绪 论
1、课题来源及意义
随着工业化和城市化的发展，水环境污染、水资源紧缺日益严重，水污染控制、水环境保护已刻不容缓。我国现在新建城市或城区采用雨污分流制，但老城市或老城区大多仍然是雨污合流的排水体制,许多合流污水是直接排放到水体。而将旧合流制改为分流制,受现状条件限制大，许多老城区建成年代较长,地下管线基本成型,地面建筑拥挤，路面狭窄，旧合流制改分流制难度较大。合流污水的一大特点是旱季和雨季的水质、水量变化大，雨季污水BOD浓度低,不利于生化处理。国家提出,2010的我国城市污水处理率要求达到40%，因此，研究有效的合流污水处理方法，对加快城市污水处理步伐具有重要的意义。
生活污水处理工艺研究和应用领域共同关注的问题长期以来，城市生活污水的二级生物处理多采用活性污泥法，它是当前世界各国应用最广的一种二级生物处理流程,具有处理能力高，出水水质好等优点。但却普遍存在着基建费、运行费高，能耗大，管理较复杂,易出现污泥膨胀、污泥上浮等问题，且不能去除氮、磷等无机营养物质。对于我国这样一个资源不足、人口众多的发展中国家，从可持续发展的角度来看，并不适合中国国情。由于污水处理是一项侧重于环境效益和社会效益的工程，因此在建设和实际运行过程中常受到资金的限制，使得治理技术与资金问题成为我国水污染治理的“瓶颈”.归纳起来，目前在城市生活污水处理研究和应用领域，普遍存在的问题有： (1） 采用传统的活性污泥法,往往基建费、运行费高,能耗大，管理较复杂，易出现污泥膨胀现象；工艺设备不能满足高效低耗的要求.
(2) 随着污水排放标准的不断严格，对污水中氮、磷等营养物质的排放要求较高，传统的具有脱氮除磷功能的污水处理工艺多以活性污泥法为主,往往需要将多个厌氧和好氧反应池串联，形成多级反应池，通过增加内循环来达到脱氮除磷的目的，这势必要增加基建投资的费用及能耗,并且使运行管理较为复杂。
(3） 目前城市污水的处理多以集中处理为主,庞大的污水收集系统的投资远远超过污水处理厂本身的投资，因此建设大型的污水处理厂,集中处理生活污水，从污水再生
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回用的角度来说不一定是唯一可取的方案.因此，如何使城市污水处理工艺朝着低能耗、高效率、少剩余污泥量、最方便的操作管理，以及实现磷回收和处理水回用等可持续的方向发展.已成为目前水处理技术研究和应用领域共同关注的问题,就要求污水处理不应仅仅满足单一的水质改善，同时也需要一并考虑污水及所含污染物的资源化和能源化问题,且所采用的技术必须以低能耗和少资源损耗为前提［5]。
生物膜法处理工艺在生活污水处理中的应用研究发展在污水生物处理的发展和应用中,活性污泥和生物膜法一直占据主导地位。随着新型填料的开发和配套技术的不断完善，与活性污泥法平行发展起来的生物膜法处理工艺在近年来得以快速发展.由于生物膜法具有处理效率高，耐冲击负荷性能好,产泥量低，占地面积少，便于运行管理等优点，在处理中极具竞争力[2]。
环境保护是我国的基本国策。世界经济发展的实践证明,为实现经济的持续稳定的发展，必须解决好发展与环境保护的矛盾。随着我国社会和经济的高速发展，城市环境污染特别是水污染的问题日趋严重。城镇生活污水的排放量逐年增加，2002年全国工业和城镇生活废水排放总量为439。5亿吨，比上年增加1.5％。其中工业废水排放量207。2亿吨，比上年增加2。3％;城镇生活污水排放量232。3亿吨，比上年增加0。9％，其中仅有10％得到处理.生活污水中含有较高的氮、磷等营养物质,未经处理直接排入江河湖海，是导致水域富营养化污染的主要原因[1］.2002年监测数据显示，辽河、海河水系污染严重，劣V类水体占60%以上；淮河干流水质以III—V类水体为主，支流及省界河段水质仍然较差；黄河水系总体水质较差，干流水质以III—IV类水体为主，支流污染普通严重；松花江水系以III-IV类水体为主；珠江水系水质总体良好，以II类水体为主；长江干流及主要一级支流水质良好，以II类水体为主。由于“污染性”造成的水资源短缺，已成为严重制约我国社会经济持续发展的突出问题，亟待解决。目前我国水污染控制的重点已从以工业点源为主，逐步转变为以城市污水污染为主的控制。根据预测，到2010年我国城市污水排放总量为1050亿m3，城市污水处理率要达到50％，预计需新建污水处理厂1000余座，而决定城市污水处理厂投资和运行成本的主要因素是污水处理工艺和技术的选择，因此开发适合我国国情的、高效、低耗、能满足排放要求、基建和运行费用低的污水处理新技术和新工艺，具有十分重要的现实意义［2］.污水处理sewage treatment，wastewater treatment为使污水经过一定方法处理后，达到设定的某些标准，排入水体、排入某一水体或再次使用等的采取的某些措施或者方法等［3]。
现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。
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一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水，BOD一般可去除30％左右,达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。
二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质（BOD,COD物质)，去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。
三级处理,进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂率法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗分析法等。
整个过程为通过粗格的原污水经过污水提升泵提升后，经过格删或者筛率器，之后进入沉砂池，经过砂水分离的污水进入初次沉淀池，以上为一级处理（即物理处理），初沉池的出水进入生物处理设备，有活性污泥法和生物膜法,(其中活性污泥法的反应器有曝气池，氧化沟等,生物膜法包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法和生物流化床），生物处理设备的出水进入二次沉淀池，二沉池的出水经过消毒排放或者进入三级处理，一级处理结束到此为二级处理，三级处理包括生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法,离子交换法和电渗析法。二沉池的污泥一部分回流至初次沉淀池或者生物处理设备,一部分进入污泥浓缩池,之后进入污泥消化池，经过脱水和干燥设备后，污泥被最后利用[2].
