工業(yè)水循環(huán)電控系統(tǒng)設(shè)計.doc

基于plc的工業(yè)水循環(huán)電控系統(tǒng)設(shè)計基于plc的工業(yè)水循環(huán)電控系統(tǒng)設(shè)計摘要工業(yè)水冷系統(tǒng)，不僅安全實用，而且水的吸熱量大，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場；在國家越來越重視可持續(xù)性發(fā)展的今天，循環(huán)水的應(yīng)用不僅僅令工廠節(jié)約了大量的成本，而且在發(fā)展與環(huán)境方面做到了協(xié)調(diào)平衡的作用，減少了資源的浪費，降低了污染。傳統(tǒng)的水循環(huán)控制系統(tǒng)不僅設(shè)計安裝復(fù)雜，更重要的是由于設(shè)備的老化速度快，可靠性較差，抗干擾能力不強，靠繼電器線圈控制的回路檢修不便，浪費了寶貴的生產(chǎn)時間。近年來流行的plc控制回路解決了上述問題，不論從設(shè)計安裝及可靠性，還是抗干擾性都優(yōu)于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。本文提出了一個基于plc的工業(yè)水循環(huán)的電控系統(tǒng)的解決方案，詳細介紹了plc發(fā)展及其特點，工藝流程的設(shè)計及其軟件的設(shè)計。關(guān)鍵詞：水循環(huán)；電氣控制；plc； -iv-abstractindustral cooling system whose core is water is used in industral production because of its quatity of absorption of heats,safety and function.nowadays the people repubilic of china gives high weight to sustainable development,cycle water has its superiority not only on the economy but also on the balance of development and enviroment.it reduces the wasting of the resources and pollution.the traditional cycle water control system is too complex to design and install,furthermore,the equipments have to renew because of their velocity of aging,sometimes the reliable is not on the level,dealing with the interference is the same.not the last but the least,we must take time on repairing the control system basing on relays.recently,the control system with plc sovled the problem,not only on the design,installation,reliable but also on dealing with the interference are superior to the traditional one.this paper proposes a project to design the electrical control of industrial cooling system base on cycle water with plc.the paper includes introduce of plc,technology and program design described in detail.keywords:industrial cycle water;electrical control;plc;目錄摘要iabstractii目錄iii前言11緒論21.1 plc的概述21.2 plc的產(chǎn)生和發(fā)展21.3 plc的特點和應(yīng)用技術(shù)31.4 傳統(tǒng)控制電路與plc控制電路的比較62電氣圖設(shè)計72.1工業(yè)水循環(huán)的一般流程概述72.2工藝流程要求72.3 主電路的設(shè)計82.3.1 主電路概述92.3.2主電路器件參數(shù)設(shè)定92.4 控制檢測電路的設(shè)計122.4.1檢測電路概述122.4.2檢測電路元件參數(shù)設(shè)定132.4.3 plc電路的設(shè)計及端口分配142.5 電氣柜及控制臺的安裝接線173程序設(shè)計193.1 plc程序設(shè)計及其梯形圖193.1.1 水泵及冷卻塔風機運行193.1.2 潛水泵的運行193.1.3 報警系統(tǒng)的運行203.2 plc程序代碼213.3 程序運行過程描述273.3.1 水泵及冷卻塔風機程序描述273.3.2 集水坑潛水泵的程序敘述293.3.2 報警系統(tǒng)程序敘述30總結(jié)31致謝32參考文獻33附件1 主電路接線圖34附件2 控制檢測電路圖35附件3 電氣布置圖及電氣裝配圖36附件4 plc端口分配接線圖41附件5 plc程序梯形圖42附件6 電氣元件明細表45前言隨著工業(yè)的發(fā)展，人們越來越重視科學、穩(wěn)定以及環(huán)保的生產(chǎn)生活方式。