V型滤池的PLC控制设计
摘 要
V型滤池是快滤池的一种形式，它是我国于20世纪80年代末从法国Degremont公司引进的技术。因为其进水槽形状呈V字形而得名，也叫做均粒滤料滤池（其滤料采用均质滤料，即均粒径滤料），在底部采用带长柄滤头底板的排水系统，不用设砾石承托层。
V型滤池的整个工作过程分两个步骤：过滤过程、反冲洗过程。
过滤过程：待滤水首先经过反应沉淀池，在反应沉淀池通过加药沉淀处理初步对待滤水进行加氯消毒和泥沙沉淀。待滤水经过加药沉淀处理后流到进水槽，过滤条件达到后开始过滤过程。过滤开始，打开进水阀和清水阀，关闭反冲洗进水阀和排水阀，过滤过程要求滤池保持恒水位，通过超声波液位仪检测水位变化，把检查信号反馈给PLC，PLC通过超声波液位仪的信息反馈控制滤池进水阀和清水阀的开阀和关阀。整个过滤周期为20—24小时，过滤周期到了自动进入反冲洗过程。
反冲洗过程：反冲洗的条件有三个，1、滤池过滤周期到。2、水头损失过大。3、人为强制反冲洗。滤池反冲洗过程开始，关闭进水阀和清水阀，打开排水阀和反冲洗进水阀，真个反冲洗时间一般为8—10分钟，反冲洗结束，自定转到过滤过程。
第一章 总述
1.1 课题的来源
随着工农业生产的迅速发展和人民生活水平的不断提高,用水紧张和污水排放的问题已越来越突出。目前,我国城镇大部分的生活污水采用直接排放的方式,没有采取应有的治理措施,加重了对环境的污染。在国家可持续发展的新政策下,环境保护已受到各级政府和全国人民的重视,对污水进行彻底的治理以保护人类赖以生存的环境的重要性越来越大,高效节能的城市污水处理技术与工艺已能为国民经济的发展起到较大的推动作用。
V型滤池是快滤池的一种形式，它是我国于20世纪80年代末从法国Degremont公司引进的技术。因为其进水槽形状呈V字形而得名，也叫做均粒滤料滤池（其滤料采用均质滤料，即均粒径滤料），在底部采用带长柄滤头底板的排水系统，不用设砾石承托层。
V型进水槽和排水槽分别设于滤池两侧，池子可沿着长的方向发展，布水均匀，反冲洗效果好，大大节省了反冲洗的水量和电耗，整个滤料层在深度方向的粒径分布基本均匀，在反冲洗过程中滤料层不膨胀，不发生水力分级现象，保证深层截污，滤层含污能力高。
1.2可编程控制器与V型滤池的概述
1.2.1可编程控制器概述
1、可编程控制器的简介
可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，国际电工委员会（IEC）于1985年对可编程序控制器作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算。顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充功能的原则设计。”PLC是一种工业计算机，其种类繁多，不同厂家的产品有各自的特点，但作为工业标准设备，可编程控制器又有一定的共性。
2、可编程控制器的发展历史
1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-4，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器从此诞生。由于当时的plc只能取代继电器接触器控制，功能仅限于逻辑运算、计时、计数等，所以称为“可编程逻辑控制器”。伴随着微电子计术、控制技术与信息技术的不断发展，可编程序控制器的功能不断增强。美国电气制造商协会（NEMA）于1980年正式将其命名为“可编程控制器”，简称pc，由于这个名称和个人计算机的简称相同，容易混淆，因此在我国，很多人仍然习惯称可编程控制器为plc。
3、可编程控制器的应用
目前，PLC在国内外已广泛应用于机械制造、钢铁、石油、化工、电力、建材、汽车、纺织、交通运输、环保以及文化娱乐等各行各业。随着PLC性能价格比的不断提高，其应用范围还将不断扩大。其应用大致可归纳为如下几类：
（1） 顺序控制
这是PLC最基本、最广泛应用的领域，它取代传统的继电器顺序控制，PLC用于单机控制、多机群控制、自动化生产线的控制。例如数控机床、注塑机、印刷机械、电梯控制和纺织机械等。
（2） 位置控制
大多数的PLC制造商，目前都提供拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块，这一功能可广泛用于各种机械，如金属切削机床、装配机械等。
（3） 模拟量控制
PLC通过模拟量的输入/输出模块，实现模拟量与数字量的转换，并对模拟量进行控制，有的还具有PID控制功能。例如用于锅炉的水位、压力和温度控制。
（4） 数据处理
现代的PLC具有数学运算、数据传递、转换、排序和查表等功能，也能完成数据的采集、分析和处理。
（5） 通信联网
PLC的通信包括PLC相互之间、PLC与上位计算机、PLC和其他智能设备之间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化系统的需要
4、PLC的性能指标
（1）输入/输出（I/O）点数
输入/输出（I/O）点数是最重要的一项技术指标，是指PLC的面板上连接外部输入、输出端子数，常称为“点数”，用输入与输出点数的和表示。点数越多表示PLC可接入的输入器件和输出器件越多，控制规模越大。点数是PLC选型时最重要的指标之一。有的PLC用“步”来衡量，一步占用一个地址单元。
（2）扫描速度
扫描速度是指PLC执行程序的速度。以ms/K为单位，即执行1K步指令所需的时间。1步占1个地址单元。
（3）存储容量
存储容量通常用K字或（kW）或K字节（KB）、K位来表示。这里1K=1024.。存储容量表示PLC能存放多少用户程序。例如，三菱型号为FX2N-48MR的PLC存储容量为8000步。
（4）指令系统
指令系统表示该PLC软件功能的强弱。指令越多，编程功能越强。
（5）内部寄存器（继电器）
PLC内部有许多寄存器用来存放变量、中间结果、数据等，还有许多辅助寄存器可供用户使用。因此寄存器的配置也是衡量PLC功能的一项指标。
（6） 扩展功能
扩展功能是反映PLC性能的重要指标之一。PLC除了主控模块外，还可配接实现各种特殊功能的功能模块。例如A/D模块、D/A模块、高速计数模块、远程通信模块等。
5、PLC的分类
（1）从组成结构形式分类
可以将PLC分为两类：一类是整体式PLC（也称单元式），其特点是电源、中央处理单元、I/O接口都集成在一个机壳内。小型PLC通常采用这种结构，其优势是性价比比较高；另一类是标准模板是结构化的PLC（也称组合式），其特点是电源模板、中央处理单元模板、I/O模板等在结构上是相互独立的，可根据具体的应用要求，选择合适的模块，安装在固定的机架或导轨上，构成一个完整的PLC应用系统。大中型PLC多采用这种结构。
（2）按I/O点容量分类
小型PLC。小型PLC的I/O点数一般在128点以下。较为常见的有三菱的FX系列PLC和西门子的S7-200系列PLC。
中型PLC。中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256~1024点之间。较为常见的有西门子的S7-300系列PLC和GE-FANUC的RX3i系列等。
大型PLC。一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。较为常见的有西门子的S7-400系列的PLC和GE-FANUC的RX7i系列等。
6、PLC在我国
目前PLC在我国得到了广泛的应用，几乎所有知名厂家的PLC在我国都有应用。在我国使用较多的PLC品牌有德国的西门子，法国的施耐德，日本的三菱、欧姆龙、日立和松下，美国的GE-FANUC和AB以及韩国的LG等。总的来说，我国使用的小型可编程控制器主要以日本的品牌为主，而大中型可编程控制器主要以欧美的品牌为主。目前95%以上的PLC市场被国外品牌所占领。