2、污水处理系统中的自动和手动两种方式
过滤罐的控制分为自动、手动控制方式，这两种方式都是由PLC按程序定好的操作顺序依次控制过滤罐阀门的开始和关闭不需要操作人员在现场手动启动关闭阀门。自动状态当某一个过滤罐的方式选择开关置于自动的位置时,该过滤罐处于自动控制状态,该过滤罐按照过滤罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作，不需要操作人员的干预.
手动状态当某一个过滤罐的方式选择开关置于手动的位置时,该过滤罐处于手动控制状态.该过滤罐需要操作人员通过仪表盘上的按钮来启动该过滤罐，使其自动完成排污水过程。
当过滤器运行一段时间后，需要反冲洗,首先需要将过滤器中的水排出。排水时,过滤进、出水阀关闭，排水、排气阀打开，将过滤器中的污水排出启动反冲洗泵。进行反冲洗工作。具体工艺见图1。1。
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图1.1 污水过滤工艺图
设备控制需要本工程所有设备都具有自动/手动功能，当设备处于自动工作方式下时,所有设备按PLC程序中设定的时间间隔工作。在手动工作方式中，操作人员可以使用控制盘上的按钮控制设备的工作。具体流程图见图1。2。
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开始 自动/手动 循环时间到 开进水/出水阀开反冲洗泵 延时到 按钮 结束/循环 关排水/排气阀 关进水/出水阀 开排水阀 延时到 开排气阀 时间到
图1.2 污水过滤流程图
3、制定系统的抗干扰措施
要有良好的接地，地线要短而粗，牢固地接到地端子上。电源中间可设置滤波器,两边要用绞线，并设置隔离变压器。可编程序控制器的电源,输入输出装置用的电源，动力机器的电源应分别设置变压器隔离.信号线、电源线、动力线要分开设置,用槽或管配线.采用直流电源比交流电源好.常用电气控制的继电器梯形图与可编程序控制器的梯形图并不是完全对等的，后者不能反向流通[9]。
关于连锁问题，电机正反转的连锁是接触器或磁力启动器之间的机械连锁.而可编程序控制器的梯形图都是内部的软接点连锁，一旦出现故障，还需要外部的机械连锁才能保证可靠.输入阻抗小一些好。配线距离应短一些好，或分段中间用中继连接。
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4、本文主要工作
污水处理系统的基本功能就是对注入到系统当中的污水进行循环的处理，采用的就是循环的方式来进行的.
当某一个过滤罐的方式选择开关置于自动的位置时，该过滤罐处于自动控制状态，该过滤罐按照过滤罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作,不需要操作人员的干预。
当某一个过滤罐的方式选择开关置于手动的位置时,该过滤罐处于手动控制状态。该过滤罐需要操作人员通过仪表盘上的按钮来启动该过滤罐,使其自动完成排污水过程。
当过滤器运行一段时间后，需要反冲洗，首先需要将过滤器中的水排出。排水时,过滤进出水阀关闭,排水、排气阀打开,将过滤器中的污水排出启动反冲洗泵。进行反冲洗.
输入信号按钮有12个,共有12个输入信号。输出信号有4个阀门,电机接触器2个,控制台显示3个，共9个输出点。选择OMROM公司的CPM2A行可编程序控制器,满足本题要求。（由于操作台的限制不对反冲洗详细设计原理同过滤过程一样)
设置了这么多的按钮，依照流程来对每个阀门的开启和关闭的操作,最终达到污水循环处理的目的。
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1 基于PLC技术的污水处理的设计
1。1 PLC 简介
1.1.1 PLC 的组成
PLC(可编程逻辑控制器)是一种专为在工业环境下应用而设计的控制器,具有很高的抗干扰性和可靠性，是一种数字运算的电子系统，采用了可编程序存储器，并通过数字量或模拟量输入输出,用来监测、控制各种类型的生产过程。处理器是PLC的核心，起着总指挥的作用[7］.
