水電站射流泵課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 課 程 名 稱(chēng) :電氣自動(dòng)控制課程設(shè)計(jì) 課 程 代 碼 : 106003499 題 目 :水電站集水井射流泵排水學(xué) 生 姓 名 : xxxxxxxxxxxxxxx 學(xué) 號(hào) : xxxxxxxxxxxxxx 年級(jí) /專(zhuān)業(yè) /班 : 2014級(jí)機(jī)電 xxxxxx 學(xué)院 (直屬系 :機(jī)械工程學(xué)院指 導(dǎo) 教 師 :目 錄目 錄 . - 1 - 引 言 . - 1 - 第 1 章 水電站集水井射流泵排水 PLC 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) . - 6 - 1.1 方案設(shè)計(jì)原則 . . - 1 - 1.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)要求 . . - 3 - 1.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . . - 4 - 第 2

2、章 水電站集水井射流泵排水 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) . - 6 - 2.1 硬件選型 . . - 6 - 2.1.1 PLC 機(jī)型選擇 . - 6 - 2.1.2 PLC 容量選擇 . - 7 - 2.1.3 I/O 模塊的選擇 . - 7 - 2.1.4 電源模塊的選擇 . - 8 - 2.2 PLC I/O 點(diǎn)分配 . . - 9 - 2.2.1 控制系統(tǒng) I/0 數(shù)量 . . - 10 - 2.2.2 PLC 的 I/O 接線(xiàn)圖 . . - 10 - 2.3 主電路的設(shè)計(jì) . . - 12 - 第 3 章 水電站集水井射流泵排水 PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) . - 6 - 3.1 程

3、序設(shè)計(jì)的一般方法 . . - 13 - 3.1.1 順序設(shè)計(jì)法 . - 13 - 3.2 PLC 控制的相關(guān)流程圖 . . - 13 - 3.2.1 控制流程圖 . - 13 - 3.3 可編程控制器梯形圖 . . - 14 - 第 4 章 仿真系統(tǒng)調(diào)試 . . - 16 - 結(jié) 論 . - 21 - 設(shè)計(jì)總結(jié) . - 22 - 謝 辭 . - 23 - 參考文獻(xiàn) . - 24 -摘 要水電站集水井是電站滲漏水、檢修水和部分生產(chǎn)用水的排泄系統(tǒng)。電站滲 漏排水通常包括廠(chǎng)內(nèi)水工建筑物的滲水、機(jī)組頂蓋與主軸密封漏水、鋼管伸縮 節(jié)漏水及供排水閥門(mén)管件漏水等,其主要特點(diǎn)是排水量小,高程較低,不能靠 自流

4、排至下游,所以設(shè)有集水井,把滲漏水集中起來(lái),用水泵抽出。本設(shè)計(jì)基 于可編程序控制器(PLC ,使用射流泵,由控制高壓水路的電磁閥來(lái)控制泵的 抽水,電磁閥由雙線(xiàn)圈控制,并有行程開(kāi)關(guān)將位置信號(hào)返回 PLC 。本設(shè)計(jì)采用 西門(mén)子 S7-300型 PLC , CPU312為主要裝置,實(shí)現(xiàn)對(duì)射流泵的控制。很好的將 書(shū)本和實(shí)際結(jié)合到了一起。關(guān)鍵詞:PLC 射流泵 電磁閥 行程開(kāi)關(guān)引 言當(dāng)今社會(huì), 集水井排水裝置在生活、 生產(chǎn)中已成為一種必不可少的裝置。 面對(duì)巨大的 需求量, 排水裝置必須向著更高效,更高質(zhì), 更優(yōu)質(zhì)等有利方向發(fā)展。排水系統(tǒng)要求可靠 的控制, 精確的水位測(cè)量等特點(diǎn), 這是目前一般的半自動(dòng)控制

5、系統(tǒng)和人工控制系統(tǒng)所難以 滿(mǎn)足的。 因此, 為了滿(mǎn)足當(dāng)前企業(yè)的生產(chǎn)需要, 設(shè)計(jì)精確可靠的排水系統(tǒng)是一種必然的趨 勢(shì)。PLC 裝置已經(jīng)成為自動(dòng)化系統(tǒng)的主要裝置, 20世紀(jì) 70年代初,可編程控制器進(jìn)入實(shí)用 化發(fā)展階段,計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)全面引入可編程控制控制器中,使其功能發(fā)生了質(zhì)的飛越。 20世紀(jì) 80年代初, 可編程控制器在發(fā)達(dá)國(guó)家中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用, 其特點(diǎn)體現(xiàn)為, 大規(guī) 模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化等。此時(shí)的可編程控制器已經(jīng)逐漸進(jìn)入成熟階段。上世 紀(jì) 80年代至 90年代中期是可編程控制器發(fā)展最為迅速的時(shí)期, 其能力得到各方面的提高并 且逐漸進(jìn)入了控制領(lǐng)域。 實(shí)際末期, 可編程控制器的發(fā)展

