware structure and design, working principle and the design of PLC control system, to illustrate the applica

6、tion of PLC in wastewater treatment process. According to the requirements of sewage treatment design of the electrical control equipment and automatic control circuit, including equipment start and stop, the state signal of fault signal, and signal acquisition, and then according to the control sys

7、tem design of PLC process requirements, including the PLC type selection, resource allocation system and according to the sewage treatment process of PLC program, verify the program monitoring and speed.Key word: sewage treatment,PLC, control system, design 基于S7-200PLC的污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)i摘要iAbstractii第一章 緒論

8、11.1工業(yè)污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀11.2 課題的研究背景21.3研究目的和意義31.4研究內(nèi)容3第二章 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹42.1工業(yè)污水處理基本概念42.2 常用的工業(yè)污水處理工藝及方案選擇42.3工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式72.4 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求82.4.1信號(hào)輸入92.4.2控制輸出信號(hào)9第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及伺服系統(tǒng)的搭建103.1控制器方案選擇103.1.1 PLC控制103.1.2電動(dòng)機(jī)控制103.2 伺服系統(tǒng)113.2.1 伺服的驅(qū)動(dòng)方式及反饋113.2.2 伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置113.2.3 PLC端子的輸出：源極模式和漏極模式113.2.4 PLC與伺服驅(qū)

9、動(dòng)器的接線方式113.2.5 繼電器的工作原理123.3 伺服系統(tǒng)與PLC的選型133.4 伺服系統(tǒng)的搭建133.4.1伺服系統(tǒng)總體接線圖133.4.2 伺服系統(tǒng)的選型及所需的零部件143.4.3伺服驅(qū)動(dòng)器外形結(jié)構(gòu)名稱與用途153.4.4 伺服驅(qū)動(dòng)器CN1引腳163.4.5伺服系統(tǒng)主電路圖183.4.6 伺服系統(tǒng)的調(diào)試193.5 上位機(jī)（PLC）的安裝與通訊243.5.1所需設(shè)備243.5.2 S7-200 PLC的主要參數(shù)243.5.3 PLC的安裝與接線253.6 本章小結(jié)26第四章 基于S7-200實(shí)現(xiàn)MR-E伺服系統(tǒng)的正反轉(zhuǎn)控制274.1 引言274.2 系統(tǒng)原理與基本概念274.2.

10、1 高速脈沖輸出功能274.2.2特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器274.2.3 PTO的操作模式294.3 問題的提出和方案確定294.4 正反控制程序的設(shè)計(jì)294.5 本章小結(jié)30第五章 工業(yè)污水處理的設(shè)計(jì)315.1主要組成部分315.2電氣控制系統(tǒng)325.3工業(yè)污水處理系統(tǒng)的工作原理325.3.1控制系統(tǒng)總體框圖325.3.2工作過程335.3.3工業(yè)污水處理系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)335.4 PLC選型345.5 PLC的I/O資源配置345.5.1數(shù)字量輸入部分345.5.2數(shù)字量輸出部分355.6 流程設(shè)計(jì)355.7邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)405.8 本章小結(jié)48第六章 Aplicación MFC S7

11、_200軟件監(jiān)仿真圖496.1 仿真軟件的介紹496.2 仿真的準(zhǔn)備工作496.3 程序仿真與校驗(yàn)526.4 本章小結(jié)57第七章 基于setup154c的電機(jī)數(shù)據(jù)采集與定速控制587.1 引言587.2 基于setup154c的電機(jī)定速控制數(shù)據(jù)采集587.2.1 PC與伺服驅(qū)動(dòng)器的通訊連接587.2.2 實(shí)時(shí)控制587.2.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控597.3本章小結(jié)60總結(jié)61致 謝62參考文獻(xiàn)：63附錄 故障診斷與排除64第一章 緒論水與人的生活息息相關(guān)，特別在現(xiàn)代社會(huì)生活及生產(chǎn)中人們對(duì)水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據(jù)報(bào)道我國人均擁有淡水量為2400噸，為世界平均值的1/4，在全球149個(gè)國

12、家（參與統(tǒng)計(jì)國家中），我國人均淡水資源位居110位，屬于淡水資源貧乏的國家。而且我國水資源時(shí)空分布極不均衡，全國500多個(gè)城市缺水，其中多個(gè)嚴(yán)重缺水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，人均擁有淡水量僅有240噸。令人擔(dān)憂的是淡水總量日益減少，用水成本不斷升高，淡水的浪費(fèi)非常嚴(yán)重。我國北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢(shì)、水位下降、湖泊干涸、河水?dāng)嗔?、生態(tài)惡化。淡水資源的短缺己經(jīng)成為我國急需解決的問題。我國淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重。隨著社會(huì)的發(fā)展，水資源已經(jīng)成為影響工業(yè)發(fā)展的重要因素，現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)工藝和設(shè)備對(duì)水質(zhì)要求越來越高。但是我國工業(yè)用水耗費(fèi)高，重復(fù)利用水少，中水使用率不高，有關(guān)資料

13、顯示，我國的工業(yè)用水重復(fù)利用率平均為40%50%。目前全國城市污廢水的處理率（達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的）僅有10%左右，其余的污廢水都直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重復(fù)利用率低、污染嚴(yán)重是我國工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的突出問題。嚴(yán)重的環(huán)境污染使有限的水資源日益減少、水質(zhì)日益惡化，無疑是“雪上加霜”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于水質(zhì)污染，我國已有大約3億人的飲水發(fā)生不安全現(xiàn)象，其中1.9億人的飲水是超標(biāo)水。氣象學(xué)家預(yù)測(cè)，2100年全球變暖加劇，地表將有1/3的面積變?yōu)樯衬?，那時(shí)，干旱將威脅全球一半的大陸人類的生存。這些現(xiàn)象都是水污染產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，因此工業(yè)污水處理項(xiàng)目的實(shí)施已經(jīng)刻不容緩。眾多跡象表面，水資源的短缺無疑將成為

