自清洗过滤器的plc控制系统毕业设计.docx

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1、1 绪论1.1 课题的来源及意义随着人类环境和资源保护意识的增加，如何合理地利用水、降低污水对环境所造成的污染，己经越来越引起人们的重视。如何提高水的利用率，降低污水对环境造成的破坏，保护贵重的水资源，对我们具有更加重要的现实意义。工业生产和日常生活中所产生的废水，其实也是一种可再生的资源。假设能够通过确定的技术手段对其进展回收处理和再次利用，就能大幅提高水的利用效率，同时也是缓解淡水资源匮乏的有效途径。在水处理过程中，无论是原水净化还是污水的再处理， 过滤始终是重要的环节，是对水进展深度处理的根底。过滤的目的是去除水中的悬浮物、胶体杂质等，降低水的浊度和色度。工业上一般把原水水质分为四类:很

2、差水质、较差水质、一般水质和优良水质，针对不同的水质，要承受不同的过滤手段和设备1。我国过滤与分别机械，不管是大型化、高参数产品的开发，节能型、多功能设备的研制，还是传统设备的机械化、自动化、智能化水平的提高与完善，都与世界存在着格外明显的差距。目前很多企业使用的照旧是传统的单向流通过滤器，这种过滤器在过滤持续过程中， 液体内的固态杂质被过滤元件截留在外表，逐步沉积，导致过滤元件两端压力差增大， 过滤的效率随之下降。为了抑制上述缺点，近年来国内外开发研制了具备自清洗功能的过滤器。这种过滤器不仅占地面积小，而且可以在不打断过滤连续性的同时，对过滤元件进展清洗，自动化程度较高，节约了人力资源，使过

3、滤效率大大提高2。1.2 自动清洗过滤器国内外进展状况自清洗过滤器的发源地是以色列，源于以色列属于极度缺水的国家。以色列被迫开发了多样化的水资源治理技术和节水技术。他们首先制造自清洗过滤器并用于农业喷灌、滴灌并渐渐进展到工业及各行各业。以色列的自清洗过滤器目前已在世界 80 多个国家和地区广泛应用。美国依靠先进的科学技术也进展了多种自清洗过滤器，有影响的公司有:美国欧锐公司、美国全自动过滤器公司、美国施罗德工业公司和美国 RPA 工艺流程技术公司3。自动清洗过滤器，又称为自动清洗式管道过滤器，它突出的优点是体积小，造价低、技术水平高、使用便利，可直接装置在管道上。在冶金行业的循环水系统中，自动

4、清洗 过滤器的应用日趋广泛，我国近期引进的连铸、高炉、热轧用水系统各种加热炉、乳化 剂系统以及封闭的水循环系统，大量承受了具有V型断面缝隙式自动清洗过滤器。自清洗过滤器依据清污方式分为如下几种：吸污式自清洗过滤器、刷(刮)式自清洗过滤器和反冲洗式自清洗过滤器。1我国自行研制成功多种型V型断面的缝隙式过滤网筒，使我国的自动清洗过滤器设计制造技术步入了一个的水平。其主要技术指标和参数均到达了国外同类产品水平， 正广泛应用于我国的冶金、石油、化工、食品、制药、造纸、制糖、化纤、供水厂、热电厂、海水、自来水源等行业4。1.3 自清洗过滤器把握系统的特点在用PLC设计的过滤器全自动把握系统中，设备工作过

5、程由专用的PLC把握器把握， 过滤、冲洗状态之间能够自动切换。把握系统反响灵敏，运行准确。由于把握系统承受PLC把握使得功能转变变得简洁，能够随时按客户的要求转变功能，可操作性强，并且清洗高效、彻底，系统可恢复性强。该系统还具有构造设计紧凑合理，占地面积小，安装灵敏便利等优点。它具有以下几个特点：（1） 全自动过滤器承受标准模块化，处理力气强，占地小。过滤器承受时间或压差方式进展把握，实现全自动运行。（2） 全自动过滤器工作过程由专用的PLC把握器把握，工作、反洗状态之间自动切换，不需人工干预。（3） 全自动过滤器使用寿命长。型过滤元件结实、无磨损、无腐蚀、极少结垢， 经多年工业有用验证，使用