6、特點(diǎn)是更為適合現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)等 的需要?，F(xiàn)目前,可編程控制器在機(jī)械制造,石油化工、冶金鋼鐵、汽車(chē)、輕工業(yè)等領(lǐng)域 的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展而本次設(shè)計(jì)則是將 PLC 用于水電站集水井射流泵排水控制裝置的設(shè)計(jì)的控制, 將所學(xué) 理論知識(shí)和生活實(shí)際緊密的結(jié)合在一起。 在鞏固所學(xué)的同時(shí), 對(duì)實(shí)際中的問(wèn)題也做了一些 深入的了解。第 1 章 水電站集水井射流泵排水控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1 方案設(shè)計(jì)原則整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是按工藝流程設(shè)計(jì),為設(shè)備安裝、運(yùn)行和保護(hù)檢修服務(wù),設(shè)計(jì)的編寫(xiě)按 照國(guó)家關(guān)于電氣自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)中的電氣設(shè)備常用基本圖形符號(hào)(GB4728及其他相關(guān) 標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編寫(xiě)。設(shè)計(jì)原則主要包括:工作條件:工程對(duì)電氣控制

7、線(xiàn)路提供的具體資料, 系統(tǒng)在保證安全、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下,盡量做到經(jīng)濟(jì)、合理、合用,減小設(shè)備成 本。 在方案的選擇、元器件的選型時(shí)更多的考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品?？刂朴扇斯た刂频阶詣?dòng) 控制,由模擬控制到微機(jī)控制,使功能的實(shí)現(xiàn)由一到多而且更加趨于完善。對(duì)于本課題來(lái)說(shuō), 集水井排水系統(tǒng)部分是一個(gè)較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改適升級(jí), 控 制裝置需要根據(jù)企業(yè)設(shè)備和工藝現(xiàn)況來(lái)構(gòu)成并需盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。 對(duì)于人 機(jī)交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類(lèi)似,以便于操作人員迅速掌握。 從企業(yè)的改造要求可以看出在新控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需要處理大量的開(kāi)關(guān)量。 系統(tǒng)的可靠性要高。人機(jī)交互界

8、面友好,應(yīng)具備數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和分析匯總的能力。要實(shí)現(xiàn)整個(gè)集水井排水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì), 需要從怎樣實(shí)現(xiàn)多個(gè)電磁閥的開(kāi)關(guān)以及行程 開(kāi)關(guān)的控制這個(gè)角度去考慮, 現(xiàn)在就這個(gè)問(wèn)題的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來(lái)確定系統(tǒng) 方案。1.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)要求(1系統(tǒng)由水位信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)和停止工作泵,維持集水井水位在規(guī)定的范圍內(nèi);水泵 為射流泵;(2系統(tǒng)由兩臺(tái)水泵組成,一臺(tái)為工作泵,一臺(tái)為備用泵。泵運(yùn)行時(shí)應(yīng)有運(yùn)行指示;(3兩臺(tái)泵的工作關(guān)系應(yīng)能做出選擇(手動(dòng)、自動(dòng)、備用的選擇 。主、備用泵應(yīng)能 單獨(dú)手動(dòng)啟停,兩臺(tái)泵的工作關(guān)系應(yīng)能輪換,分為手動(dòng)輪換和自動(dòng)定時(shí)輪換;(4集水井水位上升到主用泵啟動(dòng)水位時(shí),應(yīng)自動(dòng)投入主用水泵;(5當(dāng)

9、工作泵發(fā)生故障或來(lái)水量大增,使集水井水位上升到備用泵啟動(dòng)水位時(shí),應(yīng)自 動(dòng)投入備用水泵;(6當(dāng)備用泵投入時(shí),應(yīng)同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)(光報(bào)警 ;(7由控制高壓水路的電磁閥來(lái)控制泵的抽水,電磁閥由雙線(xiàn)圈控制,并由位置信號(hào)返回 PLC ;(8電磁閥按 5A 設(shè)計(jì)主回路;(9使用埋電極的方法測(cè)水井的水位,應(yīng)設(shè)計(jì)出驅(qū)動(dòng)電路;(10系統(tǒng)有過(guò)高水位、工作泵啟動(dòng)水位、水泵停止水位觸點(diǎn)信號(hào)輸入 PLC 。1.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求:繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制、 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制、可編程序控制器控制。通過(guò)對(duì)四種控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較,我們不難發(fā)現(xiàn),繼電器本控制柜的安裝接線(xiàn)工 作

