印刷电路板厂废水处理系统 - 图文

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摘要

本设计中印刷电路板废水处理系统主要分为四部分，从处理原理上可得到，重金属废水、含氟废水、酸碱废水处理过程需进行pH值控制，络合物废水处理量虽小，但处理过程比较关键，既需要控制pH值，又需要硫-银离子选择电极来控制硫含量。由于重金属处理量大，所以在对其的主要产物--沉淀进行控制时，还要用到浊度计，对沉降槽的浊度进行实时监测，控制其排放。另外处理过程中有大量的储槽和处理槽需进行液位控制。这里选用可编程控制器(PLC)在处理工艺中作为核心控制器件，它具有可靠性高，编程方便，易于使用，环境要求低等优点。本处理过程中涉及较多的开关量输入输出点，模拟量输入输出点，故选用输入输出配置灵活的模块式结构PLC以提高系统的可靠性与处理效率。

从印刷电路板废水处理工艺流程图看出，本套控制系统中涉及开关量输入有24点，模拟量输入有8点，开关量输出有39点，模拟量输出有10点。

关键词：pH计，硫银电极，浊度计，PLC，模块，开关量，模拟量

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Abstract

The printed circuit board waste water processing system mainly

divides into four parts in the design, is worthy of looking from the processing principle , the heavy metal waste water, the fluorine waste water, the acid and alkali waste water treating processes must carry on the pH value control, the complex compound waste water process load although slightly, but the treating processes quite are essential, both needs to control the pH value, and needs the sulfur - silver ion choice electrode to control the sulfur’ content. Because the heavy metal process load is big, therefore when to its mainly produces -- the precipitation carries on the control, but also must use the turbid-meter, to subsidence tanks the turbidity carries on the real-time monitor, controls it to discharge. Moreover in the treating processes has the massive storage tanks and the processing trough must carry on the fluid position control. Here selects the programmable controller (PLC) in the processing craft to take the core control component, it has the reliability high, programming convenient, is easy to use, the environment requests and so on the merit lowly. In this treating processes involves more switches quantity input output spot, the simulation quantity input output spot, therefore selects input output disposition nimble module type structure PLC to enhance the system the reliability and the processing efficiency.

Sees from the printed circuit board waste water processing flow chart, in this set of control system involves switch quantity input has 24 points, the simulation quantity input has 8 points, switch quantity output has 39 points, the simulation quantity output has 10 point.

Keyword: pH-meter, sulfur silver electrode, turbid-meter, PLC, module,

switch quantity, simulation quantity

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目录

摘要 ……………………………………………………………………1 Abstract ????????????????????????2 第一章 绪论 ………???????????????????5 1.1 设计背景概述…………………………………………………5 1.2 基本控制原理???????????????????6 1.2.1 pH 值控制原理?????????????????6 1.2.2 pS 值控制原理?????????????????7 1.2.3 液位控制原理 ?????????????????8 1.3 废水处理流程和自控技术 ?????????????9 1.3.1 酸碱供给系统?????????????????9 1.3.2 重金属废水处理系统??????????????9 1.3.3 酸碱废水、废液处理系统????????????10 1.3.4 含氟废水处理系统???????????????10 1.3.5 络合物废水处理系统??????????????11 1.3.6 再中和处理和保护措施?????????????11 1.3.7 污泥脱水系统?????????????????12 第二章 设计方案 ……………………………………………………13 2.1 PLC 简介………………………………………………………13 2.2 方案选择及确定 ……………………………………………14 2.2.1 设计方案…………………………………………………14 2.2.2 方案的确定………………………………………………17 第三章 硬件系统设计 ………………………………………………19 3.1 TSX-37系列PLC 简介 ………………………………………19 3.1.1 CPU 单元…………………………………………………19 3.1.2 主机架和扩展机架………………………………………20 3.1.3 开关量输入/输出 ………………………………………21 3.1.4 模拟量输入/输出 ………………………………………22 3.1.5 内存结构…………………………………………………23 3.1.6 地址分配…………………………………………………26 3.1.7 其它功能和模块…………………………………………27 3.2 低压电器简介…………………………………………………28 3.2.1 常用低压电器的基础知识………………………………28

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3.2.2 低压电器的触点系统 …………………………………30 3.2.3 低压电器的灭弧系统 …………………………………30 3.2.4 低压电器的主要技术参数 ……………………………31 3.3 电气控制系统的设计 ………………………………………33 3.3.1 控制器外围电路设计 …………………………………33 3.3.2 主电路的设计 …………………………………………37 第四章 软件系统设计 ……………………………………………46 4.1 程序流程图 …………………………………………………46 4.1.1 废水处理自动控制系统的控制流程 …………………46 4.1.2 程序流程图的设计 ……………………………………46 4.2 PL7 Micro 编程软件简介 …………………………………52 第五章 组态软件监控系统 ………………………………………54 5.1 组态软件的介绍 ……………………………………………54 5.1.1 概述 ……………………………………………………54 5.1.2 ForceControl 简介 ……………………………………58 5.2 组态软件监控系统的设计 …………………………………60 参考文献 ………………………………………………………………63 英文资料及翻译 ………………………………………………………64 总结和致谢 ……………………………………………………………76 附录 ……………………………………………………………………78

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第一章 绪论

1.1 设计背景概述

印刷电路板废水处理过程的自动控制部分是保证废水处理可靠性与提高处理效率的关键。以往多采用手动技术，工人的劳动强度大，操作复杂，处理后水质达标率低。

本设计的印刷电路板废水处理系统主要分为四部分，即重金属废水、酸碱废水、含氟废水和络合物废水。从处理原理上可看出重金属废水，含氟废水，酸碱废水处理过程需进行pH值控制，络合物废水处理量虽小，但处理过程比较关键，既需要控制pH值，又需要硫-银粒子选择电极来控制硫含量。由于重金属处理量大，所以在对其的主要产物--沉淀进行控制时，还要用到浊度计，对沉降槽的浊度进行实时监测，控制其排放。另外处理过程中有大量的储槽和处理槽需进行液位控制。这里选用可编程控制器(PLC)在处理工艺中作为核心控制器件，它具有可靠性高，编程方便，易于使用，环境要求低等优点。本处理过程中涉及较多的开关量输入输出点，模拟量输入输出点，故选用输入输出配置灵活的模块式结构PLC以提高系统的可靠性与处理效率。对于PLC将在下一章详细讲述。

从印刷电路板废水处理工艺流程图看出，本套控制系统中涉及开关量输入有24点，模拟量输入有8点，开关量输出有39点，模拟量输出有10点。本设计的主要思想是通过pH计、硫银电极、浊度计以及液位开关等传感器将测量得到的数据或信号送入可编程控制器，由可编程控制器将其与设定植进行比较，输出控制信号来控制电机的启停、阀门的开启关闭和开大关小。PLC与外围器件连接好之后，就可以通过编程实现对PLC的控制，无须人再手动进行操作，甚至不需要时常到现场进行检测，直接通过上位机进行远程监控。

各单元模块的基本配置如以下结构框图所示：

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按钮和各槽液位限值pH计pS计pT计电源CPU模块开关量输入开关量输出模拟量输入模块模块模块模拟量输出模块电磁阀 搅拌电机和泵电机等电动调节阀

1.2 基本控制原理

1.2.1 pH值控制原理

pH电极（玻璃电极）与参比电极（甘汞电极）和待测溶液组成工作电池，通过测量该工作电池的电动势来获得待测液的pH值年，在一定条件下可以认为它们有如下关系：

E=E0??pH （1）

式（1）中?=2.303RT/nF,其中R为气体常数，T为待测液的绝对温度，n为参加反应的电子数，F为法拉第常数，?被称为电极斜率，反映pH电极本身将被测离子活度转化为所响应的电位的能力。

由式（1）可知，把pH电极放到不同pH的溶液中，其组成电池的电动势是不同的，如把pH电极分别放pH值为pH1，pH2的标准溶液中，则可得相应的电动势分别为：

E1=E0??pH1 （2） E2=E0??pH2 （3） 由式（2），（3）可得：

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E1?E2?=

pH1?pH2由式（1），式（2）可得：

EpH=pH1+1??E??b?E? (4)

其中b=pH1+E1/?

这样确定了与pH值有关的两个a和b后，就能确定待测液pH值与相应电动势的对应关系，也就能够得到待测液pH值。

在控制过程中利用以上特征的传感器（pH探头）将溶液中pH值变化及时和准确地转换为电势信号，此电势信号经pH值测量变送器放大、线性转化为4--20mADC标准电流有现场远传至控制室内的可编程控制器PLC的模拟量输入单元，完成pH值的高低限值报警，而且将实测的pH值与生产工艺要求的设定值比较，输出开关量给现场的电磁阀，改变阀门的开关，即调节酸碱是否供给，实现闭环负反馈调节，保证pH值满足生产工艺要求。实现处理过程的控制原理框图如下。这里的pH值控制利用的是负反馈原理，选用浸入式发送器，探头不应该放在混合区域中，应放在出流中。

干扰pH给定值比较可编程控制调节器输出+器 + -调节作用执行器被控对象pH值测量值测量变送器

1.2.2 pS值控制原理

我们在络合物废水处理过程中应用pH、pS同时进行控制，首先控制pH值在9-10之间以保证溶液呈碱性。一部分铜以沉淀形式析出，溶液中铜在此pH值下用硫化钠处理生成硫化铜，过量的硫用硫酸亚铁处理生成

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硫化亚铁，用硫-银选择性电极控制加入硫化钠的量，保证残铜量低于排放标准，同时控制加入硫酸亚铁的量。

常用的测定硫的电极为硫-银离子电极，采用Ag2S固态膜，双液接参比电极。

Ag2S?2Ag?+S2?