6、数年也没有磨损，不会老化，过滤和反洗效果不会因使用时间而变差。（4） 全自动过滤器质量高，维护量少。其使用不需专用工具，零部件很少，易于使用，仅需定期检查，几乎不需日常维护5。1.4 本文主要工作内容综述过滤技术、过滤设备的现状以及进展趋势，并对具体的自动清洗过滤器的把握系统做具体介绍，得出本文争论的意义所在。介绍全自动自清洗过滤器开发设计的方案，包括过滤器的工作原理、主要组件和过滤器的把握系统，最终确定本文使用的自清洗过滤器把握系统的主要组件型号及参数。依据PLC的根本构造和工作原理，对过滤器把握系统进展设计分析，具体分析设计自清洗过滤器的硬件系统和软件系统。最终设计一套，以PLC作为把握主

7、机的过滤器自动把握系统，完成可人工、自动切换，功能扩展便利的把握方案，绘制过滤器启动、运行、自清洗(反冲洗)、停机的把握梯形图。最终模拟试验调试程序，验证把握系统的可行性。2 自清洗过滤器的原理与构造2.1 自清洗过滤器的构造及工作原理2.1.1 过滤机理过滤是从流体中分别固体颗粒的过程。其根本原理是：在压强的作用下，迫使流固体两相混合通过多孔介质(过滤介质)，固体颗粒则截留于介质上，从而到达液体与固体分别的目的6。2.1.2 自清洗过滤器工作原理自清洗过滤技术是一种20世纪70年月末期进展起来的型过滤技术，其最主要的优点是可利用水压自我操作、自我清洗，且清洗时不停顿过滤。最简洁的过滤方法就是

8、让液体通过滤网，除去滤网上泥层最简洁的方法就是反洗。阅历告知我们，这种反洗虽然可以去掉滤泥，但是有缺点:（1） 很快就形成滤层，滤网两侧消灭压差，过滤放慢；（2） 反洗用水量大，且洗不彻底；（3） 反洗时必需停顿过滤，不能连续。自清洗过滤原理示意图，即一个最简洁的过滤器，但增加了一根排泥管和一个阀门， 阀门通大气，另一端接近滤网泥层。由图2-1所示，P1P2 时，正常过滤，滤渣随之附着在滤网上，使得内外压差逐步增大。当P1、P2 压差大于预设压差值时，翻开阀门，由于P2P0，排污管口的滤渣被过滤水反冲并随排污管排出。这样就可以实现滤网的反冲洗，而与此同时，过滤过程仍正常进展。图2-1 自清洗过

9、滤器原理示意图P 入水压力 P 出水压力 P 大气压12032.1.3 自清洗过滤器构造及工作流程依据以上介绍的过滤原理，设计开发的全自动自清洗过滤器构造简图如图2-2 所示。图2-2 全自动自清洗过滤器构造简图1 粗滤网；2 弹簧； 3 支撑筒；4 吸污组件； 5 筒身6 细滤网；7 液动转子；8 排污口；9 出水口；10 入水口该过滤器的工作原理如下：待过滤水从入水口(10)流入过滤器，经过粗滤网(1)初滤后，再通过细滤网(6)过滤，流向出水口(9)。当脏污聚在细滤网的内面时便形成压差， 到达预定值时，由冲洗把握器翻开冲洗电子阀门，产生一股很强的反冲洗水经排污口(8) 流向大气。这种反冲洗

10、可以在吸污组件(4)上产生一股吸力，清洁吸污嘴相对的细滤网面。反冲洗水经过排污管，再通过液动转子(7)流向冲洗阀门，带动整个吸污组件与吸污管转动。由于过滤器工作压力大于阀门外大气压，足以推动液动转子带动吸污管轴向运动。轴向与旋转运动相结合，便可确保吸污嘴清扫到整个过滤网面。当细滤网内外压差低于预定值，冲洗完成，吸污组件和吸污管由粗过滤一端弹簧拉回到原来位置，完成一次自清洗过程。整个冲洗时间约为10-15秒 7。2.1.4 自清洗过滤器性能参数及整体构造本文以北京沃特瑞环境保护技术生产的F-MAXXP“线上式自动反冲洗过滤机为样机，设计一台工作压力0.6Mpa，估量处理量为120m3/h的全自动