10、量大,整個(gè)控制柜價(jià)格非常高,靈活性差,響應(yīng)速度慢。單片機(jī)是一片集成電路,不能 直接將它與外部 I/O 信號(hào)相連。要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和 I/O 接口電路, 硬件設(shè)計(jì)、 制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大。工業(yè)控機(jī)價(jià)格較高,將它用于開(kāi) 關(guān)量控制有些大材小用。且其外部 I/O 接線(xiàn)一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座,直接 從印刷電路板上引出,不如接線(xiàn)端子可靠。而相對(duì)于以上三種控制方式, PLC 為主構(gòu)成 的控制系統(tǒng)具有可靠性高、 控制功能強(qiáng)大、 性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn), 是目前工業(yè)自動(dòng)化的首選控 制裝置。故選擇 PLC 來(lái)實(shí)施本次設(shè)計(jì)。1. 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制這是 PLC 最基本、最廣泛的

11、應(yīng)用領(lǐng)域,它取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實(shí)現(xiàn)邏輯控制、 順序控制, 既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制,也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線(xiàn)。如注塑機(jī)、 印 刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線(xiàn)、電鍍流水線(xiàn)等。2. 運(yùn)動(dòng)控制PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的控制, 世界上各主要 PLC 廠(chǎng)家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn) 動(dòng)控制功能,廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。3. 閉環(huán)過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、 壓力、 流量等模擬量的閉環(huán)控制。 作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī), PLC 能 編制各種各樣的控制算法程序, 完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多 的調(diào)節(jié)方法。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)

12、合有非常廣泛的應(yīng)用。 4. 數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算 (含矩陣運(yùn)算、 函數(shù)運(yùn)算、 邏輯運(yùn)算 、 數(shù)據(jù)傳送、 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型 控制系統(tǒng),如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng);也可用于過(guò)程控制系統(tǒng),如造紙、冶金、食品工 業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5. 通信及聯(lián)網(wǎng)PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。 隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展, 工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快,各 PLC 廠(chǎng)商都十分重視 PLC 的通信功能,紛紛推出各自的 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口,通信非常方便。根據(jù)本控制系統(tǒng)的控制要求應(yīng)該

13、選擇可編程序控制器控制。第 2 章 水電站集水井射流泵排水控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 硬件選型2.1.1 PLC 機(jī)型選擇機(jī)型選擇的基本原則是在滿(mǎn)足控制功能要求的前提下,保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用 方便及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。1.結(jié)構(gòu)合理對(duì)于工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場(chǎng)合,選用整體式結(jié)構(gòu)的 PLC ; 否則, 選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC , 集水井射流泵排水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC 能 夠達(dá)到要求。2.功能強(qiáng)、弱適當(dāng)對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制的工程項(xiàng)目,根據(jù)水電站集水井排水系統(tǒng)的控制要求,選用西門(mén)子公 司的 S7-300 系列機(jī)。3.機(jī)型統(tǒng)一PLC 的結(jié)構(gòu)

14、分為整體式和模塊式兩種。 整體式結(jié)構(gòu)把 PLC 的 I/O 和 CPU 放在一塊印刷 電路板上,并封裝在一個(gè)殼體內(nèi),省去了插接環(huán)節(jié),因此體積小、價(jià)格便宜。但由于整體 式結(jié)構(gòu)的 PLC 功能有限, 只適用于控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。 一般大型的控制系統(tǒng)都使用 模塊式結(jié)構(gòu), 這樣功能易擴(kuò)展,比整體式靈活。一個(gè)大型企業(yè)選用 PLC 時(shí),盡量要做到機(jī) 型統(tǒng)一。由于同一機(jī)型的 PLC ,其模塊可互為備用,以便備件的采購(gòu)和管理;另外,功能 及編程方法統(tǒng)一, 有利于技術(shù)人員的培訓(xùn); 其外部設(shè)備通用也有利于資源共享。 若配備了 上位計(jì)算機(jī), 可把各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái) PLC 聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制相互通信, 集中協(xié)