目前PLC中所用的处理器多为单片机，在高档机中现己采用16位甚至32位单片机为处理器存储器：PLC内部存储器有两类：一类是随机存取储存器（即随机存储器）,可以随时由处理器对它进行读出，写入另一类是ROM(即只读存储器），处理器只能从中读取而不能写入.随机存取储存器主要用来存放各种暂存的数据,中间结果及用户程序.ROM主要用来存放监控程序及系统内部数据，这些程序及数据出厂时固化在ROM芯片中。输入输出接口电路:它起着PLC和外围设备之间传递信息的作用。为了保证PLC可靠的工作，设计者在PLC的接口电路上采取了不少措施。输入端采用光电偶合电路,可以大大减少电磁干扰。输出也采用光隔离电路，并分为三种类型：继电器输出型、晶体输出型和晶闸管输出型。这使得PLC可以适应各种用户的不同要求。其中继电器输出型为有触点输出方式，可用于直流或低频交流负载回路；晶闸管输出型和晶体管输出型皆为无触点输出方一式，前者可用于高频大功率交流负载回路,后者则用于高频小功率交流负载回路。而且有些输出电路被做成模块式，可插拔，更换起来十分方便。电源:PLC电源是指将外部交流电经整流,滤波,稳压转换成满足PLC中处理器,存储器，输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电路或电源模块为避免电源间干扰，输入输出接口电路的电源回路彼此相互独立。编程工具:编程工具是PLC最重要的外围设备，它实现了人与PLC的联系对话。用户利用编程工具不但可以输入，检查,修改和调试用户程序，还可以监视PLC的工作状态，修改内部系统寄存器的设置参数以及显示错误代码等.编程工具分两种，一种是手持编程器，只需通过编程电缆与PLC相接。输入 /输出扩展接口：若主机单元(带有处理器)的输入/输出点数不够用，可进行输入/输出扩展,即通过输入/输出扩展
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接口电缆与输入/输出扩展单元(不带有处理器)相接，以扩充输入/输出点数.A/D，D/A单元一般也通过该接口与主机单元相接。除了上面介绍的几个主要部分外,PLC还常常配有连接各种外围设备的接口，并均留有插座，可通过电缆方便地配接诸如串行通信模块，EPROM写入器，打印机,录音机等.
PLC，俗称“电力线上网”，英文全名为Power Line Communication,主要是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式[7]。 1、主要特点
（1） 结构灵活，不受环境的限制，有电即可组建网络,同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与WLAN媲美。
(2) 传输质量高、速度快、带宽稳定，可以很平顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证.最新的电力线标准HomePlug AV传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QoS,HomePlug AV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问(CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。
（3） 范围广，无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同样不能避免信号盲区的存在。而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方.这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目,打电话或者是可视电话。
（4） 低成本.充分利用现有的低压配电网络基础设施,无需任何布线，节约了资源。无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力.相对传统的组网技术,PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。目前国内已开通电力宽带上网的地方,其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平.
(5） 适用面广.PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区,酒店,办公区，监控安防等领域.它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方,不用拨号,就立即可享受4。5～45Mbps的高速网络接入，来浏览网页﹑拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频,以及电力于一体的“四网合一”［8］。
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1。1。2 PLC 的硬件
PLC虽具有微机的许多特点,但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式,而PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中用户程序按先后顺序存放.对每个程序，处理器从第一条指令开始执行，直至遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素:一是处理器执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间;三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期大致可分为输入/输出刷新和执行指令两个阶段.所谓输入/输出刷新是指,PLC先将上一次扫描的执行结果送到输出端，再读入输入数据并存入输出状态寄存器,输出状态的寄存器内容进行一次更新，故称为I（输入）/O（输出)刷新。由于每一个扫描周期只进行一次输入/输出刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入,输出状态寄存器更新一次,故使系统存在输入，输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度由此可见,若输入变量在输入/输出刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化.反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的输入/输出刷新期间输出才会发生变化。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。PLC的这一特点，一方面使它的响应速度变慢，但另一方面也使它的抗干扰能力增强，对一些短时的瞬间干扰，可能会因响应滞后而躲避开。这对一些慢速控制系统是有利的，但对一些快速响应系统则不利，在使用中应特别注意这一点.总之,采用循环扫描的工作方式，是PLC区别微机和其他控制设备的其他设备的最大特点，使用者对此应给予足够的重视[8］。 1、CPU运算和控制中心
当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能(系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序.
寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映像寄存器或工作数据存储器中,然后输出到输出接口、控制外部驱动器。
组成：CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。 2、存储器
具有记忆功能的半导体电路.分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器
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用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。
用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区.由随机存取存储器（RAM)组成.用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。
3、输入/输出接口
（1）输入接口：光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。
发光二级管:在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。
光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系.
输入接口电路工作过程：当开关合上,二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开,二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。 （2)输出接口：PLC的继电器输出接口电路
工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过,继电器线圈有电流，然后常开触点闭合,提供负载导通的电流和电压.当内部电路输出数字信号0,则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开,断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或没有动作.
三种类型：
继电器输出:有触点、寿命短、频率低、交直流负载 晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载 晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载 4、编程器
编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过CX—PROGRAMMER软件(或WINDOWS下软件)向PLC内部输入程序。
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PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式
(1）每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。 (2)输入刷新过程.当输入端口关闭时,程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入.只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。 (3）一个扫描周期分为输入采样，程序执行,输出刷新。 (4)元件映像寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
（5）扫描周期的长短由三条决定。CPU执行指令的速度；指令本身占有的时间；指令条数.
(6）由于采用集中采样。集中输出的方式.存在输入/输出滞后的现象,即输入/输出响应延迟。
PLC与继电器控制系统、微机区别
(1）PLC与继电器控制系统区别：前者工作方式是“串行”,后者工作方式是“并行”.
前者用“软件\"，后者用“硬件”.
（2）PLC与微机区别：前者工作方式是“循环扫描”。后者工作方式是“待命或中断”
PLC 编程方式
PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”.用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。
PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等.尤其前两者为常用。 梯形图语言特点：
(1）每个梯形图由多个梯级组成。
(2）梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“1\"时,有假想的电流通过。
(3）继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。 （4）每一梯级的运算结果,立即被后面的梯级所利用。 （5)输入继电器受外部信号控制。只出现触点，不出现线圈.