14、制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的瓶頸，因此世界各國越來越重視水處理和水的再利用，通過各種技術(shù)進(jìn)一步提高供水質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。并且工業(yè)污水處理過程中，經(jīng)過厭氧和好氧處理，污水中的熱量、沼氣等再生能源可以為工業(yè)生產(chǎn)提供二次能源，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。隨著環(huán)境保護(hù)的呼聲越來越高，工業(yè)污水處理已經(jīng)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性，對(duì)于各種污水進(jìn)行處理后排放成為各企業(yè)基本的要求。在工廠的工業(yè)污水處理過程中，污水來源的不穩(wěn)定以及工廠中各種污水的成分的復(fù)雜性，對(duì)工業(yè)污水處理的工藝和控制方式提出了非常高的要求。1.1工業(yè)污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀污水處理是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源保護(hù)不可或缺的組成部分。污水處理在發(fā)達(dá)國家已有較成

15、熟的經(jīng)驗(yàn)。如。英國、德國、芬蘭、荷蘭等歐洲國家均已投資對(duì)因工業(yè)革命和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的水污染進(jìn)行治理；日本、新加坡、美國、澳大利亞等國家也對(duì)污水處理給予了較大的投資，特別是新加坡并沒有走先污染后治理的道路，而是采取經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的政策。 國外對(duì)污水的處理主要是通過建造污水處理廠。實(shí)踐證明建造污水處理廠是解決水污染的一條有效途徑。美國平均每1萬人擁有一座污水處理廠；瑞典和法國每5000人有一座污水處理廠；英國和德國每70008000人擁有一座污水處理廠。國外城市都在為污水處理普及率達(dá)到100%而努力，將推廣低能耗高性能的污水處理工藝技術(shù)，提高水處理排放的標(biāo)準(zhǔn)，完善污水處理的有關(guān)政策，多功能的污水

16、處理技術(shù)更為流行。 我國的城市污水量正以每年6.5%的速度增大，然而由于資金、能源等方面原因的制約，城市污水處理率很低，我國在建國初期只有幾個(gè)過去有國外租界留下來的城市污水處理廠，日處理量還不過萬噸；解放后，城市污水處理廠有了較大的發(fā)展，特別是“六五”期間；截止1987年底全國污水處理廠建成投產(chǎn)的已有78座；至1990年有污水處理的城市56個(gè)，省和直轄市增加到21個(gè)；1999年全國建成污水處理廠389座，處理率為29.65%。城建系統(tǒng)187座，處理率16.18%。全國大約還有600個(gè)城市沒有城市污水處理廠，全國城市污水處理率目前僅達(dá)20%左右，這一狀況與國家提出“至2000年使水環(huán)境污染不斷惡

17、化的趨勢(shì)得到控制，至2010年使總體環(huán)境質(zhì)量得到改善”的發(fā)展目標(biāo)是不相稱的。我國已頒發(fā)城市污水處理及污染防治技術(shù)政策經(jīng)過幾十年的努力，尤其是近十年的努力，我國的水污染控制工作已有很大的發(fā)展，城市污水處理普及率已達(dá)到30%。局部水環(huán)境已有所改善，有些水系統(tǒng)的污染反而有所加劇。1.2 課題的研究背景 未來10年，中國工業(yè)污水處理項(xiàng)目工程建設(shè)投資將超過2500億元，其中工業(yè)污水處理設(shè)備投入約300億元。采用先進(jìn)、實(shí)用的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程中廣泛采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，是推動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在這種形勢(shì)下工業(yè)污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)無疑是一個(gè)具有巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益及

18、經(jīng)濟(jì)效益的研究課題。對(duì)于環(huán)境保護(hù)問題，國務(wù)院明確規(guī)定所有工業(yè)污染源都必須達(dá)到排放標(biāo)。其中處理過的污水還可以循環(huán)再利用，由于我國是一個(gè)水資源匱乏的國家，而且時(shí)空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。所以水資源也是一種保護(hù)。因此，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對(duì)于工業(yè)污水處理非常有必要。因此，有效的結(jié)合目前最新的工藝狀況、計(jì)量自控檢測(cè)儀表使用、PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)，將為當(dāng)前工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)提供有效的自控方法。1.3研究目的和意義 世界任何國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都會(huì)推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步、促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，使人民生活得到進(jìn)一步改善，但是也隨之帶來不同程度的環(huán)境污染，污水也是造成環(huán)境污染的來源之一。這個(gè)污染

19、源的出現(xiàn)引起了世界各國政府的關(guān)注，治理水污染環(huán)境的課題被列入世界環(huán)保組織的工作日程。我國是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國家，雖然我國年平均水資源總最為28000 億m2，居世界第6 位，人均水資源量為2220m2，居世界第110 位，已經(jīng)被聯(lián)合國列為世界上13個(gè)缺水國家之一。目前我國約300個(gè)城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有5O個(gè)。據(jù)中國經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)分析統(tǒng)計(jì)，全國按目前正常需要，年缺水總里約為300 億400 億立方米，因缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)2300 億。超過洪澇災(zāi)害。水資溝的匱乏和水資源的污染，己經(jīng)嚴(yán)重的影響了人民的日常生活，嚴(yán)重的影響了我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。因此建設(shè)符合我國國情的污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)降低工