15、調(diào)管 理。物料混合控制系統(tǒng)控制要求比較簡(jiǎn)單選擇整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 。4.是否在線(xiàn)編程PLC 的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過(guò)程改變時(shí),只需用編程器重新修改 程序, 就能滿(mǎn)足新的控制要求, 給生產(chǎn)帶來(lái)很大方便。 PLC 的編程分為離線(xiàn)編程和在線(xiàn)編 程兩種。離線(xiàn)編程的 PLC ,其主機(jī)和編程器共用物料混合控制系統(tǒng)采用離線(xiàn)編程。5. PLC 的環(huán)境適應(yīng)性由于 PLC 是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器, 生產(chǎn)廠(chǎng)家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。 盡管如此,每種 PLC 都有自己的環(huán)境技術(shù)條件, 用戶(hù)在選用時(shí),特別 是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí), 對(duì)環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。 一般 PLC 及

16、其外部電路 (I/O 模塊、 輔助電源等都能在下列環(huán)境條件下可靠工作:溫度:工作溫度 055,最高為 60 儲(chǔ)存溫度: -40+85濕度:相對(duì)濕度 5%95%(無(wú)凝結(jié)霜 振動(dòng)和沖擊:滿(mǎn)足國(guó)際電 工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)電源:交流 220V ,允許變化范圍為 -15%+15%,頻率為 4753Hz 瞬間停電 保持 l0ms 環(huán)境:周?chē)諝獠荒芑煊锌扇夹浴?爆炸性和腐蝕性氣體對(duì)于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境 下的 PLC ,要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。2.1.2 PLC 容量選擇PLC 容量包括兩個(gè)方面:一是 I/O 的點(diǎn)數(shù);二是用戶(hù)存儲(chǔ)器的容量(字?jǐn)?shù) 。 PLC 容 量的選擇除滿(mǎn)足控制要求外, 還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?/p>

17、,以做備用。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),在選擇存儲(chǔ)容 量時(shí),一般按實(shí)際需要的 10%25%考慮裕量。對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng),存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為開(kāi)關(guān) 量 I/O 乘以 8; 對(duì)于有模擬量控制功能的 PLC , 所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以 100。 通常,一條邏輯指令占用存儲(chǔ)器一個(gè)字。計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶?占用存儲(chǔ)器兩個(gè)字。 各種指令占存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)可查閱 PLC 產(chǎn)品使用手冊(cè)。 I/O 點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留 有適當(dāng)裕量。由于目前 I/O 點(diǎn)數(shù)較多的 PLC 價(jià)格也較高,若備用的 I/O 點(diǎn)的數(shù)量太多,將 使成本增加。 根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù), 并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充, 通常 I/O 點(diǎn)

18、數(shù)按實(shí)際需要的 10%15%考慮備用量。2.1.3 I/O 模塊的選擇PLC 是一種工業(yè)控制系統(tǒng), 它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程, 它的工作 環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。 它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò) I/O 接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過(guò) 程的各種參數(shù), 并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為控制器對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。 同時(shí)控制器 又通過(guò) I/O 接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的被控設(shè)備, 驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行 機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。 外部設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)電平各種各樣, 各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平 也是各種各樣的,而 PLC 的 CPU 所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平,所以 I/O 接口模塊還需 實(shí)現(xiàn)這

19、種轉(zhuǎn)換。 PLC 從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過(guò)一定距離。 為了確保這些信息的正確無(wú)誤, PLC 的 I/O 接口模塊都具有較好的抗干擾能力。 根據(jù)實(shí)際 需要, PLC 相應(yīng)有許多種 I/O 接口模塊, 包括開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量 輸入模塊及模擬量輸出模塊,可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇使用。1.確定 I/O 點(diǎn)數(shù)I/O 點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量,能方便地對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)一個(gè)控制對(duì)象, 由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣, I/O 點(diǎn)數(shù)就可能有所不同。2.開(kāi)關(guān)量 I/O標(biāo)準(zhǔn)的 I/O 接口用于同傳感器和開(kāi)關(guān) (如按鈕、 限位開(kāi)關(guān)等 及控制 (開(kāi) /關(guān) 設(shè)

20、備 (如 指示燈、 報(bào)警器、 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 典型的交流 I/O 信號(hào)為 24240V (AC , 直流 I/O 信號(hào)為 524V (DC 。3.選擇開(kāi)關(guān)量輸入模塊主要從下面兩方面考慮:一是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)與 PLC 輸入 模塊距離的遠(yuǎn)近來(lái)選擇電平的高低。一般 24V 以下屬于低電平,其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。 如 12V 電壓模塊一般不超過(guò) 10m , 距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。 二是高密 度的輸入模塊,如 32 點(diǎn)輸入模塊,能允許同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。 一般同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)數(shù)的 60%。4.選擇開(kāi)關(guān)量輸出模塊時(shí)應(yīng)從以下三個(gè)方面來(lái)考慮:

