基于PLC的危废固化系统设计分析论文（小编整理）

第一篇：基于PLC的危废固化系统设计分析论文

摘要：介绍一种基于PLC的全自动危废固化系统的设计，详述其软硬件配置及工艺流程。以西门子CP243-1IT作为通讯模块，实现长距离全自动控制系统。

关键词：PLC；危废固化；CP243

0引言

随着我国经济的发展，社会各界越来越重视对环境的保护，化工企业伴随着生产而产生的各种危险废料，如不经过适当的处理，会对环境造成重大的破坏。危废固化系统是选用某种适当的添加剂与化工企业生产产生的重金属废物，如：残渣、飞灰、污泥、废电池等粉状、粒状及污泥类物质混合，使其发生某种物理或化学变化，将其转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物质的稳定化过程,即在危险废物中加入某些添加剂，将其转变为紧密固体的固化过程。处理过程主要选用药剂法、水泥法和石灰法进行处理，对废物和介质按一定比例进行强制性搅拌，使其发生化学作用，从而使有害废物变成惰性物质，进而达到减量化，无害化处理的环保目的。

1系统组成主要由远程监控中心和现地测控单元组成。操作员在远程监控中心可通过工作站监控现场情况并且控制现场的整套执行单元。如果选用自动运行模式，PLC会根据采集的传感器数值自动运行预先设置的工艺流程。

2硬件设计

系统硬件主要由骨料输送系统、药剂储存输送系统、粉料储存输送系统以及搅拌机组成。粉状物料是由泵车输送至粉料储仓内。在废物通过装载机导入配料机储存斗并经皮带秤计量后，控制系统按先前输入的配合比发出指令，同时计量各种其他粉料。与此同时开启水路系统、药剂系统、粉料仓螺旋，分别将计量后已配置好的物料依次投入搅拌机内进行搅拌，投料顺序依次为固废、飞灰、粉煤灰、药剂和水，在搅拌均匀后再投入水泥，这样的好处是避免药剂中的硫离子争夺水泥中的钙离子、镁离子，提高搅拌效果，降低运行成本。搅拌均匀后开启搅拌机卸料门，卸出固化物到运输车内，检验合格后送入到填埋场进行安全填埋。系统采用西门子S7-200系列的CPU226的PLC作为中央处理单元，并增加了3个232模块作为辅助开关量触点模块，2个EM231模块作为辅助模拟量模块以及1个CP243-1IT模块作为因特网通讯模块。各点的分布情况.系统硬件还包括电磁流量计4个（用于计量各种外加药剂和水的流速及总流量），拉压传感器10套（用于骨料及水泥、飞灰等固体材料的称重计量），振动器5台（用于防止固体材料凝结堵住下料口），磁力泵3台（用于控制药剂管道通断）。

3软件设计

3．1主控制程序

主控制程序主要完成系统的初始化、接收预置参数、调用流量计读数程序、拉压传感器读数程序、输出继电器参数。

3．2流量计读数程序功能

当外加药剂管道控制阀打开时，流量计开始读数，因为采用的是4~20mA信号，需要减去4mA的系统误差，即6400的数字量。实时采集的数字量与预设值的量程进行运算，可以得出当前流量值，累加流量值可以得出累计值。

3．3拉压传感器读数程序

拉压传感器在使用前必须先标定数据，采集零点时的数字量和标准重量时的数字量。标定完成后，拉压传感器上有一定重量时，就可以根据采集到的数字量运算出当前重量。

4结语

系统通过PLC的控制，根据用户的设置可以实现全流程自动化运行。操作员根据废料的化学成分选择合适的药剂配方，启动系统自动运行程序后，操作员只需远程监控该系统的运行情况。系统选择CP243-1作为通讯模块，通讯距离可达100m以上，使得监控室可以远离操作车间，保护操作员不受化工废料的污染。

参考文献

[1]梁新平，牛晓玲.基于PLC的喷油泵试验台控制系统设计[J].机电一体化,2012(8):84-86

[2]徐巍.变频器在污水处理自动控制系统中的应用[J].机械制造与自动化,2013(5):194-197.

第二篇：危废系统常见问题解答-1(不断更新)

1.问：危险废物产生信息、无法修改和删除、删除后，数值变为0，但是危废类别还存在，是怎么回事？（贮存、处置页面类似）答：系统设计之初就是这么设计的，企业每月申报的废物类型基本是稳定的，上一个月申报了哪些废物，这个月自动出现这些废物类型，默认数值为0，可以修改数值，但不能删除类型。例如3月废物产生信息新增一种HW15（之前没有申报过），那么3月份以前无HW15废物，但是4月以后包括4月在内，废物产生信息页面都会出现此废物，只是数值为0，用户申报时，根据实际情况，填写数值即可，如果删除只能删除数值，不能删除废物类别。

如果，企业是开始是抱着测试的目的，输入了很多企业根本不存在的废物类型，现在想彻底删除，必须找到第一次填写该废物的月份，从开始删除，从前往后挨个删是可以删除的！2.问：为什么有时候系统内数据串行，其他企业的数据跑进自己的企业，出现本企业根本不存在的废物类型？

答：主要原因是系统在设计时，为了减轻服务器压力，有些信息从浏览器缓存中读取，并非全部来自服务器。因此，最好不要在同一台电脑替多家企业申报危废信息，如果非要在同一台电脑申报多个企业信息，解决办法：清除浏览器缓存，并设置为页面：“工具-Internet选项-常规-设置-每次访问此页面时检查”，申报完一家企业，关闭浏览器后重新启动浏览器。

3.问：为什么有时候环保局审核打回企业后，企业反映仍然灰色不好修改？

答：1）打回的月度申报，相当于还没提交，修改数据时，仍然从“企业申报-危废申报”通道进入，修改相关数据然后提交；绝不能从“首页-最新消息-申报信息提交-查看详情”通道进入。此通道是查看功能，有些用户填好信息后，没有及时提交，因此首页会提示还有哪些月份未提交，用户通过“首页-最新消息-申报信息提交-查看详情”进入，查看信息（预览模式），确认所有信息正确后，点击提交。

2）如果修改信息时，进入方式正确，试着清除浏览器缓存，并设置为页面：“工具-Internet选项-常规-设置-每次访问此页面时检查”。

4.问：为什么在危险废物产生信息页面，新增废物类别时，下拉菜单没有选项，或者没有企业要申报的废物类型？

答：1）检查该页面的上一步“企业生产概况信息”，产品的“产废类型”是否存在，如果不存在，请在“企业基本信息-产品信息”或者“非生产过程危废信息”页面，添加相关产废类型即可。2）如果检查发现，“企业生产概况信息”，产品的“产废类型”是存在的，但是在危废申报时，下拉菜单就是没有危废类型，原因可能是用户在“企业基本信息-产品信息”或者“非生产过程危废信息”页面输入了非法字符（10月份之前，系统要求宽松，没有识别非法字符，之后系统增加了非法字符识别功能），申报界面无法读取基本信息页面非法字符的原因，导致下拉菜单没有废物类别。用户可试着删除“企业基本信息-产品信息”或者“非生产过

程危废信息”页面内的废物类型，重新填写。如果删除不掉，可通知省固废中心，通过数据库修改。

第三篇：游泳池水处理系统的PLC设计

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游泳池水处理系统的PLC设计

摘 要

在工业不断发展的今天，人们更加追求自动化的同时可编程序控制器映入了我们的眼帘，可编程序控制器在各行各业的应用不断增加，让我们看到他的应用之广泛，此次设计是在游泳池水处理自动控制方面的一个具体体现，正文介绍了可编程序控制器（PLC）、西门子S7-300 CPU313及温度传感器在游泳池水处理系统中的应用及PID调节。本设计在详细了解了S7-300 PLC的结构、用法，以及游泳池水处理系统的工艺流程的前提下，运用PLC对水处理各环节进行精确的控制。引入PLC后，比传统的游泳池更加安全、可靠，更加节省人力资源，操作简单，节省硬件等诸多优点，随着市场的开放与不断扩大许多国外的品牌不断涌入我国，我们可以选用更适合要求的产品。选用合适的PLC有利于系统的完美发挥，无论是从抗干扰能力或是其他方面PLC控制的系统都是当前最具实力的产品。

关键词：可编程序控制器；S7-300；PID温控

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PLC designing of natatorium water processing system

