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文檔簡介

1、機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書設(shè)計題目: 旋轉(zhuǎn)式濾水器電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 專業(yè)班級: 指導(dǎo)教師: 2013 年 12 月 19 日內(nèi)容摘要水電廠濾水器的正常運行是保證水電廠技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)備安全運行的一項重要內(nèi)容,根據(jù)水電廠水源的實際情況,選擇一種可靠性高和適應(yīng)實際水質(zhì)情況的濾水器,是水電廠技術(shù)供水系統(tǒng)運行可靠的保證。目前,我國部分水電廠濾水系統(tǒng)不能有效排污。特別是夏季暴風(fēng)雨季節(jié),水中污物更加突出,再加上近年來越來越多的塑料瓶、袋等雜物的增多,給電廠安全經(jīng)濟運行造成困難,機組人員需經(jīng)常進行人工清理,不但造成經(jīng)濟損失,而且增加了工人的勞動強度。旋轉(zhuǎn)式濾水器主要用于水力發(fā)電廠的生產(chǎn)用

2、水過程中,對進入水廠原水中2cm3以上的漂浮雜物進行過濾除雜。該設(shè)備安裝在水處理車間的進水管道入口處,根據(jù)生產(chǎn)用水量的實際需要,既可單臺使用,也可多臺并聯(lián)運行。旋轉(zhuǎn)式濾水器的基本工作原理是根據(jù)旋轉(zhuǎn)式濾水器進水口、出水口之間的水位壓力差來控制旋轉(zhuǎn)式濾水器的除雜排污。關(guān)鍵詞:PLC控制;西門子S7-200;自動控制;濾水器;排污目 錄第1章引言 11.1設(shè)計要求 11.2控制要求 2第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計 32.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理 32.2機械結(jié)構(gòu) 3第3章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 43.1主電路設(shè)計 43.2交流控制電路設(shè)計 43.3主要參數(shù)計算 43.4 程序流程圖 53.5 接線 63.6

3、I/O點的分配與編號 63.7 程序梯形圖 63.8 指令表 6結(jié)論 7設(shè)計總結(jié) 8謝辭 9附錄 10附錄一 10附錄二 11附錄三 12附錄四 16參考文獻 19 第1章引言1.1設(shè)計要求旋轉(zhuǎn)式濾水器主要用于水力發(fā)電廠的生產(chǎn)用水過程中,對進入水廠原水中2cm3以上的漂浮雜物進行過濾除雜。該設(shè)備安裝在水處理車間的進水管道入口處,根據(jù)生產(chǎn)用水量的實際需要,既可單臺使用,也可多臺并聯(lián)運行。旋轉(zhuǎn)式濾水器的基本工作原理是根據(jù)旋轉(zhuǎn)式濾水器進水口、出水口之間的水位壓力差來控制旋轉(zhuǎn)式濾水器的除雜排污。正常濾水過程:由于旋轉(zhuǎn)式濾水器進水與出水口的水流正常,產(chǎn)生的壓力差低于差壓控制器設(shè)定值,因此,差壓控制器內(nèi)微

4、動開關(guān)無動作輸出,原水正常過濾。除雜排污過程:由于旋轉(zhuǎn)式過濾器長時間過濾原水,勢必在濾水器內(nèi)的過濾孔中阻塞大量的水中漂浮物,使得進水口的水壓大于出水口的水壓,出水量減少,進、出水口產(chǎn)生的壓力差高于差壓控制器設(shè)定值,這時差壓控制器內(nèi)微動開關(guān)動作輸出,常開觸點閉合,接通控制系統(tǒng)進行除雜排污。除雜排污后旋轉(zhuǎn)式濾水器又恢復(fù)正常濾水狀態(tài),生產(chǎn)供水系統(tǒng)安全運行。旋轉(zhuǎn)式濾水器控制框圖如圖1-1所示。圖1-1 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制框圖11.2控制要求(1) 手動調(diào)試和檢修 SA1手柄指向左45º時,接點SA1-1接通,通過SB1、SB2控制按鈕,手動開/關(guān)電動閥,通過SB3、SB4控制按鈕,手動開/關(guān)濾