21、一是輸出方式選擇。輸出模塊 有三種輸出方式:繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。其中,繼電器輸出價(jià)格便宜, 使用電壓范圍廣, 導(dǎo)通壓降小,承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力強(qiáng),且有隔離作用。但繼 電器有觸點(diǎn), 壽命較短,且響應(yīng)速度較慢,適用于動(dòng)作不頻繁的交/直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電 感性負(fù)載時(shí),最大開(kāi)閉頻率不得超過(guò) 1Hz 。晶閘管輸出(交流和晶體管輸出(直流都 屬于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)輸出, 適用于通斷頻繁的感性負(fù)載。 感性負(fù)載在斷開(kāi)瞬間會(huì)產(chǎn)生較高反電 壓, 必須采取抑制措施。 二是輸出電流的選擇。 模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定 值, 如果負(fù)載電流較大,輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng)時(shí),應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對(duì)于電容

22、性負(fù) 載、 熱敏電阻負(fù)載,考慮到接通時(shí)有沖擊電流, 要留有足夠的余量。 三是允許同時(shí)接通的 輸出點(diǎn)數(shù)。 在選用輸出點(diǎn)數(shù)時(shí), 不但要核算一個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力, 還要核算整個(gè)輸出模 塊的滿(mǎn)負(fù)荷負(fù)載能力, 即輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過(guò)模塊規(guī)定的最大允許 電流值。2.1.4 電源模塊的選擇電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。 電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模 塊、 I/O 模塊、專(zhuān)用模塊等消耗電流的總和。以下步驟為選擇電源的一般規(guī)則:1.確定電源的輸入電壓;2.將框架中每塊 I/O 模塊所需的總背板電流相加,計(jì)算出 I/O 模塊所需的總背板電流值;3. I/O 模塊所需的總背板電流值

23、再加上以下各電流:1 框架中帶有處理器時(shí),則加上處理器的最大電流值;2 當(dāng)框架中帶有遠(yuǎn)程適配器模塊或擴(kuò)展本地 I/O 適配器模塊時(shí),應(yīng)加上其最大 電流值。4.如果框架中留有空槽用于將來(lái)擴(kuò)展時(shí),可做以下處理;1 列出將來(lái)要擴(kuò)展的 I/O 模塊所需的背板電流;2 將所有擴(kuò)展的 I/O 模塊的總背板電流值與步驟。5.在框架中是否有用于電源的空槽,否則將電源裝到框架的外面。6.根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值,從用戶(hù)手冊(cè)中選擇合適的電 源模塊。具體應(yīng)考隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展, PLC 產(chǎn)品的種類(lèi)越來(lái)越多,而且功能也日益完善。 PLC 的種類(lèi)繁多,其結(jié)構(gòu)、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)

24、格等各有不同,當(dāng)然 使用場(chǎng)合也有所不同。 因此選擇合理的 PLC 對(duì)提高 PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)意義重大。 因此在選擇機(jī)型時(shí)不僅要滿(mǎn)足其功能要求及維護(hù)等方面的慮:1合理的結(jié)構(gòu)形式2安裝方式的選擇3相當(dāng)?shù)墓δ芤?系統(tǒng)可靠性的要求綜上所述, 根據(jù)控制系統(tǒng)要求選擇 S7-300 系列 PLC , S7-300 系列 PLC 屬于中型模塊 式結(jié)構(gòu)的 PLC ,本機(jī)自帶 RS 485 通信接口,內(nèi)置電源和 I/O 接口,它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行 速度快, 可靠性高,具有極其豐富的指令系統(tǒng)和擴(kuò)展模塊,實(shí)時(shí)性和通信能力強(qiáng)大,便于 操作,易于掌握,性?xún)r(jià)比高,是中小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的理想控制設(shè)備。2.2 PLC