Abstract With the development and advancement of industry, the Programmable Logic Controller that has been widely applied in a lot fields has become focus nowadays.This designing is a material and concrete exhibition in the aspect of natatorium water processing system.This article mainly illustrates PID regulation and the application of Programmable Logic Controller---PLC, Siemens S7-300 CPU313 and temperature sensor in the natatorium water processing system.The article has detailed introduced the S7-300 PLC structure and usage.Furthermore, it has completely complained the process of circulation water processing system and temperature regulation, as well as the concrete operation process.Comparing to the traditional one, the PLC controlling system has made the natatorium more safe and credible.Moreover, it not only can be operated easily, but also can save a lot of human resource and hardware for us too.As people have known, Programmable Logic Controller has become the developing trend of industrial automation.Due to the open and distensible market, a lot of foreign products of PLC that provide more choices for us have entered.As people have known, a good choice of PLC will make the system more perfect.Keywords：Programmable Logic Controller ；S7-300；PID temperature control

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目 录

摘 要.........................................................................................................................................I ABSTRACT...........................................................................................................................II 1 绪 论....................................................................................................................................1 1.1 引言..................................................................................................................................1 1.2 国内外游泳池水处理方式..............................................................................................1 1.3 本课题研究主要内容......................................................................................................2 1.4 课题研究的意义..............................................................................................................2 系统概述.............................................................................................................................4

2.1 设计要求..........................................................................................................................4 2.2 控制系统简介..................................................................................................................4 2.3 控制系统要求..................................................................................................................5 2.3.1 水循环及过滤部分...................................................................................................6 2.3.2 水质检测及加投药部分...........................................................................................7 2.3.3 恒温加热系统控制...................................................................................................7 PID温度控制...................................................................................................................11

3.1 基本概念........................................................................................................................11 3.1.1 比例调节（P调节）..............................................................................................11 3.1.2 积分调节（I调节）...............................................................................................11 3.1.3 微分调节（D调节）.............................................................................................12 3.2 PLC中的PID控制实现方法........................................................................................12 西门子S7-300及硬件设计........................................................................................15

4.1 PLC的简介....................................................................................................................15 4.1.1 PLC的特点..............................................................................................................15

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4.1.2 PLC的分类..............................................................................................................16 4.2 PLC的基本组成............................................................................................................16 4.2.1 主机.........................................................................................................................16 4.2.2 编辑器.....................................................................................................................18 4.2.3 I/O扩展和其他外围设备........................................................................................18 4.3 PLC的基本工作原理和工作方式................................................................................18 4.4 硬件介绍........................................................................................................................19 4.4.1 数字量模块.............................................................................................................19 4.4.2 模拟量模块.............................................................................................................20 操作与软件部分.............................................................................................................22

5.1 水循环控制过程............................................................................................................22 5.2 恒温加热部分控制........................................................................................................23

结 论......................................................................................................................................24 致 谢......................................................................................................................................25 参考文献...............................................................................................................................26 附 录......................................................................................................................................27

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第 1 页 绪 论

1.1 引言

随着社会的不断发展人民的生活水平也在不断提高，人民对物质、精神生活不断提出新的要求，健身、游泳、等娱乐活动不断增加，游泳逐步成为一项群众性的休闲娱乐活动。在炎炎夏日，游泳场馆更是变成了人们消暑纳凉的消费场所。特别是在暑期，热浪滚滚，酷热难耐，许多家长带着放假的孩子，兴致勃勃地嬉戏畅游在游泳池之“蓝天碧水”间。而在最热的时候，游泳场馆更是天天爆满，随之而来对这些活动的客观要求也不断提出了新的标准与要求，对游泳的环境和各方面的要求也逐步提高。近几年来，集娱乐、休闲与健身为一体的游泳场馆的需求与建设可谓方兴未艾，国家级大型游泳馆、各种公共游泳馆、家用游泳池、星级宾馆的室内游泳池等遍及全国城镇。游泳池、水上乐园像雨后春笋般涌现，其中许多游泳池已跳开古板的传统模式，摹仿国外的先进经验，设计更新颖，融健身性、娱乐性于一体，更具吸引力及生命力。

1.2 国内外游泳池水处理方式

为了节约用水，保护水资源保证水质及卫生指标，绝大多数游泳池采用循环净化给水方式。但由于我国游泳场馆的发展相对较晚(二十世纪九十年代中后期才真正开始大规模发展)，所以在运行管理方面和给排水的设计方面积累总结的经验较少，缺乏系统的分析与交流，且游泳池的实际运行与规范下的设计存在着较大的差异。就水处理系统来说，目前规范基本上是按市政给水处理厂的要求来制定的，在设计中均是按照规范中的专业比赛用连续处理运行来设计的，而在实际运行过程中，无论是水质还是投药管理等，均不同于设计与规范，造成了水处理场地及设备的极大浪费，无形中增大了建设投资费用。另外大多数游泳场馆未配制专业技术人员参与运行管理，因此，在实际运行过程中，因各种原因发生了较大的水耗、热耗及电耗，并造成了不必要的水质超标甚至恶化，给经营带来较大的负担与影响。鉴此通过对现有设备下的游泳池的研究，对于进一步节水、节能，降低运行成本有着重要的经济意义，并由此总结实践经验，进行理论分析，从而提出游泳池水处理的优化设计。

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1.3 本课题研究主要内容

现代游泳池主要分三大部分：一是循环及过滤部分，二是水质检测及加投药部分，三是恒温及加热部分。水处理循环系统是整个系统最为关键的地方，主要由两台循环水泵互为备用，循环水泵是为提供循环动力及循环处理水量而设置。循环水泵的自动过程由两台泵互为备用(1 # 泵和2 # 泵)，且8小时自动切换和非正常停泵自动起动备用泵(如加热继电器动作等)。起动过程由两台泵轮值起动，即在程序中设定一个起动泵号N(N = 1、2)，当第一次进入水循环主程序时，首先读取泵号N(并令N 加1)，决定首先开启哪一号泵，若无故障运行后，且在一个周期内要求停泵，当再次进入水循环主程序时，则起动当前泵。以此，来减小某一台泵因连续工作而引起的损耗。实际证明此方法可行且有效。当某一台泵出现故障需停机时，需等待该泵完全停止后，方可开启另一台泵，否则会出现局部回流现象，极易损坏水泵，因此，在起动另一台水泵时，有一个10s 的延时。为了补充因各种原因所造成的池水热损失及加热补充水需设置换热设备。目前，国内采用的是快速式换热器和新型板式换热器。恒温加热部分由PLC可编程序控制器来控制，恒温及加热控制主要采用PID调节，输出控制信号由PQW288输出控制伺服控制器来控制蒸汽调节阀的开启度，定量地给汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒温。水池温度的检测通过两个途径获得：一是水池温度；二是蒸汽调节阀进水池布水口的温度。检测蒸汽进水池的温度目的是为了与水池温度相比较，不致两者温差过大，以免造成人员短时间内不适应或受伤。I2.3控制条件为紧急停止信号，由值班人员发出。水质检测都是通过检测仪器送来的模拟量检测信息，输入到模拟量模块进行处理，处理后根据水质标准确定控制量，分别控制各药剂精确计量泵，加投水处理药剂。各模拟量输入的处理及控制都基本相同。絮凝剂加投的前提是循环水泵开启，若循环水泵未开启，絮凝剂加投后，也只是在局部起作用，不仅浪费资源，更使水质变差。

1.4 课题研究的意义

本设计主要着重介绍各环节的控制和操作过程及原理，选用的控制设备也比传统的设备更为先进，目前可编程序控制器在整个电气控制领域已经占领主导地位，发展的也是非常迅速，它的控制方式采用可编程序控制器进行控制。PC或PLC，它是在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有的功能强、可靠

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高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外以广泛应用于自动化控制的各个领域，并成为实现工业自动化的支柱产品。近年来，国内在PC技术与产品开发应用方面的发展也很快。除许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产的机床设备已越来越多的采用PC控制系统取代的继电器、接触器控制系统。国产化的小型PC性能也基本达到同类国外产品的技术指标。目前PLC已广泛用于冶金、化工、轻工、电力、建筑、交通、运输等各个行业[1]。