20、業(yè)污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會(huì)和和諧社會(huì)、保持我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。1.4研究內(nèi)容本課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容是工業(yè)工業(yè)污水處理工藝及工業(yè)污水處理系統(tǒng)的組成和PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),主要由以下內(nèi)容組成：（1）介紹了工業(yè)污水處理的基本內(nèi)容，包括工業(yè)污水處理的發(fā)展現(xiàn)狀以及工業(yè)污水處理的工藝流程；（2）介紹了PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；（3）具體分析設(shè)計(jì)工業(yè)污水處理的硬件軟件系統(tǒng)； （4）工業(yè)污水處理系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行及對(duì)運(yùn)行的監(jiān)控 第二章 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹2.1工業(yè)污水處理基本概念城市污水、生活污水、生產(chǎn)污水或經(jīng)過工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)污水，往往都排入排水系統(tǒng)。這些污水除含有

21、碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動(dòng)植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細(xì)菌、病毒等使人致病的微生物。經(jīng)處理后的污水，最后出路有三種：排放水體；灌溉田地；重復(fù)使用。污水污染物可根據(jù)化學(xué)性質(zhì)和物理形態(tài)進(jìn)行不同的分類。按化學(xué)性質(zhì)，污水中的污染物質(zhì)可分為無機(jī)性物質(zhì)和有機(jī)性物質(zhì)，其化學(xué)元素以炭、氮、磷為主。按物理形態(tài)，污水中的污染物質(zhì)可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質(zhì)、膠體污染物質(zhì)和溶解性污染物質(zhì)。2.2 常用的工業(yè)污水處理工藝及方案選擇不同的工業(yè)污水處理對(duì)象，不同的工業(yè)污水處理環(huán)境，將需要有不同的工業(yè)污水處理工藝來處理。因此，在選擇工業(yè)污水處理工藝的時(shí)候必需要認(rèn)真考慮當(dāng)?shù)匚鬯那闆r，以及

22、實(shí)際的工業(yè)污水處理的環(huán)境。工業(yè)污水處理的方法主要有物理、化學(xué)、物理化學(xué)，以及生物等幾種。這些方法根據(jù)實(shí)際情況，可以單一使用，也可以針對(duì)不同的污水混合使用。目前，工業(yè)污水處理的方法一般以生物處理法為主，輔以物理處理法和化學(xué)處理法。常用的工業(yè)污水處理工藝有以下幾種。（1）傳統(tǒng)活性污泥法。傳統(tǒng)活性污泥處理法是一種最古老的工業(yè)污水處理工藝，其工業(yè)污水處理的關(guān)鍵組成部分為沼氣池與沉淀池，主要處理部分關(guān)系框圖如圖2-1所示。氧化池（微生物吸附有機(jī)物氧化為無機(jī)物）沉淀池（活性泥下沉）回流活性泥原污水清水排出圖2-1傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖污水中的有機(jī)物在氧化池停留的過程中，氧化池中的微生物吸附污水中的大部分

23、有機(jī)物，并且在氧化池中被氧化成無機(jī)物，然后在沉淀池中經(jīng)過沉淀后的部分活性泥需要回流到氧化池中。該工藝的優(yōu)點(diǎn)有：有機(jī)物去除率高，污泥負(fù)荷高，池的容積小，耗電省，運(yùn)行成本低。該工藝的缺點(diǎn)有：普通曝氣池占地多，建設(shè)投資大，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)范圍小、易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象，磷和氮的去除率低。（2）A/O法。A/O法是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中A代表Anoxic（缺氧的），O代表Oxic（好氧的）。A/O法是一種缺氧-好氧生物工業(yè)污水處理工藝。該工藝通過增加好氧池與缺氧池所形成的硝化-反硝化反應(yīng)系統(tǒng)，很好的處理了污水中的氮含量，具有明顯的脫氮效果。但是此硝化-反硝化反應(yīng)系

24、統(tǒng)需要得到很好的控制，這樣就對(duì)該工藝提出了更高的管理要求，這也成為了該工藝的一大缺點(diǎn)。其工藝流程圖如下： 圖2-2 A/O法工藝流程圖（3）A2/O法。A2/O法也是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中A2，即A-A，前一個(gè)A代表Anaerobic（厭氧的），后一個(gè)A代表Anoxic（缺氧的）；O代表（好氧的）。A2/O是一種厭氧缺氧好氧工業(yè)污水處理工藝。A2O法的除磷脫氮效果非常好，非常適合用于對(duì)除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。因此，在對(duì)除磷脫氮有特別要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般首選A2/O工藝。其工藝流程圖如圖2-3所示。圖2-3 A2/O法工藝流程圖（4）A/B法

25、。A/B法是吸附生物降解法的簡稱，該工藝沒有初沉淀，將曝氣池分為高低負(fù)荷兩段，并分別有獨(dú)立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負(fù)荷段停留時(shí)間約為2040min，以生物絮凝吸附作用為主，同時(shí)發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，去除BOD達(dá)50%以上。B段與常規(guī)活性污泥法相識(shí)，負(fù)荷較低。AB法中A段效率很高，并有較強(qiáng)的緩沖能力。B段起到出水把關(guān)作用，處理穩(wěn)定性較好。對(duì)于高濃度的工業(yè)污水處理，AB法具有很好的適用性，并有較高的節(jié)能效益。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時(shí)，優(yōu)勢(shì)最為明顯。但是，AB法污泥產(chǎn)量較大，A段污泥有機(jī)物含量極高，因此必須添加污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理，這樣就將增加一定的投資和費(fèi)用。另外，由于A段去除了較多的BOD

