可編程序控制器是專為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計的

1、錯誤！未找到目錄項。第一章 編程序控制器可編程序控制器是專為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計的，其基本結(jié)構(gòu)與典型的計算機結(jié)構(gòu)相同，主要由電源、中央處理器單元（CPU）模塊、I/O 模塊、編程器等部分組成。 1. CPU模塊的功能 CPU模塊是PLC的核心，由中央處理器單元（CPU）和存儲器組成，主要完成以下功能： （1）接收并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)； （2）用掃描方式接收現(xiàn)場輸入設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并進行存儲； （3）診斷電源及PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤； （4）執(zhí)行用戶程序； （5）根據(jù)程序運行結(jié)果更新有關(guān)標志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 2） CPU

2、模塊中的存儲器 存儲器用來存儲數(shù)據(jù)和程序，可分為隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。RAM是易失性存儲器，電源掉電后，其中存儲的信息將丟失，工作時，用戶可以寫入，也可以讀出其中的數(shù)據(jù)。ROM是非易失性存儲器，它的電源掉電后，其中存儲的信息仍將保留，但其內(nèi)容只能讀出，不能寫入，因此稱為只讀存儲器。 PLC的程序可分為系統(tǒng)程序和用戶程序，系統(tǒng)程序相當于PC中的操作系統(tǒng)，包括監(jiān)視程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。用戶程序即由用戶設(shè)計，使PLC 完成用戶特定的要求的程序。相應(yīng)地，PLC中的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。 在PLC中通常使用RAM存儲用戶程

3、序，RAM工作速度快，價格便宜，同時在PLC中配有鋰電池，當外部電源斷電時，可用于保存RAM中的信息。PLC的系統(tǒng)程序通常存放在ROM 中，另外，PLC中的存儲器還有可擦寫可編程只讀存儲器（EPROM）和電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）,這兩種只讀存儲器兼有ROM的非易失性和RAM的可讀可寫的優(yōu)點，可以用編程裝置對其編程，如果不再需要存儲器中的內(nèi)容，可將其擦除，重新寫入新的程序，在PLC中通常使用它們來存儲用戶程序和需要長期保存的重要數(shù)據(jù)。 3） I/O模塊 I/O模塊是外部設(shè)備與 CPU 連接的橋梁，I/O模塊通?？梢詫崿F(xiàn)電平轉(zhuǎn)換、輸出驅(qū)動、A/D 轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、串/并行轉(zhuǎn)換、數(shù)

4、據(jù)傳遞等功能。 （1）輸入模塊 輸入接口電路的典型結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示，其內(nèi)部通常設(shè)有RC濾波電路和光耦合器。RC濾波電路可以濾掉外部干擾脈沖防抖動，光耦合器可以防止強電干擾，起到隔離作用。 圖 2-2輸入接口電路典型結(jié)構(gòu)圖 （2）輸出模塊 將主機輸出的信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動外部設(shè)備工作的信號。輸出接口電路也采用電氣隔離技術(shù)。典型的輸出接口電路如圖 2-3所示。 圖 2-3 輸出接口電路典型結(jié)構(gòu)圖 4）電源 PLC一般使用220V的交流電源或24V的直流電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC各模塊提供 5V及24V的直流電源。 5）編程器 PLC的編程器有兩種：一種是手持編程器，它由鍵盤、顯示器和工作方式選擇

5、開關(guān)等部分組成，主要用于調(diào)試簡單程序、現(xiàn)場修改參數(shù)及監(jiān)視 PLC自身的工作情況；另一種是利用上位計算機中的專業(yè)編程軟件，它主要用于編寫較大型的程序，并能靈活地修改、下載安裝程序及在線調(diào)試和監(jiān)控程序，它的應(yīng)用較前者更為廣泛。2.2.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 多年來，可編程控制器（以下簡稱 PLC）從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實現(xiàn)了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行

6、業(yè)，使用情況主要分為如下幾類： （1）開關(guān)量邏輯控制 取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 （2）工業(yè)過程控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 （3）運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一

7、般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 （4）數(shù)據(jù)處理 PLC具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（5）通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 今天的 PLC 在處理模擬量、數(shù)字運算、人機接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)