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第 4 页 系统概述

2.1 设计要求

1．循环水泵的自动过程由两台泵互为备用，8h自动切换和非正常停泵自动起备用泵。

2．温度控制精度1°C。3．采用可编程序控制器设计。4．画出原理图，编制程序。

2.2 控制系统简介

布水口游泳池布水口温度仪Ⅱ进池口水管热力蒸汽热交换伺服控制器温度仪ⅠPH仪余氯仪浊度仪出池口水管循环水泵1号过滤沙缸N过滤沙缸2号定时器絮凝剂加投消毒剂加投稀盐酸加投硫酸铜加投

图2.1 游泳池水处理工艺流程图

现代游泳观的池水处理系统类似与自来水厂的水处理系统，通过循环水泵将池水置

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换出来检测水质，再通过化学和物理的方法调整水质，然后将达到一定水质标准的“净水”回灌进游泳池。本设计的游泳池水处理工艺流程如图2.1所示。通过循环水泵将池水置换出来检测水质，再通过化学和物理方法调整水质，然后将达到一定水质标准的“净水” 回灌进游泳池。一般检测项有浊度、过氧化物、尿素含量、菌去群含量、余氯值、臭氧值和pH值等。以pH值调节为例，当pH值过高，超过控制时，则通过精确计量泵加投稀盐酸以调低pH值，这就是化学的方法。再如当浊度达到一定值时，亦通过精确计量泵将絮凝剂（需搅拌）加投到循环泵前，絮凝剂可将水中悬浮物凝结成块，通过过滤沙缸把“浊水”过滤成“净水”回灌到泳池[2]。另外，沙缸还有反冲洗过程，就是当系统运行一定时间后，沙缸的沙层表面会积蓄很多的污物，使沙缸对水的阻力增大，流速减缓，过滤效果下降。因此，必须定期进行清除。清除的办法就是使水流反方向流动，如图2.2所示。温度仪I、II进行温度检测。检测的结果经模拟量输入模块送到PLC，由PLC处理后一方面送控制屏进行温度显示，另一方面由PLC的PID指令控制。经PID调节后，输出的信号通过模拟量输出模块控制伺服蒸汽调节阀，定量的给汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒温[3]。

进水F1F3F5F2废水F4沙缸

图2.2 沙缸反冲洗工作示意图

2.3 控制系统要求

该系统按只检测浊度、余氯、pH值和温度等几项来配置，PLC按输入/输出点数、通信接口数等技术要求选定，检测仪、泵、伺服控制器及操作系统根据工艺流程选定或按甲方要求选定。

具体硬件配置如下：西门子S7-300 CPU313一块，SM321、SM322的数字量模块各一块，SM331S、M332模拟量模块各一块；德国普罗明特温度传感器——变送器两支，辽宁科技大学本科生毕业设计

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浊度仪、pH仪、余氯仪各一台；高温电动伺服阀一台；精确计量泵四台；循环水泵两台；大厅显示屏（自制）一台；5.7in台达触摸屏一台；控制柜（定制）一台。2.3.1 水循环及过滤部分

水循环主程序开始启动准备N手动自动？Y启动1号泵Y故障？NNNY停泵？停泵延时10s计时8小时？停泵延时10sY启动2号泵Y故障？NN计时8小时？停泵？NYY总停水循环主程序结束

图2.3 水处理主程序流程图

水循环及过滤部分主程序流程图如图2.3所示。循环水泵的自动过程由两台泵互为备用，8h自动切换和非正常停泵自动启动备用泵（如热继电器动作等）。循环水泵的手

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动过程，只是配合自动过程的辅助手段，手动状态除操作两台泵的起/停以外，还担当过滤缸反冲洗过程的操作。

正常情况下，水流的方向是F1入F4出，其他阀门关闭。反冲洗时，水流从F2入F3出，其他阀门关闭。污物被反向的水流带走而排入污水管道。反冲洗持续时间需根据实际情况现场调整。从反冲洗结束到正常过滤状态中间有一个过渡状态，这段时间水流不应流入泳池，因为此时水流不稳且有残余杂质存在。因此这个过程的阀门状态是F1入F5出，其他阀门关闭。这个过程持续时间很短，通常在 1min 之内，需现场调整，最后，F5关闭，F4打开，反冲洗过程结束。反冲洗过程的触发条件一般有3个：压差反冲洗、定时反冲洗和手动反冲洗。这两个过程基本是物理的过程[4]。2.3.2 水质检测及加投药部分

水质检测都是通过各检测项目的检测仪器送来的模拟量检测信息，输入到模拟量模块进行处理，处理后根据水质标准确定的控制量，分别控制各药剂精确计量加投泵加投水处理药剂。各模拟量输入的处理及控制都基本相同，这里仅以浊度—絮凝剂为例说明模拟量输入及控制的基本方法[5]。浊度—絮凝剂流程图如图2.4所示。

从图2.5所示浊度控制曲线看出，要求浊度控制值在2~4NTU，5NTU为浊度报值，即当大于等于4NTU时开计量泵加投絮凝剂，当小于等于2NTU时关计量泵，大于等于5NTU报警。如果在编程时将控制值转换为程序刻度值，由于浊度仪输出范围是4~20mA。因此需分两步换算，如图2.6第一步，将2和4NTU对应的电流值求出来。第二步，由电流值计算出对应的转换值。即：

x2

4(204)2(204)410.4,x247.2（2.1）

1010

y12.3.3 恒温加热系统控制

10.4276487.22764814377,y299

53（2.2）

2020在环境温度和水温较低时，还需对池水进行加温控制。池水加温在泳池水处理中，也占有重要的地位。它是通过温度仪I、II进行温度检测。检测的结果经模拟量输入模

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块送

浊度—絮凝剂主程序开始子程序7开始调用子程序7初始化预置采样计数器和清0调用子程序8计算平均值子程序7结束N循环水泵开？Y浊度 ≥ 4？N子程序8开始Y启动絮凝剂搅拌器从模拟量输入PIW4中取个值加到采样值中，采样计数器加1，直到最大采样数用移位求采样平均值3S后启动絮凝剂剂量泵N浊度 ≤ 2？子程序8结束Y关泵及搅拌器浊度—絮凝剂主程序结束

图2.4 浊度—絮凝剂流程图

图2.5 浊度刻度控制曲线

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10量程/NTU27648刻度值4204y2y10x1x2I/mA(a)204x1x2I/mA(b)20

图2.6 浊度刻度值换算比例图

到PLC，由PLC处理后一方面送控制屏进行温度显示，另一方面由PLC的PID指令控制。经PID调节后，输出的信号通过模拟量输出模块控制伺服蒸汽调节阀，定量的给汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒温。该流程图仅介绍自动部分，如图2.7所示，该部分主要介绍池水（冬天）恒温PID调节，温度值向大厅显示屏传送的有关内容。标准PID控制允许将闭环控制器、脉冲控制器以及步骤控制器集成到用户程序中。带集成控制器设置的参数分配工具允许设置控制器，可在极短时间内优化使用。如果简单PID控制器不足以解决自动化任务，可使用模块化PID控制。可以互连所包含的标准功能块，创建几乎任何一种控制器结构。

恒温及加热系统主程序、子程序及中断部分梯形图恒温及加热系统主程序、子程序梯形图见附录。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的[6,7]。

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恒温 加热主程序开始Y模块有错？N调用温度控制模块？Y调用FB41 启动PID调节水温由PQW288输出N由I1.3启动伺服电动蒸气阀驱动电源恒温 加热主程序结束

图2.7恒温加热系统控制流程图

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第 11 页 PID温度控制

3.1 基本概念

PID控制是比例积分微分控制的简称。PID控制是一种负反馈控制，在反馈控制系统中，自动调节器和被控对象构成一个闭合回路。在连接成闭合回路时，可能出现两种情况：正反馈和负反馈。正反馈作用加剧被控对象流入量流出量的不平衡，从而导致控制系统不稳定；负反馈作用则是缓解对象中的不平衡，这样才能正确地达到自动控制的目的。

PID控制具有以下优点 1．原理简单，使用方便。2．适应性强。

3．鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感 3.1.1 比例调节（P调节）

在P调节中，调节器的输出信号u与偏差信号e成比例，即：

uKCe

（3.1）式中KC称为比例增益。

比例调节的显著特点就是有差调节。采用比例调节，则在符合扰动下的调节过程结束后，被调节量不可能与设定值准确相等，他们之间一定有残差。比例调节的残差随着比例带的加大而加大。3.1.2 积分调节（I调节）