26、，造成了碳源不足，難以實(shí)現(xiàn)脫氮工藝的要求。對(duì)于污水濃度低 的場合，B段也比較困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)?？傮w而言，AB法工藝較適合于污水濃度高，具有污泥消化等后續(xù)處理設(shè)施的大中規(guī)模的城市工業(yè)污水處理廠，且有明顯的節(jié)能效果，而對(duì)于有脫氮要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般不宜采用。（5） SBR法。SBR法是歇式活性污泥法的簡稱，是一種按照一定的時(shí)間順序間歇式操作的污水生物處理技術(shù)，也是一種按間歇曝氣方式來運(yùn)行的活性污泥工業(yè)污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。其反應(yīng)機(jī)理及去除污染物的機(jī)理與傳統(tǒng)的活性污泥法基本相同，只是運(yùn)行操作方式不盡相同。SBR法與傳統(tǒng)的水處理工藝的最大區(qū)別在于它是以時(shí)間順序來分割流程各單

27、元，以時(shí)間分割操作代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)代替生化反應(yīng)，靜置理想沉淀代替動(dòng)態(tài)沉淀等。整個(gè)過程對(duì)于單個(gè)操作單元而言是間歇進(jìn)行的，但是通過多個(gè)單元組合調(diào)度后又是連續(xù)的，在運(yùn)行上實(shí)現(xiàn)了有序和間歇操作相結(jié)合。（6） UNITANK法。UNITANK的工藝是以活性污泥為基礎(chǔ)的一種新工藝，該工藝不需另設(shè)沉淀池。其特點(diǎn)是將曝氣和沉淀集成一體，通過將池子分為若干個(gè)小格，首末兩端交替曝氣和沉淀。通過周期性變更進(jìn)水、出水方向，省去了污泥回流系統(tǒng)，具有一定的節(jié)能效果，由于在曝氣期內(nèi)設(shè)置非曝氣階段?？尚纬蓞捬?、缺氧和好氧交替狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)除磷脫氧。具有布置緊湊、占地少、連續(xù)運(yùn)行、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活等特點(diǎn)。 本

28、工業(yè)污水處理工藝流程圖如下圖2-4所示： 圖2-4污水處理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 污水由進(jìn)水系統(tǒng)通過格柵和清污機(jī)進(jìn)行雜質(zhì)物體的排除，到達(dá)氧化溝反應(yīng)池。在該氧化溝系統(tǒng)中進(jìn)行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，此環(huán)節(jié)用到一些化學(xué)藥劑來加強(qiáng)處理效果，如復(fù)合堿、氯氣、油絮凝劑等。對(duì)污水進(jìn)行除油、消毒、調(diào)整PH值。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用是推進(jìn)水流，使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈攪拌充分混合接觸，使生化反應(yīng)更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。經(jīng)處理的污水進(jìn)入沉淀池中，進(jìn)行物理沉淀，為了加強(qiáng)沉淀效果，同時(shí)加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強(qiáng)烈吸附架橋作用更加容易沉降。污水經(jīng)沉淀池處理最后到達(dá)脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機(jī)

29、作用下進(jìn)行脫水處理后排出清水。2.3工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式 早期的控制系統(tǒng)多采用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，但隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，控制要求的不斷提高，該類控制方法已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制要求，因此已逐漸被淘汰，取而代之的是DCS、現(xiàn)場總線控制、PLC等控制方。（1）DCS系統(tǒng)。DCS是集散控制系統(tǒng)的簡稱，又稱為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相互滲透形成的。由計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場終端組成，通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場控制站、檢測(cè)站和操作站、控制站等連接起來，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各類生產(chǎn)過程，可提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平和管理水平，其主要特

30、點(diǎn)如下：采用分級(jí)分布式控制，減少了系統(tǒng)的信息傳輸量，使系統(tǒng)應(yīng)用程序比較簡單。實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險(xiǎn)性分散，可靠性提高。擴(kuò)展能力較強(qiáng)。軟硬件資源豐富，可適應(yīng)各種要求。實(shí)時(shí)性好，響應(yīng)快。（2）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是由DCS和PLC發(fā)展而來的，是基于現(xiàn)場總線的自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間，以及智能設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，從而實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)：可以用計(jì)算機(jī)豐富的軟件、硬件資源。響應(yīng)快，實(shí)時(shí)性好。通信協(xié)議公開，不同產(chǎn)品可互連。 （3）PLC系統(tǒng)。PLC是可編程邏輯控制器的簡稱，用它作為處理系統(tǒng)的控制器，實(shí)現(xiàn)控制

31、系統(tǒng)的功能要求，也可利用計(jì)算機(jī)作為其上位機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)連接PLC，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其特點(diǎn)如下：編程方便，開發(fā)周期短，維護(hù)容易。通用性強(qiáng)，使用方便?？刂乒δ軓?qiáng)。模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。2.4 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主要功能是完成對(duì)城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過該系統(tǒng)處理后，輸出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。長期以來，工業(yè)污水處理技術(shù)雖然經(jīng)過了迅速發(fā)展，但仍滯后于城市發(fā)展的需要，工業(yè)污水處理率低、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率低等極大地影響了城市發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)工業(yè)污水處理技術(shù)的簡易、高效、低能耗的功能， 并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制過程，采用PLC作為核心控制器是個(gè)較好的方案。 PLC作為工業(yè)污