生產(chǎn)方式有賴于生產(chǎn)機器的穩(wěn)定高效的運行，高效的運行可以利用一定的技術(shù)手段對設(shè)備進行改造達到目的，相應(yīng)的，由于高效的生產(chǎn)方式，能量消耗的增加必然造成設(shè)備熱能的散失加劇，這些熱能使得設(shè)備的內(nèi)部部件老化程度加快甚至故障，那么相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)也就應(yīng)運而生了。水冷以其卓越的散熱效果以及其經(jīng)濟性而倍受青睞，但是在水資源日益缺乏的今天，一次性的水冷無論從它的環(huán)保性以及其花費來說都不是好的選擇，那么，一個經(jīng)濟高效的水循環(huán)系統(tǒng)就滿足上述要求?，F(xiàn)在的水循環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的運用，從大的如核電站，鋼鐵機加工企業(yè)到小的如電子，it行業(yè)都有涉及，這其中前者占有絕大部分的份額。近些年，國家提出的節(jié)能減排的要求更加速了高效環(huán)保的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展，這方面的技術(shù)也越來越受重視。在plc還未出現(xiàn)時候，傳統(tǒng)的工業(yè)控制用的是繼電器控制，這種控制電路有著不可抗拒的不利因素：安裝不便，檢修不易，不經(jīng)濟，抗干擾能力差；plc以其安裝方便，經(jīng)濟耐用，可靠性高，抗干擾能力強等優(yōu)點在近些年發(fā)揮了重大的作用，不少廠家紛紛把以前煩瑣的線路改造成plc控制。所以，plc及相關(guān)系統(tǒng)電路設(shè)計及運用對電氣方向的大學生來講是必備的技能，基于plc的工業(yè)水循環(huán)電控系統(tǒng)的設(shè)計不論從技術(shù)的角度還是從發(fā)展的潛力都有著相當大的意義。本篇論文從主電路的設(shè)計，控制檢測電路的設(shè)計，電氣設(shè)備的選擇，plc的控制線路以及端口的分配和編程集中反映了工業(yè)水循環(huán)的電控系統(tǒng)的設(shè)計，調(diào)試，運用，從理論上描述了plc控制水循環(huán)的運行機制，起到拋磚引玉的作用。1緒論前面我們提到傳統(tǒng)的電路的控制主要是以繼電器組成的控制電路來達到目的,然而,傳統(tǒng)的控制電路有著不可抗拒的不利因素：安裝不便，檢修不易，不經(jīng)濟，抗干擾能力差，與之相反，plc優(yōu)點在于安裝方便，經(jīng)濟耐用，可靠性高，抗干擾能力強等優(yōu)點，了解兩者的優(yōu)劣就是本章的所要達到的目的。1.1 plc的概述plc是在電氣控制技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。目前，plc已被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機械和生產(chǎn)過程的自動控制中，成為最重要、最普及、應(yīng)用場合的工業(yè)控制裝置，被公認為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱（plc、機器人、cadcam）之一。可編程序控制其定義如下:可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算、等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。定義強調(diào)了plc應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，必須具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和廣闊的應(yīng)用范圍，這是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的重要特征。同時，也強調(diào)了plc用軟件方式實現(xiàn)的“可編程”與傳統(tǒng)控制裝置中通過硬件或硬接線的變更來改變程序有本質(zhì)區(qū)別。1.2 plc的產(chǎn)生在可編程序控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。但是傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。從1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）根據(jù)美國通用汽車公司的要求，研制成功了世界上第一臺可編程序控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果，從此這項技術(shù)迅速發(fā)展起來。早期的可編程序控制器僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器，通常稱為可編程序控制器（prongrammable logic controller）.隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，20世紀70年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到plc中，使plc不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。20世紀80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于plc中，使plc得到迅速的發(fā)展。