5、水器電動機,以便于系統(tǒng)調(diào)試和檢修。(2) 人工除雜排污 SA1手柄指向右45º時,接點SA1-2接通,人工起動、停止旋轉(zhuǎn)式濾水器進行除雜排污。(3) 定時自動除雜排污:SA1手柄回零位時,若原水中雜物較少,固體漂浮物也較少,因此,水處理車間的旋轉(zhuǎn)式濾水器長時間正常濾水,不能進行差壓自動除雜排污。由于旋轉(zhuǎn)式濾水器長時間置于水中,各個機械傳動機構(gòu)會銹蝕,影響過濾和除雜排污或?qū)е滦D(zhuǎn)式濾水器損壞,因此,需要具有定時自動除雜排污功能。(4) 差壓自動除雜排污 SA1手柄回零位時,若濾水器進、出水口產(chǎn)生的壓力差高于差壓控制器設(shè)定值時,旋轉(zhuǎn)式濾水器自動進行除雜排污,直到濾水器進、出水口產(chǎn)生的壓力

6、小于差壓控制器設(shè)定值時,旋轉(zhuǎn)式濾水器自動停止除雜排污,恢復(fù)正常濾水狀態(tài)。(5) 超壓停機 旋轉(zhuǎn)式濾水器內(nèi)部的過濾孔被小顆粒雜物堵死無法排出,進、出水口的壓力差較高,差壓控制器內(nèi)微動開關(guān)長時間動作(810min),需要立即停車,并發(fā)出聲光報警。(6) 計數(shù)功能 該設(shè)備不管進行了哪種形式的除雜排污,每次進行除雜排污后都要有記錄,因此需要記錄除雜排污次數(shù)(5位)。(7) 減速機潤滑 在旋轉(zhuǎn)式濾水器上裝有行星擺線針輪減速機,由輸油泵將油室中的潤滑油源源地送入減速機,液壓泵拖動電動機與濾水器電動機同步運行。(8) 除雜排污閥門的電動裝置 內(nèi)設(shè)三相交流異步電動機380V/60W、閥門限位開關(guān)和電動機過熱保

7、護,通過正、反相運行實現(xiàn)開閥、關(guān)閥功能。(9) 其他 必要的電氣聯(lián)鎖與保護,受控對象運行狀態(tài)顯示等。(10) 相關(guān)參數(shù)1) 濾水器電動機M1:Y系列,AC380V,1.5 kW,6極;液壓泵電動機M2:Y系列,AC380V,70W,4極;減速機4極減速;電動閥電動機M3:AC380V,60W,電動閥自帶。2) 差壓變送器測量范圍:0.30.8MPa可調(diào),電感性電接點輸出:AC220V,1A。3) 指示燈HL:10mA,DC24V。4) 電鈴HA:8W,AC220V。2第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 整體結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)式濾水器設(shè)計中,一個主要的問題就是污物的有效排放,這里采用兩臺電機:主電動機(濾水器

8、電動機)和排污電動機(控制排污閥的開關(guān))配合來完成此功能??偨Y(jié)構(gòu)如圖1-1所示。系統(tǒng)的輸入包括壓力差信號輸人和方式選擇輸入等,濾水器有進水口、出水口、排污出口,與系統(tǒng)進出水口相銜接的部分不再贅述。2.2 機械結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)式濾水器主要由轉(zhuǎn)動軸、定位桿、支架殼體、網(wǎng)芯、進水口、出水口、排污口等組成 一般水質(zhì)為淡水型的,濾網(wǎng)和內(nèi)部主要部件為不銹鋼材質(zhì)。網(wǎng)芯中的網(wǎng)孔用沖床一次制成,具有耐腐蝕、不生銹,表面光潔、不易結(jié)垢的特性。機械部分由五部分組成,分別為濾水機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、排污機構(gòu)、操作單元、保護裝置濾水機構(gòu)主要由機殼,濾芯組、旋流子、進出水室、法蘭等部件組成。其工作過程是:水流經(jīng)人口管進人人口水室,再由