在I调节中，调节器的输出信号的变化速度du/dt偏差信号e成正比，即

duS0e

（3.2）dtt0或

uS0ed t

（3.3）式中S0称为积分速度，可视情况取正值或负值。

调节器的输出与偏差信号的积分成正比。积分调节器的特点是无差调节与P调节的

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有差调节形成鲜明对比，只有当被调节量偏差e为零时I调节器的输出才会保持不变。然而与此同时调节器的输出却可以停留在任何数值上。这意味着被控对象在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量没有残差，而调节阀则可以停止在新的负荷所要求的开度上。I调节的另一特点是它的稳定作用比P调节差。

采用I调节时口制系统的开环增益与积分速度S0成正比。增大积分速度将会降低控制系统的稳定程度，直到最后出现发散的振荡过程。3.1.3 微分调节（D调节）

调节器能够根据被调节量的变化速度来移动调节阀，而不要等到被调节量已经出现较大偏差后才开始动作，那么调节效果将会更好，等于赋予调节器以某种程度的预见性这种调节称为微分调节。此时调节器的输出与被调量或其偏差对于时间的导数成正比。

即

uS2de

（3.4）dt单纯按上述规律运作的调节器是不能工作的。这是因为实际的调节器都有一定的失灵区，如果被控对象流入流出量只相差很少以至被调量只以调节器不能察觉的速度缓慢变化时，调节器并不会运作。但是经过相当长的时间以后，被调节量偏差去可以积累到相当大的数字而得不到校正，这种情况是不能容许的。

3.2 PLC中的PID控制实现方法

典型的基于数字PID的闭环控制系统。PLC的PID控制器的设计是以连续系统的PID控制规律为基础，将其数字化写成离散形式的PID控制方程，再跟据离散方程进行控制程序设计。在连续系统中，典型的PID控制器的输入输出关系如下：

1M(t)Kce(t)TIT0e(t)dt1de(t) M0

（3.5）dtTD式中:M(t)为控制器的输出量，M0为输出的初始值，e(t)为给定值与被控变量的误差信号，Kc为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。

将上式离散化，第n次采样时控制器的输出为：

MnKC(spnpvn)KCTST(spnpvn)KCD(pvn1pvn)

（3.6）

TITS

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标准PID控制允许将闭环控制器、脉冲控制器以及步骤控制器集成到用户程序中。带集成控制器设置的参数分配工具允许设置控制器，可在极短时间内优化使用。如果简单PID控制器不足以解决自动化任务，可使用模块化PID控制。可以互连所包含的标准功能块，创建几乎任何一种控制器结构[8]。

FB41称为连续控制的PID用于控制连续变化的模拟量，与FB42的差别在于后者是离散型的，用于控制开关量，其他二者的使用方法和许多参数都相同或相似。PID的初始化可以通过在OB100中调用一次，将参数COM-RST置位，当然也可在别的地方初始化它，关键的是要控制COM-RST；PID的调用可以在OB35中完成，一般设置时间为200MS，原理上，PID的调节节奏应该与其采样周期一致，这是数学模型应与物理过程一致的要求。这也就是FB41要在OB35中周期调用且OB35的周期要与FB41采样周期一致的原因。

当然，在OB1或其他FC、FB中调用FB41也是可以的，此时最好将OB1参数区中扫描周期作为FB41的采样周期。FB41参数的设置很灵活，可根据自己的习惯或应用的方便选择。

PVPER_ON ：是PID输入输出参数“PERIPHERAL化”的使能位，即将参数看成0~27648之间的整数。换个说法，就是PID的反馈值直接取自相应AIW通道，而PID输出则直接给出到AQW通道。参数整定由FB41完成。本设计用调节装置的启动标志来触发本位。

CYCLE ：采样周期。根据物理量变化快慢定，一般要求与FB41执行的周期一致，选择200ms。

SP_INT：PID的设定值。注意设定值与反馈值的单位一致。为了避免错误，建议将SP_INT转换为-100.0~100.0%之间无量纲的百分数，输入到FB41时，注意只取百分号之前的数即可，输入设定值38.8即23.5 ℃。

PV_PER：PID过程的反馈值，直接取自反馈量的PIW通道的A/D码。GAIN：比例系数。设定1。TI：积分时间。设定10min。

LMN_PER：PID的调节输出，直接对应调节输出AQW通道。

P_SEL： BOOL：比例选择位：该位ON时，选择P（比例）控制有效；选择有效。I_SEL： BOOL：积分选择位；该位ON时，选择I（积分）控制有效；选择有效。

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D_SEL ： BOOL：微分选择位，该位ON时，选择D（微分）控制有效；一般的控制系统不用。

LMN_HLM：REAL：PID上极限，一般是100%。LMN_LLM：REAL：PID下极限；一般为0%。

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第 15 页 西门子S7-300及硬件设计

4.1 PLC的简介

可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC或PLC。它是20世纪70年代以来，在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在PC技术与产品开发应用方面的发展也很快，除许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产的机床设备已越来越快地采用PC控制系统取代传统的继电器控制系统。国产化的小型PC性能也基本达到国外同类产品的技术指标。4.1.1 PLC的特点

1．可靠性高，抗干扰能力强

为了确保PLC在恶劣的工作环境下能可靠的工作。在设计中强化了PLC 的抗干扰能力，使之能抗诸如点噪声，电源波动，振动，电磁干扰等干扰，能在高温高湿以及空气中存在有各种强腐蚀物质粒子的恶劣环境下可靠地工作。PLC能承受电网电压的变化，可直接由交流市点供电，直接取自电控箱电源，即使在电源瞬间断电的情况下仍可以正常工作[9]。

电源电压： AC220 ±15% 抗振强度： 10Hz~55Hz 0.5mm 3轴方向各2h 抗冲击强度：10g 3轴方向各3次

抗干扰强度：1000Vp-p、脉宽1us、30~100Hz噪声 工作温度：0℃~55℃ 存放温度：-20℃~+70℃ 湿度：

35%~90%（不结雾）

耐压：

AC1500V 1min（各端子与接地端之间）2．编程简单，易于掌握

PLC在基本控制方面采用“梯形图”语言进行编程，这种梯形图是与继电器控制电路图相呼应的，形式简练，直观性强，广大电气工程人员容易接受，还可以采用系统流程

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图和语句表方式编程，三种语言可有条件地相互转化，PLC这是PC优于微机的另一个特点。

3．模块化结构

PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计有机架和电缆将各模块连接起来。系统的功能模块可根据用户的实际需求自行配置，从而实现最家性能价格比。由于配置灵活，使扩展，维护方便。4．安装简便，调试方便

PLC安装简便，只要把现场的I/O设备与PLC相应的I/O端子相连就能完成了全部的接线任务，缩短了安装时间。5．网络通信

PLC提供标准通信接口，可以方便地进行网络通信 6．体积小，重量轻，功耗低。4.1.2 PLC的分类

1．按结构型式分类：整体式和模块式。

（1）整体式PLC是将电源，CPU，I/O不见都集中在一个机箱内。（2）模块式PLC是将PLC各部分分成若干个单独的模块。（3）叠装式PLC是将整体式和模块式结合起来。2．按PLC控制规模分类

（1）小型PC I/O点数在256以下，存储器容量2K步。

（2）中型PC I/O点数在256~2048点之间，存储容量是2K~8K步。（3）大型PC I/O点数在2048点以上，存储容量达8K步以上。

4.2 PLC的基本组成

从广义上说，PLC也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的借口和更直接的适用与控制要求的编程语言。所以PLC与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器，存储器，输入/输出接口，电源等[10]。4.2.1 主机

既PC本机，它就是以CPU（中央处理单元）为核心的一台专用计算机。

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1．CPU CPU在PLC控制系统中的作用类似与人体的神经中枢。是运算与控制中心。用来实现逻辑运算、算术运算，并对全机进行控制。它按照PLC中系统程序所赋予的功能，完成以下任务：

（1）接收并存储从编程器键入的用户程序和数据

（2）用扫描的方法接受现场输入设备的状态或数据，并存入输入状态表或数据积存器中。

（3）诊断电源，PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误等。

（4）在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读出用户的程序，经指令解释后，按指令规定的任务产生相应的信号，去启动有关控制电路，分时、分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换动作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务。（5）根据运算结果，更新有关标志位数据寄存器和输出寄存器的内容，再由输出寄存器的位状态或数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表打印或数据通信等外部功能。（6）PLC的CPU包括三种：单片机、通用微型处理芯片、双极性位片处理芯片。2．存储器