11、自清洗过滤器。F-MAXXP“线上式自动反冲洗过滤机不用外来能源，即不用电，不用气，只要管道中有水流淌即可进展过滤，是传统过滤器和砂滤设备的替代品，过滤过程大体分为3个过程： 粗滤、细滤和反冲洗 6 。其工作特点与本文介绍的自清洗过滤原理和工作流程一样。（1） 过滤元件过滤元件承受烧结滤网或双层金属滤网，精度可以依据料液过滤的工艺要求调整，用4环向纵向压条固定在内筒上，保证了最大过滤面积，而且具有足够的抗变形的刚度和强度。本文选择不锈钢金属滤网作为过滤元件。（2） 自清洗装置自清洗装置是由吸污组件和吸污管密封连接组成，在液动装置驱动下做旋转以及轴向运动，协作细滤网内筒长度，将细滤网整体扫描，全

12、面完成自清洗。吸污嘴承受柔性硅胶材料，对滤网上难以冲洗的滤渣进展刮擦，自清洗效果更好。（3） 驱动装置利用滤液自身液压能转化为机械能，驱动液动转子做旋转运动，并同时依靠滤筒与排污口外部压差推动液动转子做轴向运动，从而带动实现自清洗装置的旋转和轴向运动。（4） 执行模块执行模块完成调整过滤单元工作状态的任务。在进水口，排污口和反冲洗口各装有一个电动球阀，电动球阀的开关状态可由PLC把握。通过转变这三个电磁阀的开关状态， 到达转变过滤工作状态的目的7。2.2 自清洗过滤器把握系统的构造自清洗过滤器的把握系统总框图如图 2-3 所示，本系统由可编程规律把握器PLC 为核心把握器，通过检测操作面板按钮

13、的输入、以及各类传感器的输入，把握对应通过对球阀的开关。并利用滤液自身液压能转化为机械能，驱动液动转子转动完成过滤器的启动、停顿和自清洗把握。同时该把握系统还具有自清洗次数、压差值显示及超时报警功能。全自动把握承受三种方式：(1) 压差方式：当滤网内外压差超过预定值时，由压差把握器输送一个信号给把握系统，过滤器开头自清洗，直至检测到吸污管与过滤筒壁相接触，自清洗完毕。(2) 定时方式：依据介质状况以及生产需要设定自清洗时间，每隔预定时间自清洗完成一次。(3) 点动方式：按下点动按钮时，把握系统要求过滤器自清洗一次。此把握方式依据具体的工作状况而定，灵敏便利7。5操作面板进水口球阀进水口球阀压力

14、传感器输入可编程规律把握器PLC细滤网内外侧差压变送器输入出水口球阀吸污管位移传感器输入排污口球阀显示面板图 2-3 自清洗过滤器的把握系统总框图2.3 自清洗过滤器把握系统开发环境2.3.1 STEP7Micro/WIN32 编程软件介绍依据自动过滤器系统的电气把握系统的功能要求，以及其简洁程度，从经济性、牢靠性等方面来考虑，本文选择西门子 S7200 系列PLC 作为自动过滤器系统的把握主机。， 编程软件承受西门子公司为S7-200 系列PLC 开发的STEP 7Micro/WIN32 作为编程软件。它是基于 Windows 的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序

15、的执行状态。STEP 7 是一种用于对 SIMATIC 可编程规律把握器进展组态和编程的标准软件包。它是 SIMATIC 工业软件的一局部。STEP 7 具有以下功能：硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。在 STEP 7 中，用工程来治理 一个自动化系统的硬件和软件。STEP 7 用 SIMATIC 治理器对工程进展集中治理，它可以便利地扫瞄 SIMATIC S7、M7、C7 和 Win AC 的数据。实现STEP 7 各种功能所需的 SIMATIC 软件工具都集成在 STEP 7 中。STEP 7-Micro/WIN 窗口界面如图 2-4 所示8

16、。图 2-4 STEP 7-Micro/WIN 窗口界面2.3.3 EasyBuilder500 组态软件介绍人机界面是在操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文 字、按钮、图形、数字等来处理或监控治理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简洁生动， 并且可以削减操作上的失误，即使是手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机 界面还可以使机器的配线标准化、简洁化，同时也能削减PLC把握器所需的I/O 点数，降低生产的本钱同时由于面板把握的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。MT500 系列触摸屏

17、是特地面对PLC 应用的，它不同于一些简洁的仪表式或其它的一些简洁的把握PLC的设备，其功能格外强大，使用格外便利，格外适合现代工业越来越浩大的工作量及功能的需求。MT500 系列触摸屏人机界面供给功能强大、简洁易用的组态软件 EasyBulider500,它7具备简体中文的操作环境，承受图形化的操作界面支持“多语言”之间的切换功能，可以实现四种语言之间切换显示，并支持宏指令功能。EasyBuilder5OO 组态软件操作界面如图 2-5 所示。EasyBuilder5OO 组态软件的特点：（1） 丰富的元件图库EasyBuilder500 组态软件供给向量图库、位图库、群组图库等三种元件图库