plc不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使plc真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理和聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實的多功能控制器。自從第一臺plc研制出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制plc，并得到了迅速的發(fā)展。目前，世界上有200多家plc廠家，400多品種的plc產(chǎn)品，按地域可分成美國、歐洲和日本等三個流派產(chǎn)品。各流派plc都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型plc，其小型plc性能先進，結(jié)構(gòu)緊湊，價格便宜，在國際市場上占有重要地位。世界上著名的plc生產(chǎn)廠家主要有美國a-b公司，ge公司，日本的三菱電動機公司，歐姆龍公司，德國的aeg公司、西門子公司，法國的te公司等。從近年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，在世界范圍內(nèi)plc產(chǎn)品的產(chǎn)量、銷量、用量高居工業(yè)控制裝置榜首，而且市場需求量一直以每年15%的比率上升。plc已成為工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)的控制裝置。plc技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)新的動向：1：產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展 大：i/o點數(shù)達14336點、32位為微處理器、多cpu并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。 ?。河烧w結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。 2：plc在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛 3：不斷加強通訊功能 4：.新器件和模塊不斷推出 高檔的plc除了主要采用cpu以提高處理速度外，還有帶處理器的eprom或ram的智能i/o模塊、高速計數(shù)模塊、遠程i/o模塊等專用化模塊。 5：編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化 有各種簡單或復(fù)雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的plc指令系統(tǒng) 6：發(fā)展容錯技術(shù) 采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。 7：追求軟硬件的標準化。 plc發(fā)展歷史 起源：1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求。1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺可編程控制器 pdp14 ，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是第一代可編程序控制器，稱programmable，是世界上公認的第一臺plc。 1969年，美國研制出世界第一臺pdp-14 1971年，日本研制出第一臺dcs-8 1973年，德國研制出第一臺plc 1974年，中國研制出第一臺plc 發(fā)展：20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的plc為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為programmable logic controller（plc）。 20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、pid功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀80年代至90年代中期，是plc發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，plc逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的dcs系統(tǒng)。 20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。1.3 plc的特點和應(yīng)用技術(shù)（一）plc的特點 plc技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，主要是因為它具有許多獨特的優(yōu)點。它較好的解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。主要有以下特點：1可靠性高、抗干擾能力強可靠性高、抗干擾能力強是plc最重要的特點之一。plc的平均無故障時間可達幾十萬個小時，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施：a硬件方面 i/o通道采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對plc的影響；對供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制高頻干擾；對plc等重要部件采用良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對有些模塊設(shè)置了連鎖保護、自診斷電路等。