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图1-1 硬件接线图
1.1.3 PLC的功能
PLC现今已广泛应用于国内外的钢铁，采矿,水泥，化工，电力，石油，汽车装卸，机械制造，造纸，纺织，环保及娱乐等各行各业。它的应用大致可分为以下几种类型:
开关量逻辑控制是PLC最基本应用；闭环过程控制使PLC做模拟量控制;位置控制实现对各种机械运动时的控制；监控系统进行数据的采集和数据的处理，监控生产过程；分布控制系统实现自动控制的网络化。
PLC与集散系统在数字处理，程序控制方面有优势，与工业控制计算机相比通用性强，硬件结构简单，编程容易，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流. 1、人机界面更加友好
PLC制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提高了其软件水平，多数PLC品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件,软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC＋网络＋IPC＋CRT的模式被广泛应用。
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2、网络通讯能力大大加强
PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈,现场总线技术及以太网技术也同步发展.如罗克韦尔A－B公司主推的三层网络结构体系,即EtherNet、ControlNet、DeviceNet,西门子公司在Profibus-DP及Profibus-FMS网络等。
3、开放性和互操作性大大发展
PLC在发展过程中,各PLC制造商为了垄断和扩大各自市场，处于群雄割据的局面，各自发展自己的标准,兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程,并且这一过程还在继续。开放的进程,可以从以下方面反映：
（1)IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准,虽然有人说，多种标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果。标准推出后，各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相应的新产品。
（2)IEC制订了基于Windows的编程语言标准IEC61131-3,它规定了指令表(IL)、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图(FBD）、结构化文本（ST)五种编程语言。这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件。虽然PLC开发上各工具仍不兼容,但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适不同品牌的产品.
(3)OPC基金会推出了OPC(OLE for Process Control)标准,这进一步增强了软硬件的互操作性，通过OPC一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。目前,多数PLC软件产品和相当一部分仪表、执行机构及其它设备具有了OPC功能。OPC与现场总线技术的结合，是未来控制系统向FCS技术发展的趋势[4］。 4、PLC的功能进一步增强及应用范围
PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强,不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域,PLC均有成功能应用,PLC在相当多的应用取代了昂贵的DCS,从而使原来
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PLC(顺序控制)＋DCS(过程控制）的模式变成PLC＋IPC模式. 5、工业以太网的发展对PLC有重要影响
以太网应用非常广泛，与工业网络相比,其成本非常低，为此，人们致力于将以太网引进控制领域。目前的挑战在于1）硬件上如何适应工业恶劣环境；2)通讯机制如何提高其可靠。以太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。但以太网在工控系统的应用却日益增多，适应这一过程，各PLC厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品[1]。 1.1.4 可编程序控制器OMRON CQM1
本设计利用OMRON CQM1为主要编程工具,利用所学的PLC的知识为编程思想,来完成污水处理的设计.
1。2 本章小结
本章主要论述了PLC技术及其在污水处理系统中的应用，介绍了PLC的选型,以及软件平台的确定。为污水处理系统的设计奠定基础。
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2 污水处理系统功能分析
2.1 污水处理系统的基本功能
在进行上位机程序与下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定污水处理系统本身所具有的功能和在进行某种操作后具有的状态，下面将作具体分析。在实际生活中，会应该将很多污水需要进行合理,健康，有效的处理。以为即使生活中的污水随意的排放也会造成对人体健康的极大的伤害。所以将污水进行合理的排放是非常有必要的事情.合理的排放和处理对生态的健康也是势在必行的［3］。 2.1。1 污水处理系统的运行环境
污水处理系统在运行过程中要求有很高的可靠性，要使污水能够正常的进入到设置好的污水处理的系统中去,在进水和排水，排气等的系统步骤能够正常有效的进行。在设置好的时间内进行污水的处理。运行的环境没有太严格的要求。保证整个过程正常的进行就可以，噪音等外界的影响对这套污水处理系统没有什么影响。但是不能将系统置于高温或者高压的环境中[4］.
2。2 实验中污水处理系统的分析
所以把进水和排水,排气，开启阀门和关闭阀门在PLC程序中用定时器等来进行设置来实现整个污水处理的系统,达到污水处理的目的。 2.2.1 实验状态假设
由于污水处理系统的全部功能是在过滤器和各种作用的阀来实现的。而且进水和排水的时间等都是由定时器来实现的。所以可以对定时器进行数据上的调整来检验和检验污水处理的时间和数量.
2.3 本章小结
本章描述了污水处理系统在运行中所完成的功能.对定时器的调整来实现阀门开启或者关闭的时间来检验整个污水处理系统在什么样的时间可以达到最好效果来完成污水处理。
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3 用PLC实现污水处理系统的设计
3.1 设计说明
污水处理系统的基本功能就是对注入到系统当中的污水进行循环的处理，采用的就是循环的方式来进行的。
当某一个过滤罐的方式选择开关置于自动的位置时,该过滤罐处于自动控制状态,该过滤罐按照过滤罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作，不需要操作人员的干预。
当某一个过滤罐的方式选择开关置于手动的位置时,该过滤罐处于手动控制状态。该过滤罐需要操作人员通过仪表盘上的按钮来启动该过滤罐,使其自动完成排污水过程。
当过滤器运行一段时间后，需要反冲洗,首先需要将过滤器中的水排出。排水时,过滤进出水阀关闭，排水、排气阀打开,将过滤器中的污水排出启动反冲洗泵。进行反冲洗。
3.2 PLC程序编写
3.2.1 污水处理系统的开启过程
图3.1 污水处理系统的开启过程
如图2。4所示，常开0000，常开0006，线圈1002,在常开0000下设置一个自保1002.自保在整个污水处理系统中是起到的作用非常重要的.没有了它的存在，一旦系统出现故障,整个系统就将面临崩溃的状态.这段程序实现的是整个污水处理系统开启的功能。将整个污水处理系统处于一种启动的状态。按下0000启动开关1002启动指示灯亮此时将等待工作人员输入自动方式或者手动方式进行污水处理过程，0006将停止指示灯同时关闭这个机器，因为在工作的过程中1002一直亮,提示工作中,所以1002有自保.