32、水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設(shè)計(jì)過程變得更加簡單，可實(shí)現(xiàn)的功能變得更多。與各類人機(jī)界面的通信可完成PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時(shí)使用戶可通過操作界面功能控制PLC系統(tǒng)。由于PLC的CPU強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能，并且也可實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程監(jiān)控。利用PLC作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉及兩個(gè)方面：一是信號(hào)輸入；二是控制輸出信號(hào)。其結(jié)構(gòu)圖如圖圖2-5污水處理結(jié)構(gòu)圖2.4.1信號(hào)輸入工業(yè)污水處理系統(tǒng)信號(hào)輸入檢測(cè)方面主要涉及四類信號(hào)的監(jiān)測(cè)，主要包括：按鈕的輸入檢測(cè)、液位差的輸入檢測(cè)、液位高低的輸入檢測(cè)。（1）按鈕輸入檢測(cè)。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測(cè)，主要有自動(dòng)按鈕、手動(dòng)

33、按鈕等（2）液位高低輸入檢測(cè)。檢測(cè)氧化池和污泥回流泵房中液位的高低，用來控制潛水?dāng)嚢杵骰蛭勰嗷亓鞅玫膯?dòng)和停止。2.4.2控制輸出信號(hào) 信號(hào)輸出部分主要是數(shù)字量輸出，即各類設(shè)備的接觸器。數(shù)字量輸出?？刂聘黝愒O(shè)備的啟動(dòng)和停止，包括：格柵機(jī)啟停、清污機(jī)啟停、潛水?dāng)嚢杵鲉⑼?、污泥回流泵等設(shè)備。2.5本章小結(jié) 本章先介紹了污水處理的基本概念，總結(jié)了現(xiàn)在的各種污水處理工藝過程，分析其存在的優(yōu)缺點(diǎn)，簡述本次設(shè)計(jì)的污水處理過程。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及伺服系統(tǒng)的搭建3.1控制器方案選擇3.1.1 PLC控制電腦控制器。其優(yōu)點(diǎn)是：價(jià)格較低；指令集豐富；有 Flash 存儲(chǔ)器和 RAM；有一定的 I/O 接線口

34、和中斷源；應(yīng)用比較成熟；基本能滿足一般需要。缺點(diǎn)是：自身的指令系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜；編程語言不易掌握；設(shè)計(jì)人員在編寫洗滌、脫水等功能程序也較復(fù)雜；單片機(jī)驅(qū)動(dòng)能力較弱，需要在硬件上加驅(qū)動(dòng)電路，造成系統(tǒng)電路較復(fù)雜?？删幊炭刂破饔捎谑悄K化結(jié)構(gòu)，所以，PLC 體積較小，能耗較低，安裝調(diào)試方便，各個(gè)模塊能夠通用，使維護(hù)工作量較小。并且，PLC 工作原理是采用周期掃描的工作方式，使 PLC 的抗干擾能力很強(qiáng)，可靠性很高。在軟件編程方面，PLC 使用的基本指令較少，編程語言簡單，用戶容易學(xué)習(xí)、使用。目前，市場上產(chǎn)品的種類日新月異，這就要求產(chǎn)品能夠根據(jù)市場需求做出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的市場

35、競爭力?？删幊炭刂破骱喎Q PLC（Programmable Logic Controller）是在電氣控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以微處理器為核心的通用工業(yè)控制裝置。在發(fā)達(dá)國家的工業(yè)領(lǐng)域及生產(chǎn)線上得到了廣泛應(yīng)用，并且推動(dòng)了工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)行業(yè)快速發(fā)展，產(chǎn)品的可靠性也得到了極大提高。在我國有越來越多的行業(yè)領(lǐng)域開始應(yīng)用到 PLC，包括機(jī)械、冶金、化工、電力等領(lǐng)域，尤其在數(shù)控機(jī)床上得到了典型應(yīng)用。PLC 的應(yīng)用主要有數(shù)字量邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、閉環(huán)過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)等幾個(gè)方面。綜上所述，污水處理控制系統(tǒng)采用 PLC 作為控制核心，能夠滿足控制的功能，減少控制器外部電路，實(shí)現(xiàn)污水處理的全自動(dòng)化

36、和智能化。所以，本次設(shè)計(jì)采用 PLC 作為系統(tǒng)控制器。3.1.2電動(dòng)機(jī)控制伺服電動(dòng)機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，又稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。其接受到的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸的角位移或角速度輸出。改變控制信號(hào)的極性和大小，便可改變伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。這種電動(dòng)機(jī)有信號(hào)就動(dòng)作，沒信號(hào)就立即停止。伺服電動(dòng)機(jī)具有無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象、機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性曲線的線性度好、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。伺服電動(dòng)機(jī)分為交流伺服電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。因此本次選用的是交流伺服電機(jī)，用伺服驅(qū)動(dòng)器來控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)速通過PLC發(fā)出控制信號(hào)來控制。3.2 伺服系統(tǒng)3.2.1 伺服的驅(qū)動(dòng)方式及反饋伺服系統(tǒng)（servomechanism）是

37、使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)椋欧姍C(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或叫形成閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。3.2.2 伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置伺服驅(qū)動(dòng)器可以通過自帶界面進(jìn)行相關(guān)的功能選擇、運(yùn)動(dòng)模式選擇、內(nèi)部調(diào)試選擇等功能