b軟件方面 plc采用的是掃描工作方式，減少了由于外界環(huán)境干擾引起故障；在plc系統(tǒng)程序中設(shè)有故障檢測和自診斷程序，能對系統(tǒng)硬件電路等故障實現(xiàn)檢測和判斷；當由外界干擾引起故障時，能立即將當前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù)到故障前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。2 編程簡單、使用方便目前，大多數(shù)的plc采用的編程語言是梯形圖語言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計算機知識，很容易讓廣大工程技術(shù)人員掌握。3 功能完善、通用性強現(xiàn)代plc不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能，而且還具有a/d和d/a轉(zhuǎn)換、數(shù)值運算、數(shù)據(jù)處理、pid控制、通信聯(lián)網(wǎng)等許多功能。同時，由于plc產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。4 設(shè)計安裝簡單、維護方便由于plc是用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設(shè)計、安裝接線工作量大為減少。plc的用戶程序大部分可在實驗室進行模擬調(diào)試，縮短了應(yīng)用設(shè)計和調(diào)試周期。在維修方面，由于plc的故障率極低，維修工作量很小；而且plc具有很強的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，可根據(jù)plc上的指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。5 體積小、重量輕、能耗低由于plc采用了集成電路，其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗低，因而是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。(二) plc的應(yīng)用領(lǐng)域目前，在國內(nèi)外plc已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著plc性能價格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展。從應(yīng)用類型看，plc的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個方面：1 開關(guān)量邏輯控制利用plc最基本的邏輯運算、定時、計數(shù)等功能實現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機控制、多機控制、生產(chǎn)自動線控制等，例如：機床、注塑機、印刷機械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是plc最基本的應(yīng)用，也是plc最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。2 運動控制大多數(shù)plc都有拖動步進機或伺服電動機的單軸或多軸位置控制模塊。這一功能廣泛用于各種機械設(shè)備，如各種機床、裝配機械、機器人等進行運動控制。3 過程控制大、中型plc都具有多路模擬量i/o模塊和pid控制功能，有的小型plc也具有模擬量輸入輸出。所以plc可實現(xiàn)模擬量控制，而且具有pid控制功能的plc可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應(yīng)堆、水處理以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。4數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代的plc都具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，如計算機數(shù)值控制設(shè)備。plc的通信包括plc與plc、plc與計算機、plc與其他智能設(shè)備之間的通信，plc系統(tǒng)與通用計算機可直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的多級分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動化系統(tǒng)發(fā)展的需要。1.4 傳統(tǒng)控制電路與plc控制電路的比較在傳統(tǒng)的工業(yè)水循環(huán)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的控制主要是以繼電器為主的控制電路來達到目的,然而,傳統(tǒng)的控制電路有著不可抗拒的不利因素，從繼電器的材料來看，繼電器的觸點表面是由一層氧化層鍍在上面，通常為銀制，長期的碰撞和電弧溫度的灼燒熔化導(dǎo)致時常要去檢修并伴隨著短路停機的發(fā)生，安全性和抗干擾性較差；同時，繼電器一旦用得太多，必然伴隨著導(dǎo)線線路的連接增加，檢查起來十分不便，并且導(dǎo)線的發(fā)熱導(dǎo)致電流的不穩(wěn)定，對需要精確控制的系統(tǒng)帶來了很大的不便。