E?E0?KspRTLn2Fa2?a2?sAg

其中Ksp为硫化银浓度积常数； a表示S2?和Ag?的活度；

E0为硫－银电极的标准电极电位，此项可通过对多个标准含硫

溶液的测定来确定；

R,F均为常数。

由于硫化氢是弱酸，因此硫化物投加到水溶液中容易分解，总硫浓度会包括H2S﹑HS?﹑ S2?含量。此净化过程中pH值在９－１０之间基本可以认为只含S2?。

控制原理与pH值控制相同。

1.2.3 液位控制原理

溶液具有酸碱性，所以各储槽的液位的检测采用法兰式电动差压变送器。

测量原理:

L??P??g

iI0?K1??P L?K?I0

其中?i为介质密度，g为重力加速度，Kl为电动差压变送器放大系数，K为比例系数。

将实测液位大小线性转化成标准电流，由现场远传至控制室内的PLC模拟量输入单元，不但显示液位大小而且将实测液位值与生产要求的设定值比较，调节阀门的开度，保证生产工艺操作的稳定性。

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1.3 废水处理流程和自控技术

我们所采取的印刷电路板废水处理方法为分质化学沉淀处理法，将废水分成四个系统：含重金属废水、酸碱废水、含氟废水、络合物废水。以下对四个系统处理分别进行阐述。

1.3.1 酸碱供给系统

印刷电路板废水处理的四个系统均需要通过投加酸碱来控制pH值，酸用10%盐酸，碱选用20%氢氧化钠，系统中酸碱分别在碱贮槽（C201）和酸贮槽（C202）中配置，酸碱贮槽容量1.5M3，一天配一次，配液过程采用手动操作。盐酸配制过程为：将浓度为35%的工业浓盐酸80公斤小心地倒入贮槽内，开启贮槽进水阀门，进水至指定液位位置后关闭进水阀门，盖上顶盖，手动搅拌10分钟，确保溶液混合均匀。氢氧化钠溶液的配制过程与盐酸配制过程基本相同，在 C201贮槽中需要投加氢氧化钠200公斤。

配制好的酸碱溶液由泵B201和B202打入酸碱高位槽（C205、C206、 C207、C208、C209、C210），再由各反应槽酸碱投料阀门的开关控制酸碱的投加，当酸碱高位槽液位显示低于20cm时开启阀F21、F22、F23、F24、F25、F26，高于80cm时则关闭各阀。酸碱储槽及高位槽、酸碱投料阀及管路为塑料材质（PVC），酸碱高位槽容积0.3M3。

此外硫酸亚铁及絮凝剂的配制方法与盐酸基本相同。

1.3.2 重金属废水处理系统

含重金属废水处理部分包括：重金属pH调节槽（C101），酸碱高位槽（C209、C210）,絮凝剂槽（C205），斜板沉降槽（C301）等主要设备。处理流程：含重金属废水首先在C101中通过C205,C206酸碱的加入调节pH值，酸碱的加入量由1#pH计控制调节阀F1或F2的开关来实现。重金属废水在此充分混合生成氢氧化钠沉淀，C205中絮凝剂由计量泵输入槽C101出口管路，充分混合后，进入C301进行固液分离，C301中液位通过出流流量（F32的开度）的控制保持稳定，在此还设计了自动吸泥功能，通过监测泥斗中污泥的浊度控制 F31的开关，经C301处理的废水去最后的中和槽，污泥可以回收利用。上层清液经过滤柱Z303过滤除去细小的

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悬浮物，进入最后中和槽。

处理过程中采用连续投药处理方式，处理流量6.2M3/H,为四种废水中处理量最大的。调节槽大小为1300?1000?1000mm，钢筋混凝土结构，内壁涂环氧树脂保护层，采用上进水、下出水的方法，以减少短路现象。螺旋桨搅拌器机械混合，搅拌器转速1500r/min，功率1.1kw。停留时间5min。由于重金属废水处理量大，废水经pH调节后溶液中固态悬浮物含量较高，沉淀处理选择效率高的斜板沉降槽，废水在斜槽中停留时间30min.

1.3.3 酸碱废水、废液处理系统

处理量3.2M3/H,酸碱废水、废液的处理与其它处理系统不同的是需要一均质池C103，可使部分酸碱尤其是废液首先在均质池中发生中和反应，避免强酸强碱情况的出现，减少酸碱的投加量。停留时间为5min，均质槽大小为1000?800?800mm，选用PVC塑料或钢筋混凝土结构，内壁涂环氧树脂保护层，槽内装有搅拌器选用钢材橡胶。液位控制通过控制F7开度实现。经均质后废液由泵打入最后中和槽中。

1.3.4 含氟废水处理系统

含氟废水自动处理系统应用较少，仅在彩电显象管制造厂有少量，但氟化物废水的处理又是相当重要的，其难点在于处理氟化物的重要药剂石灰石投加量难控制，石灰结在管道壁上堵塞管道，这里利用一些改进方法来满足自动控制的需要。

含氟废水处理部分包括：氟化物处理槽（C102），氢氧化钙制浆槽（C208），絮凝剂槽（C203）等主要设备。处理流程：从含氟废水管送来的废水在C102中投加石灰浆料进行处理，石灰浆料由制浆罐重力溢流投加，投加量根据 C102中pH值自动控制，当pH值大于9.0时开F15，当pH值小于8.0时开F16，pH值介于8.0—9.0时F15、F16均关闭。絮凝剂由C203供给。废水处理量1.5M3/h.

1．石灰乳制备系统

石灰乳的制备是自动加药过程能否稳定运行的因素之一。石灰是一种不可溶药剂，250C时其饱和溶液pH值约为12.53,这样的溶液用来中和强酸性溶液显然太弱，所以石灰的加入方式通常为干料或者浆，直接投

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加干料不容易浸湿，在加入后往往会在液面上停留几秒钟，这样会增加控制回路的时滞。在本系统中处理量较小，采用浆料投加比较容易控制。采用这种方法需要制浆系统，它包括进水、恒速石灰送料器、治浆罐、泵，送料器把石灰送入治浆罐中，加入成比例的水，在机械搅拌下混合均匀，为了保证石灰乳浓度的相对恒定采用泵循环搅拌。管道阀门的设计考虑到石灰可能发生的堵塞，管道横平竖直，阀门顶部安装，管道中石灰乳流速中等。

2．反应系统

反应在C102中进行，石灰与氟的反应进行较慢，需要一定的反应时间，停留时间选30min，反应槽尺寸为1200×1100×1400mm，为使反应液充分混合，采用机械搅拌（由于石灰乳中的钙离子会合空气中的二氧化碳反应称碳酸钙堵塞曝气管，一般不采用空气压缩搅拌）。药剂的投加由于石灰乳中的颗粒使小流量的电磁阀堵塞，采用大流量电磁阀脉冲加药。絮凝剂投加由计量泵连续加入。反应过程中pH值控制在8.0—9.0之间，一般氟化物废水为酸性，控制投加石灰乳的量。为防止石灰乳投加过量和一些未溶解石灰颗粒缓慢溶解造成pH值超出规定范围以及一些特殊情况，系统中设有酸投料管路和阀门.

1.3.5 络合物废水处理系统

络合物废水处理系统在几个子系统中最为复杂，也直接关系到废水 处理的效果。处理流程为：络合物废水在络合物废水处理调节槽中C104进行解络，络合物废水首先进行酸化，控制酸的加入量，使pH值在1±0.5。解络后，由泵打入C104中，首先投加氢氧化钙，调节pH值介于9-10之间，用银-硫电极检测硫含量，游离硫含量大于1mg/L时关闭F10，打开F11投加硫酸亚铁，控制硫含量小于1mg/L。

络合物处理槽停留时间30min，大小1500?1400?1250mm，材料为塑料（PVC）。

1.3.6 再中和处理和保护措施

在废水处理过程中总会出现一些不正常的情况，如空压机或泵不能正常运转，搅拌机叶轮脱落，控制失灵等等，即使失控的时间很短，也会对环境造成大的危害，如果出流直接排放到河流中，印刷电路板废水

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中的重金属会直接造成鱼类死亡，其它水生动植物也会受到不同程度的危害。因此必要的保护措施是需要。首先需要设置一个能存放因事故造成不符合排放标准废水的容器，容器的大小由能恢复控制或修复电极以及排除其它故障时间决定。如果不能修复应该依次关闭与出流系统大的过程装置。本系统包括C303，C304在出流pH值超过上下限时会报警，并关闭排放阀，同时启动再循环泵B303使废水返回再处理。

1.3.7 污泥脱水系统

含氟废水、络合物废水经C102、C104、C105处理后，生成的固体沉淀物需要进行固液分离，目前常用的分离设备为沉淀池。我们在此选用效率更高，处理效果更好的气浮装置C302，通过气浮溶气系统产生细微的气泡（20—50微米），这些气泡黏附沉淀颗粒上浮，在气浮装置上部分离。根据处理量的大小，约在5M3/H,选用气浮池长1.95米，出水平台宽0.8米，气浮分离池宽0.9米，池高1.7米。液位通过F33的开度控制。

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第二章 设计方案

2.1 PLC简介

20世纪20年代起，人们把各种继电器，定时器，接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种机械设备，这是传统的继电器控制系统。由于它结构简单，容易掌握，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面很广，在工业控制领域中一直占有主导地位。