25、I/O 點(diǎn)分配2.2.1 控制系統(tǒng) I/0 數(shù)量通過(guò)分析控制任務(wù),共需要 13個(gè)數(shù)字量輸入和 7個(gè)數(shù)字量輸出, CPU 型號(hào)可以選擇 S7-300PLC 的 CPU312(本機(jī)上有 16個(gè)數(shù)字量輸入和 16個(gè)數(shù)字量輸出 。 QA01為電源開(kāi)關(guān)、 KF1-KF4為電磁閥 1#、 2#啟停開(kāi)關(guān); BG1-BG4行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制主、 備用泵的自動(dòng)啟停; PG1-PG2分別指示工作泵和備用泵的工作情況; PG3來(lái)指示備用泵的光報(bào)警; KF5、 KF6為 1#、 2#泵 手動(dòng)啟停開(kāi)關(guān); SF1、 SF2為 1#、 2#泵的手動(dòng)、自動(dòng)、備用選擇開(kāi)關(guān); PG4為電源的指示燈。 該系統(tǒng)具體所使用的輸入輸出設(shè)備的

26、 I/O口分配如表 2-1 所示。表 2-1 I/O口分配表 2.2.2 PLC 的 I/O 接線(xiàn)圖根據(jù)表 2-1 及 I/O 分配表畫(huà)出 I/O 接線(xiàn)圖如圖 2-1所示。 圖 2-1 I/O口接線(xiàn)圖2.3 主電路的設(shè)計(jì)根據(jù)以上所選的器件可畫(huà)出其硬件電氣原理圖如圖 2-2 所示。 其中本次設(shè)計(jì)中的集水井排水控制系統(tǒng)由線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)。 圖 2-2 電氣連線(xiàn)圖第 3章 水電站集水井射流泵排水控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 程序設(shè)計(jì)的一般方法3.1.1 順序設(shè)計(jì)法對(duì)那些按動(dòng)作的先后順序進(jìn)行控制的系統(tǒng),非常適合使用順序控制設(shè)計(jì)法進(jìn)行編程。 順序控制法規(guī)律性很強(qiáng), 雖然編程相當(dāng)長(zhǎng),但程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性。在用順序控

27、制設(shè)計(jì) 法編程時(shí), 功能圖是很重要的工具。 功能圖能夠清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能、 步與 步之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。綜上所述,本控制系統(tǒng)采用順序設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)。3.2 PLC 控制的相關(guān)流程圖3.2.1 控制流程圖水電站集水井射流泵排水控制系統(tǒng)的過(guò)程為:按下電源開(kāi)關(guān),輪換方式若為自動(dòng)輪換 判斷水位即行程開(kāi)關(guān)位置信號(hào)若水位達(dá)到工作泵啟動(dòng)水位, I1.3接通 Q0.0線(xiàn)圈接通, 工作泵工作若水位達(dá)到過(guò)高水位, I0.5接通 Q0.2線(xiàn)圈接通備用泵工作 當(dāng)水位低于備用泵啟動(dòng)水位時(shí), I0.4接通 Q0.1線(xiàn)圈接通, 備用泵停止工作當(dāng) 水位低于工作泵啟動(dòng)水位時(shí), I0.6接通 Q0.3線(xiàn)圈接通工作

28、泵停止工作;按下電源開(kāi)關(guān), 輪換方式若為手動(dòng)輪換判斷 1#、 2#選擇開(kāi)關(guān)位置信號(hào)若在手 動(dòng)位置 接通 I0.0工作泵工作接通 I0.1備用泵工作;若在自動(dòng)位置 啟動(dòng)停止方式同自動(dòng)輪換;若 1#、 1#在備用位置則工作泵、備用泵都工作。系統(tǒng)的控制流程圖,如圖 3-1 所示。圖 3-1 控制流程圖3.3 可編程控制器梯形圖標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言也是我們最常用的一種語(yǔ)言,它有以下特點(diǎn)1. 它是一種圖形語(yǔ)言,沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線(xiàn)圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些 圖形符號(hào)構(gòu)成,左右的豎線(xiàn)稱(chēng)為左右母線(xiàn),左邊畫(huà)輸入、右邊畫(huà)輸出。2. 梯形圖中接點(diǎn)(觸點(diǎn)只有常開(kāi)和常閉,接點(diǎn)可以是 PLC 輸入點(diǎn)接的開(kāi)關(guān)也可以

29、是 PLC 內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。3. 梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián),但線(xiàn)圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。4. 內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載,只能做中間結(jié)果供 CPU 內(nèi)部使用。5. PLC 是按循環(huán)掃描事件,沿梯形圖先后順序執(zhí)行,在同一掃描周期中的結(jié)果留在 輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶(hù)程序中可以當(dāng)作條件使用。梯形圖的編制采用 STEP7 Micro/WIN32 軟件, STEP7 Micro/WIN32 軟件是西門(mén)子 S7-300PLC 的開(kāi)發(fā)工具, 主要用于開(kāi)發(fā)程序, 也可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶(hù)程序的執(zhí)行狀態(tài), 該 軟件具有 Windows 應(yīng)用軟件的