18、，已经为用户供给了丰富的图形供用户选用，并且任意图库都可以承受自制的图形，让用户随时可以添加自己设计的元件图形，使设计的画面表达个人的风格。（2） Windows 的设计风格EasyBuilder5OO 凭借着多达 4MB SDRAM 的系统存储器为用户供给多窗口的支持，用户可以在一个画面上最多同时显示 6 个窗口，分别执行不同的监控功能，软件还供给快速按窗口、公共底层窗口、任务栏等特别属性的窗口，供给由位或字存放器把握窗口弹出的功能，并供给最小化、窗口把握条等功能键，让用户轻松实现 Microsoft Windows 风格的界面程序。（3） 便利灵敏的数据传输和 PLC 把握功能EasyBu

19、ilder500 组态软件供给数据传输和配方传输元件，使用户可以便利灵敏地实现触摸屏人机界面与 PLC 把握器之间的数据传输；还有功能完备的 PLC 把握元件，可以帮用户实现由 PLC 把握窗口切换、打印机打印、数据传输等各种功能9。图 2-5 EasyBuilder5OO 组态软件操作界2.3.4 S7_200 PLC 仿真软件介绍仿真软件可以仿真大量的S7-200指令支持常用的位触点指令、定时器指令、计数器指令、比较指令、规律运算指令和大局部的数学运算指令等。仿真程序供给了数字信号输入开关、两个模拟电位器和LED输出显示，仿真程序同时还支持对TD-200文本显示器的仿真，在试验条件尚不具备

20、的状况下，完全可以作为学习S7-200的一个关心工具。8使用方法：（1） 本软件无需安装，解压缩后双击S7_200.exe即可使用。（2） 仿真前先用STEP 7-Micro WIN编写程序，编写完成后在菜单栏“文件”里点击“导出”，弹出一个“导出程序块”的对话框，选择存储路径，填写文件名，保存类型的扩展名为awl，之后点保存。（3） 翻开仿真软件，双击PLC面板选择CPU型号，点击菜单栏的“程序”，点“装载程序”，在弹出的对话框中选择要装载的程序局部和STEP 7-Micro WIN的版本号。一般状况下，选“全部”就行了，之后“确定”，找到awl文件的路径“翻开”导出的程序， 在弹出的对话框

21、点击“确定”，再点那个绿色的三角运行按钮让PLC进入运行状态，点击下面那一排输入的小开关给PLC输入信号就可以进展仿真了。仿真软件的界面如图2-6所示，和全部基于Windows的软件一样，仿真软件最上方是菜单，仿真软件的全部功能都有对应的菜单命令；在工件栏中列出了局部常用的命令如PLC程序加载，启动程序，停顿程序、AWL、KOP、DB1和状态观看窗口等。图 2-6 S7_200 PLC 仿真软件界面93 自清洗过滤器硬件系统配置3.1 自清洗过滤器主体构造选型3.1.1 过滤器筒体选择1) 过滤流量计算DD体图 3-1筒身直径在设计过滤流速时通过过滤器的流量称为设计流量，其计算公式为:6Q=3

22、.6102fAV式中Q过滤器的设计流量(m3/h)； A过滤器中滤网的实际使用面积(m3)； f 滤网的净面积系数，取7； V设计速度(m/s)。式中A=DL=0.51=/2m 2，D、L分别为细滤筒内筒直径以及筒身长。所以Q=3.61027 1.5/2120m3/h。2) 过滤筒身直径、长度和种类的选择过滤器外壳直径要满足强度要求之后能够便利安装过滤元件：其次是过滤元件与壳体之间的面积应当满足这样的要求，即水流通过该面积的速度应等于或小于过滤元件内部纵向水流速度。参阅容器简体和封头直径标准表6，本文选取D =1.3D=650mm体D=500mm。筒身直径剖视图如图3-1所示。依据JB4732

23、-95钢制压力容器一分析设计标准的规定，参考相关文献67，过滤器外筒可选用不锈钢0Crl8Ni9，屈服强度s = 235Mpa，可满足强度要求。总体设计参数：过滤器罐体的工作最高压力:P=0.6MPa；容器设计压力： P=0.6MPa；操作温度：50100；筒体内径：D=500m。3.1.2 过滤器过滤网选择滤网过滤器的清污效果主要取决于所用滤网的目数，而选择滤网目数的依据是由污水中所含污物的性质和滤液最终要求杂质的最小直径所打算的。本文设计过滤器的适用杂质颗粒尺寸很小，略带腐蚀性。依据参考文献 6所写到的比较试验确定选用 1000目/in的斜纹编织密纹滤网。此过滤网为不锈钢金属丝，直径为0.