9、水室分配至各濾芯單元過濾,將水中的大顆粒雜質(zhì)濾掉后,由濾芯內(nèi)流向濾芯外的環(huán)形集水室,再經(jīng)出水管送至各冷卻器,雜物留在各濾芯單元內(nèi)。執(zhí)行機構(gòu)由驅(qū)動電機、減速器、定位鎖緊裝置、排污電機及相關(guān)部件組成,其作用是按照控制臺發(fā)來的指令,完成預(yù)定的動作,使濾芯旋轉(zhuǎn)一定角度或開關(guān)排污閥門。排污機構(gòu)排污機構(gòu)由排污臺、旋流子、支架、排污管及排污閥等組成。當需要排污時,轉(zhuǎn)動濾芯,進行反沖洗。當打開排污閥門時,排污單元內(nèi)水流改變方向,從環(huán)形水室及相臨單元濾芯內(nèi)進人排污單元濾芯內(nèi)。當反向流人的沖洗水進入排污單元濾芯時,被旋流子改變方向,形成一束旋流水束,將壁面雜物沖出排污單元濾芯,并經(jīng)排污門排出,直到壁面潔凈為止。操

10、作單元可使整個濾水器實現(xiàn)自動或人工反沖洗,及除雜排污。設(shè)自動時可進行定時自動和差壓自動除雜排污。網(wǎng)芯單元的沖洗時問,即:排污時間,可根據(jù)實際情況自由設(shè)定。保護裝置本裝置主要由電動機過載保護裝置和超高壓報警停車裝置構(gòu)成。在電機過載時和超高壓時,能及時切斷電源,保護電動機;超高壓時還能進行報警,提醒操作人員及時排除故障。3第3章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 主電路設(shè)計旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的主電路如圖3-1所示。(詳見附錄一)主回路中交流接觸器KM3控制濾水器電動機M1、液壓泵電動機M2;KM1、KM2通過正、反轉(zhuǎn)控制電動閥電動機M3,完成開起閥門和關(guān)閉閥門的功能。電動機M1、M2、M3由熱繼電器FR1

11、、FR2、FR3實現(xiàn)過載保護。電動閥電動機M3控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護開關(guān),對閥門電動機M3實現(xiàn)雙重保護。QF為電源總開關(guān),既可完成主電路的短路保護,又起到分斷三相交流電源的作用,使用和維修方便。熔斷器FU1、FU2、FU3分別實現(xiàn)各負載回路的短路保護。FU4、FU5分別完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保護。3.2 交流控制電路設(shè)計控制電路有電源指示HL。3臺電動機M1、M2、M3的過載保護,分別由3個熱繼電器FR1、FR2、FR3、實現(xiàn),將其常閉觸點并聯(lián)后與中間繼電器KA1連接構(gòu)成過載保護信號,KA1還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用,將220V交流信號轉(zhuǎn)換成直流24V信號送入PLC完成過載保護控制

12、功能。報警電鈴HA為AC200V/8W,在出現(xiàn)超高壓差時進行報警。差壓變送器是差壓自動控制的關(guān)鍵傳感器件,輸出為壓差信號。差壓變送器測量范圍為0.30.8MPa可調(diào),電感性電接點輸出:AC220V,1A。由于控制電路的指示燈工作電壓為直流24V,所以將220V電源電壓經(jīng)過變比為8:1的降壓變壓器進行電壓變換得到交流為27.5V的交流電,再經(jīng)過整流電路、濾波電路得到24V的直流電壓??刂葡到y(tǒng)的計數(shù)顯示模塊選用AT89S51單片機作為控制芯片,單片機供電電源需要直流5伏電壓,要經(jīng)過變比為20:1的降壓變壓器進行變壓得到交流為11V交流電,并且經(jīng)過整流電壓變成直流電壓為24V的直流電。3.3 主要參