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3.2.2 污水处理系统的自动和手动的操作过程
图3。2 污水处理系统的自动和手动的操作过程
图2。5是为了给操作人员选择自动形式工作还是手动形式工作的,常开0001,常开0006,常闭1004，线圈1003,在常开下面设置了两个指令,一个是常开1003，启到的是自保的作用,自保在整个污水处理系统中是起到的作用非常重要的.没有了它的存在,一旦系统出现故障，整个系统就将面临崩溃的状态。所以一定要设置常开1003，在重要的自保常开1003下面设置一个常开TIM003，设置常开TIM003的目的是在后面起到连接的作用,如果这个不进行合理的设置，后面的所有工艺过程都不能够实现，在设置完这个常开TIM003之后在后面加上一个线圈1003,这个段的目的是让整个污水处理系统实现两个重要选择步骤的其中一步，是让其实现自动的功能,在按下这个键之后,在后面的步骤中设置了很多的记数器和定时器，就能够让整个污水处理系统自动的去实现整个污水处理的过程了，常开0002,常开0006,线圈1004，在常开0002的下面设置一个常开1004,让他和上面的常开0002连接上，让常开1004实现自保的作用,自保在整个污水处理系统中是起到的作用非常重要的。没有了它的存在，一旦系统出现故障,整个系统就将面临崩溃的状态。这个步骤是两个污水处理两个方式的另外一种，这个步骤是手动,就是需要自己动手去摁键来实现整个污水处理系统的实现。按下0001,1003启动进入自动模式。按下0002，1004启动进入手动模式因为在两种模式中指示灯一直亮加以提示所以有自保。虽然这两种工作方式都驱动一样的机器但是完全可以分开作业。当选择手动形式自动是处在断开状态的，1004的常闭触点自动锁住1003当循环时间到TIM003将再一次给1003通电起到自动循环工作。
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3。2.3 污水处理系统的开进水阀，出水阀和加压的过程
图3。3 污水处理系统的开进水阀,出水阀的加压的过程
图2。6是对出/进水阀，加压电机的控制，常开1003,常闭CNT004,常开0009，常开0006,线圈1005，输出为1005有自保，自保在整个污水处理系统中是起到的作用是非常重要的。没有了它的存在,一旦系统出现故障，整个系统就将面临崩溃的状态.在常开1003下面设置了一个常开1004,常开1004的作用是很明显而且很重要的,因为有了这个常开1004后面的很多功能才能够得以实现的.在常开1003下面设置了自保以后再在下面的下面设置了一个常开1005，常开1005的作用是以线圈1005相互对应，线圈1005通了之后,才能够让常开1005得以开通,步骤才可以往下进行的。如果这里不放置这个常开点1005,那么这一段程序就失去了它原来想达到的目的，也往下进行不下去的，而且这段程序想要实现的开进水阀，出水阀还有加压的功能都不能实现了，在整个污水处理系统当中,开启的功能已经实现了，那么下一步骤就是要将已经被污染了的水进入到我所设置的污水处理系统中来，让它进入到我事先设置好的储存罐里，那么进入罐子里之前必须要把阀门开启，让污染的水进入到罐里的,那么在之前必须得将出水的步骤事先设置好,因为整个这个污水处理系统是循环的,所以要先将它设置好，但是如果要将更多的污水进入到这个污水处理系统中，那么必须得将压力提高,才能将更多的污水压到罐里。达到更快,更高效的污水处理.两种形式都将驱动它工作因为出/进水阀,加压电机为同时工作,同时停止所以设计1个输出。
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3.2。4 污水处理系统在自动控制形式下的计时装置
图3.4 污水处理系统在自动控制情况下的计时装置
图2.7是专门为自动控制形式下的计时装置,为长定时的一种,因为TIM最多记录可以999。9S而一般工作周期为1天所以加上CNT两者相互配合起到长定时的作用.将这段程序设置常开1003，常开1006，常闭2000，在这一段程序后面必须要设置了一个定时器,TIM000，因为要将很多的污水进入到这个污水处理系统中来,进入到提前设置好的罐子里,所以时间要设置的要长一点,设置为一小时已经很充足了,这样污水就能源源不断的进入到罐子里，这样就能实现我事先设置的要尽可能多的将来污水进行处理，这样对应用实际是很必要的，但是要是在实验的时候就要设置的时间短一点,那样就不用等待那么长的时间了,实验的结果就很容易很轻易的一目了然了,不必等待那么长的时间去看到这个污水处理系统所要达到的结果,这一段时间实现后,下面要实现的就是长定时的方法2，设置常开点TIM000,在常开点TIM000后接上线圈2000,这一小段程序虽然在整个污水处理系统中起到的作用不是十分的重要，但是整套系统如果出现了什么问题,那么就必须得需要第二套程序,来让系统再次正常的继续进行污水处理的过程。它的作用就是将这个过程设置好时间来进行下一步骤,这也是手动方式所必须要存在的程序，常开TIM000，这个常开TIM000就是上段的定时器，就是说上面的定时器，一旦实现好它的功能，那么这一段程序就开始运行了,在常开点TIM000后面接上线圈2000，下一段程序就要设置好定时器,实现定时的功能,常开点TIM000，常闭0006,常开TIM003，它们后面都要接定时器CNT004，设置的时间为0024，也就是24秒,至于这个时间定时的多少