24、0400.025mm(经纬)，根本孔径约为8 m 。依据参考文献610所示，此精度的过滤网工作在0.6Mpa，120m3/s的环境中，自清洗过滤器的压力损失为0.10.3Mpa。滤网堵塞后，当压差到达设定值(0.03Mpa)，可由差压变送器发出信号，由PLC把握进展反冲洗。并且为了保证过滤及反冲洗的正常运行， 进水口压力不得小于0.2Mpa。103.1.3 吸污器的选择及分布吸污器是过滤器的重要部件，它是空心构造，在其排污管轴线上按确定距离均匀分布着假设干个吸污管，自清洗时，吸污管依据固定的转速作螺旋式的运动，这样几个吸嘴就能吸遍整个滤网内外表。吸污嘴承受柔性硅胶材料，可以对滤网上难以冲洗的滤

25、渣进展刮擦。依据过滤器筒身尺寸，参考过滤器有用手册6，绘制吸污器分布图，如图3-2所示。设计排污管内径80mm，吸污管的内径24mm，吸污管间距145mm，成60螺旋排列，排污管总长1010mm。吸污管距离排污筒壁最近的距离为248mm。248mm24mm200mm80mm25mm145mm145mm145mm145mm145mm1010mm图 3-2 吸污器分布图3.1.4 阀门的选型把握执行模块完成调整过滤单元工作状态的任 务。在进水口，排污口和反冲洗口各装有一个电动球阀，电动球阀的开关状态可由PLC把握。通过转变这三个球阀的开关状态，到达转变工作状态的目的。因废水具有腐蚀性，所以管路材料

26、选用抗腐蚀性材料OCrl8Ni9，依据参考文献4，直径依据进出口水和排污阀水流量确定为D150，D50两种。进水管道和出水管道直径为150mm，排污管道为50mm。依据参考文献6，依据阀门在工作过程中所承受的工作压力、阀门的适用温度、所设计管路的直径、阀门适用的介质、阀门的重量和价格等因素选用。图 3-3DQF41M-0.25 电动球阀本文选用中孝阀门生产的 DQF41M-0.25 电动球阀，如图 3-3 所示。11工作原理：DQF 系列电动球阀在无外来开启继电信号的状况下，在工作电源的作用下，保持全闭电锁定，电指示开关继电信号无输出。当参与开启电信号，内部小型继电器动作，主电机马上旋转，其转

27、动轴上小齿轮同位开关的作用下，电机停顿旋转，且保持电锁定，同时电信号指示开关被碰触动作，开关信号输出访把握室内指示灯有相应指示， 此时指示盘处于全开指示位置。反之，当参与关闭电信号后，电机马上反转，经过 2 秒钟，在反向限位开关作用下，电机停顿，此时阀位全闭，且保持全闭电锁定。ZY 系列执行机构可直接接收计算机或工业仪表等输出的 420mADC 或 15VDC 把握信号。220VAC 电源,依据阀位反响信号与设定值比较偏差对执行机构驱动电机进展智能步距调整，同时输出 420mADC 的位置反响信号。本文争论对象只需把握球阀开启与关闭， 无需把握其开度。3.2 检测设备选型3.2.1 位移传感器

28、的选型本文选择北京康宇公司生产的KYCM-L磁致伸缩位移传感器，如图3-4所示。参考该产品说明，磁致伸缩线性位移传感器是应用“磁致伸缩”技术研制而成。此项技术用于要求测量精度高、使用环境较恶劣的位移和液位测量系统中。可广泛应用于石油、化工、制药、食品等行业。工作原理：该产品主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触的磁环或浮球组成。测杆内装有磁致伸缩线(波导线)。工作时，由电子图 3-4 KYCM-L 磁致伸缩位移传感器仓内电子电路产生起始脉冲，此起始脉冲在波导丝中传输时，同时产生了沿波导丝方向前进的旋转磁场，当这个磁场与磁环或浮球中的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应， 使波导丝发生扭动，这一扭动