38、。由于采用位置控制模式，需重點(diǎn)了解電子齒輪的概念及其設(shè)置、輸入脈沖模式選擇、控制模式選擇，了解基本參數(shù)（N0.019）、擴(kuò)展參數(shù)1（N0.2049）的內(nèi)容，其具體設(shè)置參照MR-E-A使用手冊(cè)或參照附錄1表1表7進(jìn)行設(shè)置。3.2.3 PLC端子的輸出：源極模式和漏極模式對(duì)輸出而言，若場效晶體管為NPN結(jié)，一般輸出稱為漏輸出，輸出低電平，電流流入；場效晶體管為PNP結(jié)，一般輸出稱為源輸出，輸出為高電平，電流流出。由于源極和漏極的定義在整個(gè)機(jī)械行業(yè)并不統(tǒng)一，容易被混淆，因此特按照上訴定義。對(duì)源漏極的判斷，除了對(duì)工作原理的深入理解外，特提供一下幾種判定方法：方法一：根據(jù)端子的COM的電極判斷，COM為

39、負(fù)極則是源輸出；COM端為正極則是漏輸出；方法二：通過萬用表檢測(cè)，將萬用表打到電壓檔，黑表筆接負(fù)極，紅表筆接正極，若檢測(cè)到電壓則為源輸出，沒有變化則為漏輸出。3.2.4 PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器的接線方式按集電極方式接線需建立在對(duì)源型和漏型概念的理解，一般的三菱伺服系統(tǒng)端子為漏型輸入有效，而西門子PLC多數(shù)為源型輸出，因而需要轉(zhuǎn)化輸出方式或者改用差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 ，應(yīng)用更普遍，而且穩(wěn)定性等都較前者優(yōu)勢(shì)。區(qū)分兩者的重要特征是：在伺服驅(qū)動(dòng)器部分，前者只需引出一個(gè)引腳，后者需引出兩個(gè)引腳，可見圖2-11。（1）集電極開路方式如圖圖3-1 伺服放大器與PLC以集電極方式搭建示意圖(2) 差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方

40、式圖3-2 伺服放大器與PLC以差動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式搭建示意圖由于采用差動(dòng)驅(qū)動(dòng)，選擇“負(fù)邏輯”“脈沖串+符號(hào)”模式，將伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)P21數(shù)值設(shè)為“0011”。3.2.5 繼電器的工作原理電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開、常閉

41、”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。3.3 伺服系統(tǒng)與PLC的選型本課題根據(jù)已有設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M，所用的是三菱MR-E-10A系列伺服驅(qū)動(dòng)器、HF-KN13J-S100伺服電機(jī)和西門子S7-200 226系列PLC。S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性價(jià)比。 3.4 伺服系統(tǒng)的搭建3

42、.4.1伺服系統(tǒng)總體接線圖不同的廠家的伺服驅(qū)動(dòng)器甚至相同廠家不同型號(hào)或者相同型號(hào)不同批次存在著結(jié)構(gòu)或者功能區(qū)別，但是總體來說基本的構(gòu)成仍然是相似的，只不過是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化和加強(qiáng)。因此如圖3-3所示的功能方框圖幾乎適用于所有伺服驅(qū)動(dòng)器。接線過程中主要的注意事項(xiàng)有：1.本實(shí)驗(yàn)為模擬性實(shí)驗(yàn)，電機(jī)不帶負(fù)載，因而電源部分省略了電磁接觸器和電抗器；2.再生制動(dòng)選件以及CN3接口沒有涉及，所以不做探討和連接；3.單相AC230V電源可以用在MR-E-70A以下的伺服放大器上，電源連接在L1、L2端子上，L3上不做任何連接；4.伺服電機(jī)與伺服系統(tǒng)U、V、W三相按照對(duì)應(yīng)位置接線，不得錯(cuò)接；5.接地線接線需真

43、實(shí)可靠的接地，接電線不得將兩根線擰在同一個(gè)接線柱上。圖3-3 伺服系統(tǒng)功能方框圖3.4.2 伺服系統(tǒng)的選型及所需的零部件本章題根據(jù)已有設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M，所用的是三菱MR-E-10A系列伺服驅(qū)動(dòng)器、HF-KN13J-S100伺服電機(jī)和西門子S7-200 224系列PLC。根據(jù)三菱伺服系統(tǒng)E系列選型手冊(cè)選擇選購件如下表： 表3-1 伺服系統(tǒng)零部件表編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1伺服驅(qū)動(dòng)器MR-E-10A12伺服電機(jī)HF-KN13J-S10013伺服電源線MR-PWS2CBL03M-A1-L14編碼器電纜線MR-J3ENCBL5M-A1-L15無熔絲短路器NF30 5A3即空氣開關(guān)6伺服器電源接頭MR

44、-ECNP1-B17伺服電機(jī)電源接頭MR-ECNP2-B18電磁接觸器S-N10若干9功率因數(shù)用阻抗器FR-BAL1本實(shí)驗(yàn)未配備10接線排B-15系列若干11電線若干12繼電器213自鎖開關(guān)414非自鎖開關(guān)13.4.3伺服驅(qū)動(dòng)器外形結(jié)構(gòu)名稱與用途圖3-4 伺服驅(qū)動(dòng)器各部分名稱和功能圖3.4.4 伺服驅(qū)動(dòng)器CN1引腳圖3-5 伺服驅(qū)動(dòng)器各部分名稱和CN1功能圖CN1各引腳的功能如下表所示：表2-2 CN1各引腳功能表簡稱信號(hào)名稱簡稱信號(hào)名稱SON伺服開啟RD準(zhǔn)備就緒LSP正轉(zhuǎn)行程末端ZSP零速度檢測(cè)LSN反轉(zhuǎn)行程末端INP定位結(jié)束CR清除SA速度到達(dá)SP1速度選擇1ALM故障SP2速度選擇2WN