我国自主品牌的PLC生产厂家有近30余家。在目前已经上市的众多PLC产品中，还没有形成规模化的生产和品牌产品，甚至还有一部分是以仿制、来件组成或“贴牌”方式生产。单从技术角度来看，国产小型PLC与国际名度品牌小型PLC差距正在缩小。例如和利时、上海新华等公司生产的微型PLC已经比较成熟，其可靠性在许多低端应用中得到了验证，但其知名度与世界先进水平还有相当的差距。
目录
第一章 总述…………………………………….……………………..……………………...…..1
1.1 课题的来源...................................................................................................................................1
1.2 可编程控制器与V型滤池的概述..............................................................................................1
1.2.1 可编程控制器概述.......................................................................................................1
1.2.2 V型滤池的概述...........................................................................................................4
第二章 总体设计方案………………………………………………………………………...10
2.1 PLC控制系统的选择..............................................................................................................10
2.1.1 PLC系统选型——SIEMENS S7-200.........................................................................10
2.1.2 SIEMENS系列PLC的基本构成................................................................................10
2.1.3 SIEMENS S7-200的工作原理....................................................................................11
2.1.4 PLC控制系统设计的步骤..........................................................................................12
2.1.5 PLC应用程序的设计方法..........................................................................................13
2.2 硬件介绍.................................................................................................................................15
2.2.1 V型滤池主要器材选用..............................................................................................15
2.2.2 电动蝶阀简介..............................................................................................................16
2.2.3 系统的控制要求..........................................................................................................19
2.2.4 PLC对电动蝶阀和仪表的控制................................................................................20
第三章 具体设计方案…………………………………………………………………………
3.1 PLC对电动蝶阀的控制.........................................................................................................21
3.1.1 具体控制方案..............................................................................................................21
3.1.2 程序设计......................................................................................................................24
总结.................................................................................................................................................36
参考文献........................................................................................................................................37
致谢.................................................................................................................................................38
外文翻译………………………………………………………………………………………...39
参考文献
[1] 向晓汉主编.电气控制与PLC技术基础.北京：清华大学出版社.
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[5] 崔维群主编.可编程控制器应用技术项目教程.北京大学出版社.
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[9] 钟肇新, 彭 侃.可编程序控制器原理及应用.华南理工大学出版社
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[11] 汤以范，电气与可编程序控制器技术. 机械工业出版社2004
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