13、數(shù)計算斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關(guān),其主回路控制對象為電感性負載交流電動機,斷路器過電流脫扣值按電動機起動電流的1.7倍整定。旋轉(zhuǎn)式濾水器有1.5KW負載電動機一臺,起動電流較大,其余二臺為100W以下,起動電流較小,工藝要求濾水器電動機和液壓泵電動機同時起動運行,因此可根據(jù)1.5kW電動機選擇自動開關(guān)QF脫扣電流IQF:IQF1.7IN=1.7×3A5.1A5A,選用IQF5A的斷路器。熔斷器FU熔體額定電流。以濾水器電動機為例,22×3A6A,選用6A的熔體。其余熔體額定電流的選擇,按上述方法選配。熱繼電器的選擇參照相關(guān)技術(shù)資料選取。43.4程序流程圖5

14、3.5 接線根據(jù)設(shè)計要求,共有19個I/O接口,其中10個輸入接口,9個輸出接口。根據(jù)S7-200系列的技術(shù)指標選擇型號為CPU224的PLC。CPU224的用戶存儲空間為4096字,用戶數(shù)據(jù)為2560字,有14個輸入端口和10個輸出端口,可以滿足本控制系統(tǒng)的控制要求。其中,輸出部份分為220V輸出和24V輸出兩部份。220V輸出為電動機控制的接觸器和報警電鈴輸出;24V輸出為各種指示燈輸出。由于有兩種不同的輸出電壓要求,所以必須提供兩種不同電壓的電源,這兩個電源由交流控制電路提供。 接線圖見附錄二。3.6 I/O點分配與編號表3-1 I/O點分配與編號表輸 入 點序號文字符號程序指令說 明1

15、SA1-1I0.0手動控制轉(zhuǎn)換開關(guān)2SA1-2I0.1人工除雜排污控制轉(zhuǎn)換開關(guān)3SA1-0I0.2自動除雜排污轉(zhuǎn)換開關(guān)4SB1I0.3手動開電動閥按鈕5SB2I0.4手動關(guān)電動閥按鈕6SB3I0.5手動開濾水器、液壓泵按鈕7SB4I0.6手動關(guān)濾水器、液壓泵按鈕8SQ1I0.7電動閥打開限位開關(guān)9SQ2I1.0電動閥關(guān)閉限位開關(guān)10KPI1.1壓差變送器信號輸 出 點序號文字符號程序指令說 明1KM1,HL6Q0.0開電動閥接觸器與指示燈2KM2,HL7Q0.1關(guān)電動閥接觸器與指示燈3KM3,HL8Q0.2濾水器、液壓泵運行接觸器與指示燈4HL1Q0.3手動控制指示燈5HL2Q0.4人工除雜排

16、污指示燈6HL3Q0.5定時自動除雜排污指示燈7HL4Q0.6差壓自動除雜排污指示燈8HL5,HAQ0.7故障指示燈及報警電鈴9HQ1.0除雜排污次數(shù)顯示(5位)3.7 程序梯形圖見附錄三。3.8 指令表 見附錄四。6結(jié) 論通過本次設(shè)計,基本達到了設(shè)計要求:1、各處電器、電路有熔斷器和熱繼電器保護,不易發(fā)生燒熔故障;2、定時功能還只能通過PLC定義,如需外界定義還要另外添加硬件;3、自動除雜和差壓除雜切換明確,兩工作方式互不干擾;4、整機的濾水器電機和液壓泵電機始終工作,進行排污時只有電動閥電機啟動停止,有效減少機械振動和電機的頻繁啟動,延長了整機的壽命。7課程設(shè)計總結(jié)此次設(shè)計給了我一個深入學(xué)