由于plc的引入使得上述的情況得以解決，通過端口的設(shè)置及編程使得繼電器為主所構(gòu)成的控制回路可以以編程的形式得以解決，操作較為容易，除主電路外，只需要部分的檢測和控制電路就可以達到控制目的，且軟件自身擁有的輔助繼電器數(shù)量不受限制，體積較小安裝方便，價格相對長期投入的繼電器來說便宜且程序可以改寫，方便易行，檢修容易，抗干擾能力優(yōu)于傳統(tǒng)控制電路，是工廠自動控制的發(fā)展趨勢和方向。2電氣圖設(shè)計2.1工業(yè)水循環(huán)的一般流程概述工業(yè)水循環(huán)系統(tǒng)中一般有一組水泵作為水循環(huán)的動力來源，通過葉片等把儲水池里的水打入水管，對要冷卻的機器進行降溫，降溫過后的高溫水在廠房上的冷卻塔上通過電機帶動葉片進行降溫，最后把降溫后的水排入儲水池，循環(huán)使用，儲水池有一個進水管和一個出水管，進水是溫度低的自然水，出水管排放儲水池的水。示意圖如下：圖2.1 工業(yè)水循環(huán)示意圖2.2工藝流程要求根據(jù)論文要求一鋁合金壓鑄廠擁有250kw晶閘管中頻熔煉電爐兩臺及4001600t鋁合金壓鑄機數(shù)臺，這些設(shè)備都要用水冷卻，要求冷卻水壓力不應(yīng)低于0.25mpa，溫度不宜高于35,為此配置一套循環(huán)水系統(tǒng)，3臺離心式水泵流量q=50m3/h,揚程h=32m,電動機功率pn=7.5kw，用水量最大時開兩臺水泵就可滿足生產(chǎn)要求，這樣可以在有1臺水泵損壞需要修理時仍然能滿負荷生產(chǎn)；100m3/h玻璃鋼冷卻水塔1座，其冷卻風機的功率為3kw，夏季在風機運轉(zhuǎn)時可使從設(shè)備返回的循環(huán)水溫度下降35；冷卻水塔下面的儲水池約50m3。水泵出口至生產(chǎn)車間的供水總管上除裝設(shè)就地顯示的數(shù)字式壓力表外，還裝了00.6mpa壓力傳感器及pt100鉑熱電阻等，它們的數(shù)字控制儀安裝在電氣控制柜上，當循環(huán)水的供水壓力地于0.25mpa或溫度達到35以上時，發(fā)出報警信號，提示值班人員及時進行處理。循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備的電氣控制柜裝在水泵房內(nèi)，用戶還要求在生產(chǎn)車間也能對這些設(shè)備進行操作，為此在車間里也安裝了一只操作箱。由于儲水池和水泵房均在室外地下，平時無人職守，為防止水泵房內(nèi)積水過多，在泵房一角設(shè)置了長寬深為0.6m0.6m0.8m的集水坑，在控制柜上有指示燈及開關(guān)等，可以手動或自動啟、停潛水泵，將坑內(nèi)積水排出。系統(tǒng)采用溫度、壓力數(shù)字顯示控制儀表各一套，溫度儀表設(shè)置上限報警，壓力儀表設(shè)置下限報警，系統(tǒng)用一個報警鈴和各一個顯示燈作為報警系統(tǒng)。報警器應(yīng)裝在維修人員的值班地點。儲水池由池子和注水管道及出水管道構(gòu)成，注水管道上設(shè)一浮球閥，當水位低于水位時注入水，當水位過高時關(guān)閉閥門，防止水位過高造成資源浪費。出水管道有一個閥門，當水溫過高時避免停機做緊急使用，使水池的熱水排放到下水道，水位下降，入水管道的閥門打開補充溫度較低的自來水；由于兩個閥門不為電控故沒在設(shè)計圖中畫出。2.3 主電路的設(shè)計主電路的構(gòu)成主要是被控制的電機組件，任務(wù)是通過控制電路的作用完成預(yù)定的目標，主電路設(shè)計的好壞直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的功能是否完整，所需要的動力是否充足，反應(yīng)是否靈敏等。2.3.1 主電路概述主電路由工業(yè)三相交流380v電源構(gòu)成主線路，m1，m2，m3為型號一樣的離心式水泵，流量q=50m3/h，揚程h=32m，電動機功率pn=7.5kw，m4為一臺功率為3kw的電機作為冷卻塔風機電機，m5為潛水泵電機，在主線路和各個支線路上設(shè)置組合開關(guān),熔斷器和熱繼電器作為過熱過載保護，保護電機和線路安全，同時安裝接觸器，其線圈連在plc上控制開機，由于所有電機為交流異步電機且功率小于等于7.5 kw且無特殊停車要求，所以選擇直接啟動，自由停車。圖2.2 工業(yè)水循環(huán)主電路圖2.3.2主電路器件參數(shù)設(shè)定主電路的器件參數(shù)確定如下：1.電機的選擇3個水泵電功率為pn=7.5kw查表可知使用y-132s2-2系列的三項異步電機，pn=7.5kw，額定轉(zhuǎn)速nn =2900r/min，額定電壓un=380v，三角形接法，額定電流in =15a，額定效率=86.2%，功率因數(shù)cos=0.88。電機m4的電功率為pn=3kw，電機m5同樣選擇電功率pn =3kw。查表可知所選用的電機為y-1328-6系列的三項異步電機，pn =3kw額定轉(zhuǎn)速nn =960r/min，額定電壓un=380v，三角形接法，額定電流in =7.2a，額定效率=83%，功率因數(shù)cos=0.76。由于全部電機都是小容量電機。在一般電網(wǎng)容量下，7.5kw的電機都可以認為是小容量電機，我們對與一切kw (2-1)的籠型異步電機一般都可以采用全壓啟動。2.熔斷器的選擇對于一臺電動機的負載的短路保護： (2-2)上式的系數(shù)視負載性質(zhì)和啟動方式不同而選取；對輕載啟動、啟動次數(shù)少，時間短或降壓啟動，取小值；對重載啟動、啟動頻繁、啟動時間長或全壓啟動時，取大值。對于多臺電動機的短路保護： (2-3)熔斷器選用時其電流應(yīng)大于熔體的額定電流。故m1，m2，m3的支路熔斷器電流=2.5=2.515=37.5a所以選擇的熔斷器型號為rl1，額定電壓為交流380v，熔斷器額定電流為60a，熔體額定電流為40a的有填充料封閉螺栓式熔斷器。