（1）系统程序存储区

用以固化PLC生产厂家编写的系统工作程度，相当于单片机的监控程序或个人计算机的操作系统。在很大程度上它决定该种PLC的性能和质量用户无法更改或调用。（2）用户程序存储区

包括用户程序存储器（程序区）和数据存储区（数据区）两种。前者用于存放用户程序，后者用于存放用户在执行过程中使用的有关状态量或数值量以生成用户数据区。3．输入、输出单元（I/O单元）

I/O单元又称I/O接口电路，PLC程序执行过程中需调用的各种开关量（状态量）数字量或模拟量等各种外部或设定值，都是通过输入电路进入PC。而程序执行结果又是通过输出电路送到现场实现外部控制功能[11]。（1）输入接口电路

各种PC输入电路结构大都相同，其输入方式有三种： 接口输入12V或24V 交流输入100V~200V或200V~240V

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交直流输入 交直流12V或24V（2）输出接口电路

为适应不同的负载需要，各类PLC有三种输出方式： 继电器输出 晶体管输出 晶闸管输出（3）电源单元

PLC对供电电源要求不高，可直接采用普通单相交流电。允许电源电压额定值在+10%~-15%范围内波动。4.2.2 编辑器

编辑器用作用户程序编制、编辑、调试和监视，还可以通过键盘去调用和显示PC的一些内部状态和系统参数。它接口与CPU联系，完成人机对话连接。它可分为简易型和智能型两种。前者只能用于联机编程，后者既可联机又可脱机编程。4.2.3 I/O扩展和其他外围设备

1．I/O扩展机用来扩展输入、输出点数

当用户所需的输入、输出点数超过主机输入、输出点数时，就要加I/O扩展机来扩展。

2．其他外围设备

根据系统控制的需要，PLC还可以通过自身的专用通信接口连接一些其他外围设备。[12]

4.3 PLC的基本工作原理和工作方式

PLC是采用周期性循环扫描，集中输入和集中输出的工作方式。这种工作方式的显著特点：可靠性高、抗干扰能力强，但响应滞后、速度慢，也就是说PLC以降低速度求得高可靠性。PLC处于（停止）工作状态，只进行内部处理和通信服务等内容，一旦进入（运行）状态，就采用周期性循环扫描方式执行用户程序。在正常情况下，一个用户程序扫描周期分为三个阶段组成。1．输入采样阶段

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PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着，进入程序执行阶段，在此阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。所以一般来说，输入信号的宽度要大于一个少秒周期，否则很可能造成信号的丢失。2．程序执行阶段

根据PLC梯形图程序扫描原则，一般来说，PLC按从左到右，从上到下的步骤顺序执行程序。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应的元件的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件的状态会随着程序而变化。3．输出处理阶段

在所有程序指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，最后经过输出端子驱动外部负载。

4.4 硬件介绍

具体硬件配置如下：西门子S7-300 CPU313一块，SM321、SM322的数字量模块各一台，SM331S、M332模拟量模块各一块；德国普罗明特温度传感器——变送器两支，浊度仪、pH仪、余氯仪各一台；高温电动伺服阀一台；精确计量泵四台；循环水泵两台；控制柜（定制）一台。

CPU313最大数字量I/O点128个，最大模拟量I/O点32个，可连接8块模板。内置20KBRAM最大可扩展512KB FLASHEPROM存储卡，64个计数器128个定时器。具有PID控制器。具有MPI通讯协议和自由方式通讯能力。4.4.1 数字量模块

S7-300有多种型号的数字量I/O模块可供选择 1．SM321数字量输入模块

SM321数值量输入模块主要有4种模块可供选择，即直流16点输入、直流32点输入、交流8点输入、交流16点输入模块。另外，还提供了直流16点输入带过程诊断和

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中断的模块、直流8点输入带源输入模板，交流32点输入模板。2．SM322数字量输出模块

SM322数值量输出模块经过电平转换，信号可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机，灯和电动机启动器等。按负载回路使用电源不同分为：直流输出模块、交流输出模块和交支流两用输出模块。按输出开关的种类不同又可分为：晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器触电输出方式。

SM322数字量输出模块有7种型号输出模板可供选择，即16点晶体管输出.、32点晶体管输出、16点晶闸管输出、8点晶闸管输出、8点继电器输出和16点继电器输出模块。选择模块时，因每个模块的端子共地情况不同，应根据模块输出类型和现场输出信号负载回路的供电情况选择。3．SM323数字量I/O模块

此模块有两种类型，一种是8个共地输入端和8个共地端，另一种上一带有16个共地输入端和16个共地输出端，两种模块特性相同。I/O额定负载电压DC24V，输入电压“1”信号电平为11V~30V，“0”信号电平为-3V~+5V。I/O通过光耦合器与背板总线隔离。输出具有短路保护。4.4.2 模拟量模块

1．SM331模拟量输入模块

SM331模拟量输入模块目前有三种规格型号：既8AI×12位模块、8AI×16位模块和2AI×12位模块。其中具有12位的输入模块除通道数不一样外，其工作原理、性能、参数设置等个方面都完全一样。

SM331输入模块主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路恒流源、光电隔离部件、逻辑电路组成。实际应用时可使用STEP7组态工具屏蔽掉不用的模拟量通道。

SM331的每两个听到构成一个通道输入组，可以按通道输入组任意选择测量方法和测量范围。模块上需要接DC24V的负载电压L+，有反接性保护功能；对于变送器或热电偶的输入具有短路保护功能。2．模拟量输出模块

SM322模拟量输出模块目前有三种规格型号：既4AO×12位模块、2AO×12位模块、4AO×16位模块。其中具有12位的输出模块除通道数不一样外，其工作原理、性能、参

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数、设置等各方面都完全一样。

这里4AO×12位模拟量输出模块为代表介绍SM332。SM332，4×12位模拟量输出模块，上有4个通道，每个通道都可以单独编程为电压输出或电流输出，输出精度为12位，模块对CPU背板和负载电压都有光隔离。在输出电压时，可以采用2线回路和4线回路两种方式与负载相连。3．模拟量I/O模块

模拟量输入/输出模块有两种规格：一种是4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为8位：另一种也是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为12位。输入范围为0V~10V或0mA~20mA。

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第 22 页 操作与软件部分

5.1 水循环控制过程

当按下按钮SB0时，系统开始启动，按下SB1水循环自动控制系统启动，首先1号泵得电运转，当1号泵运转时，PLC内部计时器开始计时，当计时8小时后将自动切换到2号泵，当其中某一个泵运转的期间有故障非正常停泵，PLC内部设有监控装置，比如当1号泵非正常停转，PLC回在10秒钟后自动启动2号泵，当2号泵非正常停泵时，其内部指令也会在10秒钟后自动启动1好泵，两台泵互为备用。

总停开关SB2，当想停止运转整个系统时，可以通过此按钮停止所有动作，当按下此键后PLC内部有个切断两台水泵的中间继电器，当其得电时，两台水泵将失去供电而停止运转。

手动加反冲洗部分，当按钮SB3按下后2号泵会开始运转，当下按钮SB5时，可以停止2号泵，当按下按钮SB4后1号泵开始运转，如果想停止运转可按按钮SB6，则1号泵也会停止下来。按下SB8可以进行反冲洗过程，按下SB7结束反冲洗过程。

整个水循环控制过程：水循环主程序开始，启动准备，当无异常发生将进行自动控制，自动控制过程中可以切换到手动部分，由于手动操作直接简单就不在这里阐述了，当自动控制开始后首先启动1号泵，1号泵检测如果没有故障则开始进行计时当计时8小时后1号泵停转，自动切换到2号泵，2号泵也将进行检测如果没有故障也将进行计时，当8小时后自动切回1号泵，如果1号泵发生故障系统将决定是否停泵，如果停泵，经过10秒钟后切换到另一台泵继续工作，如果不需要停泵，系统将跳回启动泵的位置，重新进行检测，当整个水循环过程不需要时可以停止系统，则水循环主程序结束。

根据第二章水循环主程序流程图（2.1），写出控制梯形图程序（自动程序段），见附录。

其中T37为定时器PT为80s，1号泵和2号泵8小时长延时计时器，前8小时计时器由T37和C20组成： 80×360/3600=8h，Q0.2输出到1号泵接触器，M0.2为1号泵自动中继，M2.0为反冲洗中继，M2.2为1号泵手动中继。Q0.3输出到2号泵接触器，M0.3为2号泵自动中继，M2.0为反冲洗中继，M2.3为2号泵手动中继。