随着工业的发展，设备和生产过程越来越复杂。复杂的系统可能使用成百上千个各式各样的继电器，并用成千上万根导线以复杂的方式连接起来，执行相应复杂的控制任务。作为单台装置，继电器本身是比较可靠的。但是，对于复杂的控制系统，继电器控制系统存在两个缺点： 一是可靠性差，排除故障困难。继电器控制系统是接触控制，长期使用后机械性触点易损坏。如果某一个继电器损坏，甚至某一个继电器中的某一对触点接触不良，都会影响整个系统的正常工作。查找和排除故障往往是非常困难的，有时可能会花费大量的时间。

二是灵活性差，总体成本较高。继电器本身并不贵，但是控制柜内部的安装，接线工作量极大，因此整个控制柜的价格是相当高的。如果工艺要求发生变化，控制柜内的元件和接线也需要作相应的变动。但是，这种改造的工期长，费用高，以致于有的用户宁愿放弃旧的控制柜的改造，另外再制作一台新的控制柜。

为了改变这一状况，美国通用汽车公司在1968年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了10项招标指标，即： (1) 编程方便，现场可修改程序； (2) 维修方便，采用模块化结构； (3) 可靠性高于继电器控制装置； (4) 体积小于继电器控制装置； (5) 数据可直接送入管理计算机； (6) 成本可与继电器控制装置竞争； (7) 输入可为市电；

(8) 输出为市电，输出电流在2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；

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(9) 在扩展时，原系统只需少量的变更； (10) 用户程序存储器容量至少能扩展到4KB.

将这些优点集于一身的，就是我们现在所说的可编程控制器（PLC),这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快在工业领域得到了推广应用。

可编程控制器(PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它使用了一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序，执行诸如逻辑，顺序，计时，计数和演算等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出模块，以控制各种机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

可编程控制器按其结构形式可分为：

(1)整体式PLC：这种结构的PLC将电源，CPU,输入/输出部件等集中配 置在一起，装在一个箱体内，通常称为主机。整体式结构具有结构紧凑，体积小，重量轻，价格较低等特点，但主机的I/O点数固定，使用上不太灵活。小型的PLC通常使用这种结构，适用于比较简单的控制场合。

(2)模块式PLC：也称为积木式结构，即把PLC的各个组成部分以模块 的形式分开，如电源模块，CPU模块，输入模块，输出模块等，把这些模块插在底板上,组装在一个机架内。这种结构的PLC配置灵活，装配方便，便于扩展，但结构较复杂，价格较高。大型的PLC 通常采用这种结构，适用于比较复杂的控制场合。

(3)叠装式PLC：这是一种新的结构形式，它吸收了整体式和模块式PLC 的优点，如三菱公司的FX2系列PLC,它的基本单元，扩展单元和扩展模块等高等宽，但是长度不同。它们不用基板，仅用扁平电缆，紧密拼装后组成一个整齐的长方体，输入，输出点数的配置也相当灵活。

2.2 方案选择及确定

2.2.1 设计方案

近几十年来，工控机、单片机和PLC三者在技术上都有了长足的发展，在微电子技术发展的背景下，它们之间也有许多相同之处。例如，从硬件的角度来看，它们都是由微电子元件，微处理器，大容量半导体存储器和I/O模件等组成。在软件编程方面，也有很多相同点。因此，这三类

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自动化控制装置在技术，功能和应用领域上不断地相互渗透，在很多场合下可以相互补充或替代。但是，由于工控机、单片机和PLC三者的技术起源不同，技术发展的侧重点和主要应用背景上也有差异，它们又保持着各自的特点和优势，适合的应用场合也不完全一样。三者的特点比较如下。

1. 单片机

所谓单片机系统就是采用单片机CPU及其它外围芯片，根据不同系统设计电路板，最终设计成一台简易的计算机系统，并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。单片机是由工业自动化仪表控制系统发展而来，目前形成了以工业控制计算机为中心的集散系统。所以，单片机在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。

由于单片机的所有器件均不是工业级的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力很弱，可能引起单片机系统的不稳定。一旦单片机系统出现故障，很难诊断出故障元件，操作人员必须翻阅说明书方能发现故障所在，按说明书指示排除故障，这样排除故障的时间相对较长。最简单的方法是更换整个系统，这样维修成本增加了。总之，这样的人机对话不够友善。

由于单片机的线路是根据一定的功能要求特别设计的，所以要增加一个功能就要重新设计线路，而且对应的程序都要重新设计。一般单片机系统的操作均采用自设计的键盘，设定数据用拨码开关，显示用LED，整个面板显得繁锁，而且为了减少操作键，设计时往往一键多用，操作人员很难脱开说明书操作。

单片机系统在80年代国内很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了仪表上仍然采用外，在工业现场的应用已逐步被PLC所代替。

特点：价格便宜，可靠性较差，操作较复杂。

2．工控机

所谓工控机系统就是采用工业控制计算机系统，在此基础上设计程序以达到所设计的功能。工控机由普通计算机发展起来，是为了满足快速大量数据处理要求的设备。在硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强；在软件开发方面，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持。因此，IPC在要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业

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对象的控制方面占有优势。

但是，对于工控机来说，作为计算机心脏的CPU和兼容机一样是非工业级的，其余的如硬盘、内存、显示器等主要元件都是非工业级的，唯一区别的是机箱经过了加固处理，这种形式由于本身可靠性及其它的限制，目前除了在工厂中作为监控机以外，在工业现场已很少采用。 由于工控机的主要器件均不是工业级的，相对单片机系统，抗干扰性特别是抗电源干扰能力虽然有一定提高，但变频调速对电源的干扰很大，因此也可能引起系统的不稳定。一旦工控机系统出现故障，很难诊断出故障元件，这样维修周期增加，而且非专业人员不能维修，如果故障由于程序设计不合理引起，如果缺乏合适的调试工具，要找出故障原因也很困难。系统若要增加一个功能就要重新设计对应的程序，而工控机的编程相对比较复杂，这样对于现场操作人员的要求就比较高，虽然操作的界面较为友善，但对于不熟悉计算机系统的人来说，仍然不够简便易学。

特点：价格居中，可靠性有所改善，操作复杂。

3．可编程控制器（PLC）

所谓PLC系统就是采用可编程控制器作为核心控制部件，根据要求选用不同的模块，在此基础上设计程序以达到所设计的功能。这种形式目前在工业现场应用最为广泛。

PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，初期的设计目标主要是用于替代传统的继电器控制系统，主要用于开关量控制、顺序控制为主的控制场合。近几年，PLC在技术和功能上都发生了飞跃，模拟量处理、数值运算、闭环调节等功能大大增强，运算速度提高，CPU的能力赶上了工业控制计算机，通信联网能力越来越强大，因而也可以构成为一个分布式控制系统。

由于PLC是专门为工业环境设计的控制装置，和其他的自动化控制装置相比，具有可靠性高、抗干扰能力强、易于编程、便于安装和维修等突出优点，一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工业环境中使用，更加适合工业现场的要求。因此近几十年来，PLC在工业生产自动化、传统产业技术改造等方面得到了广泛的应用。

PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器，其余各元件也是直接向生产厂家购买的，经过严格挑选的工业级元件，另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下

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仍能正常工作。

PLC系统若要增加一个功能，只要增加相应的模块和修正对应的程序，而PLC的编程相对比较简单，这样就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握。PLC本身有很强的自诊断功能，一旦系统发生故障，根据自诊断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维修，如果故障由于程序设计不合理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故障也较为简单。

特点：价格与前二种控制器相比略贵，可靠性好，操作简单。

2.2.2 方案的确定

由与本次设计的系统要在现场使用，而在废水处理系统中的处理对象都是酸性和碱性液体，环境比较恶劣，因此选择可编程控制器(PLC)作为核心控制部件。具体选用Modicon TSX Micro 型PLC，下面简单介绍一下。

Micro 型PLC是高性能PLC，具有坚固性、紧凑性及可扩展性等特点，其开关量I/O最大可至256点，同时具备模拟量I/O、高速计数、以及网络通讯等扩展模板，最大限度地满足对工业控制的各种需求。 技术说明：

CPU单元，根据不同应用需求分为5种型号： TSX37-05：集成28I/O点，最大可扩展至92点 TSX37-08：集成56I/O点，最大可扩展至120点 TSX37-10：5种I/O集成方式，最大可扩展至192点

TSX37-21：具有内存扩展和通讯扩展端口，最大可扩展至256点 TSX37-22，集成经济型高速计数和模拟量I/O，其它与TSX37-21相同 开关量I/O模板，包括：

输入模板：8点、12点、32点，AC/DC型 输出模板：4点、8点、32点，晶体管/继电器型 混合型模板：(输入+输出)16点、28点、64点 模拟量I/O模板，包括：

输入模板：8通道(电压/电流型)，4通道(多输入型) 输出模板：4通道(电压型)，2通道(电压/电流型) 混合型模板：4通道输入+2通道输出(电压/电流型) 高速计数模板，包括：