同理m4，m5的支路熔斷器電流=2.5=2.57.2=18a所以選擇的熔斷器型號為rl2，額定電壓為交流380v，熔斷器額定電流為25a，熔體額定電流為20a的有填充料封閉螺栓式熔斷器。主電路總的熔斷器的選定電流=2.5+其余電動機的計算負荷電流=2.515+15+15+7.2+7.2=81.9a所以選擇的熔斷器型號為rl1，額定電壓為交流380v，熔斷器額定電流為100a，熔體額定電流為100a的有填充料封閉螺栓式熔斷器。3.刀開關(guān)的選擇由于電流比較小，所以選一般的刀開關(guān)hd17系列刀形隔離器，額定通斷電流200a，額定電壓380v，3極。4.熱繼電器的選擇熱繼電器的額定電流應(yīng)略大于電動機的額定電流。所以所選擇的熱繼電器fr1，fr2，fr3的額定電流應(yīng)該大于電動機m1，m2，m3的電流值即15a。所以fr1，fr2，fr3的型號選為jr16系列，額定電壓為380v額定電流為20a的熱繼電器。同理fr4，fr5的額定電流應(yīng)該大于電動機m4，m5的額定電流即7.2a。所以fr4，fr5的型號選為jr15系列，額定電壓為380v額定電流為10a的熱繼電器。6接觸器的選擇一般情況下，接觸器的主觸點的額定電流應(yīng)大于等于負載或電動機的額定電流，計算公式： （2-4）式中：主觸點的額定電流：經(jīng)驗常數(shù)，一般取11.4；：被控電動機額定功率；：被控電機額定電壓；所以m1，m2，m3接觸器的額定電流計算：=19.7am4,m5接觸器額定電流計算：=7.9a接觸器額定電壓的主要根據(jù)主觸點所控制的負載電路的額定電壓來確定，所以此次接觸器的額定電壓應(yīng)該選用額定電壓380v以上。為了保證安全，一般接觸器的線圈電壓均選用較低的電壓，如110v，127v，由控制變壓器供電。但如果控制電路簡單，所用的接觸器較少，為了省去變壓器，可選用380v，220v電壓。我們查表得到，三菱的plc承受的輸出有2a左右的電流，而接觸器的線圈的動作電流只有幾百毫安，所以一般可以穩(wěn)定吸合。綜上，我們選用的接觸器應(yīng)該為：3tb43型號，規(guī)定發(fā)熱電流35a，380v額定工作電流22a，可控電動機功率為11kw的交流接觸器3個。3tb40型號，規(guī)定發(fā)熱電流22a，380v額定工作電流9a，可控電動機功率為4kw的交流接觸器2個。上述資料匯總見附件。2.4 控制檢測電路的設(shè)計 在一個控制系統(tǒng)中，檢測控制電路是對系統(tǒng)所要求的環(huán)境參數(shù)進行檢測并對其發(fā)生的狀況發(fā)出相應(yīng)信號，提示工作人員及時進行處理。本論文的檢測電路主要作用是用來檢測水溫、水壓和潛水泵房的水位，由于潛水泵水位檢測和處理方式在plc程序內(nèi)實現(xiàn)，由開關(guān)sq1，sq2完成檢測，結(jié)構(gòu)簡單，所以這里主要講的是水溫水壓的檢測，而控制電路的作用主要由plc來實現(xiàn)，一個控制系統(tǒng)的檢測系統(tǒng)的好壞，直接關(guān)系到系統(tǒng)的精度和準度。2.4.1檢測電路概述控制電路電源來自主電路其中2相由變壓器轉(zhuǎn)換而成，內(nèi)接一個電源燈泡安裝于控制臺上以便觀察控制檢測電路是否通電，當主電路電機運行之時，相應(yīng)的接觸器帶動顯示儀表開始工作，面板分別都裝在控制臺上便于觀察，儀表wp1上裝一熱電阻和一電流繼電器ka1,當水管內(nèi)的溫度達到指定溫度時，線圈得電，使得相應(yīng)的觸點動作，儀表wp2上裝有一壓力傳感器和電流繼電器ka2，當水管內(nèi)壓力小于預(yù)定點時線圈得電，相應(yīng)觸點動作。圖2.3 工業(yè)水循環(huán)控制檢測電路2.4.2檢測電路元件參數(shù)設(shè)定參數(shù)設(shè)定如下：1變壓器的選擇顯然，我們選的變壓器為380：220的變壓器所以k的取值為： (2-5)簡單的變壓器可以自行繞制也可購買，繞制方法不再詳細說明。2儀表由于各個廠家生產(chǎn)的儀表使用方法在說明書上，所以必須根據(jù)儀表的說明書進行選購和調(diào)試，同樣的情況還出現(xiàn)于熱電阻和壓力傳感器的選擇，儀表的選擇要根據(jù)1.輸入電壓的大小，這里我們?yōu)?20v的交流電。2.輸出的方式，這里我們選擇電流輸出，以便配合電流繼電器的線圈。具體型號根據(jù)廠家選擇。必須注意的是儀表的型號一般相同。通過調(diào)查,我選擇的儀表為成都怡騰自動化es6數(shù)顯儀，型號為es6/a-hrta1b0e和es6/a-hrta1b0i，誤差小于0.5%f.s，并具備調(diào)教、數(shù)字濾波功能，輸入信號類型：萬能輸入，通過設(shè)定選擇；適用于電壓、電流、熱電阻、熱電偶信號，電源為220v ac功耗小于7va。輸入信號包括：熱電阻（pt100、pt1000），測溫范圍為 -200.00 500.00；熱電偶（k、s、e、t），分辨力為0.1；直流電流；直流電壓；直流mv。電流輸出（420）ma、（010）ma或（020）ma。3.電流繼電器這里的繼電器的電流根據(jù)儀表輸出的電流選擇參數(shù)，我們選擇型號為d10系列的繼電器，即到了我們所設(shè)定的電流10ma左右,繼電器就動作，具體調(diào)試中根據(jù)不同情況調(diào)整。技術(shù)要求為，動作電流的平均誤差不應(yīng)該大于5%，繼電器的額定電壓為220v交流或以上。4.熱電阻及傳感器的選擇根據(jù)論文要求，熱電阻選擇為pt100的熱電偶，傳感器選擇為成都怡騰自動化fd81151dr/3051dr微差壓變送器，測量范圍為差壓0-1.5kpa5指示燈的選擇無特殊要求，選用ad1-30/31額定電壓為220v，電源種類為ac50hz，燈頭型號為xz8-1w e10/13，顏色為無色透明指示燈。