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都是没有太大的关系和影响,主要的目的就是要将系统更多，更好，更高效的进行污水处理,这一当关机时或者进入下一个工作周期CNT需要复位,所以在CNT复位端并联上0006，TIM003，起到复位作用。本3段经过老师指导改正成功。 3。2。5 污水处理系统开排水的过程
图3.5 污水处理系统开排
水阀
及开排气阀的过程
图2.8为排水/排气阀门的控制,有自动/手动两种工作形式都可以驱动。这一步骤在整个污水处理系统中是非常重要的步骤中之一,因为之间已经很好的设置了进水阀的使用，将污染了的水都注入到事先设置好的罐子里,要是在工厂呢就可能会设置容量更大的罐子,只有那样才能够实现和满足工厂对污染了的水排放量和处理的要求。既然已经将污染了的水注入到罐子中了，也设置了定时器和记数器等来达到提前设定好的要求，那么污水在循环系统中循环完了,那么排放就是一大非常重要的环节,这一段也可以说是启到承上启下的作用.较为合理的设置好排放污水的时间和数量,那么对整个污水处
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理系统的功能的实现都是事关重大的。合理的排放对工业，对环境都是双方受宜的.先设置一个常开点1003,常开点1003在上段程序中是在进水罚中出现过,那么在这里出现的意义就在于这两段进水和排水是相互连接的，是不可以分割的，在常开点1003之后设置一个常开点CNT004，CNT004在上段程序中也有着很大的作用。CNT004在上段程序中起到的是定时器的作用,那一段程序所要表达的是长定时方法2，也就是说长定时实现之后，CNT004在这段程序来实现后在这段程序中就开始实现开排水阀的功能,在常开CNT004之后设置一个常闭TIM001，常闭TIM001在上段程序中的作用是进行开启的功能,在常闭TIM001之后设置一个常开点0010,在常开点0010后设置一个常开点0006，常开点0006是在上段程序中长定时它是常闭的，在常开点0006后接了一个线圈1006,在常开点1003和常开点CNT004的下面设置了两个常开点，一个是,一个是常开0004，在常开点1004和常开点0004下面设置了一个常开点1006，起到的是自保的作用。自保在整个污水处理系统中是起到的作用是非常重要的。没有了它的存在,一旦系统出现故障，整个系统就将面临崩溃的状态.在这段程序的下面再加一小段程序。先设置一个常开点1003，在常开点1003后面设置一个常开点CNT004，后面接一个定时器TIM001，时间设置为10秒.那么这个计时器在程序中的作用是排水的时间为10秒，然后就停止排水，然后进行循环,每10秒就进行一次排水的功能来进行这段程序的实现。这段程序就是开排水阀。下面就来介绍一下开排气阀程序段是如何实现的。首先设置常开点1003,之后接一个常开TIM001,后面再接一个常闭点TIM002，接着设置常开点0010，常开点0006，最后面接上线圈1007。在常开点1003,常开点TIM001的下面设置两个常开点1004，0005，在最下面设置一个常开点1007，常开点1007和线圈1007是一样的指令，那么常开点1007在这段程序起到的作用就是自保的作用.自保在整个污水处理系统中是起到的作用是非常重要的。没有了它的存在,一旦系统出现故障,整个系统就将面临崩溃的状态。设置常开点TIM001和常开点1003，这个常开点1003上段程序已经出现过了，那么在这么出现的原因是什么呢，它的出现的意思就是表明这段程序和上段程序是联系的是连接的，上段程序中常开点1003实现了它已经所要实现的功能,那么接下来就要实现它下个程序要实现的功能了。它接的是计数器TIM002,计数的时间被设置为0020,也就是说时间被设置为20秒中，它所要表达的意思是排气的时间为20秒，20秒钟过后就停止排气。这段程序所要实现的功能是开排气阀。
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3。2。6 污水处理系统反冲洗的过程
图3.6 污水处理系统反冲洗的过程
图2.9是反冲洗泵的开动同样也有自动控制/手动控制两种形式。首先设置好常开点1003，常开点TIM002,常闭点TIM003，常开点0008接在后面,在最后面接的是线圈1008，在常开点1003和常开点TIM002的下面设置了两个指令，一个是常开点1004,另外一个是常闭点0003,在最下面设置的是常开0008,那么之前我们看到的程序第一行的后面设置的线圈也是0008,那么可以得出最下面设置的常开0008在这段程序中实现的是自保的作用.自保在整个污水处理系统中是起到的作用是非常重要的.没有了它的存在，一旦系统出现故障,整个系统就将面临崩溃的状态.在下面设置常开点1003,后面接个常闭点TIM002,再后面接了一个常闭1005,最后接的是定时器TIM003,设置的时间为0010，也就是说定的时间为10秒，这段程序想要实现的功能是反冲洗。那么这个定时器的作用就是在每个10秒钟程序就进行一次反冲洗,然后进行循环。来让整个污水处理系统的功能得以持续的循环的实现.可以驱动它的工作当开启1008反冲洗泵都它的工作顺序与加压送污水泵是一样的只不过它的工作时间比前者短，当它的工作时间到,如果自动情况将等待工作人员的输入指示下一步工作,如果自动情况下它将再一次给1003加压/进水/出水/一个信号，然后整个系统再次工作，如此循环。
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3。3 分配PLC输入/输出端子