单通道/双通道40KHZ,及双通道500KHz

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通讯模板，包括：

RS232/RS485/电流环型多协议串行通讯模板 Modbus Plus通讯模板 FIPWAY/FIPIO通讯模板 AS-I通讯模板

Ethernet/Modem通讯模板 编程说明：

Windows平台，支持梯形图、指令表、结构化文本、及流程图编程语言，支持浮点数运算、变量代码编程及表达式编程，并提供PID等丰富的库函数和即插即用的调试手段。

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第三章 硬件系统设计

3.1 TSX-37 系列PLC简介

3.1.1 CPU单元

TSX 37-10：紧凑型的模块结构，根据所提供的电源电压和插在第一槽开

关量I/O模块不同，具有五种基本配置。这种PLC用螺钉连接，其I/O点数可达112个，用HE10连接器，I/O点数可达184个。

TSX 37-21：模块化PLC,具有实时时钟，允许增加应用存储器容量，并可

连接通讯模块。不含标准的内嵌式I/O点，但通过螺钉接线端子，可达148个I/O数，若用HE10连接器，I/O点数可达到248个，为分别适应AC 和DC 电源，TSX 37-21 有两种有效配置。

TSX 37-22：模块化PLC，除具有高速计数器和集成模拟I/O功能外，其

它功能与TSX 37-21型PLC相同。

TSX 37 系列PLC 最大配置：

PLC 开关量I/O 主机板中开关量I/O数 主机板和扩展板中开关量I/O数 28个I/O点的开关量模块数 64个I/O点的开关量模块数 远程I/O模块数 PLC中开关量I/O加远程I/O总数 模拟量 I/O 模拟量I/O模块数 模拟量输入数 模拟量输出数 2 16 8 4 32 16 4 32 16 4 2 1 264 5 3 1 96 328 5 3 1 96 328 TSX37-10 TSX37-21 TSX37-22 128 184 192 248 192 248 开关量远程I/O数（4 TSX07） 96 - 19 -

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模拟量 I/O 计数器 集成模拟量输入数 集成模拟量输出数 开关量输入中的500Hz计数器通道 -- -- 2 -- -- 2 4 8 -- 1 8 1 2 4 8 2 1 计数器模块数（基本PLC内） 2 40kHz计数器通道 集成计数器通道（10kHz） 4 -- -- 通讯

通讯卡数（专用槽） 3.1.2 主机架和扩展机架

TSX 37-10 PLC 和TSX RKZ 02 微型扩展机架包括下列部分： (1)本体单元机架，带2个插槽。 (2)中央显示模块

(3)终端端口 (TER) (Uni-Telway 或Modbus 主/从协议)。 (4)输入电源端子的盖板。

(5)28 或64离散量I/O 模块，插在第一个插槽上(位置1 和2)。 (6)可选电池的盖板。

(7)微型扩展机架，带两个空余插槽( 位置5 至8)。 (8)LED 指示灯，用来显示24 V 电压的状态。

(9)电源端子，由可拆卸机盖保护，当PLC由100/240 V交流电压供电时，

用来连接一个辅助 24 V 电源。 (10)接地端子。

(11)连接本体单元PLC的连接器 (12)重置按钮。

TSX 37-21/22 PLC 和TSX RKZ 02微型扩展机架包括下列部分： (1)本体单元机架，带3 个插槽( 位置1至 6)。 (2)一个保留插槽，用来插标准格式模块。 (3)中央显示模块

(4)终端端口 (TER)(Uni-Telway 或Modbus 主/从协议)。 (5)人机界面端口，标有“AUX”。 (6)一个用来插扩展内存卡的插槽。 (7)输入电源端子的盖板 (8)一个用来插通讯模块的插槽

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(9)TSX 37-22 有一个用来连接集成模拟量与计数器功能的连接器。 (10)微型扩展机架，带两个空余插槽( 位置7 至10)。 (11)LED 指示灯，显示24 V 电压的状态。

(12)电源端子由可拆卸机盖保护，当PLC 由100/240 V交流电压供电时，

用来连接一个辅助24V电源。 (13)接地端子。

(14)连接本体单元PLC的连接器 (15)重置按钮。

TSX RKZ 02小型扩展架可使PLC多连接两个槽，每个槽可容纳一个标准尺寸的模块或两个半尺寸模块。

本设计中选用TSX 37-21101型直流供电的PLC作为CPU单元，以及TSX RKZ 02 小型扩展架来扩展模块。

3.1.3 开关量输入/输出

有一系列机架式离散量I/O 模块可供选择，可提供若干种配置方案来满足您的要求：

(1)节约成本的连接方式，要求采用24 V解决方案(对带HE10连接器的

混合I/O模块，可采用带引线的电缆直接连接到设备的预执行器，或直接连接到TELEFAST2预接线系统)。 (2)连接到混合I/O 模块前面板上的螺钉端子块。

通过一组半高格式模块，PLC配置可在数量、I/O 类型和连接方法方面最大限度的满足用户的要求。 开关量I/O模块:

标准尺寸I/O:TSX DMZ 64DTK/28DTK/28DT/28DR/28AR 半尺寸输入模块:TSX DEZ 12D2K/12D2/08A4 半尺寸输出模块:TSX DSZ 08T2K/08T2/04T22/08R5

标准尺寸模块可插入任何TSX 37主机或小型扩展架槽上，并占两个位置；半尺寸模块可插入TSX 37主机或小型扩展架的除第一个槽外的其它槽中，每槽可容纳两个半尺寸模块。第一槽仅接受标准尺寸模块。 1.TSX DMZ 64DTK 模块：包括64个输入/输出点，32×24VDC输入，32×24VDC/0.1A晶体管输出；配有4个凸型HE10连接器，上部连接器A和B用于连接输入A(0-15),B(16-31)；下部连接器A和B用于连接输出A(0-15),B(16-31)。

2.TSX DMZ 28DT/DTK模块：包括28个输入/输出点，16×24VDC输入，

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12×24VDC/0.5A晶体管输出；28DT模块配备有可拆卸的，能够连接输入输出的螺钉端子连接块（35个端子）；28DTK模块配有2个凸型HE10连接器，A用于输入，B用于输出。

3.TSX DMZ 28DR: 包括28个输入/输出点，16×24VDC输入，12路继电器输出，螺钉端子连接块（35个）。

4.TSX DMZ 28AR: 包括28个输入/输出点，16×110VAC输入，12路继电器输出，螺钉端子连接块（35个）。

5.TSX DEZ 12D2: 包括12×24VDC输入口，螺钉端子15个。 6.TSX DEZ 12D2K: 包括12×24VDC输入，配有HE10连接器。

7.TSX DEZ 08A4: 包括8×110/120VAC输入，15个螺钉端子连接，可拆卸。

8.TSX DSZ 08T2/08T2K: 包括8个24VDC/0.5A输出，15个螺钉或HE10连接。

9.TSX DSZ 08R5: 包括8个继电器输出，15个螺钉端子连接。

10.TSX DSZ 04T22: 包括4个24VDC/2A晶体管输出，15个螺钉端子。

根据驱动负载的功率输出电路的不同，PLC的开关量输出模块可分为 晶体管型开关量输出模块，继电器型开关量输出模块，可控硅型开关量输出模块等不同类型，常用的主要是晶体管型和继电器型。

晶体管型开关量输出模块用于驱动像信号指示灯，继电器等小电流负载。继电器输出型模块适用于驱动较大电流负载，其价格便宜，适用电压范围较宽，导通压降小；但它属于有触点元件，其动作速度较慢，寿命较短，因此适用于不频繁通断的负载；当驱动感性负载时，其最大通断频率不得超过1Hz。对于频繁通断的低功率因数的电感负载，应采用无触点开关元件，即选用晶体管输出（直流输出）或双向可控硅输出（交流输出）。

在本设计系统中，由于开关量输入点有24点，开关量输出点有39点，考虑到TSX 37-21 型PLC机架上的槽位有限，且模块输出用于驱动继电器，故我选用了一块TSX DMZ 64DTK 模块和一块TSX DSZ 08T2(K)模块。

3.1.4 模拟量输入/输出

Micro PLC提供了若干种模拟处理的方式：

(1)对于数据输入或不需高精度处理的命令可采用 TSX 37-22 PLC上面

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集成的I/O。

(2)对于高精度的测量和命令，可采用TSX AEZ/ASZ/AMZ ppp半高格式

模拟量I/O模块。

(3)要通过TSX STZ 10 机架主模块实现模拟量I/O 远程定位，采用 TSX

37-10/21/22PLC。后者可应用TSX AMN 400模拟扩展，每个扩展配备3个模拟量输入和1个模拟量输出。

标准Micro PLC具有过程控制功能，用户可通过PL7 Micro、PL7 Junior或PL7 Pro编程软件使用这些功能。 模拟量I/O模块:

TSX 37模拟输入/输出接口模块是带端子板的半尺寸模块，可安装在除PLC主机第一位置以外的所有位置。产品种类有：AEZ 801/802/414,ASZ 401/200.

1.TSX AEZ 801和TSX AEZ 802模块：有8个高电平模拟输入，带有一个公共端。801提供各输入范围为±10V或0-10V;802提供各输入范围为0-20mA或4-20mA.采样扫描时间均为32ms,12位连续逼近A/D转换。 2.TSX AEZ 414模块：是个多范围输入模块，有4个差动输入端，每个输入提供下列范围：

(1)B,E,J,K,L,N,R,S,T或U热电偶； (2)2或4线Pt100或Ni1000电阻温度计；

(3)高电平±10V,0-10V,0-5V(0-20mA带外部分路)或1-5V(4-20mA带

外部分路)，采样扫描时间520ms,16位

??A/D

转换.

3.TSX ASZ 401模块：有4个模拟输出（有一个公共端），每一输出范围

为

±10V,输出标准格式值-10000到+10000，超出范围将饱和在-10V或 +10V.