45、G警告PC比例控制OP編碼器Z相脈沖(集電極開路ST1正向轉(zhuǎn)動(dòng)開始MBR電磁制動(dòng)器互鎖ST2反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)開始LZ編碼器Z相脈沖（差動(dòng)驅(qū)動(dòng)）TL轉(zhuǎn)矩限制選擇LZRRES復(fù)位LA編碼器A相脈沖（差動(dòng)驅(qū)動(dòng)）EMG外部緊急停止LARLOP控制切換LB編碼器B相脈沖（差動(dòng)驅(qū)動(dòng)）PP 正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)脈沖串LBRNPVIN數(shù)字I/F用電源輸入PGOPC集電極開路電源輸入NGSG數(shù)字I/F用公共端TLC轉(zhuǎn)矩限制中LG控制公共端VLC速度限制中SD屏蔽根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求對(duì)CNP1、CNP2以及保護(hù)接地端子進(jìn)行接線。其中CN3線為電腦通訊線在本實(shí)驗(yàn)中沒有涉及不做連接，CN1線需根據(jù)要求自行配線。3.4.5伺服系統(tǒng)主電路圖圖3-

46、6 伺服系統(tǒng)的主電路搭建可采用三相200230V（L1，L2，L3）或單相220V(L1，L2)，通過空氣開關(guān)（NFB）,在與伺服驅(qū)動(dòng)器相連。在使用伺服放大器的時(shí)候下面的線必須連接：急停(EMG)、伺服開啟（SON）。一般只有在這兩個(gè)輸入系統(tǒng)都為ON是伺服系統(tǒng)才能正常使用。為了保護(hù)，在出現(xiàn)故障的情況下能切斷電源，我們還需要利用報(bào)警輸出的端子。報(bào)警輸出（ALM）接一個(gè)中間繼電器（RA），而要并聯(lián)一個(gè)二極管，其二極管方向一定不能接反，中間繼電器工作的時(shí)候用伺服放大器本身的24V電源供電。24V從VDD供出來的，所以要求把VDD和COM端短接。當(dāng)NFB合上時(shí)，控制電源得電。當(dāng)控制電源得電1秒鐘后AL

47、M有輸出，RA得電并且RA觸電接通。這時(shí)有可能使MC得電，只要按下ON后交流接觸器MC得電。如果按下OFF，則MC斷電，MC觸點(diǎn)斷開，伺服驅(qū)動(dòng)器主電源斷開，伺服驅(qū)動(dòng)器停止工作。當(dāng)伺服電機(jī)在運(yùn)作狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)，這時(shí)ALM處于OFF狀態(tài)，這時(shí)RA不得電，RA常開觸點(diǎn)跳開，MC斷電。做到了保護(hù)伺服驅(qū)動(dòng)器的功能。按緊急停止時(shí)，EMG斷開，伺服電機(jī)電磁抱閘抱住，轉(zhuǎn)子停止。（1）電源的接線必須在主電路側(cè)需要使用電磁接觸器，并能再報(bào)警發(fā)生時(shí)從外部斷開電磁接觸器。（2）控制電路電源、應(yīng)和主電路電源同時(shí)投入使用或比主電路電源先投入使用。如果主電路電源不投入使用，顯示器會(huì)顯示報(bào)警信息。當(dāng)主電路電源接通后，報(bào)警

48、便消除，可以正常操作。（3）伺服放大器在主電路電源接通約1s后便可以接收伺服開啟信號(hào)（SON）。所以，如果在三相電源接通的同時(shí)將SON設(shè)定為ON，那么約1s后主電路設(shè)為ON，進(jìn)而約20ms后，準(zhǔn)備完畢信號(hào)（RD）將置為ON，伺服放大器處于可運(yùn)行狀態(tài)。（4)復(fù)位信號(hào)（RES）為ON時(shí)主電路斷開，伺服電機(jī)處于自由停車狀態(tài)。這樣就完成了伺服系統(tǒng)的搭建。3.4.6 伺服系統(tǒng)的調(diào)試為了驗(yàn)證伺服系統(tǒng)接線是否正確和良好，需要通電開機(jī)進(jìn)行伺服調(diào)試和檢查，從而確定伺服系統(tǒng)接線完成。具體步驟： 1、打開空氣開關(guān)，接通電源，檢測(cè)伺服系統(tǒng)是否通電。若不通電，首先檢查L1、L2線是否松動(dòng)或者錯(cuò)接，確認(rèn)無誤，任然存在問題

49、，則可檢查各部件是否有損壞，通過萬用表等工具進(jìn)行逐一排查。 2、進(jìn)行必要的保護(hù)接線（均為CN1引腳端子），其中伺服ON(SON)、正轉(zhuǎn)行程終端（LSP）和反轉(zhuǎn)行程終端（LSN）可以如圖接線，也可以通過設(shè)置MR-E-10A伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)“No.41”參數(shù)的值為“0111”，更改為內(nèi)部接通，無需外部接線。圖3-7 伺服放大器保護(hù)電路1圖3-8 伺服放大器保護(hù)電路2 3、若伺服系統(tǒng)通電，則查看顯示部分內(nèi)容，若顯示沒有發(fā)生報(bào)警則跳至第5步，若發(fā)生報(bào)警則進(jìn)入下一步。 圖3-9 正常開機(jī)界面以及報(bào)警界面圖 4.若電機(jī)出現(xiàn)圖2-7中的各種報(bào)警信號(hào)，則參考附錄2或者M(jìn)R-E-A使用手冊(cè)（下簡稱使用手冊(cè)）進(jìn)行相關(guān)