30、通用界面 , 易學(xué)易用?；?PLC 的水電站集水井射流泵排水控制系統(tǒng)的梯形圖梯形圖分析:1. 初始狀態(tài) 當(dāng)裝置投入運(yùn)行時(shí),所有設(shè)備處于斷電狀態(tài)。2. 控制過(guò)程如下:(1合上電源開(kāi)關(guān)啟動(dòng)電源,旋鈕 SF1閉合時(shí) (即 I0.2為 ON ,此時(shí)為自動(dòng)輪換方式 . 當(dāng)水位上升使行程開(kāi)關(guān) I0.3閉合時(shí) , 工作泵中間觸點(diǎn)導(dǎo)通 , 然后使 Q0.0得電啟動(dòng)工作泵 , 并 且指示燈 Q1.0點(diǎn)亮 ; 當(dāng)水位繼續(xù)上升使行程開(kāi)關(guān) I1.5閉合時(shí) , 備用泵中間觸點(diǎn)導(dǎo)通 , 然后 使 Q0.2得電啟動(dòng)備用泵 , 并且指示燈 Q0.1,Q1.2點(diǎn)亮 , 蜂鳴器 Q1.5鳴叫。(2合上電源開(kāi)關(guān)啟動(dòng)電源,旋鈕 S

31、F1未閉合時(shí) (即 I0.2為 OFF ,此時(shí)為手動(dòng)輪換方 式 . 當(dāng) 1#工作泵選擇開(kāi)關(guān)選為手動(dòng)時(shí) , 閉合工作泵開(kāi)關(guān) (即 I0.3為 ON, 此時(shí)手動(dòng)中間觸點(diǎn) M0.2導(dǎo)通 , 然后 Q0.0得電工作泵啟動(dòng) , 并且指示燈 Q1.0點(diǎn)亮 ; 當(dāng) 1#工作泵選擇開(kāi)關(guān)選為自 動(dòng)時(shí) , 此時(shí)情況同 (1中自動(dòng)輪換方式 ; 當(dāng) 1#工作泵選擇開(kāi)關(guān)選為備用時(shí) , 工作泵啟動(dòng)并且 指示燈 Q1.0點(diǎn)亮 .(3合上電源開(kāi)關(guān)啟動(dòng)電源,旋鈕 SF1未閉合時(shí) (即 I0.2為 OFF ,此時(shí)為手動(dòng)輪換方 式 . 當(dāng) 2#備用泵選擇開(kāi)關(guān)選為手動(dòng)時(shí) , 閉合備用泵開(kāi)關(guān) (即 I1.0為 ON, 此時(shí)手動(dòng)中間觸點(diǎn)

32、 M0.3導(dǎo)通 , 然后 Q0.2得電工作泵啟動(dòng) , 并且指示燈 Q0.1,Q1.2點(diǎn)亮 , 蜂鳴器 Q1.5鳴叫 ; 當(dāng) 2#備用泵選擇開(kāi)關(guān)選為自動(dòng)時(shí) , 此時(shí)情況同 (1中自動(dòng)輪換方式 ; 當(dāng) 2#備用泵選擇開(kāi)關(guān)選為 備用時(shí) , 備用泵啟動(dòng)并且指示燈 Q0.1,Q1.2點(diǎn)亮 , 蜂鳴器 Q1.5鳴叫 .(4 當(dāng) 1#電磁閥閥芯關(guān)閉行程開(kāi)關(guān)閉合時(shí) , 線(xiàn)圈 SF2導(dǎo)通 (即 Q0.1接通 , 此時(shí)工作泵停 止工作 . 并且 Q1.0指示燈熄滅 .(5 當(dāng) 2#電磁閥閥芯關(guān)閉行程開(kāi)關(guān)閉合時(shí) , 線(xiàn)圈 SF4導(dǎo)通 (即 Q0.3接通 , 此時(shí)備用泵停 止工作 . 并且 Q1.1 、 Q1.2指示