4.TSX ASZ 200模块：有两个模拟输出（有一个公共端），每个输出有下

述范围，且不用外电源。(1).±10V,最小负载1k?；(2).0-20mA,最大负载600?；(3).4-20mA,最大负载600?。 输出标准格式值 对±10V,为-10000到+10000； 对0-20mA和4-20mA,为0至+10000.

在本次设计中，由于有八个模拟量输入点和十个模拟量输出点，所以我选用了一块TSX AEZ 802模块和三块TSX ASZ 401模块。

３.1.5 内存结构

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1. Micro PLC 包括两个不同的内存区

(1)一个内部RAM内存，用来存储数据、程序和常量。

对TSX 37-05/08 PLC为11 K 字， 对TSX 37-10 PLC为14 K字， 对TSX 37-21/22 PLC为20 K 字。 (2)一个快擦EPROM：

对TSX 37-05/08 PLC 为12 K字， 对TSX 37-10/21/22 PLC 为16K字，

用来备份应用程序( 最大11 或14 K 字)，以及在电池故障或没有电池的情况下备份最多1024 个%MW 内部字。

2. TSX 37-21/22 PLC 上可选的PCMCIA内存扩展卡

对于TSX 37-21/22 PLC，内部RAM 内存可通过32 K字或64 K 字PCMCIA 内存卡进行扩充，扩充内存可以是RAM，也可以是快擦EPROM。同样，通过内存卡可对生产配方和日志进行备份，最大容量可至128K字。这些卡可用来扩展PLC 的内部内存以存储应用程序和常量。有两种内存卡可供选择：

(1)电池供电RAM 型内存卡

特别用于应用程序创建和调试，这种卡可帮助实现在线模式的应用传输和修改服务。内存由内存卡内集成的电池供电。 (2)快擦EPROM 型存储卡

当应用程序调试完毕之后可采用这种内存卡，这样可以仅就应用程序进行全局传输，避免了电池供电带来的问题。

3. 应用内存

应用内存划分为不同的内存区，这些内存区物理上由内部RAM内存和PCMCIA 内存卡共享(当TSX 37-21/22 PLC 带有内存卡时)： (1)应用数据区，总是分配给内部RAM内存。

(2)应用程序区，可分配给内部RAM 内存，也可分配给PCMCIA 内存卡。 (3)常量区，可分配给内部RAM内存，也可分配给PCMCIA 内存卡。 (4)快擦EPROM区，用于应用程序备份、常量和1K 内部字。 (5)文件存储区，在PCMCIA 内存卡上。

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如果RAM 内存数据丢失( 电池故障或没有电池)，那么快擦EPROM的数据(程序、常量和1K内部字)会自动传到内部RAM 内存上。只有在PLC 上未插PCMCIA 内存扩展卡，并且应用程序和常量的大小不超过16K 字的情况下，才能把程序备份到快擦EPROM当中。

根据PLC 是否配有PCMCIA 内存扩展卡，Micro PLC 可采用两种内存组织形式。

应用程序完全装在由电池供电的处理器的内部RAM 上：

(1)TSX 37-05/08为11 K 字，共享使用。例如：2K 字用于应用程序数据，

7K 字用于程序和常量。

(2)TSX 37-10为14 K字，共享使用。例如：500字用于应用程序数据，13.5K

字用于程序和常量。

(3)TSX 37-21/22为20 K 字，共享使用。例如：4K 字用于应用程序数据，

16K 字用于程序和常量。

内部快擦EPROM 中的应用程序总容量与RAM中的应用程序容量相同，最大至11 K 字或15 K字，里面包括前1024 个数据字(%MW)。 PCMCIA卡上的应用程序:

PCMCIA 内存卡中存有程序和常量。

文件存储区为128 K 字(视PCMCIA 卡型号而定，有的有，有的没有)，可用在分布式应用当中，用来存储信息，这些信息可通过调制解调器远程访问。

这部分内存还可用来存储生产配方。

内部RAM上的数据:数据区可扩至17.5 K 字，仅分配于PLC 内部RAM内存

上。

数据备份:前1024个字备份在PLC 内部快擦EPROM 上。通过PL7 Micro/

Junior/Pro软件，设计者可对Micro PLC上内存的结构和分配进行管 理。

4. PLC容量的确定

PLC的容量指I/O点数和用户存储容量（字数）两方面的含义。在选择PLC型、号时不应盲目追求过高的性能指标，但是在I/O点数和存储器容量方面除了要满足控制系统要求外，还应留有裕量，以做备用或系统扩展时使用。 (1)I/O点数的确定

PLC的I/O点数的确定以系统实际的输入输出点数为基础确定。在I/O

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点数的确定时，应留有适当裕量。目前PLC的I/O点价格还较高，平均每点为100-120元人民币。如果备用的I/O点的数量太多，就会使成本增加。因此，通常I/O点数可按实际需要的10-15%考虑裕量。 (2)存储器容量的确定

通常，一条逻辑指令占存储器一个字，计时，计数，移位以及算术 运算，数据传送等指令占存储器两个字。各种指令占存储器的字数可查阅PLC产品使用手册。在选择存储器容量时，一般可按实际需要的25%-30%考虑裕量。

存储器容量的选择有两种方法。一种是根据编程实际使用的节点数 计算，这种方法可精确地计算出存储器实际使用容量，缺点是要编完程序之后才能计算。常用的方法是估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按下面给出的公式进行估算。

控制目的 代替继电器进行开关量控制 模拟量控制 多路采样控制 M=Km[(10*DI)+(5*DO)+(100*AI)] M=Km{[(10*DI)+(5*DO)+(100*AI)] [1+采样点*0.25]} 表中，DI表示数字（开关量）输入信号数目； DO表示数字（开关量）输入信号数目； AI表示模拟量输入信号数目；

Km表示每个节点所占存储器字节数； M表示存储器容量。

估算公式 M=Km[(10*DI)+(5*DO)] 3.1.6 地址分配

TSX 37系列PLC所配置的模块分半尺寸和标准尺寸两种。基本模块 为半尺寸，因此标准尺寸模块的地址相当于两个半尺寸模块的叠加。模块的位置既指半尺寸模块，也指标准模块的上半部分或下半部分的位置。开关量I/O句法如下：

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%I or QI=InputQ=Outputposition1 to 8(37-10)1 to 10(37-2x).channeli(see tablebelow)SymbolPoint

例如：

%I1.5：第一位置的模块的第五路输入； %Q8.3：第八位置的模块的第三路输出。 模块 通道数 地址 64I/O 入 0至31 出 0至31 %Ix.0至%Ix.31 出 %Q(x+1).0 至%Q(x+1).31

28I/O 0至15 0至11 %Ix.0至%Ix.15 %Q(x+1).0至%Q(x+1).11 %Ix.0 至 至 至 至 %Ix.0 %Qx.0 %Qx.0 12输入 8输入 8输出 4输出 0至11 0至7 0至7 0至4 通道 入 %Ix.11 %Ix.7 %Qx.7 %Qx.3 3.1.7 其它功能和模块

1．计数

Micro PLC提供了若干种计数方法：

(1)采用500 Hz 离散量输入(2个增/减计数器通道，可进行增量计数、减

量计数或增/减计数，可带操作方向检测，也可不带)。

(2)TSX 37-22 PLC本体单元上集成的10 kHz 计数器通道 (2 个10 kHZ 快

速计数器通道，其中1个通道具有上述减量计数功能)。

(3)通过TSX CTZ模块在40...500 kHz 上进行计数/定位，或通过TSX CTZ

2B在200 kHz...1 MHz上进行计数/定位。这些半高格式模块插在本体单元机架的空余插槽上。

2．通讯

Micro PLC提供若干种通讯方案：

(1)集成通讯，对于TSX 37-05/08/10 PLC 可通过终端端口实现高性价比

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的会话功能，对TSX 37-21/22 PLC 可通过端子和人机界面端口实现会话功能。这些非隔离的RS485 链接采用Uni-Telway 主/ 从、Modbus 从或字符串协议。TSX 37-10/21/22 PLC还集成了Modbus主协议(1)。 (2)对于TSX 37-21/22 PLC，可采用PCMCIA通讯卡。这些PLC上有一个插

槽专门用来插接PCMCIA 通讯卡 (\全双工\异步串行连接、FIPIO、Uni-Telway 或Modbus/Jbus、Modbus Plus 和Fipway 网络)。 (3)以太网TCP/IP 10/100 MHz外部模块。这个模块可连至TSX 37-10/21/22

PLC的终端端口，具有Uni-TE 和Modbus 消息传递功能。可通过PPP 协议连至外部调制解调器。

3．电源模块

(1).主机为安装在它上边或

小型扩展架上的继电器模块和模拟模块线圈提(2).扩展部分有继电器或模

拟模块时，一定要给小型

L扩展架提供24V直流。

0VTSX SUP电源可用于提供24V直流。

+24V供必要的24V直流电。 (3).当PLC由交流供电时，严

禁用主机的24V传感器

N电压为小型扩展架供电。

在本设计中，我选用了TSX SUP 1011 型电源模块，其接线方式如上 图所示。

3.2 低压电器简介

低压电器是电力拖动自动控制系统基本组成元件，控制系统的优劣与所用低压电器性能有直接关系，作为电气工程技术人员，必须熟悉常用低压电器的结构、原理，掌握其使用与维护等方面的知识和技能。下面我将对常用的低压电器做简单的介绍，而后选出本次设计采用的名称、型号及数量。

