论文总字数：27234字

摘 要

本文在企业设备的基础上研究设计了一套沼液分级膜浓缩PLC控制系统。该控制系统以PLC及其扩展组件为控制核心，采集处理设备中流量、压强、温度和液位共26路远传仪表信号，驱动开关阀和调节阀，利用Modbus RTU现场总线通讯的方式控制变频器。通过设计顺序功能图并编写梯形图程序实现设备的稳定安全运行。

本文结合企业具体情况，通过比较论证，在沼液分级膜浓缩的工艺要求和安全要求的基础上，进行系统整体方案设计、硬件连接设计和编程逻辑设计，实现了对设备浓缩、排料、冲洗、化学冲洗等全部工艺流程的自动化控制。本文在信号处理、流量累计和变频器通讯方面提出了自己的控制解决方案。同时设计触摸屏监控程序进行人机交互，完成对设备所有在线部件的信息显示、点动控制和用户管理等功能，给使用者带来良好的操作体验。系统使用交换机组成总线型网络，通过TCP协议向远端发送设备数据并接受控制信号，为远程控制提供了数据接口。

该系统可以实现自动和手动控制切换，本地和远程控制切换，对沼液浓缩各个流程进行控制和监控。实时性好，可靠性高，人机界面友好。

关键词：PLC，Modbus，沼液浓缩设备，故障，人机界面

Abstract

Based on the enterprise equipment, a biogas slurry concentration PLC control system is researched and designed.The control system uses the PLC and its expansion components as the control core, and acquires many remote instrumentation signals from the equipment ,such as flow, pressure, temperature,and liquid level.Motors and valves are drived using digital outputs and modbus communication. Through the combination of program logic, the equipment operates stably and safely.

The thesis discussed the general design of control system of the biogas slurry concentration equipment, and the detailed design of hardware, software programming contains PLC programming design and touch screen display design.Furthermore,a final debugging has been done.The touch screen has perfect functions,including displaying detailed information of the equipment,managing users and helping with manual control.It gives users a good operating experience.The system uses a switch to form a bus network,which provideds a remote control data interface.

The system can achieve automatic and manual control switching and local and remote control switching.It also can control and monitor various processes of biogas slurry concentration. The system has good real-time performance, high reliability and friendly human-machine interface.

KEY WORDS:PLC, Modbus, Biogas Concentrate, malfunction, HMI

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题来源和背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 课题主要工作内容 2

1.4 课题关键点和难点 2

1.4.1 关键点 2

1.4.2 难点 3

第二章 沼液浓缩设备对象分析 4

2.1 概述 4

2.2 沼液浓缩设备结构组成 4

2.3 沼液分级浓缩设备主要部件 5

2.3.1 水泵 5

2.3.2 变送器 5

2.3.3 阀门 6

2.3.4 变频器 7

第三章 系统控制逻辑分析和方案选择 8

3.1 沼液分级膜浓缩系统控制逻辑分析 8

3.1.1 沼液分级膜浓缩工艺流程 8

3.1.2 顺序逻辑控制 10

3.2 系统控制方案选择 11

3.2.1 控制结构 11

3.2.2 控制策略 12

第四章 沼液分级浓缩PLC控制系统硬件设计 14

4.1 PLC及其扩展模块选型 14

4.1.1 PLC选型 14

4.1.2 扩展模块设计 14

4.1.3 电源设计 16

4.2 变频器和PLC的连接 17

4.2.1 ABB变频器 17

4.2.2 变频器的控制方式和接线 18

4.2.3 变频器配置 21

4.3 阀门和PLC的连接 23

4.3.1 电磁阀和调节阀 23

4.3.2 阀门控制接线 23

4.4 变送器和PLC的连接 24

4.5 PLC输入输出接线图 26

4.6 弱电柜设计 27

第五章 沼液分级浓缩PLC控制系统软件设计 29

5.1 PLC控制程序设计 29

5.1.1 程序设计方法 29

5.1.2 程序结构设计 31

5.1.3 程序模块编写 33

5.2 HMI面板GUI设计 36

5.2.1 GUI功能任务 36

5.2.2 GUI具体实现 36

第六章 控制系统的安全保护和报警处理 40

6.1 工艺安全保护需求 40

6.2 故障处理 40

第七章 系统测试 41

7.1 测试目的和方法步骤 41

7.2 测试结果 41

7.3 解决方法 42

7.4 测试总结 43

第八章 总结和展望 44

致谢 45

参考文献 46

绪论

课题来源和背景

本课题来源于企业项目，该企业致力于沼液的处理再利用。沼液是由牲畜粪便，秸秆等有机质经过发酵获得的一种粘稠的液体，其中富含氮磷钾，氨基酸，有机酸和腐植酸等生物活性物质，是很好的大自然有机肥料。实验表明，沼液可以代替肥料促进植物的生长和土壤的改良，有着重要的应用价值。

我国人口众多，沼气池的规模也处于世界前列。截至2015年底，国内农村沼气设施的规模高达4193万户^[1]，沼气的年产量也十分巨大。众多沼气池产生的沼液却难以处理，最常用的做法就是让沼液还田或作为植物饲料，但是大量沼液的贮存和运输耗费人力物力带来不必要的浪费^[2]。大部分的沼液直接排放无法被利用，导致环境的污染和资源的浪费，甚至危害人体的健康。

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