33、燈熄滅、蜂鳴器停止鳴叫 .第 4 章 仿真系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)集水井射流泵排水 PLC 控制系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的梯形圖,選用 STEP7 SIMATIC Manager 軟件進(jìn)行硬件組態(tài)和程序調(diào)試。本次設(shè)計(jì)的梯形圖運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控調(diào)試圖如下:硬件組態(tài)電源, CPU ,數(shù)字量輸入、輸出模塊選型如圖 4-1所示: 圖 4-1 硬件組態(tài)圖符號(hào)表如圖 4-2所示: 圖 4-2 符號(hào)表圖仿真界面如圖 4-3所示: 圖 4-3 仿真界面圖 自動(dòng)輪換方式下工作泵啟動(dòng)如圖 4-4所示: 圖 4-4 工作泵啟動(dòng)圖自動(dòng)輪換方式下工作泵、備用泵都啟動(dòng)如圖 4-5所示: 圖 4-5 工作泵、備用泵都啟動(dòng)圖手動(dòng)輪換方式下 1#選擇開(kāi)關(guān)為手

34、動(dòng)模式時(shí)工作泵啟動(dòng)如圖 4-6所示: 圖 4-6 工作泵啟動(dòng)圖手動(dòng)輪換方式下 2#選擇開(kāi)關(guān)為手動(dòng)模式時(shí)備用泵啟動(dòng)如圖 4-7所示: 圖 4-7 備用泵啟動(dòng)圖手動(dòng)輪換方式下選擇開(kāi)關(guān)都為自動(dòng)模式時(shí)工作泵、備用泵都啟動(dòng)如圖 4-8所示: 圖 4-8 工作泵、備用泵都啟動(dòng)圖手動(dòng)輪換方式下 1#選擇開(kāi)關(guān)為備用模式時(shí)工作泵啟動(dòng)如圖 4-9所示: 圖 4-9 工作泵啟動(dòng)圖手動(dòng)輪換方式下 1#、 2#選擇開(kāi)關(guān)都為備用模式時(shí)工作泵啟動(dòng)如圖 4-10所示: 圖 4-10 工作泵、備用泵都啟動(dòng)圖結(jié) 論本設(shè)計(jì)使用了西門(mén)子 S7-300型號(hào) PLC (CPU312設(shè)計(jì)控制程序,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了, 運(yùn)行實(shí)施穩(wěn)定可靠。對(duì)集

35、水井排水系統(tǒng)的射流泵自動(dòng)控制進(jìn)行了相應(yīng)的闡述。由于客觀(guān)條件的限制,本次設(shè)計(jì),我們沒(méi)有對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行安裝、對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn) 場(chǎng)調(diào)試和安裝運(yùn)行都無(wú)法完成。但是我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證了程序和各個(gè)輸入 /輸出的正 確性。如果在條件允許的情況下,可以對(duì)以上設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)和完善。這次設(shè)計(jì)總的說(shuō)來(lái)耗費(fèi)的時(shí)間和精力都較多,一些任務(wù)也比較繁瑣。在這個(gè)設(shè)計(jì)和學(xué) 習(xí)的過(guò)程中, 通過(guò)同學(xué)的幫助和老師的指導(dǎo)我學(xué)到了很多東西, 諸如一些設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn), 器件的安裝方式, 繪制正確的圖紙等等。 在這樣逐步深入設(shè)計(jì)的過(guò)程中我一點(diǎn)點(diǎn)的增長(zhǎng)了 自己相應(yīng)的知識(shí), 對(duì)如何完成一份課程設(shè)計(jì)也有了一些自己的體會(huì)和感悟, 對(duì)我所做的課

36、題也有了一定程度的了解, 在以后的學(xué)習(xí)和生活中, 我會(huì)把這次的經(jīng)歷作為一種借鑒, 使 自己在進(jìn)行其他設(shè)計(jì)時(shí)可以做到更好。設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì), 我再次明白了學(xué)以致用的重要性。 了解書(shū)本上的知識(shí)是一方面, 將它運(yùn)用在我們的生活我們的工作中則是更重要的一方面。 這次設(shè)計(jì)遇到了很多的困難和 不足, 同時(shí)也暴露出了自己的很多問(wèn)題, 例如在自己動(dòng)手進(jìn)行程序編制這一方面, 反復(fù)的 思考,反復(fù)的檢查,反復(fù)的糾正,我們終于找到了問(wèn)題的所在,解決了困難。這樣的過(guò)程 是非常難得的體驗(yàn),在不斷糾正的過(guò)程中更新自己,做到真正的學(xué)以致用。這一次課程設(shè)計(jì)對(duì)我而言無(wú)論是個(gè)人能力還是團(tuán)隊(duì)能力都有很大的增長(zhǎng), 通過(guò)團(tuán)隊(duì)的 努力和自己的思考, 原先很多不了解不清楚的地方都被解決, 讓我意識(shí)到獨(dú)立思考以及團(tuán) 隊(duì)合作兩者的重要性。 在以后