表3-1 污水过滤PLC输入/输出端子分配表
输入电器 启动按钮 停止按钮 自动按钮 手动按钮 开进水/出水按钮 关进水/出水按钮 开排气按钮 关排气按钮 开排水按钮 关排水按钮 开反冲洗按钮 关反冲洗按钮
输入端子 0000 0006 0001 0002 0003 0009 0005 0011 0004 0010 0007 0008 输出电器 启动指示灯 自动指示灯 手动指示灯 进水阀 出水阀 加压泵 排水阀 排气阀 反冲洗泵 输出端子 1002 1003 1004 1005 1005 1005 1006 1007 1008 3。4 本章小结
本章在分析了设计任务的基础上，对基于PLC的污水处理系统进行了设计，详细地介绍了程序变量的定义及梯形图形式的编程、程序执行过程的解释。
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结 论
随着工业化和城市化的发展，水环境污染、水资源紧缺日益严重，水污染控制、水环境保护已刻不容缓.我国现在新建城市或城区采用雨污分流制，但老城市或老城区大多仍然是雨污合流的排水体制，许多合流污水是直接排放到水体。而将旧合流制改为分流制，受现状条件限制大，许多老城区建成年代较长,地下管线基本成型，地面建筑拥挤,路面狭窄，旧合流制改分流制难度较大。合流污水的一大特点是旱季和雨季的水质、水量变化大，雨季污水BOD浓度低，不利于生化处理.国家提出，2010的我国城市污水处理率要求达到40％，因此，研究有效的合流污水处理方法，对加快城市污水处理步伐具有重要的意义设计一套简单实用的污水处理系统是非常有必要的和迫在眉睫的事情.[3］
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致 谢
本文的工作是在导师吴东升的悉心指导下完成的。从论文的选题，研究工作的深入，以至论文的撰写和修改都凝聚着恩师的心血。在此，我对导师和沈阳理工大学的教师表示忠心的感谢。
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参考文献
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P10
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附录 B
英语翻译:
可编程序控制器
可编程逻辑控制器(PLC）或干脆可编程序控制器是一个数字化的计算机用于自动化的工业生产过程，如控制机械的工厂装配生产线。不同于一般用途的电脑,临立会是专为多重输入和输出的安排，延长工作温度范围，免疫力电气噪声，抗振动和影响。程式控制机器操作通常存储在备用电池或非挥发性记忆体.PLC的便是一个例子，一个实时系统的输出结果,因为必须出示在回应输入条件，在一个范围内的时间，否则意想不到的行动将导致..
特征
主要区别从其他电脑上是
PLC的是装甲严重条件（灰尘，潮湿，热源，冷等)，并
有设施,广泛的输入/输出（I/O）的安排。这些连接PLC在传感器和致动器。PLC的阅读限位开关，模拟过程变量（如温度和压力)，以及立场复杂的定位系统.有的甚至使用机器视觉。对致动器方面，PLC的运作，电机，气动或液压缸,磁继电器或螺线管，或模拟输出。输入/输出的安排，可能建成一个简单的PLC，或临立会可能有外部I/O模块连接到一个计算机网络，插入PLC.
PLC的发明替代的自动化系统将使用数百或数千继电器，凸轮定时器，和鼓时序。很多时候，一个单一的可编程控制器可以编程,以取代数以千计的继电器。可编程控制器最初所通过的汽车制造业，软件修订取代了重新布线的硬连线控制面板，当生产模式改变.
很多最早的PLC表示，所有的决策逻辑,在简单逻辑的阶梯，出现类似的电气示意图。该电工是相当能追查出电路的问题与示意图使用阶梯逻辑。这个程式符号选择,以减少培训的要求，对于现有的技术人才。其他早期的PLC使用的一种形式，教学名单编程的基础上，堆栈为基础的逻辑求解.
功能的PLC已多年的发展,包括序贯继电器控制,运动控制，过程控制，分布式控制系统和网络。数据处理，储存,加工能力和通信能力，一些现代的PLC是约相当于台式电脑。PLC的编程一样,结合远程I/O的硬件，让一般用途的台式电脑相重叠的一些PLC在某些应用。
PLC的比较，与其他控制系统
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PLC的良好适应了一系列自动化的任务。这些都是典型的工业工序，在哪里制造的开发成本和维护自动化系统是高相对的总成本的自动化，并在变化,该系统预计将在其运行寿命。PLC的控制输入和输出设备兼容的工业试验装置和控制;很少电气设计要求，并设计问题为中心的表达理想序列的行动在阶梯逻辑符号。
PLC的应用通常是高度客制化的系统，使成本包装的PLC是比较低的成本，一个具体的自订内建控制器的设计。在另一方面，在如此大规模生产的货物，自定义的控制系统是经济，由于成本较低的元件，而最佳的选择而不是一个“通用”的解决方案，并在非经常性工程费用遍布数以千计的地方。 高音量或很简单的固定自动化的任务，不同的技术使用.举例来说，消费者洗碗机将控制机电凸轮计时器的成本只有几块钱,在生产数量。