29、被安装在电子仓内的识能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，通过电子电路计算出两个脉冲之间的时间差，即可准确测出被测的位移和液位。依据本文吸污器的分布， 位移传感器选用量程为 300mm ， 输出信号为420mADC/+24VDC10%。由于吸污管距离排污筒壁最近的距离为 248mm，所以当位移传感器移动 240mm 时，即可认定吸污管与排污筒壁相接触。3.2.2 压力传感器的选型在过滤器工作过程中，为了保证过滤及反冲洗的正常进展，进水口压力不得小于0.2Mpa。当压力变送器检测到进水口压力小于0.2Mpa时，可由PLC把握过滤器停机。本文争论对象工作压力为0.6Mpa，应选用量程为01Mpa的压

30、力变送器。12依据量程及工作环境，本文选用佛山市贺迪传感仪器生产的HDP704 腐蚀性液体压力变送器。如图3-5 所示。参考产品说明，HDP704 耐腐蚀压力传感器承受陶瓷压阻芯片、耐强酸强碱的高聚合物高密度材质有防腐蚀电缆。主要技术参数：量程：01(MPa)，输出信号： 420mA(二线制)、05V、15V、图 3-5 HDP704 腐蚀性液体压力变送器010V(三线制) ，供电电压：24DCV(936DCV)。3.2.3 压差变送器的选型在过滤过程中，滤网堵塞后，滤网内外侧的水压差持续变化，当压差到达设定值(0.03Mpa)后，可由差压变送器发出信号，由PLC把握进展反冲洗。依据设定值和工

31、作环境，本文选用江苏金湖恒达自动化仪表厂生产的HW180系列差压变送器，如图3-6所示。参考产品说明，HW-180系列压力变送器承受进口集中硅或陶瓷芯体作为压力检测元件，不锈钢外壳隔离防腐，传感器信号经高性能电子放大器转换成图 3-6 HW-180 系列差压变送器0-10mA或 4-20mA统一输出信号。可替代传统的远传压力表，霍尔元件、差动变送器。能与各种型号的仪表使用，也能与各种自动调整系统或计算机系统配套使用。本系统压差设定值为 0.03Mpa，因此本文选用 HW180BERC 型差压变送器。量程范围0-20KPa-70KPa，精度等级 0.25%，输出特性二线制 4-20mA 输出，标

32、准供电 DC24V。3.3 PLC 设备选型3.3.1 PLC简介PLC(可编程把握器)是20世纪60年月进展起来的一种型自动化把握装置，最早是用于替代传统的继电器把握装置，功能上只有规律计算、计时、计数以及挨次把握等，而 且只能进开放关量把握。上世纪60年月，由于美国汽车工业需要进展大规模的技术改造 和设备更，由传统的继电器把握装置来进展把握，不仅体积浩大、故障率高、柔性差、不灵敏、耗能，而且调试困难，牢靠性也差。1969年，美国DEC公司首先研制成功了第一台可编程规律把握器。PLC技术代表了当今电气程序把握的最先进水平。通过PLC与各种单元自动扮装置以及现场总线、计算机网络系统，构成了车间

33、和工厂自动化的完整体系。依据IEC标准，给13PLC下的定义是：它是在工业环境中使用的数字操作的电子系统，它使用可编程存储器内部储存用户设计的指令，这些指令用来实现特别的功能，诸如规律运算、挨次操作、定时、计数以及算术运算和通过数字或模拟输入输出来把握各种类型的机械或过程。3.3.2 PLC S7-200系列性能简介(1) 系统简介S7-200是西门子公司生产的具有高性能价格比的微型可编程把握器，这一系列产品可以满足多种多样的自动化把握需要，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性。低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完善地满足小规模的把握要求，完全适合本次设计的把握系统。在机械构造上，

34、其外壳紧凑结实，便于安装，易于接线，操作便利。其电气特点包含：在CPU中配有EEPROM，可永久地存储用户的程序和其它重要的用户的参数；内置可直接与传感器负载相连接的直流24V驱动电源；可以极快的速度来响应中断恳求信号的上升沿和下降沿：具有记数频率高达30KHZ的高速计数器：备有专用数字扩展模块，便利实现输入输出点扩展等等.(2) S7-200 PLC的工作原理首先CPU读入全部输入端上各把握信号状态并存入过程输入映像区(PIQ)。然后， CPU在内部计数器、位存储器和定时器的把握下逐行扫描用户程序，并执行有关运算和操作：最终CPU将处理所得到的结果输出到过程结果映像区(PIQ)，并在周期的结