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5.2 恒温加热部分控制

当水循环过程开始运转后，可对水温进行调节与控制，当按下按钮SB9后，他通过设置在PLC内部的子程序来完成对温度的监控与显示，当发现水温发生过高或者过低时，可通过按钮SB10，系统将自动进行调节，可设置标准温度，当两个按钮都按下后，系统将很快很稳定的把温度调节在规定范围以内，由于他是不间断监控，所以调节速度会很快，SB10按钮是通过控制PLC内部的一个继电器来控制伺服蒸汽阀的，省略了人为调节过程，也避免了人为造作的超调量过高。其中SB9、SB10必须在水循环系统开始以后才可以进行调节的。

当池水温度过高或者过低时，通过出池口水温的测量，系统将根据设定标准是否报警，此系统的标准温度为23.5度，最低为20度，最高45度，如果超过45度或者低于20度，系统将发出响铃报警。

恒温及加热系统主程序、子程序及中断部分梯形图见附录。

其中I2.3由控制按钮操作，M22.3由按钮操作，开机运行中调用子程序。温度设定值=0.388对应温度值为23.5度，当PIW308≤11520时，其输出转换成温度值为20度，当PIW308≥17920时，其输出转换成温度值为45度，将这些数值编入程序，使伺服控制器定量控制蒸汽流量，使进水管与出水管温差不会过大。

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结 论

本设计通过对水处理工艺流程的研究，做出了水处理系统各环节的PLC控制程序和引入PID温度控制对恒温及加热系统进行调节，而且完成了对各环节控制程序的调试工作。PLC技术的应用使游泳池水处理的全自动可视化控制成为可能，使水处理系统的自动化水平及控制系统的可靠性、智能性和安全性都得到提高，很好地满足了人们对现代化游泳场馆的需要。同时也降低了能耗，减轻了工人的劳动强度，提高了管理效率。本系统采用 S7-300可编程控制器，很好地完成了预定的控制任务，取得了明显的经济效益和社会效益，具有非常好的推广价值和应用前景。

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致 谢

经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里要感谢我的导师李福云老师。李老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是李老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩李老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下自动化专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。最后感谢电信学院和我的母校—辽宁科技大学四年来对我的大力栽培。

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参考文献

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附 录

OB1 游泳池水处理主程序

NETWORK 1 I0.0I0.1I0.4I0.7M0.0M0.0

NETWORK 2 M0.0ENFC100ENOFC101ENENO

NETWORK 3 I1.3M0.2I1.4M0.0M21.4M5.0M5.0M0.3

NETWORK 4 M5.0M5.1Q1.1

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FC100 水循环系统程序 NETWORK 1 M0.1I0.3M1.0I0.4I0.5M0.3M2.0M0.2M0.2M1.6T40I0.6M1.1I0.7I0.1M0.2M2.0M0.3M0.3M1.5T38

NETWORK 2

Q0.2I0.4M0.1T39M0.4M0.4

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NETWORK 3

T38M0.4Q0.2S_ODTSSQM4.0S5T#10STVBIT39RBCD

NETWORK 4

T39T38S_ODTSSQM4.1S5T#1STVBIT39RBCD

NETWORK 5 T38M1.1M1.5M1.5

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NETWORK 6 Q0.3I0.7M0.1T40M0.5M0.5

NETWORK 7 M0.5Q0.2ST40M4.2S_ODTSQS5T#10STVBIT41RBCD

NETWORK 8

T41T40S_ODTSSQM4.3S5T#1STVBIT41RBCD

NET WORK 9 T40M1.0M1.6M1.6

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NETWORK 10

T37M0.1T37S_ODTSSQM4.4S5T#1H20MTVBIT37RBCD

NETWORK 11

C20T37C21S_CDCDQM4.5M0.1SCVC#360C21PVCV_BCDRI0.0

NETWORK 12 T37C20CDC21S_CDQM4.6M0.1SCVC#360C21PVCV_BCDRI0.0

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NETWORK 13 M0.1C20M1.0C21M1.1

NETWORK 14 M0.1I0.1I1.1I0.4M2.2M0.2I0.2I1.2I0.7M2.3M0.3I1.3I1.4I0.4I0.5M2.0M2.0

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NETWORK 15 M0.2Q0.2M2.0M2.2

NETWORK 16 M0.3Q0.3M2.0M2.3FC101水质检测及投药控制系统主程序 NETWORK 1 FC102ENENO

NETWORK 2 M9.0M9.1FC103ENENO

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NETWORK 3 M0.3CMP ≤ IM5.2M0.2MW420IN1

9953IN2CMP ≤ IM5.4MW420IN114377IN2M5.4M5.2M5.5M5.5T44M5.5S_ODTSSQS5T#3STVBIT44RBCDT44M5.6

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第 35 页

NETWORK 4 M5.5Q0.5M8.0

NETWORK 5 M5.6Q0.4M8.1

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FC101 浊度平均值计算初始化

设置采样次数 NETWORK 1 I0.0M0.0PENMOVEENO0INOUTMW400ENMOVEENO256INOUTMW402ENMOVEENO0INOUTMW410ENMOVEENO0INOUTMW414ENMOVEENO0INOUTMW418

FC103 计算浊度采样平均值 NETWORK 1

M0.0ENPIW304INMOVEENOOUTMW412

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NETWORK 2 CMP ≥ IENMW4120IN1IN20INMOVEENOOUTMW410

NETWORK 3 M0.0ENADD_DIENOOUTMD414MD410IN1MD414IN2ADD_DIENENOOUTMW400MW400IN11IN2

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NETWORK 4

CMP ≥ IMW400IN1MW402IN2

I_DIENENOMW402INOUTMD402MOVEENENOMD414INOUTMD418DIV_DIENENOMD408IN1OUTMD418MD402IN2MOVEENENO0INOUTMD414MOVEENENO0INOUTMW400

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OB35 PID温度控制 NETWORK 1 M5.0ENCOM_RESTMAN_ONM0.0M0.0M0.0PVPER_ONP_SELI_SELINT_HOLDI_ITL_OND_SELT#200MS3.880000e+001CYCLESP_INTPV_INPIW306PV_PERMAN1.000000e+000T#10MGAINTITDTM_LAGDEADB_W1.000000e+0020.000000e+000LMN_HLMLMN_LLMPV_FACPV_OFFLMN_FACLMN_OFFI_ITLVALDISVENOLMNLMN_PERQLMN_HLMQLMN_LLMLMN_PLMN_ILMN_DPVERPQW2889.700000e+0013.000000e+000

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第四篇：DCS系统与PLC系统优缺点分析报告

DCS系统与PLC系统优缺点分析报告

工业界对于分布式控制系统(DCS)与可编程逻辑控制器(PLC)两者孰优孰劣的争论已经持续了至少40年。然而，随着技术的发展，争论并未停止。由于两者功能特性越来越接近，价格差异也在缩小，曾经一度很清晰的选择，现在似乎变得越来越模糊。要想理解这两者之间的争论，就一定要明确这两种平台之间的根本性差异。

要想理解这两者之间的争论，就一定要明确这两种平台之间的根本性差异。例如，DCS体系结构源自一种完整的系统方法，其焦点在于基于网络实现分布式控制，协助作业人员监视并操控工厂中的任何一个区域。通过高性能的确定性网络实现一致、同步并且完整的过程数据正是DCS体系结构的核心。

另一方面，PLC体系结构聚焦于灵活快速的本地控制，PLC技术最近的发展为其增加了过程控制能力。当PLC和HMI软件集成在一起时，其最终形态看起来与DCS十分类似，但是这仍旧是一种自建(DIY)的实现方法，意味着工程师必须亲力亲为实现系统的每一个环节。对于控制来说这种方法更加灵活，但是DIY通常意味着在组网和性能上更大的技术风险，其导致的成本增加会在后期慢慢体现。

以前，相对于PLC系统来说，DCS通常更加昂贵，而且与今天面临的状况不同，当年很多工厂对生产速度、产量、废物排放、安全性和遵循法规上的需求并不高。正是因为这样，基于PLC的系统才获得了发展，因为它们能够提供更低的固定资产投资，同时提供的功能也足够用。但是随着时代的变迁，在全球市场范围DCS系统的价格不断降低，制造企业对其需求也随之上升。因此，在投建新自动化项目时，很多控制系统工程师、维护经理和工厂经理开始重新审视DCS和PLC控制系统两者的优劣。