17、習(xí)實際工業(yè)應(yīng)用PLC編程的方法,確實讓人受益匪淺。在設(shè)計中,我深刻地體會到了自己學(xué)習(xí)知識的不足,實際動手能力的欠缺。不過也正因為這次課程設(shè)計,我才有機會可以鍛煉一下自己實際分析問題能力和對PLC編程的一次深入的學(xué)習(xí)。雖然調(diào)試程序的過程并不容易,程序?qū)懥撕芏啾?,每一遍都能發(fā)現(xiàn)錯誤,每一遍都能發(fā)現(xiàn)不足,一遍一遍的摸索,一遍一遍的學(xué)習(xí)讓我逐漸掌握了一些編程以及調(diào)試程序的技巧。這使得我可以把理論知識和實踐結(jié)合起來,活學(xué)活用。通過這次課程設(shè)計使我們都更加懂得并親身體會到了理論與實際相結(jié)合的重要性,只有理論知識是遠遠不夠的,只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來,從實踐中得出結(jié)論,才能真正為社會服務(wù),從而提

18、高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到很多問題,可以說是困難重重,并且在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處,發(fā)現(xiàn)自己對之前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻,掌握得不夠牢固,有待加強。8謝辭感謝學(xué)校給我們安排了這次課設(shè),使我們有一個可以自己動手的機會,通過動手,進一步熟悉自己所學(xué)的理論知識,體會自己動手設(shè)計過程中的各種困難,體會完成設(shè)計之后的成就感。在這也要感謝我們的指導(dǎo)老師,老師對我設(shè)計的肯定給予了我極大的信心,耐心回答我們所問的所問題,在這表示感謝!感謝這次課程設(shè)計中給我?guī)椭耐瑢W(xué),是你們的幫助,我才順利的完成了課程設(shè)計任務(wù)。9附錄一10附錄二11附錄三12131415附錄四塊

19、:主程序 作者: 創(chuàng)建時間:2013.12.12 14:49:17 修改時間:2013.12.16 12:49:22 TEMP TEMP TEMP TEMP 程序注釋網(wǎng)絡(luò) 1手動調(diào)試檢修:電動閥控制(開啟、關(guān)閉) LD I0.1 LPS A I0.3 = M0.5 LPP A I0.4 = M0.6網(wǎng)絡(luò) 2手動調(diào)試檢修:濾水器及液壓泵控制 LD I0.1 A I0.5 AN I0.6 = M0.7網(wǎng)絡(luò) 3手動控制指示燈 LD I0.1 = Q0.3網(wǎng)絡(luò) 4人工起停濾水器及液壓泵 LD I0.2 A I0.5 AN I0.6 = M1.0網(wǎng)絡(luò) 5人工除雜指示燈 LD I0.2 = Q0.4網(wǎng)絡(luò)

20、6壓差判定 LD I1.1 = M0.016網(wǎng)絡(luò) 7自動模式下的濾水器及液壓泵正常開啟 LD I0.0 EU S M1.1, 1網(wǎng)絡(luò) 8非自動模式或者壓差自動時排污時間過長濾水器及液壓泵關(guān)閉 LD I0.0 ED LD M0.3 EU OLD R M1.1, 1網(wǎng)絡(luò) 9定時自動除雜排污 LD I0.0 EU AN M0.0 LD M0.0 ED OLD S M0.1, 1網(wǎng)絡(luò) 10LD M0.0 EU LD I0.0 ED OLD R M0.1, 1網(wǎng)絡(luò) 11定時自動除雜排污:電動閥關(guān)閉定時 LD M0.1 AN T38 TON T37, 6000網(wǎng)絡(luò) 12定時自動除雜排污:電動閥開啟定時 LD T37 TON T38, 3000網(wǎng)絡(luò) 13定時自動指示燈 LD I

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