2.4.3 plc電路的設(shè)計及端口分配對與一個plc的控制電路，正確的端口分配和接線連接關(guān)系著控制程序能否按照預(yù)定的步驟運行，錯誤的分配和接線會使plc無法識別器件，甚至導(dǎo)致程序出現(xiàn)致命錯誤，造成不必要的損失。不同的廠家、不同系列的plc，其端口的編號和接線方法，及其程序語言雖然大同小異，但只有按照使用手冊對plc進行正確的編程才能使得plc正常工作。我們在這里選擇plc為三菱的fx0n系列的型號為fx0n-60mr-001，繼電器輸出，輸入點數(shù)36，輸出點數(shù)24。-49-圖2.4 三菱fx0n-60mr-001plc控制線路接線圖圖2.4表示為一三菱的fx0n-60mr-001型號plc控制輸入輸出圖，其端口分配如表2.1所示。表2.1 plc端口分配表元件端口安裝位置作用描述sb11x0控制臺控制臺停止m1按鈕sb21x1水泵房水泵房停止m1按鈕sb12x2控制臺控制臺啟動m1按鈕sb22x3水泵房水泵房啟動m1按鈕fr1x4電氣柜m1熱繼電器觸點sb13x5控制臺控制臺停止m2按鈕sb23x6水泵房水泵房停止m2按鈕sb14x7控制臺控制臺啟動m2按鈕sb24x10水泵房水泵房啟動m2按鈕fr2x11電氣柜m2熱繼電器觸點sb15x12控制臺控制臺停止m3按鈕sb25x13水泵房水泵房停止m3按鈕sb16x14控制臺控制臺啟動m3按鈕sb26x15水泵房水泵房啟動m3按鈕fr3x16電氣柜m3熱繼電器觸點sb17x17控制臺控制臺停止m4按鈕sb27x20水泵房水泵房停止m4按鈕sb18x21控制臺控制臺啟動m4按鈕sb28x22水泵房水泵房啟動m4按鈕fr4x23電氣柜m4熱繼電器觸點sq1x24集水坑上限水位浮球開關(guān)sq2x25集水坑下限水位浮球開關(guān)sb19x26控制臺控制m5停止按鈕sb20x27控制臺控制m5啟動按鈕fr5x30電氣柜m5熱繼電器觸點sb29x31控制臺溫度壓力報警系統(tǒng)實驗按鈕sb30x32控制臺溫度壓力報警系統(tǒng)消音按紐ka1x33電氣柜水溫報警系統(tǒng)線圈觸點ka2x34電氣柜水壓報警系統(tǒng)線圈觸點sax35控制臺潛水泵自動派水擋位sax36控制臺潛水泵手動排水擋位hl11y0控制臺m1運行指示燈hl21y1水泵房m1運行指示燈hl12y2控制臺m2運行指示燈hl22y3水泵房m2運行指示燈hl13y4控制臺m3運行指示燈hl23y5水泵房m3運行指示燈hl14y6控制臺m4運行指示燈表2.1 plc端口分配表元件端口安裝位置作用描述hl24y7水泵房m4運行指示燈hl16y10控制臺集水坑上限水位指示燈hl17y11控制臺集水坑下限水位指示燈km1y12電氣柜線圈，得電控制相應(yīng)觸點動作km2y13電氣柜同上km3y14電氣柜同上km4y15電氣柜同上km5y16電氣柜同上hl15y17控制臺潛水泵運行指示燈hl1y20控制臺水溫超標指示燈hl2y21控制臺水壓低指示燈hay22控制臺水溫水壓報警comcomplc自帶com06com06同上以上按鈕的型號，指示燈型號，及電鈴型號在見附件。2.5 電氣柜及控制臺的安裝接線電氣柜與控制臺的安排是否合理有利于工作的高效率展開，由于圖片內(nèi)容比較復(fù)雜，這里只列舉控制臺的接線圖和布置圖，其他電氣接線圖和布置圖在附件中列出。電器元件的布置應(yīng)該滿足以下原則：體積大的和較重的元件應(yīng)安裝在電器板的下面，發(fā)熱元件應(yīng)安裝在電器板的上面；強電與弱電分開應(yīng)注意弱電屏蔽，防止外界干擾；需要經(jīng)常維護、檢修、調(diào)整的電器元件安裝位置不宜過高或過低；電器元件的布置應(yīng)考慮整齊、美觀；各種電器元件的布置不宜過密，要有一定的間距。在安裝接線的時候就要嚴格按照畫的位置和數(shù)字進行相應(yīng)的接線，務(wù)必避免錯誤的接線，造成短路或者器件的不正常運行，圖2.5為控制臺的電氣布置圖，圖2.6為控制臺的電氣接線圖。圖2.5 控制臺的電氣布置圖 圖2.6 控制臺的電氣接線圖3程序設(shè)計 文章上一章節(jié)已經(jīng)對plc進行了i/o口分配，下面是對plc進行程序設(shè)計，以便讓機器按照我們希望的步驟進行工作。3.1 plc程序設(shè)計及其梯形圖梯形圖作為plc程序的一個描述形式，有直觀，適合電氣工程領(lǐng)域的人識別的特點，所以程序的敘述由下面的梯形圖開始，先給讀者一個直觀的印象。3.1.1 水泵及冷卻塔風機運行因為運行機制一致，所以水泵和冷卻塔風機的程序基本一致，其運行機制為按下相應(yīng)的啟動按鈕后控制電機的接觸器線圈得電，電機開始運行，當停止按鈕按下時，相應(yīng)的線圈失電，電機停車。下面列出m1的梯形圖，詳細的程序敘述我們在第3節(jié)進行講解。圖 3.1 水泵m1梯形圖3.1.2 潛水泵的運行潛水泵由于分自動控制和手動控制，所以，首先它就要有個控制按鈕sa使得它可以在兩者之間切換，當它自動運行之時要求當上限水位到達的時候自動啟動水泵，即和上述電機一樣令管理這個泵的接觸器線圈得電，相應(yīng)的觸點得電使電機工作進行排水，同時控制臺的指示燈給工作人員相應(yīng)的信息；同理，手動運行時，要求同一般水泵一樣正?？刂齐姍C工作，其程序如下，具體程序敘述在第3節(jié)。圖3.2 潛水泵m5梯形圖3.1.3 報警系統(tǒng)的運行報警系統(tǒng)的運行機制是當水溫水壓達到預(yù)定值時，控制顯示儀表發(fā)出電流信號使得相應(yīng)的繼電器線圈得電，相應(yīng)繼電器觸點動作使得其控制的警報顯示燈發(fā)光且發(fā)出警報，使工作人員能夠快速地得到信息，及時處理。本報警系統(tǒng)比較簡易，設(shè)有實驗和消音功能，其程序如下，具體程序敘述詳見第3節(jié)：圖3.3 報警系統(tǒng)梯形圖3.2 plc程序代碼 plc程序代碼根據(jù)梯形圖編寫，完整梯形圖詳見附件。 