35、尾，将输出映像区的信号同时输出到它们的输出端。如此循环，实现对现场过程的把握。其强大功能表现在：具有丰富的指令集，极高的指令执行速度；灵敏的中断功能；输入输出的直接查询和赋值；严格的121令保护；友好的调试和故障诊断功能以及波特率高达384KBITS的高速通讯功能等等。在实际应用中它需要一个S7-200 CPU模块。一台个人计算机，STEP7.MICROWIN32编程软件，以及一条PCPPI通讯电缆 11。3.3.3 S7-200 系列CPU模块性能概述CPU 221：小型 PLC CPU221，价格低廉，能满足多种集成功能的需要。CPU 222：S7-200 中低本钱单元。通过可连接扩展模块

36、，即可处理模拟量。CPU 224 和 CPU 224XP：具有更多的输入、输出点及更大的存储器。CPU 226：功能最强的单元，可完全满足一些中小型简洁把握系统的要求。四种CPU 具有：（1） 集成的 24V 负载电源：可直接连接到传感器和变送器执行器可用作负载电源。（2） 本机数字量输入/输出点：CPU 221 具有6个输入点和4个输出点，CPU 222具有8个输入点和6个输出点，CPU 224 具有14个输入点和10个输出点，CPU224XP 具有14个输入点和10个输出点，CPU 226 具有24个输入点和16个输出点。14（3） 高速计数器：CPU 221/222 4个高速计数器30k

37、Hz，可编程并具有复位输入， 2个独立的输入端可同时做加、减计数。CPU224/224XP/226 6个高速计数器，具有CPU221/222一样的功能。（4） CPU 222/224/224XP/226可便利地用数字量和模拟量扩展模块进展扩展。可使用仿真器选件对本机输入信号进展仿真，用于调试用户程序 12。3.3.4 自清洗过滤器的PLC设备选择依据自动过滤器系统的电气把握系统的功能要求，以及其简洁程度，从经济性、牢靠性等方面来考虑，选择西门子 S7200 系列 PLC 作为自动过滤器系统的电气把握系统的把握主机。由于自动过滤器电气把握系统涉及较多的输入输出端口，其把握过程相对简洁，因此承受

38、CPU226 作为把握系统的主机。CPU 266 的订货号：6ES7 216-2AD23-0XB0。CPU 226 主要技术数据12：数字量输入：24个，数字量输出：16个，数字I/O映象区：256 (128 输入/128 输出) 模拟I/O映象区：64(32 输入/32 输出)；允许最大的扩展I/O模块：7个，允许最大的智能模块：7个模块，高速计数器：6个； 脉冲输出：2个20kHz。3.3.5 扩展模块选择在本系统中，还需要采集三个模拟量，且三个模拟量输入范围都是 420mA，因此需要在扩展一个模拟量输入输出扩展模块。西门子公司特地为 S7200 系列 PLC 配置了模拟量输入输出模块 E

39、M235，该模块具有较高的区分率，可满足把握系统的功能要求。EM 235订货号：6ES7 235-0KD22-0XA8。EM 235 主要技术数据12：单极性量程范围：032023；双极性量程范围：-32023+32023；区分率：12 位 A/D 转换器；电压输出：10V；电流输出：020mA。3.3.6 供电电源选择供电电源局部承受 220V 50Hz 三相沟通电，为电动球阀和 DC24V 供电电源供电，DC24V 供电电源为 PLC226、EM235、差压传感器、压力传感器、位置传感器供电。4 自清洗过滤器软件系统设计本文承受西门子公司为 S7200 系列 PLC 开发的 STEP7Mi

40、cro/WIN32 作为编程软件。上面介绍了自清洗过滤器把握系统的构造、工作原理和电气把握局部硬件型号。硬件构造的总体设计根本完成后，就要开头软件局部的设计，依据把握系统的把握要求和硬件局部的设计状况及 PLC 把握系统 I/O 的安排状况，进展软件编程设计。在软件的设计中，首先依据需要实现的功能要求绘制流程框图，其次依据不同功能编写不同的功能模块。4.1 把握任务分析及主程序流程图绘制依据其次章自清洗过滤器工作原理介绍可知其工作流程，过滤器工作原理简图如图4-1所示。把握方案可以分成以下几种：图4-1过滤器工作原理简图A入水球阀；B出水球阀；C排污球阀1点动把握方式按下过滤器启动按钮，球阀A