50、操作，直至不出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)。 圖3-10 報(bào)警與警告5、若不發(fā)生報(bào)警，則根據(jù)以下步驟，進(jìn)入測(cè)試運(yùn)行模式（JOG模式），確定伺服的運(yùn)作是否正常。進(jìn)行JOG測(cè)試前請(qǐng)確保以下幾點(diǎn)：JOG模式下伺服電機(jī)不得接負(fù)載；伺服接通（SON)需斷開；EMG和SG接口需要連接；使用內(nèi)部電源時(shí)VIN和SG之間相連接。VIN、EMG、SON、SG均為CN1引腳。圖3-11 伺服系統(tǒng)測(cè)試運(yùn)行操作界面本實(shí)驗(yàn)已經(jīng)配備伺服電機(jī)，進(jìn)行電機(jī)運(yùn)行測(cè)試。進(jìn)入d-01界面，按鍵的說明如下表所示。 表3-3 電機(jī)運(yùn)行測(cè)試按鈕表按鍵內(nèi)容“UP”按下UP就朝CCW（正轉(zhuǎn)）方向旋轉(zhuǎn)，放開就停止“DOWN”按下DOWN就朝CW（反轉(zhuǎn)）方向旋轉(zhuǎn)，放

51、開就停止其要改變伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，可以通過調(diào)節(jié)電子齒輪的比例，從而達(dá)到改變的速度。其參照附錄1表2進(jìn)行修改。需要結(jié)束JOG時(shí)，直接切斷電源或在d-01顯示界面下按下SET鍵兩秒以上退回上一界面。輸入脈沖串的形狀參數(shù)設(shè)置（No.21參數(shù)）本章選擇Q0.0作為高速脈沖，Q0.1作為方向指令，根據(jù)表3-4，選擇“負(fù)邏輯”“脈沖串+符號(hào)”模式，將伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)P21數(shù)值設(shè)為“0011”。 表3-4 伺服系統(tǒng)脈沖串形狀設(shè)置7.確認(rèn)以上步驟均無誤，則伺服系統(tǒng)完成搭建。3.5 上位機(jī)（PLC）的安裝與通訊3.5.1所需設(shè)備表2-5 通迅所需設(shè)備編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1S7-200 Micro PLCCPU 2

52、2612USB-PPI通訊線/PC-PPI通訊線1專用配線3個(gè)人計(jì)算機(jī)14編程軟件V4.0 STEP 7-Micro/WIN SP31軟件5開關(guān)電源NES-150-2416電線若干71.2k電阻若干3.5.2 S7-200 PLC的主要參數(shù)本實(shí)驗(yàn)可能涉及到的相關(guān)參數(shù)要求如表2-6，具體參數(shù)請(qǐng)參照西門子S7-200系統(tǒng)手冊(cè)。表2-6 S7-200PLC主要參數(shù)供電類型24V直流電I/O接口24 DI/16 DO可擴(kuò)展模塊數(shù)量7個(gè)模塊脈沖輸出口2 (Q0.0/Q0.1)最大數(shù)字I/O點(diǎn)128 DI/120 DO3.5.3 PLC的安裝與接線圖3-11 位置模式下PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器接線圖為了實(shí)現(xiàn)PL

53、C能夠與PC機(jī)通訊以及后續(xù)作為上位機(jī)與伺服系統(tǒng)通訊，主要步驟如下：（1）PLC供電部分的連線PLC輸出電源L+接開關(guān)電源“+24V”端，M接開關(guān)電源“-24V”端，PE為接地線，接開關(guān)電源接地端。（2） 編程軟件的安裝及通訊調(diào)試首先在在PC機(jī)上安裝編程軟件，再用專用通訊線連接PLC和PC機(jī)，通訊前需進(jìn)行通訊設(shè)置，具體方法參照深入淺出西門子S7-200PLC或者其它相關(guān)資料。待完成后，傳輸一段調(diào)試程序，檢測(cè)兩者是否正常通訊、PLC是否正常運(yùn)行。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇PLC輸出端子與伺服系統(tǒng)CN1引腳相應(yīng)的端子進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)兩者的通訊。（4）位置模式下的接線圖PLC輸入端接線根據(jù)程序需求進(jìn)行配置，

54、此處不做詳細(xì)介紹。注：PP、NP端需串接1.2k限流電阻；（5）調(diào)試程序與調(diào)試調(diào)試程序如圖，首先完成高速脈沖向?qū)У脑O(shè)定，然后通過PC機(jī)中的編程軟件將編好的程序輸入到PLC并開始調(diào)試。3.6 本章小結(jié) 經(jīng)過上述的研究，基本了解了伺服系統(tǒng)的組成與功能，初步實(shí)現(xiàn)了預(yù)期與PLC的通訊目標(biāo)，達(dá)到了上位機(jī)控制伺服電機(jī)目的，完成了整個(gè)系統(tǒng)的搭建。 第四章 基于S7-200實(shí)現(xiàn)MR-E伺服系統(tǒng)的正反轉(zhuǎn)控制4.1 引言 PTO/PWM高速脈沖輸出功能是實(shí)現(xiàn)電機(jī)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的重要部分，兩者工作原理雖然不同，但是都是以脈沖的形式驅(qū)動(dòng)。本章重點(diǎn)討論P(yáng)TO模式下伺服系統(tǒng)的位置和實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。 4.2 系統(tǒng)原理與基本概念4.2.1 高速脈沖輸出功能高速脈沖輸出有高速脈