在评价DCS和基于PLC架构的自建分布式控制系统时，有几个要点需要注意。

网络性能

优良的网络性能始于合理的网络设计，而合理的网络设计依赖于对每一个网络节点的通讯行为和用来承载网络信息的协议的详尽了解。主要的过程自动化供应商已经注意到这种需求，他们提供最优的方案，使用户可以为控制系统选择最优的网络设计。而DIY方案的应用工程师可能需要首先完成特定网络拓扑结构的搭建。网络设计和安装完成之后，下一步就是测试网络性能到底如何。对于不同的数据采集量、警报、历史信息、对等网络信息和随时可能发生的备份作业，同样的网络拓扑结构的性能可能具有很大的差异，这需要依靠全面的最优拓扑结构测试才能够得出结论。假设用户已经完成了网络的设计和安装，工厂达到了最大生产能力，一切都按照预期运行，那么此时需要面临的挑战就是如何维持这种平稳的网络作业状态。一种解决方案是在项目之初就安装容错以太网(FTE)，这是一种使用并不昂贵的成品组件实现冗余工业以太网的组网技术，这种技术能够提供高可用性。FTE还能够提供足够的网络诊断，实现对过程控制网络的持续关注，可以作为DCS的一部分。而且，工厂必须在补丁和更新被载入生产系统之前对其进行功能和性能的测评。有经验的网络工程师深知网络上的每一台设备都必须正常工作，才能构成一个健康的网络整体，正所谓一条臭鱼腥了一锅汤。

控制性能

良好的过程控制是建立在可靠和可重复的控制策略上的。过程控制器作为经典DCS体系结构的一部分，在作业方法上比PLC具有更多选择。PLC的运行速度相对来说更快，而过程控制器的强项在于可重复性，这意味着控制策略的运行周期是固定的运行的过快或者过慢都是不能接受的。在每一个运转周期内实现可重复的控制，有助于工厂实现可重复的质量、生产率和作业结果。运行周期并非唯一差别，其他系统服务也将优先解决控制器的配置，例如，如果控制器产生的报警会对控制任务产生影响，那么这些报警就会被屏蔽，当过程扰动渐趋平稳时，再恢复这些警报。为了有效实现这种警报管理机制，必须能够与控制产生警报的时间紧密配合，那些用来收集、存储和报告这些警报的报警子系统和事件子系统也是如此。老话重提，系统的作业方法是DCS的核心。

HMI图形

HMI软件包供应商通常都会吹嘘操作员设计图形界面是如何的容易。但是不管图形界面设计的多么令人印象深刻，它都不能为工厂带来直接的经济效益。设想一下过程控制环境无需建立图形界面，因为它们已经内置了图形界面，这是多么惬意的一件事。但是随着时代的变迁，在全球市场范围内DCS系统的价格不断降低，制造企业对其需求也随之上升。如果系统控制功能和作业环境整合在一起，那么支撑过程工厂运转的90%的功能都可以标准化。一些DCS平台能够提供上百种标准面板、分组显示和状态显示，这不仅对于安全有效的工厂作业非常重要，关键这些功能是现成的。

控制算法

面向对象的功能模块主要用于指定用户功能的属性。通过创建具有完整参数功能的功能模块，用户可以开发并对控制策略实现精准调整，无需重新设计控制功能，所有必需的功能都经过备案可选。应用工程师仅需将模块集成到所需的控制配置中即可，十分容易。无需编程的自动备案控制器配置使DCS体系结构对于工程师的使用和故障排查来说十分高效。让我们以一个常用的过程控制功能PID模块为例。使用DCS全球数据模型，可以通过配置界面获得PID功能模块的全部信息，此界面的各种算法已经通过验证，可以按需选择。HMI中的报警、趋势分析和历史数据功能所需的参数可以在一个站点轻松完成获取和配置，无需再对HMI配置进行更改。

应用软件

在一套自动化系统20~30年的服役期内，考虑用户需要对系统进行扩展、更改或者为系统增加新技术的频次是很重要的。“如果系统控制功能和作业环境整合在一起，那么支撑过程工厂运转的90%的功能都可以标准化。”对于DIY系统来说，要想找到工厂运行所需的所有应用程序，只需要翻翻PLC和HMI供应商的选型手册然后下订单即可，随后就可以获得授权、DVD安装盘、下载内容和其他一系列有用的资料。但是，如果只需要选择一种型号代码就可以立即收到所需的整套系统岂不是更加便利么？一个授权文件可以用于所有支撑过程工厂运行的控件、数据备份、趋势分析对象、业务集成软件和工厂运行中所需要的图形。DCS体系结构能够确保所有的控制应用程序都被正确加载，版本正确且经过兼容性测试。

数据管理

当DIY的DCS系统被拼凑起来后，各种不同的数据模型将会产生多种代表同样信息的数据。当这些个体被组装成一个系统之后，这些不同种类的数据模型必须同步并且受到维护，对于应用工程师和系统管理员来说，完成这项工作是一个不小的负担。而对于DCS体系结构来说，通用的数据模型能覆盖整套系统。因此，一个数据源可以为系统任何位置的任何一个应用程序或者服务提供数据。这个问题的关键并不在于数据库的数量，而在于单一的数据模型，不管数据组件在何处，它都可以被体系下的任何一个组件所使用，而且数据组件无需复制。综合的数据模型并不一定意味着仅使用一个数据库，但是它肯定意味着对于任何数据组件来说都具有同一个去处。

批量自动化

DCS体系结构的综合特性长久以来一直是批量自动化工程的上佳之选。相比于其他类型的自动化，批量要求在相位、单位、配方、公式和其他要素上做到精细的配合。即使经典DCS体系结构在提供完整的解决方案时也面临着不小挑战，因为批量环境中的组件实在过于多样化。正是基于此种原因，很多批量自动化工程都选择将多种解决方案混合成一种解决方案。不管怎样，批量数据模型已经不像从前那样令人心生畏惧了，批量自动化解决方案的各种不同的信息现在使用单一的DCS数据模型就可以采集完成。例如，批量管理和执行所需的所有组件都运行于过程控制器上，或者在要求耐用性的场合这些组件都运行于冗余控制器上。这意味着没必要非得使用一台PC作为批量服务器。因为所有的批量组件都运行于控制器上，批量执行更加快速，循环时间得以缩短，产量提升。而且，对于各种报警、安保和显示功能，操作人员只需要学习一种作业环境即可，误操作的可能性也更低。从工程和维护的观点来看，这种方法的优势在于仅需学习并支持一种工具即可控制工程网版权所有，事半功倍。

开放式连通性

今天的过程工厂很少选择单一品牌的控制器。这就是为什么经典DCS体系结构也能够将第三方设备以同样的数据模型引入的原因。这意味着操作人员能够以一种统一的风格浏览来自于不同厂家的控制器的信息。控制解决方案是否能够将企业解决方案无缝融入控制层也是一个重要的考虑方面。因为信息富集型应用通常都是如需则急需，所以对制造执行系统(MES)、资产管理系统、报表软件、统计过程控制(SPC)、停机跟踪或者其他企业层解决方案进行提前考虑是很重要的。

仿真技术

控制策略在应用到实际的过程之前必须经过彻底的“排查”。由于过程控制关注可重复性，所以能够将控制策略直接运行于仿真环境而无需更改，这一点是十分必要的。过程控制中的计时是很必要的，仿真器必须能够可靠地重现过程执行的计时。“由于过程控制关注可重复性，所以能够将控制策略直接运行于仿真环境而无需更改，这一点是十分必要的。”

基于此种原因，DCS供应商都提供先进的仿真器技术，在工厂整个生命周期内帮助改善性能。有多种仿真选择，从离线的稳态设计仿真、控制核查和操作员培训到在线控制和优化、性能监控和作业计划仿真。