8、備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。第二章 污水處理系統(tǒng)及可編程控制器介紹 2.1 污水處理工藝流程 圖2-1污水處理工藝流程圖 整個污水處理工藝流程(如圖2-1所示)大致如下:污水首先進入回轉(zhuǎn)式機械粗格柵,實現(xiàn)污水中較大顆粒懸浮物的欄截,保護水泵和其它機械免受損壞。經(jīng)過提升泵站提升泵輸送,進入沉砂池。在沉砂池前設(shè)細格柵,以實現(xiàn)污水中較小顆粒懸浮物的欄截。沉砂池采用旋流式沉砂池,利用水力和機械攪拌造成的旋流,使泥砂和有機物分離,以達到除砂的目的,同時去除砂粒上粘的有機物。經(jīng)沉砂處理完成以后的污水進入分配井,通過二根總管向二個生化池輸送。上述過程就是以物理處理技術(shù)為主的第一級處理(如表2-1所示

9、)。從主工藝流程圖可以看到污水處理的整個過程都能滿足自動化控制,所有電機的運行都有現(xiàn)場與遠程兩種狀態(tài)。表2-1第一級處理反應(yīng)池A曝氣或攪拌反應(yīng)池B曝氣或攪拌沉淀池C一級處理完成以后的污水進入組合交替式生物池。組合交替式生物反應(yīng)池有2組,每組2條處理線。每組平均處理水量3.0萬m3/d。每條處理線的處理主體是由三個三格矩形池組成的組合反應(yīng)池。三個池互相連通,每個池中均設(shè)有供氧設(shè)備,采用充氧攪拌機曝氣;在兩側(cè)的三格矩形池內(nèi),設(shè)有固定出水堰及剩余污泥排放口,兩側(cè)池可作反應(yīng)池,也可作沉淀池;中間一只三格矩形池只用作反應(yīng)池。進入系統(tǒng)的污水,可通過進水鬧門控制分周期分別進入三個三格矩形池中的任意一池。運行

10、過程中,有兩個池處于生物處理階段,而其中的一個側(cè)池是處于沉淀狀態(tài),處理完成以后的水由固定堰排出,剩余污泥從池底排出。一個完整的生物反應(yīng)過程由下面兩個階段構(gòu)成:第一階段:污水從A池進水,A池作反應(yīng)池,可以是厭氧、缺氧、好氧反應(yīng),污水經(jīng)過A池的反應(yīng)后,從連通渠至B反應(yīng)池,B池也可以是厭氧、缺氧、好氧反應(yīng)池,污水經(jīng)過B池的反應(yīng)后,從連通渠至C池,在第一階段,C池作為沉淀池,經(jīng)過A、B反應(yīng)池處理的污水在C池中沉淀,出水由固定堰排出。第二階段:經(jīng)過一定時段后,關(guān)閉A池的進水鬧, 啟B池的進水鬧,此時,A池停止曝氣,而污水從B池流向C池,經(jīng)過一個短暫的過渡段后,關(guān)閉B池的進水間,開啟C池的進水間,于是,污

11、水從C池進水,該池作反應(yīng)池,從連通渠至B反應(yīng)池,再經(jīng)連通渠至A池,此時A池作為沉淀池,處理出水由固定堪排出。到此完成一個反應(yīng)過程。如此周而復(fù)始,這就是該處理工藝的運行過程。3.1 方案設(shè)計原則 本方案制定以設(shè)計圖紙為基礎(chǔ),同時考慮污水處理廠地理位置分布及污水處理廠工藝流程特點,對電氣自動化化控制系統(tǒng)的軟硬件配置、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)成以及設(shè)備的選型配置方面按如下原則設(shè)計,使整個系統(tǒng)更加符合實際生產(chǎn)控制需求,具有更高的性能價格比。 （1）根據(jù)污水處理廠的工藝特點,考慮系統(tǒng)可靠,風險分散,本方案按照“集中監(jiān)測,分散控制”的總原則對全廠自控系統(tǒng)進行設(shè)計和配置。整體上自控系統(tǒng)由廠級中央監(jiān)控系統(tǒng)和分布在各工藝流

12、程工段的現(xiàn)場PLC控制站組成。 （2）在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)方面,本方案主要按“分層、分級、安全可靠”的原則考慮?，F(xiàn)場控制分站采用施耐德(Schneider)公司的Unity Premium系列PLC系統(tǒng),現(xiàn)場控制分站與高低壓配電系統(tǒng)智能儀表以及工藝設(shè)備配套控制裝置之間采用專用的MODBUS工業(yè)現(xiàn)場總線通訊,保證數(shù)據(jù)通訊的可靠性;現(xiàn)場控制站與中央監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊,保證數(shù)據(jù)通訊的高速性。中央監(jiān)控系統(tǒng)通過計算機圖形界面,通過計算機圖形界面,對整個污水處理廠的下端設(shè)備集中控制。在現(xiàn)地層,可以通過現(xiàn)場控制分站的觸摸屏進行手/自動化控制,對區(qū)域內(nèi)工藝流程被控設(shè)備實現(xiàn)分區(qū)控制。各層之間有一定的約束或協(xié)