程序語言為三菱plc語言，參考程序如下： 電機m1，m2，m3，m4：ld x2 /建立一個塊同時建立常開x2or x3 /并上一個常開x3or m1 /并上輔助繼電器常開觸點m1and x0 /串上常開x0and x1 /串上常開x1and x4 /串上常開x4out m1 /輸出輔助繼電器線圈m1ld m1 /建立一個塊建立常開m1out y0 /輸出y0out y1 /輸出y1out y12 /輸出y12電機m1控制結(jié)束ld x7 /建立一個塊同時建立常開x7or x10 /并上一個常開x10or m2 /并上輔助繼電器常開觸點m2and x5 /串上常開x5and x6 /串上常開x6and x13 /串上常開x13out m2 /輸出輔助繼電器線圈m2ld m2 /建立一個塊建立常開m2out y2 /輸出y2out y3 /輸出y3out y13 /輸出y13電機m2控制結(jié)束ld x14 /建立一個塊同時建立常開x14or x15 /并上一個常開x15or m3 /并上輔助繼電器常開觸點m3and x12 /串上常開x12and x13 /串上常開x13and x16 /串上常開x16out m3 /輸出輔助繼電器線圈m3ld m3 /建立一個塊建立常開m3out y4 /輸出y4out y5 /輸出y5out y14 /輸出y14電機m3控制結(jié)束ld x21 /建立一個塊并建立常開x21or x22 /并上常開x22or m4 /并上輔助繼電器常開觸點m4and x17 /串上常開x17and x20 /串上常開x20and x23 /串上常開x23out m4 /輸出輔助繼電器線圈m4ld m4 /建立一個塊建立常開m4out y6 /輸出y6out y7 /輸出y7out y15 /輸出y15電機m4控制結(jié)束 水泵與冷卻塔風機程序流程圖如圖3.4。 圖3.4 水泵與冷卻塔風機程序流程示意圖如流程圖3.4所示，水泵和冷卻塔風機的程序流程是按下開始按鈕電機運行，電機過熱或按下停止按鈕時停止，整個過程都是由plc內(nèi)部輔助繼電器和線圈控制，詳細的plc程序運行敘述見第3節(jié)。 潛水泵的程序：ld x24out m5ld x25out m6 /設(shè)置限位開關(guān)輔助繼電器線圈ld m5out y10ld m6out y11 /輸出限位的指示燈ld m5or m7and m6and x30out m7 /自動排水程序段結(jié)束ld x27or m8 and x26and x30out m8 /手動排水程序段結(jié)束ld m7and x35ld m8and x36orbout y16out y17 /電機m5控制結(jié)束如程序流程圖3.5所示,潛水泵的程序流程和水泵與冷卻塔風機相同，不同的在于其自動運行時的流程如圖3.6，它是通過上下水位控制，當水位達到上限的時候，電機啟動并開始排水，當水排到下限水位的時候，電機停止，當電機過熱的時候，電機強制停止，詳細的plc程序運行敘述見第3節(jié)。圖3.5 潛水泵手動控制程序流程示意圖圖3.6 潛水泵自動控制程序流程示意圖 報警系統(tǒng)的程序：ld x31out y20out y21out y22 /報警系統(tǒng)實驗功能ld x33out m9out y20 /報警系統(tǒng)之壓力燈亮ld x34out m10out y21 /報警系統(tǒng)之水溫燈亮ld m9or m10out m11ld x32or m12and m11out m12ld m11ani m12out y22 /報警系統(tǒng)警鈴聲響帶消音按鈕如程序流程圖3.6所示，整個報警系統(tǒng)由實驗和正式運行兩部分組成，當實驗開始時，整個報警系統(tǒng)的電鈴及水溫，壓力燈都開始工作，當水溫超標或者壓力不夠時，對應(yīng)的燈開始工作，同時鈴聲響起，當狀況排除之時，燈光熄滅，鈴聲停止。詳細的plc程序運行敘述見第3節(jié)。圖3.6 報警系統(tǒng)程序流程示意圖3.3 程序運行過程描述特別說明，由于設(shè)計方便需要，部份停止按鈕的實際設(shè)計為常閉，故程序里的代表停止的語句為常開。3.3.1 水泵及冷卻塔風機程序描述m1的運作：當按下sb12或者sb22的時候，plc對應(yīng)的x2或x3得電閉合，plc內(nèi)部輔助繼電器線圈m1得電，支路m1常開觸點得電閉合，形成一個自鎖狀態(tài)，m1線圈一直得電。語句第二句由于線圈m1得電，對應(yīng)的常開觸點m1一直閉合，輸出y0，y1，y12，即對應(yīng)的hl11，hl21，km1得電，這時控制臺的hl11，hl21發(fā)光，接觸器線圈km1得電，主電路的觸點得電閉合，電機m1得電運行，控制檢測電路的觸點閉合，使儀表開始工作，開始測量水溫水壓。當按下sb11或者sb21的時候，plc對應(yīng)的x0或x1失電，原來閉合的x0或x1變斷開，輔助繼電器m1線圈失電，同時程序向下掃描，對應(yīng)的m1觸點恢復(fù)原狀，y0，y1，y12終止輸出，即對應(yīng)的hl11，hl21，km1 失電，這時控制臺hl11，hl21熄滅，接觸器線圈km1失電，主電路的km1觸點失電斷開，電機失電開始停止，控制檢測電路的mk1觸點斷開，m1這一路的儀表通路斷開，具體見控制檢測電路電路圖。 當電機m1過熱的時候，主電路的熱繼電器fr1動作，對應(yīng)的觸點動作，plc對應(yīng)的x4動作，即閉合變斷開，對應(yīng)的輔助繼電器m1失電，輸出y0，y1，y12終止，hl11，hl21，km1失電，控制臺顯示燈熄滅，電機停止，控制電路m1一路的儀表通路斷開。m2的運作：當按下sb14或者sb24的時候，plc對應(yīng)的x7或x10得電閉合，plc內(nèi)部輔助繼電器線圈m2得電，支路m2常開輔助觸點得電閉合，形成一個自鎖狀態(tài)，m2線圈一直得電。語句第四句由于輔助繼電器線圈m2得電，對