41、翻开，球阀B延时翻开，球阀C处于关闭状态。处理污水经过粗过滤、细过滤阶段到达过滤目的，滤液从球阀B排出。人工依据阅历推断过滤介质清洗时间，按下点动按钮，球阀C翻开，过滤器开头自清洗，直至冲洗完成，球阀C关闭。（2） 定时把握方式过滤器启动，过滤过程如点动把握方式。不同的是球阀C并非人工启动开关，而依靠PLC的时间设定来定时启动过滤器的自清洗工作。这种方式可以在过滤器长期工作以后， 依据其自清洗动作规律来设定时间间隔。（3） 压差把握方式过滤器启动，过滤过程如以上两种方式。依据从过滤网内、外测采集的压力值，经过差压变送器与预设压力值P进展比较，假设压差超过预设值，可使PLC把握系统输出把握信号，

42、进而把握球阀C翻开，过滤器开头自清洗。直到压差小于预设值，自清洗完毕。这种方式在过滤器刚刚投入生产时缺乏阅历操作数据状况下，格外有效。16一个完整的把握系统应当考虑到整个系统的运行安全。这里考虑了以下几点系统设计时应当考虑到的问题：（1） 系统停机：因检修、故障等缘由要求过滤器停顿运行，需要设置停顿运转输入，中断过滤过程的进展。（2） 系统报警：因运行过程中，长时间检测不到吸污管与排污筒壁接触信号或者入水口处的压力不能保证过滤和反冲洗正常进展时(即压力传感器测得压力小于0.2Mpa)， 系统报警并中断过滤进展。（3） 互锁功能：球阀A、B、C在接通开启信号时，不能同时接通关闭信号，以避开电源短

43、路，保证过滤能正常进展。（4） 冲洗计数：考虑到吸污管和排污轴的强度以及腐蚀等方面的问题需要检修，以冲洗次数作为衡量标准，设置冲洗计数功能，即在排污轴边缘装有位置传感器，每次吸污管接触排污筒壁后产生电信号输入PLC，计数一次并关闭球阀C。（5） 复位把握：过滤器停运之后或者启动之前，防止下一次启动消灭特别状况，需将球阀A, B, C都关闭，起保护功能。依据以上把握任务的分析，确定选择过滤器的把握方案（1） 选择点动把握方式复位系统启动球阀A翻开球阀B延时翻开点动 计数球阀C翻开吸污管与排污筒壁接触信号球阀C关闭循环停机复位。（2） 选择定时把握方式复位系统启动球阀A翻开球阀B延时翻开延时 计数

44、球阀C翻开吸污管与排污筒壁接触信号球阀C关闭循环停机复位。（3） 选择压差把握方式复位系统启动球阀A翻开球阀B延时翻开压差超过设定值信号计数球阀C翻开吸污管与排污筒壁接触信号球阀C关闭循环停机复位。依照过滤任务，绘制自清洗过滤器把握系统主程序流程图，如图4-2所示。17系统启动点动把握方式压差把握方式定时把握方式复位启动按钮球阀A 翻开球阀B 延时翻开NN过滤进展N点动压差预设时间预设YYY球阀C 翻开N吸污管与外壁接触信号Y计数输出球阀C 关闭Y循环N停机复位图4-2 自清洗过滤器把握系统主程序流程图4.2 自清洗过滤器把握系统的组成依据系统主程序流程图，绘制把握系统的组成框图，如图 4-3 所示。本文选用 S7-266 作为主控机，通过检测按钮的输入、以及各个传感器的输入，把握对应球阀的开关。并利用滤液自身液压能转化为机械能，驱动液动转子转动完成过滤器的启动、停顿、报警和自清洗把握。差压变送器位置传感器EM235球 阀A过滤PLC球 阀B停机反全自动自清洗过滤器细滤网网内压力细滤网网外压力电源球 阀C冲洗入水口压力传感器图 4-3 把握系统的组成4.3 PLC 的I/O 资源配置依据把握要求和把握系统的组成，对PLC的I/O进展配置，具体安排如表4-1所示。输入地址表 4-1输入设备PLC 的I/O 资源安排输出地址输出设备I0.0启动按钮Q0.0球阀 A 全开I