13、調(diào)關(guān)系,凡對整個系統(tǒng)有全局性的影響,需要廣泛協(xié)調(diào)的監(jiān)控功能由上一層完成,而局部性的監(jiān)控功能則由相關(guān)的下一層來完成,下一層除了承擔分配給它的功能外,還接受上一層的指導(dǎo)和制約,整個系統(tǒng)從上至下構(gòu)成完善的二級監(jiān)控體系。 （3）在系統(tǒng)軟、硬件容量的配置上,本方案主要按“留有余量,易于擴展”的原則考慮。已配置的系統(tǒng)卡件I/O點數(shù)及機架內(nèi)空槽都有一定的備用容量,所有信號類型留有余量,保證在規(guī)模范圍內(nèi)由于工藝流程的變化引起的I/O的增加;選擇的PLC系統(tǒng)可方便的進行機架擴展,現(xiàn)場控制柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計也留有增加系統(tǒng)機架及相應(yīng)控制較件的空間,以滿足遠期規(guī)模自控系統(tǒng)的改擴建。 （4）在系統(tǒng)軟、硬件性能的配置上,本方案

14、主要按“區(qū)別對待、先進適用、節(jié)約投資”的原則考慮。污水處理自控系統(tǒng)及分析儀表等關(guān)鍵設(shè)備采用國際知名進口品牌產(chǎn)品,保證系統(tǒng)的可靠性。其它國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量可靠的產(chǎn)品,采用國內(nèi)知名品牌產(chǎn)品,整個配置具有較高性能價格比,在目前及今后一段時間內(nèi)保持一定水平的技術(shù)領(lǐng)先。 （5）針對污水處理廠許多工藝室外生產(chǎn)、地勢較為空B廣的特點,方案將考慮在相關(guān)供電回路、通訊線路以及室外儀表低電平信號回路均配置有高質(zhì)量防雷模塊,形成完善的防雷接地系統(tǒng),可有效地防止因雷擊造成設(shè)備損壞,使系統(tǒng)運行更加安全可罪。（6）針對高壓綜合保護系統(tǒng)、低壓多功能電力監(jiān)測儀表系統(tǒng)以及工藝設(shè)備配套控制裝置,將全廠將電氣系統(tǒng)與自控系統(tǒng)統(tǒng)一在一個監(jiān)控

15、平臺上,實現(xiàn)真正意義上的電、儀一體化。3.2 PLC控制站系統(tǒng)整個控制系統(tǒng)采用施耐德(Schneider)公司的Unity Premium PLC硬件平臺和iFIX監(jiān)控軟件平臺。整個控制系統(tǒng)由現(xiàn)場PLC控制站和中央監(jiān)控系統(tǒng)二級構(gòu)成。Unity Premium PLC硬件平臺(如圖3-1所示)和iFIX監(jiān)控軟件平臺作為工業(yè)控制領(lǐng)域的知名進口品牌,均支持MOBUS/TCP通訊協(xié)議,為現(xiàn)地PLC控制站和中央監(jiān)控系統(tǒng)之間提供了無縫快速的工業(yè)以太網(wǎng)通訊連接,保證了整個系統(tǒng)構(gòu)架的可靠性,同時也完全滿足招標文件的要求。 控制網(wǎng)絡(luò)主干為100M光纖冗余工業(yè)以太環(huán)網(wǎng),中央交換機同樣采用施耐德的ConneXium

16、系列工業(yè)以太網(wǎng)交換機,通訊介質(zhì)為光纖。該系統(tǒng)完全能滿足污水處理廠全廠設(shè)備及工藝參數(shù)的監(jiān)視和控制要求。由于系統(tǒng)具有真正的分層和分布式結(jié)構(gòu),可實現(xiàn)現(xiàn)場遠程直接控制、遠程全自動控制和手動控制等三種操作方式。 污水處理自控系統(tǒng)的設(shè)計及構(gòu)造符合“集中監(jiān)控、分散控制”原則,由二級組成控制網(wǎng)絡(luò):第一級現(xiàn)場PLC控制站:由5套分布在工藝流程中、基于施耐德(Schneider)公司的Unity Premium PLC的現(xiàn)場控制站和相關(guān)在線檢測儀表以及檢測、執(zhí)行設(shè)備組成。根據(jù)工藝流程相關(guān)性及地理位置分布,這5套Unity Premium PLC現(xiàn)場控制分站將分別設(shè)置在提升栗房站、細格柵及旋流沉砂池分控站、生化池分