过程历史数据

彻底的过程改进依赖于优良的过程数据，这意味着历史数据的收集必须与工厂自动化系统的功能协调一致，不会妨碍更加紧急的控制要求。但是，如果出于某种原因必须中断历史数据收集，那么之后必须能够恢复历史数据，因为不完整的历史数据是不能接受的。工厂需要一种可靠的解决方案以获取历史数据，并将这些数据用于趋势和质量分析。基于此种目的，大多数现有的DCS平台现在都具有耐用的内置过程历史数据功能，工程师和工厂管理人员可以藉此在单一站点完成对整体作业性能的分析。冗余数据收集机制还能保证在主历史数据收集器失效时迅速切换至辅助历史数据收集器。做出决定。

当然，每一家工厂对自动化和控制都有其独一无二的要求，实际上不管是DCS还是PLC都能满足每一家工厂的需求，落实到具体的应用和作业需求时，必须仔细考虑，然后再决定哪一种技术更适合自己的过程控制。当前对于DCS的需求正在上升，即使对于规模较小的应用也是如此。对上文讨论的内容略加思索，操作人员和工程师就能对DCS和PLC的能力有一个初步的认识，并在两者之间做选择的时候能够更加深入地考量。

第五篇：三菱PLC自动门设计软件分析

三菱PLC自动门设计软件分析 系统的控制要求和系统流程图

1.1 系统的控制要求

检测人体的红外传感器接在X0端口，Y0为高速开门输出端、Y1为低速开门输出端、Y2为高速关门输出端、Y3为低速关门输出端；当检测到有人接近自动门时，此时X0为ON，在电动机的驱使下开始高速开门，当自动门碰到X1限位开关时，就会转为低速开门；当自动门碰到X2限位开关时，电动机便停止转动，此时开始计时，如果在2秒内没有人再接近自动门，则开始高速关门；当自动门碰到X3限位开关时，电动机驱使转为低速关门；当自动门碰到X4限位开关时，此时电动机就会停止转动；在电动机整个关门的过程中，如果有人此时接近自动门，则停止关门状态，计时0.5秒后自动门自动切换到高速开门。1.2 系统总流程图

本课题所设计的自动门控制系统的整体运行流程图如图9所示：

开始感应器检测否门口是否有人是快速开门慢速开门开到最后开始计时是检测是否有人否快速关门是检测是否有人否慢速关门是检测是否有人否门关闭结束运行

图9系统流程图

2系统的软件设计及编程

2.1 GX-Developer 编程软件相关介绍

为了实现自动门控制系统的功能，根据上述内容，我们要利用指令表语言程序进行程序设计，在这里我们需要借助一款语言编程软件——GX-Developer 7.0编程软件。GX-Developer 7.0是一款比较通用的由日本三菱公司开发的编程软件，它能够对很多内容进行编程，不仅包括FX系列PLC梯形图、指令表、SFC，还包括Q系列、QnA系列、A系列（包括运动控制CPU）、等他可以将我们需要编辑的程序转变成两种格式的文档，即GPPQ、GPPA格式，如果我们选用的是FX系列时，它还能将我们需要编辑的程序转变成更多格式的文档，包括FXGP（DOS）、FXGP（WIN）格式，这样便能更好的帮助我们将上述格式的文件与FX-GP/WIN-C软件的文件进行互换。该编程软件还能够对其他软件中的一些用来说明的文字和数字等信息通过计算机的基本操作进行编辑，比如将Excel、Word等软件里面的一些内容，通过复制、粘贴等简单操作将这些内容导入到我们编辑的程序中，使这款软件软件的使用以及对程序的编辑更加方便和简单。

此次系统程序的编写就是运用了指令进行的设计。如图10所示：

图10 GX-Developer7.0编程窗口

在利用GX-Developer 7.0编程软件进行梯形图的编写时，有一些编程规则必须需要我们去遵守：

（1）对于每个元件的触点在使用的时候不需要考虑数量，因为在数量上没有任何限制，但是相互要注意的是，我们使用的每个触点和它对应的继电器的线圈必须使用同一编号，否则会影响功能的实现。

（2）在编辑梯形图时，每一行应该都是从最左边开始，而线圈应该是接在最右端的，并且在线圈的最右端是不允许再有触点的。

（3）在一个程序中，如果同一编号的线圈被两次使用了，我们称为双线圈输出，这是非常不好的，因为当我们不注意时，非常容易引起一些错误操作，所以应该避免这种情况的发生。

（4）在梯形图中，其实是不会像现实的电路一样存在正常的电流流动的，但是我们要研究PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，所以一般会假定在梯形图中存在这种“真实的电流”的流动，不过这个所谓“真实的电流”在梯形图中只能进行单方向的流动——即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。

（5）最后一点，不管我们选择哪一种型号的PLC，我们所使用的软件编号（即地址）一定是要在这种型号PLC的有效范围之内的。2.2 本系统控制顺序功能图

根据本课题所设计的自动门控制系统的要求，其顺序功能图如图11所示：

图11顺序功能图

2.3 本系统的程序设计

根据顺序功能图，就用GX-Developer可以编写出相对应的SFC指令表，完成程序。具体SFC指令表见附录。3 程序调试与实现

利用上述SFC指令表，在GX-Developer界面点击梯形图逻辑启动，就会进行PLC写入，完成后便可进行程序的调试。

（1）强制开启X0，则输出为Y0，即当有人走近自动门时，传感器X0接收信号，此时PLC会控制门快速打开。调试过程如图12：

图12 自动门高速开门

（2）强制开启X1，则输出为Y1，也即当自动门碰到限位开关X1时，电动机转为低速运转，自动门慢速开门。调试过程如图13：

图13 自动门慢速开门

（3）强制开启T0，输出为Y2，也即当自动门开到最后时，碰到限位开关X2，计时2秒，若无人接近，自动门启动高速关门。调试过程如图14：

图14 自动门高速关门

（4）当自动门在限位开关X1和X3之间关门的过程中，若X0检测到有人接近，则自动门停止关门，延时0.5秒后高速开门；若X0未检测到有人接近，则到X3时，输出Y3，也即开启慢速关门。调试过程如图15：

图15 自动门慢速关门

（5）当自动门到限位开关X3时，若无人靠近，则自动门关闭，结束运行。调试过程如图16：

图16 自动门关闭 4总结与展望

综全文所述，对基于PLC的自动门控制系统进行控制，可以实现各种环境下不停的、持续的开关门动作，大大的节约了时间、能源，减少成本和效率。自动门设计前我阅读了大量的资料http://www.xiexiebang.com，咨询了相关专业课的老师，不但了解了自动门控制系统的发展史、应用现状以及未来前景，还学习了三菱PLC等相关知识，巩固了我的专业知识，使我在以后的工作中能够更加熟练运用。

在未来的发展中，自动门技术将实现更智能的控制方式，更低的人力及更高的安全性，降低产品的生产成本。

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SFC指令表： LD

X002 PLS

M1 LD

M8002 SET

S0 STL

S0 AND X0 SET

S20 STL

S20 OUT

Y0 LD

X1 SET

S21 STL

S21 OUT

Y1 LD

M1 SET

S22 STL

S22 OUT TO K20 LD

T0 ANI

X0 SET

S23 STL

S23 OUT

Y2 LD

X3 SET

S24 LD

X0 AND

X1 SET

S20 LD

X0 ANI

X1 SET

S24 STL

S24 OUT

Y3 LD

X3 SET

S0 LD

X0 SET

S20 RET END

致谢

即将毕业，大学四年的生活和学习中，也得到了同学和老师的协助和鼓舞，在此也向他们致以诚挚的谢意。写论文期间多谢同学们的相互提醒和相互帮助，才让我们的论文写的相当顺利，给老师也减少了负担。同学们无私的帮助和奉献让我体会到大家庭的温情和温馨。在这写论文的几个月里，同学们收获了更多的感情、欢笑和烦恼，我们都一一接受，从前的时候我们也许没有抓住大家在一起的时光，但是在这些日子里，我们比任何人都懂得珍惜，懂得留恋，感谢同学们一路风雨的陪伴。

在此期间也同样感谢我们的论文指导老师，他对待我们公正无私的态度，以及对待我们每一个人论文的严格要求，都让我们没有丝毫的松懈和偷懒。他负责任的态度令我惊叹，常常晚上很晚也会回答我们的问题，每个同学对论文方面的要求他都一一答应，从来不说NO。我在这里要特别感谢老师给我的指导，在我一筹莫展的时候给我找到思路；在我论文犯错的时候没有批评我反而细心的讲解我的缺点和不足，让我接下来会觉得我相信自己可以做得好，而且我也会认真的去做好，因为有你们，我的大学生活才完美。