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3.2.1 常用低压电器的基础知识

电器是所有电工器械的简称，即凡是根据外界特定的信号和要求自 动或手动接通与断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非对象的切换，控制、保护、检测和调节的电工器械称为电器。

低压电器通常指工作在交流1200以下，直流1500以下电路中的电器。常用的低压电器主要有：接触器、继电器、刀开关、转换开关、行程开关、按钮、熔断器等。

1.低压电器的分类

低压电器种类繁多，功能多样，构造各异，用途广泛，分类方法很多，通常有如下分类： 按用途或控制对象分类：

(1)低压配电电器。主要用于低压配电系统中，要求系统发生故障时准

确动作，可靠工作，在规定的条件下具有相应的动稳定性与热稳定性，使电器不会被损坏。如刀开关、转换开关、熔断器等。 (2)低压控制电器。主要用于电气传动系统中，要求寿命长、体积小、

重量轻且动作迅速、准确、可靠。如接触器、继电器、启动器、主令电器、电磁铁等。 按动作方式分类：

(1)自动切换电器。依靠自身参数的变化或外来信号的作用，自动完成

接触或分断等动作。如接触器、继电器等。

(2)非自动切换电器。主要用外力直接操作来进行切换的电器。如刀开

关、转换开关、按钮。 按执行功能分类：

(1)接触电器。有分离的动触点、静触点，并利用触点的接通和分断来

切换电路。如接触器、刀开关、按钮等。

(2)无触点电器。无分离的触点，主要利用电子元件的开关效应，即导

通和截止来实现电路的通断控制。如接近开关、霍尔开关、电子式时间继电器等。 按工作原理分类：

(1)电磁式电器。根据电磁感应原理来动作的电器。如交流，直流接触

器，各种电磁式继电器，电磁铁等。

(2)非电量控制电器。依靠外力或非电量信号（如速度、压力、温度等）

的变化而动作的电器。如转换开关、行程开关、速度继电器、压力

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继电器、温度继电器等。

2.低压电器的电磁系统

低压电器一般由两个基本部分组成，即感受机构和执行机构，感受机构感受外界信号的变化，作出有规律的效应，而执行机构是根据指令信号、执行电路的通断控制。

在各种低压电器中，根据电磁感应原理来实现通断控制的电器很多，它们的结构相似、原理相同，感受机构是电磁系统，执行机构则是触点系统及灭弧系统。

电磁系统的工作情况通常吸力特性和反力特性来表示。反力特性与吸力特性的配合:为了使衔铁能牢牢的吸合，反作用力特性与吸力特性配合好。在整个过程中，吸力都应大于反作用力，即吸力特性曲线高于反力特性曲线，但不能过大或过小，吸力过大，接触时冲击力大，影响电器的机械寿命；吸力过小，会使衔铁运动速度降低，难以满足高频操作的要求。因此，吸力特性与反力特性必须配合得当，才有助于电器性能的改善，在实际应用中，可以通过弹簧或触点压力来改变反力特性，使之与吸力特性有良好的配合。

3.2.2 低压电器的触点系统

1.触点系统

触点是电器的执行机构，起接通和断开电路的作用。若要使触点具有良好的接触能力，通常采用铜质材料制成。由于在使用中，铜的表面容易氧化而生成一层氧化铜，使触点接触电阻增大，容易引起触点过热，影响电器的使用寿命。因此，对于电流容量较小的电器（如接触器、继电器等），常采用银质材料作为触点，因为银的氧化膜电阻率与纯银相似，从而避免触点表面氧化膜电阻率增加而造成触点接触不良。

2.触点系统的分类

（1） 桥式触点 点接触型适用于电流不大且触点压力小的场合。 面接触型适用于电流较大的场合。

（2） 指型接触：其接触区为一条直线，触点在接通与分断时产生滚动

摩擦，可以去掉氧化膜，故其触点可以用紫铜制造，特别适用于触点分合次数多，电流大的场合。

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3.2.3 低压电器的灭弧系统

1.电弧的产生

触点在分断电路时，由于接触电阻引起触点温升，从而引起热电子发射，同时触点间距较小，电场强度较大，在强电场的作用下，气隙中电子高速运动产生碰撞游离，在游离因素的作用下，触点间的气隙中会产生大量带电粒子使气体导电，形成热的电子流，即电弧。

2.灭弧的方法

电弧的产生，一方面使电路仍旧保持倒通状态，延迟了电路的开断；另一方面会烧损触点，缩短电器使用寿命，因此在电器中应采取措施熄灭电弧。

熄灭电弧的原理：抑制游离因素，增强去游离因素。在低压电器灭弧中，主要采取的措施有：（1）迅速增加电弧长度，使得单位长度内维持电弧的电场强度不足而使电弧熄灭。（2）使电弧与液体介质或固体介质相接触，加速冷却以增强去游离作用，使电弧迅速熄灭。 常用的方法有：(1).电动力灭弧

(2).磁吹式灭弧

(3).窄缝灭弧 (4).栅片灭弧

3.2.4 低压电器的主要技术参数

由于电路的工作电压或电流等级不同，通断频繁度不同，负载的性质不同等原因，则必须对电器提出不同的技术要求，从而使电器有不同的使用类别，保证电器能可靠的接通和分断电路。

1.使用类别

按国际GB2455---85规定，将控制电路主触点的使用标准类别列于表，使用时可以查阅。 触点 电流种类 AC-1 无感或微感负载，电阻炉 使用类别 典型用途举例 - 31 -

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主触点 交流 AC-2 AC-3 AC-4 绕线转子异步电动机的启动，分断 笼型异步电动机的启动，运转分断 笼型异步电动机启动、反接制动、反向、点动 无感或微感负载，电阻炉 并励电动机启动、反接制动、点动 串励电动机启动、反接制动、点动 控制交流电磁铁 控制小容量<72VA的电磁铁负载 控制大容量>72VA的电磁铁负载 控制直流电磁铁 控制直流电磁铁，即电感与电阻的混合负载 控制电路中有经济电阻的直流电磁铁负载 直流 DC-1 DC-3 DC-5 AC-11 AC-14 AC-15 DC-11 DC-13 DC-14 辅助触点 交流 直流 2.额定工作电压和额定工作电流

（1） 额定工作电压是指在规定条件下，能保证电器正常工作的电压值，

一般指触点额定电压值，电磁式电器还规定了电磁线圈的额定工作电压。

（2） 额定工作电流是根据电器的具体条件确定的电流值，它和额定电

压、电网频率、额定工作值，使用类别、触点寿命及防护参数等因素有关，同一个开关电器使用条件不同，工作电流值也不同。

3.通断能力

通断能力以控制规定的非正常负载时所能接通和断开的电流值来衡量，接通能力是指开关闭合时不会造成触点熔焊的能力，断开能力是指开关断开时能可靠灭弧的能力。

4.寿命

低压电器的寿命包括机械寿命和电寿命。机械寿命是电器在无电流情况下能操作的次数；电寿命是指按所规定使用条件不需要修理或更换零件的负载操作次数。

根据本次设计任务的要求，在本系统的电气主电路中应用到了接触

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器、熔断器、热继电器、电动机、水泵、液位开关、pH值传感器、pS值传感器、pT值传感器、电动调节阀、电磁阀、气浮地、压滤机等一系列的器件。下面我对这些器件进行简单的介绍并选取适应本系统的型号。

3.3 电气控制系统的设计

3.3.1 控制器外围电路设计

1.液位开关

光电液位开关的工作原理：

利用光线的折射和反射原理。光线在两种不同介质的分界面将产生反射或折射现象。当被测液体处于高位时则被侧液体与光电开关形成一种分解面，当被测液体处于底位时，则空气与光电开关形成另一种分界面，这两种分界面使光电开关内部光接收的反射弧度不同，即对应不同的开关状态。 技术特性：

液体介质：各类透平油或水 测量误差：±2mm 动作次数：无限制

液体温度：－10℃～＋85℃ 工作方式：连续

工作压力： 0～2.5Kg/cm2

供电电压：AC 110～220V DC 110V ～220V 功率消耗： 小于5VA

继电器输出型：四组独立常开接点输出，接点容量AC 250V3A 或DC

30V3A

传感器尺寸：直径20 毫米,长度按用户要求设计。一般最长不要超

过2.5 米

接线方法：

继电器输出型（BJ-01A）：继电器输出型除测杆之外，还需外接一个接线盒才能正常工作。两者之间通过屏蔽电缆及插座相连，电缆最长可达200 米。接线盒内装有传感器工作电源、工作继电器、电源监视继电器，以及动作指示和电源回路。在接线盒左侧有一排接线端子，共12 位，用户可根据需要按图接线。电源监视继电器在工作电源消失时该接

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点闭合。用户可以用来作为电源消失报警输出。

工作继电器输出的是一～四组独立的无源空接点（根据用户需要而定），常开和常闭可以选择。

2. pH计

根据系统设计的要求，我选用MODEL3675pH/oRP控制器，来自JENCO ELEC TRONICS,LID.下面对该产品做简要的介绍：

MODEL3675仪器是一种pH/oRP双功能集一体的测试仪，有可设定的上下限触点报警功能。具有0-1000自动温度补偿。MODEL3675精度高，控制可靠，是一种性能良好的酸碱度和氧化还原工业测试仪器。 技术参数：