17、控站、脫水機房分控站以及消毒池分控站。變根據(jù)工藝關(guān)聯(lián)性原則。依托于Unity Premium PLC強大的通訊能力,變電所內(nèi)高壓綜合保護裝置及低壓電量監(jiān)測裝置可通過通訊的方式接入生化池分控站,實現(xiàn)真正意義上的電儀一體化;消毒機工藝配套控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊的方式接入消毒池分控站,使全廠的工藝流程監(jiān)控更加完善。 智能配電設(shè)備及工藝配套控制設(shè)備與各自的現(xiàn)場PLC控制站連接采用在工業(yè)上應(yīng)用廣泛且性能可靠的MODUBS現(xiàn)場總線。MODBUS作為事實上的工業(yè)標準,為全球廣大電氣及自動化化儀表廠家接受_。施耐德公司作為MODBUS通訊協(xié)議的創(chuàng)始廠家,其全系列PLC均將MODBUS作為標準接口,可快速、簡單

18、的與第三方設(shè)備實現(xiàn)通訊。MODBUS具有全開放、可靠性高、成本低廉的特點,是遠距離數(shù)據(jù)通訊的最佳選擇,在城市供水、污水處理等行業(yè)的廠區(qū)內(nèi)遠程數(shù)據(jù)通訊有廣泛的應(yīng)用。 大量的電量、非電量數(shù)據(jù)采用通訊方式采集,在減少PLC I/O卡件數(shù)量,保護用戶投資的同時,大大增加了系統(tǒng)的信息采集量。各PLC現(xiàn)場控制分站內(nèi)的UnityPremium系列TSXP573634MC型CPU內(nèi)置了以太網(wǎng)口,比使用專門的以太網(wǎng)模塊速度更快,成本更低。通過該以太網(wǎng)口與分站以太網(wǎng)交換機一中央工業(yè)以太網(wǎng)交換機相連,各現(xiàn)場PLC控制分站與中央監(jiān)控系統(tǒng)形成星形工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu),采用國際通用標準的MODUBS/TCP通訊協(xié)議以實現(xiàn)高速數(shù)

19、據(jù)通訊。第二級中央監(jiān)控系統(tǒng):中央監(jiān)控系統(tǒng)在廠辦公樓中控室,由2臺基于IFIX4.0 SCADA系統(tǒng)監(jiān)控軟件及組態(tài)編程軟件的運行工作站、1臺基于SQL SERVER數(shù)據(jù)服務(wù)器、打印機、UPS、工業(yè)以太網(wǎng)交換機以及計算機操作臺等設(shè)備構(gòu)成。生產(chǎn)操作人員可通過中央監(jiān)控站對生產(chǎn)流程進行集中監(jiān)控、管理,可實現(xiàn)車間現(xiàn)場層的無人值守。2臺運行工作站采用獨立節(jié)點的配置模式,通過光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)與各現(xiàn)場PLC分站通訊。任意一個節(jié)點故障不影響其它接點的正常工作,每個節(jié)點均可獨立地擔負全廠的監(jiān)控任務(wù),操作人員可在任意一臺操作站上完成綜合監(jiān)視過程控制級的所有信息,進行顯示,記錄,數(shù)據(jù)處理,報表輸出,并且可以按一定權(quán)限進行控制回路的組態(tài)和參數(shù)修改等操作。依托于IFIX內(nèi)嵌的SQL任務(wù)方式,任意一臺運行工作站均可將系統(tǒng)的實時采集數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)服務(wù)器中,以便日后查詢。同時在在廠長室和化驗室各設(shè)置1臺監(jiān)控計算機,作為2臺運行工作站的客戶端,也可對全廠的工藝流程進行動態(tài)監(jiān)視。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置符合“集中監(jiān)控、分散控制”原則,具有高度的可靠性、安全性、放性、可擴展性、可維護性且操作簡單、維護診斷方便,滿足污水處