1基于微控制器的设计将是适当的情况下数百或数千单位将制作等，开发成本(设计电源供应器及输入/输出硬件），可以传播很多的销售，并在最终用户不会需要改变控制.汽车应用的一个例子;百万计的单位，每年兴建，只有极少数的最终用户改变编程这些控制器.然而,一些专业车辆，如过境客，在经济上使用的PLC不是定制设计的控制,因为量低，开发成本将是不经济。非常复杂的过程控制，如用在化学工业中，可能需要算法和性能超越的能力,甚至性能高的PLC。非常高的速度和精确度的控制可能还需要定制的解决方案;举例来说,飞机的飞行管制。
临立会可能包括逻辑单变量反馈的模拟控制回路，“比例，积分，导数”或“ PID控制”.1PID控制回路可用于控制温度的制造过程，例如。历史上的PLC通常配置,只有少数的模拟控制回路；何处过程中所需的数百或数千循环，分布式控制系统(DCS）反而会使用。不过，由于临立会已成为更强大，边界之间的DCS与PLC的应用已成为少，旗帜鲜明。
数字和模拟信号
数字或离散信号的表现,作为二进制开关，收益率只是一个或关闭的信号(1或0，真或假，分别）.按键,限位开关,光电传感器的例子装置提供了一个离散信号。离散信号发送使用的电压或电流，在特定范围指定为就和另一个作为小康。举例来说,一个PLC可能使用24伏直流电的I/O，价值观，上述22伏直流电代表对，价值观下面2vdc代表起飞，中间值未定义.最初，PLC的只有离散的I/O。
模拟信号一样，音量控制，与一系列的价值观之间的零和满标。这些都是典型的解释为整数的值(计数)由临立会,与各范围的准确性，根据设备和双边投资协定的数量可
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用来储存数据。作为PLC的通常使用的16位二进制签署的处理器，整数的价值是有限的之间-32768和32767。压力，温度，流量，和重量，往往所代表的模拟信号。模拟信号可以使用的电压或电流与规模成比例的价值的过程中的信号。
举例来说，一个充满模拟信号的4—20米或0-10V的输入电压会转化为一个整数，值为0-32767。目前的投入是不太敏感的电气噪声（即由焊工或电动马达启动)，比电压输入。
编程
早期的PLC ,直至20世纪80年代中期，它当初的程序使用专有的编程小组或特殊用途的编程终端，往往有专门的功能键代表不同的逻辑要素的PLC程序.程序存储在盒式磁带匣。设施，为印刷及文件很小由于缺乏内存容量。最近，PLC程序通常是书面处于一个特殊的应用对一台个人电脑，然后下载一个直接连接电缆或通过网络向临立会.非常最古老的PLC用于非挥发性记忆体磁芯，但现在该程序是储存在临立会无论是在备用电池的后续RAM或其他一些非挥发性快闪记忆体.
早期的PLC设计，以取代继电器逻辑系统。这些PLC的编程人在“阶梯式的逻辑”，这强烈类似于示意图继电器逻辑。现代的PLC可以编程在以各种方式,从阶梯的逻辑来更传统的编程语言，如基本和C另一种方法是国家的逻辑，一个很高的水平编程语言设计程序基于PLC的关于国家过渡的图表。
最近，国际标准IEC 61131—3已成为受欢迎的。目前的IEC 61131—3定义5编程语言的可编程控制系统：森林生物多样性(功能框图)，劳工处(梯形图),圣(结构化文本，类似该帕斯卡尔编程语言)，白细胞介素(指示列表中，类似汇编语言）和证监会(顺序功能图)。
这些技术强调的逻辑组织的行动。而基本概念PLC编程是共同的所有制造商，分歧在I/O处理，记忆体的组织和指令集表示PLC程序从来都不是完全可以互换的决策者之间的不同。即使在同一产品线，一个单一的制造商，不同的模式未必可以直接兼容。
用户界面
临立会可能需要与他人互动交流为目的的配置，报警或报告的日常控制。 1人机界面（人机界面)是受雇于作此用途.人机界面’ ,也称为的MMI（人机接口)和GUI(图形用户界面）。
一个简单的系统可能使用按钮和灯光的互动与用户。文字显示可作为以及图形触摸
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屏。最现代的PLC可以沟通，超过一个网络，以其他一些制度,如计算机运行的SCADA(监控和数据采集)系统或Web浏览器.
通讯
临立会通常有建于通信端口，通常9针的RS232，并选择性地为RS485的和以太网.df1通常包括作为其中的通信协议。其他通讯协议可用于中列出的清单自动化议定书。
历史
临立会被发明,需要连锁反应,美国汽车业.之前的PLC，控制，测序，安全连锁逻辑制造的汽车是在使用继电器,定时器和专用闭环系统的控制器。过程中更新等设施，每年模型变化超过十分耗费时间和昂贵的，作为中继系统需要加以rewired由熟练的电工.
在1968年通用汽车水螅（自动变速器分工,通用汽车公司)发出一份要求的建议，为电子取代硬连线中继系统。
得奖的建议，来自贝德福德联营公司的贝德福德，马萨诸塞州.第一次临立会，指定084，因为它是贝德福德Associates的'80-第四个项目的结果.贝德福德联营公司开始了一个新的公司，致力于开发，制造,销售和服务这一新的产品：按付款当日价格计算，其中主张之一,人民的工作，谁该项目迪克莫雷，谁是被视为“父亲”的临立会。品牌销售在1977年至古尔德电子，和后来收购的德国公司AEG，然后由法国施耐德电气，目前的所有者。
其中一个很首先084的模式兴建，现已陈列在总部在北，马萨诸塞州.据介绍,以通用汽车,当单位离退休经过近二十年的服务不会中断.
汽车业仍是其中一个最大的用户可编程序控制器，仍然号码它的一些控制器的模型，例如,他们最终与84。PLC的使用在许多不同的行业和机器,如包装和半导体的机器。
众所周知,PLC的品牌是东芝，西门子，艾伦—布拉德利到期，三菱，欧姆龙，和通用电气公司。
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