测量范围：0---14 精确度：0.01pH

输出信号：4----20mA（两线制） 工作电压：AC230±15%，50HZ

3.pS计

根据系统设计的要求，我选用了北京市北斗星化学研究所的CPT320电化学系列的Ag/S+测试计。 技术参数：

电路测试精度:5%

电极精度:测试种类和准确度由所配电决定，一般电极理论精度

1.5%。由于漂移，水污染成分干扰等因素实际正常使用相对准确度只能达到1.5---10%

外接电源:DC12---24V,功率<1.4W

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输出信号:输出一路4---20mA的线性的标准信号（两线制）。 维护：

1.建议每周清洗一次电极，1---6个月定期更换电极膜或盐盒，1—2年更换电极，具体依据选用电极和使用情况而定。

2.水质比较苛刻或动态范围比较大时，定期进两点标定，必要时，采用2个以上的浓度样品，对基础标定表进行标定修正，以克服电极漂移，老化，维护等造成影响。该技术的使用可以成倍的延长电极的使用寿命。

3.电极更换后最好进行一下DKA法标定，至少进行零点校验。

4. 浊度计

根据系统设计的要求,我选用了澳大利亚格林斯潘水质监控技术系 列产品中的浊度传感器TS100。世界水质监测系统的领导者格林斯潘浊度（TS）传感器，在各种环境条件下提供精确的水质浊度监测。创新的光学系统，保证在低浊度条件下，提供精准的监测；先进的光学表面处理技术可以有效防止污染；系统发射860nm 的红外线光谱然后根据检测到的反闪射光线强度确定浊度。 接线示意图如下：

技术参数：

标准测量范围：0——50NTC 输出信号：4——20mA

5. 电磁阀

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根据系统设计任务的要求，我选用了姚余市四通电磁阀厂的ZcZ系 列产品。下面介绍一下该产品的相关技术资料。

ZcZ系列不锈钢电磁阀阀体和主要部件采用不锈钢材料制作。具有 耐腐蚀，寿命长等优点。广泛应用化工、机械食品等对管道中的液体，气体的自动启闭和远程控制。采用电源控制，代替了手动球阀，具有启闭迅速，性能稳定，使用方便。 系统参数：

口径规格（mm）:6、10、15、20、25 开阀能力（Mpa）：0.03-1 适用介质：酸碱气体、液体 介质温度：<=1500

工作电压：AC380、220、36/50HZ;DC220、110、24/50HZ 电磁阀的分类原理和特点： (1).直动式电磁阀

原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；

断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。

特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通经一般不超过25mm。 (2).分布直动式电磁阀

原理：它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口和出口没有压差时，

通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次提起，阀门打开。当入口和出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。

特点：在零压或真空、高压时亦可以动作，但是功率较大，要求必须水

平安装。

(3).先导式电磁阀

原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔式的压力迅速下降，在关闭

件周围形成上底下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关闭件周围形成下底上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。

特点：流体压力范围上限较高，可任意安装但必须满足流体压差条件。

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6. 电动调节阀

根据系统的要求，我选用了天津硕华公司生产的BPZL系列电动调节 阀。下面我对该产品做简要的介绍。 使用场合：

工作温度：-50---500 相对温度：<=95%

安装方式：室内安装和户外安装。 海拔：<=1500

周围无强烈腐蚀性气体 启动要求：

单相交流电：容量5A 电压：220V+10%；-15% 频率：50HZ±2HZ 接线方式：

3.3.2 主电路的设计

1. 电动机的选择

根据系统的要求，电机的容量一般在1.1KW左右，所以我选用1.5KW的电动机即可。其具体的技术参数及型号如下：

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型号 功率 转速 1400 额定效率 79% 功率堵6.5 转堵2.3 转电流 Y90L-2 1.5 Y:系列代号 90：机座号 L:铁心长度代号 2：极数

2.搅拌电机的选择

3.64 因数 0.79 电流 转矩 根据系统设计的要求，我选取了60公升搅拌机，落地式，型号为H-600.下面简要介绍以下：

搅拌机的型号：H-600 60公升不锈钢搅拌缸

搅拌机铝合金“B型”搅拌头

搅拌机1500W，搅拌机用电：380/50/3 搅拌机产地：美国

3.泵的选择

(1).排水泵

根据系统的要求，我选用了上海黄河水泵厂的IHF型氟塑料衬里离心泵。下面我对该产品做简要的介绍。

IHF型离心泵按国家标准设计，泵体采用外壳内衬氟塑料，叶轮及泵盖均用金属嵌件外包氟塑料压制成型，轴封采用外装式先进的纹波管机械密封，静环选用99.9%氧化铝铜磁，动环采用四氟填充材料，其特点是耐磨耐封性好。

使用范围：汽车制造中的酸洗、喷漆工艺；有色金属冶炼中的电解液输送；离子膜烧碱项目中的氯水、废水处理和加酸等工艺工程，输送介质温度-200至1200。

性能参数： 型号 进口出口电动机率（KW） IHF40-32-1259 40 32 1.5 6 16 2900 42% 流量扬程转速效率气蚀（m） 2.5 （mm） （mm） 功(m2/h) （m） （r/mm） （%） 余量- 38 -

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(2).计量泵

根据系统设计的要求，我选择了北京市运河水泵厂的YJZ型柱塞式计量泵。下面我对该产品进行简要的介绍：

本系列的计量泵采用国际先进技术，精心设计，自行开发，泵头采用优质耐酸不锈钢制成，柱塞选用特种陶瓷材料，并有水冲洗系统，阀门为人工心脏瓣膜式单向阀，聚氨脂三处密封，大流量计量泵采用双柱塞设计，属国内首创。

技术参数： 型号 YJZ800 流量L1H 最大工作0-80 0.8 进出口管25 冲程数（次/分钟） 127 电机功率（KW） 1.5 压力（mpa） 径(mm) 应用领域：食品工业、医药化工、环境保护、建筑及其他。

4.接触器

接触器是用于远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动切换电器。其主要控制对象是电动机，也可以用于控制其他电力负载、电热器、电照明、电焊机与电容器组等。接触器具有操作频率高、受用寿命长、工作可靠、性能稳定、维护方便等优点，同时还具有低电压释放保护功能，在电力拖动自动控制系统中被广泛应用。

按控制电流性质不同，接触器分交流接触器和直流接触器两大类。 (1)交流接触器

交流接触器常用于远距离、频繁地接通和分断额定电压至1140V，电流至600A的交流电路。它分别由电磁系统、触点系统、灭弧装置和其他部件等组成。 (2)直流接触器

直流接触器主要用来远距离接通与分断额定电压至400V，额定电流至600A的直流电路或频繁地操作和控制直流电动机启动、停止、反转、反接制动。

直流接触器的结构和工作原理与交流接触器相似。在结构上也是由电磁系统、触点系统、灭弧装置等部分组成，只不过铁心的结构、线圈形状、数量、灭弧方式以及吸力特性、故障形式等方面有所不同而已。 接触器的主要技术参数

额定电压：是指接触器主触点的额定电压，一般情况，交流有

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220V,380V,660V.在特殊场合额定电压高达1140V;直流主要有110V、220V、440V等。

额定电流：是指接触器主触点的额定工作电流。它是在一定的条件下规

定的，目前常用的电流等级为10---800A.

吸力线圈的额定电压：交流36V、127V、220V、380V.直流24V、48V、220V、

440V.

机械寿命和电气寿命：接触器的机械寿命一般可达到数百万次以至一千

万次；电气寿命：是机械寿命的5%---20%。

线圈的消耗功率：可分为启动功率和吸持功率。两者相等，对于交流接

触器，一般启动功率约为吸持功率的5—8倍。

额定的操作工作功率：是指每小时允许的操作次数，一般为300次/小时，

600次/小时，1200次/小时。

动作值：是指接触器的吸合电压和释放电压，规定接触器的吸合电压大

于线圈额定电压的85%时应可靠吸合，释放电压高于线圈额定电 压的7%。

根据系统的要求，我们选择了CJ20-40，其性能参数如下： 型号及参数 额定电压 额定电流 可控制最大功1.1un及1.1un,f±10%和r±0.05断能力 CJ20-40 380 C:表示接触器 J：表示交流 20：表示设计序号

40：表示额定工作电流

5.热继电器

继电器是一种根据电气量（电压、电流等）或非电气量（温度、压力、转速、时间等）的变化接通或断开控制电路的自动切换电路。

继电器的种类繁多，应用广泛。按输入信号的不同分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器，温度继电器、速度继电器、压力继电器等。按工作分为：电磁式继电器、感应继电器、电动式继电器、热继电器、电子式继电器等。按用途可分为：控制继电器、保护继电器。按时

40 22 40*12 40*10 1200 操作频率（次/小时） AC-3 cosQ=(0.35率（Kw） ±0.05)时的接通能力 时的分- 40 -

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间分：瞬时继电器、延时继电器。由于系统中用到热继电器，在此我简要介绍一下。

热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器。电动机在运行中常会遇到过载情况，但只要过载不严重，绕组不超过允许温升，这种过载是允许。但是如果过载情况严重，时间长，则会加速电动机绝缘老化，甚至烧毁电动机。热继电器就是专门来对连续运行的电动机实现过载及断相保护，以防电动机因过热而烧毁的一种保护电路。 (1).热继电器的结构及工作原理

热继电器主要由热元件、双金属片和触点组成。热元件由发热电阻丝做成。双金属片作为热继电器的感受机构，由两种热膨胀系数不同的金属辗压而成，当双金属片受热膨胀时，会产生弯曲变形。在实际应用中，把热元件接于电动机的主电路中，而常闭触点串接于电动机的控制电路中。电动机过载时，双金属片弯曲位移增大，推动导板使常闭触点断开，切断电动机的控制回路，从而实现对电动机的过载保护。热继电器动作后，经过一段时间冷却自动复位或手动复位，其动作电流的调节可以通过旋转凸轮钮于不同的位置来实现。

在三相异步电动机的电路中，一般采用两相结构的热继电器（即在

两相主电路中串接热元件），在特殊情况下，在没有串接热元件的一相有可能过载（如三相电源严重不平衡，电动机绕组内部短路等故障），则热继电器不动作，此时需要采用三相结构的热继电器。 (2).带断相保护的热继电器

电动机断相运行是电动机烧毁的主要原因之一，对于电动机绕组为 星型接法的过载保护采用三相结构的热继电器即可；对于三角形的接法的电动机，当发生故障时，若线电流达到额定电流，则在电动机绕组内部，电流较大的那一相绕组的相电流将超过额定电流。因热元件串接于电源进线中，故热继电器不动作，此时电动机长期运行绕组会因过热而烧毁。为此需要采用带断相保护的热继电器。

根据系统的要求，我选用了JR16-20/3.性能参数如下： 型号及功能 JR16-20/3 11 JR:表示热继电器 16：表示设计代号 20：表示基本规格号 3：表示热元件编号

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编号 热继电器的额定电流 20 热元件的额定电流 11 刻度电流调节范围 10-13-16 兰州理工大学毕业设计说明书

6. 中间继电器

根据系统要求,我选用JZK-100 系列中间继电器 (1)用途

该继电器用于直流操作的各种继电保护和自动控制线路中作为扩大控制范围之用。 (2)结构及型号说明

JZK-100 系列继电器为固定安装式结构，其外形及安装尺寸见附录中的固定安装式壳体。本继电器由电子元件和小型大功率继电器组成。 型号说明如下:

(3)技术要求

继电器按照额定数据和触点形式的分类见表1、表2。

表1

表2

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动作值、保持值:动作电压与保持电压值应在50%-70%额定电压；

动作电流与保持电流不大于80%额定电流。

返回值:不小于5%额定值。

动作时间:继电器在额定电压和额定电流下的动作时间不大于15ms。 介质强度:继电器印制电路对外和非金属部分,以及无联系的各电路之间

耐受交流50HZ,电压2000V 历时一分钟试验。

触点容量:电压不超过220V, 电流不超过5A 的交流回路中,继电器断开

功率为(COSΦ=0.4±0.1 )550VA,在电压为220V, 电流不超过1A 的直流回路中继电器触点能断开直流有感(T=5×10 -3 秒)负荷50W。

功率消耗:无自保持电流线圈的继电器电压组功率消耗不大于7W；有自保

持电流线圈的继电器电压组功率消耗不大于8W；在额定电流下自保持电流线圈的功率消耗不大于3W。

继电器重量:不超过0.8Kg。 具体选择JZK-111型中间继电器.

7.熔断器

熔断器是低压配电和电力拖动系统中过载和短路作用的电器。使用 时，熔体串接于被保护的电路中，当流过熔断器的电流大于规定值时,以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切换电路，实现过载和短路保护。

熔断器具有结构简单，体积小，重量轻，使用方便，价格低廉分断 能力较高，限流能力优良等优点，因此在强电系统和弱电系统中得到广泛使用。

熔断器串接于被保护电路中，电流通过熔体时产生的热量与电流平 方和电流通过的时间成正比，电流越大，则熔体的熔断时间越短，这种特性称为熔断的保护特性或安秒特性。

熔断器种类很多，按结构分位开启式、半封闭式、封闭式；按有无填充料分为填充式、无填充式；按用途分工业短路器、保护半导体器件熔断器及自复式熔断器。

根据系统的要求，我选用了RCTA-30，性能参数如下：

型号及熔断器额定额定电压 - 43 -

熔体的额定额定分断电流 兰州理工大学毕业设计说明书

指标 电流 380 电流 15、20、25、150030 （cosq=0.4） RCTA-30 30 R：表示熔断器 C:表示瓷插式 T:设计序号 A：结构改型代号 30：熔断器额定电流

8.低压断路器

低压短路器俗称自动开关，是低压配电系统和电力拖动系统中非常重要的电器，它相当于刀开关、熔断器、热继电器、和欠压继电器的组合，集控制与多种保护于一身，并具有操作安全、使用方便、工作可靠、分断能力强。

根据系统的要求，我选用了塑料外壳式断路器，型号为DZ15.下面简要介绍一下它的技术参数：

型号 壳架的额定电流 DZ15-40/3092 40 额电定压极数 脱扣器的额定电流（A） 3 额定短路通断能力（KA） 380 6、10、16、 20、25、32、40 DZ：表示塑料外壳断路器。 15：表示设计序号

4：表示壳架等级 0：操作机构代号 3：表示极数

9：表示脱扣器型号 2：用途代号（电动机用）

9.气浮设备

气浮设备包括气浮机、组合气浮装置、射流溶气气浮反应器、混凝

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电气、机械寿命（次） （V） 兰州理工大学毕业设计说明书

气浮设备等，在水中通入或产生大量微细气泡，形成水、气及被去处物质三相体系，在浮力作用下，气泡和被去处物质结体上浮至水面，实现被去处物质和水。

用途：主要用于水中相对密度接近1的物质，在工业废水和城市污水处理领域应用比较广泛。

根据系统设计的要求，我选用了广州金川环保设备有限公司的GF系列气浮设备。 技术参数：

处理量：（3---200）m3/h 水力停留时间：（60—120）min 水力表面负荷：（2.5---40）m3/h

10．压滤机

根据系统设计的要求，我选择了无锡南方压滤机有限公司的自动厢式压滤机。其主要特点有：

（1） 滤布曲张助卸机构，使滤饼易于脱落。 （2） 用机械手自动拉动滤板实现自动卸料。

（3） 微机全自动控制，可实现整机操作的全自动程序控制。

（4） 压榨功能，用压缩空气使橡胶压榨膜挤压滤饼，进一步降低滤饼

含水量。

（5） 自动集液盘，出液可集中排放，能自动退出和复位。 技术参数：

机型 参数 AXZM 40/1000 过滤面积 过滤容积(L) 滤板数量 滤板尺寸 滤板厚度(mm) 过滤压力(MPa) 压榨压力(MPa) 电机功率(KW) 重量 塑料滤板 40 635 23 AXZM 50/1000 50 787 29 AXZM 60/1000 60 950 35 AXZM 80/1000 80 1250 47 AXZM 100/1000 100 1550 59 1000×1000 30 ≤0.6 ≤0.8 4 6000 7000 8000 9000 10000 - 45 -

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第四章 软件系统设计

4.1 程序流程图设计

4.1.1废水处理自动控制系统的控制流程

通过液位传感器将所测得的液位与设定值进行比较，将比较后的结果送入PLC进行处理，然后由PLC输出控制信号来控制调节阀的开度，进而控制液体的排放量，这是一个闭环控制系统。系统中每个处理槽的液位都要进行控制，而且主要的四大处理槽的控制应该是在系统启动后同时进行的，并无先后之分。在液位控制的同时，其它的处理工作也应该在进行着。

由pH计测量得到的数据送入PLC的模拟量输入模块，在PLC 的内部与预设值进行比较，输出一开关信号控制电磁阀的开启和关闭，来控制酸或碱的投加。在投加过程中，槽中的液位也将不断升高，此时又需要对其进行液位控制，可见，这些控制过程是相互影响的。而由于PLC处理数据的速度是相当快的，并且自动循环执行，因此完全可以将此系统看作一个顺序控制系统来进行设计，既依次从重金属处理槽到氟化物处理槽，再到酸碱处理槽，再到络合物处理槽，最后到最后中和槽，像这样循环进行处理，最终使废水、废液的各项指标达到国家的排放标准。

在控制电动调节阀时，由于开大和关小的程度比较难控制，经过对各种方案的比较和筛选，最后决定采用这个方案，即首先在程序开始时先对其赋一初值，是其有了一个开度。在控制过程中，若要开大就在这一值上加一个数值，关小就减一个数值，将结果输出到模拟量输出模块来控制调节阀，并将该结果保存，如开度还是小，则在下一次循环处理时再加一个数值，就这样如此反复进行调节。

4.1.2 程序流程图的设计

由以上分析可得到如下流程图：

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开始初始化检测各酸碱高位槽的液位Y液位高于上限?N液位低于下限?N开启阀门关闭阀门Y 检测重金属处理槽的液位 液位高于限值？N关小阀门Y开大阀门检测PH值PH值大于上限?N关闭酸液阀Y开启酸液阀

(1) - 47 -

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PH小于下限？N关闭碱液阀Y开启碱液阀检测斜板沉降槽液位液位高于上限？N关小阀门Y开大阀门检测PT值浊度高于上限？N关闭阀门Y开启阀门检测氟化物处理槽液位液位高于限值？N关小阀门Y开大阀门

(2)

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检测PH值YPH大于上限？N关闭酸液阀开启酸液阀YPH小于下限？N关闭碱液阀开启碱液阀检测酸碱均质槽液位Y液位高于限值？N关小阀门开大阀门检测络合物调节槽液位Y液位高于限值？N关小阀门开大阀门

(3)

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检测PH值YPH大于限值？N关小酸液阀开大酸液阀检测络合物处理槽液位Y液位高于限值？N关小阀门开大阀门检测PH值PH大于上限？N关闭酸液阀Y开启酸液阀YPH小于下限？N关闭碱液阀开启碱液阀(4)

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