PLC課程設(shè)計說明書旋轉(zhuǎn)式濾水器電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

1、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(jì)運行造成困難，機組人員需經(jīng)常進(jìn)行人工清理，不但造成經(jīng)濟(jì)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)用水過程中，對進(jìn)入水廠原水中2cm3上的漂浮雜物進(jìn)行過濾除雜。該設(shè)備安裝在水處理車間的進(jìn)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

2、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(jìn)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整體結(jié)構(gòu)-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-53.3主要參數(shù)計算-63.4程序流程圖-63.5接線-73.6控制信號說明-83.7程序梯形圖-93.8指令表-11課程設(shè)計總結(jié)-18參 考 文 獻(xiàn) -19致 謝 -20第1章 引言1.1 設(shè)計要求旋轉(zhuǎn)式濾水器主要用于水

3、力發(fā)電廠的生產(chǎn)用水過程中，對進(jìn)入水廠原水中 2cm3以上的漂浮雜物進(jìn)行過濾除雜。該設(shè)備安裝在水處理車間的進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)水口的水壓大于出水口的水壓，出水量減少， 進(jìn)、出水口產(chǎn)生的壓力差高于差壓控

4、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(jìn)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1.2 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(jìn)行除雜排污。(3) 定時自動除雜排污：SA1手柄回零位時

5、，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(jìn)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(jìn)、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(jìn)行除雜排污，直到濾水器進(jìn)、出水口產(chǎn)生的壓力小于差壓控制器設(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(jìn)、出水口的壓力差較高，雖然進(jìn)行了除雜排污，但是進(jìn)、出水

6、口的壓力差仍然未能降到正常值，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(jìn)行了哪種形式的除雜排污，每次進(jìn)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)和電動機過熱保護(hù)，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(hù)，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

7、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。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

8、有進(jìn)水口、出水口、排污出口，與系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)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(hù)裝置。濾水機構(gòu)主要由機殼，濾芯組、旋流子、進(jìn)出水室、法蘭等部件組成。其工作過程是： 水流經(jīng)人口管進(jìn)人人口水室，再由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

9、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(dāng)需要排污時， 轉(zhuǎn)動濾芯，進(jìn)行反沖洗。當(dāng)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(jìn)人排污單元濾芯內(nèi)。當(dāng)反向流人的沖洗水進(jìn)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(jìn)行定時 自動和差壓自動除雜排污。網(wǎng)芯

10、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(hù)裝置本裝置主要由電動機過載保護(hù)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(hù)電動機；超高壓時還能進(jìn)行報警，提醒操 作人員及時排除故障。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。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、FR2、FR3實現(xiàn)過載保護(hù)。電動閥電動 機M3控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開關(guān)，對閥門電動機M3實現(xiàn)雙重

11、保護(hù)。QF為電源總開關(guān)，既可完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔茫褂煤途S修方便。熔斷器 FU1、FU2、FU3分別實現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。FU4、FU5分別完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保護(hù)。 圖3-1 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的主電路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(hù)，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(hù)信號，KA1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(hù)控制功能。報警電鈴HA為AC200V/8W，在出現(xiàn)超高壓差時

12、進(jìn)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(jìn)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。控制系統(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(jìn)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 主要參數(shù)計算斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開

13、關(guān)，其主回路控制對象為電感性負(fù)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(fù)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IFU。以濾水器電動機為例，IFU2IN2*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。3.4 程序流程圖圖3-2 程序流程圖3.5 接線根據(jù)設(shè)計要求，共有1

14、9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(biāo)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)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。圖3-3 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的PLC控制電路圖3.6 控制信號說明表3-1 控制信號說明輸 入輸 出文字符號程序指令說 明文字符號程序指令

15、說 明SA1-1I0.0手動控制轉(zhuǎn)換開關(guān)KM1Q0.0開電動閥接觸器SA1-2I0.1人工除雜排污控制轉(zhuǎn)換開關(guān)KM2Q0.1關(guān)電動閥接觸器SA1-0I0.2自動除雜排污轉(zhuǎn)換開關(guān)KM3Q0.2濾水器、液壓泵運行接觸器SB1I0.3手動開電動閥按鈕HL1Q0.3手動控制指示燈SB2I0.4手動關(guān)電動閥按鈕HL2Q0.4人工除雜排污指示燈SB3I0.5手動開濾水器、液壓泵按鈕HL3Q0.5定時自動除雜排污指示燈SB4I0.6手動關(guān)濾水器、液壓泵按鈕HL4Q0.6差壓自動除雜排污指示燈KPI1.1差壓變送器信號HL5Q0.7故障指示燈KM1開電動閥信號HL6Q0.0開電動閥指示燈KM2關(guān)電動閥信號HL

16、7Q0.1關(guān)電動閥指示燈KM3濾水器、液壓泵運行信號HL8Q0.2濾水器、液壓泵運行指示燈FR電動機過載信號HAQ0.7報警電鈴SQ1I0.7電動閥打開限位開關(guān)HQ1.0除雜排污次數(shù)顯示（5位）SQ2I1.0電動閥關(guān)閉限位開關(guān)3.7 程序梯形圖 圖3-4 程序梯形圖3.8 指令表Network 1 LD I0.1 A I0.5 AN I0.6 = M0.7Network 2 LD I0.1 LPS A I0.3 = M0.5 LPP A I0.4 = M0.6Network 3 / 手動控制指示燈 LD I0.1 = Q0.3Network 4 / 人工汽艇濾水器及液壓泵 LD I0.2 A

17、I0.5 AN I0.6 = M1.0Network 5 / 人工除雜指示燈 LD I0.2 = Q0.4Network 6 / 壓差判定 LD I1.1 = M0.0Network 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, 1Network 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, 1Network 9 / 定時自動除雜排污 LD I0.0 EU AN M0.0 LD M0.0 ED OLD S M0.1, 1Network 10 LD M0.0 EU LD I0

18、.0 ED OLD R M0.1, 1Network 11 / 定時自動除雜排污：電動閥關(guān)閉定時 LD M0.1 AN T38 TON T37, 6000Network 12 / 定時自動除雜排污：電動閥開啟定時 LD T37 TON T38, 3000Network 13 / 定時自動指示燈 LD I0.0 AN I1.1 = Q0.5Network 14 / 壓差自動除雜排污 LD M0.0 LPS EU A I0.0 S M0.2, 1 LPP ED A I0.0 R M0.2, 1Network 15 / 壓差自動除雜排污 LD M0.0 A M0.2 TON T39, 6000Net

19、work 16 / 超時報警停機 LD T39 = M0.3 = Q0.7Network 17 / 壓差自動指示燈 LD I0.0 A M0.0 AN M0.3 = Q0.6Network 18 / 計算排污次數(shù) LD Q0.0 EU = Q1.0Network 19 / 汽艇濾水器液壓泵控制 LD M0.7 O M14.0 O M1.1 = Q0.2Network 20 LD M0.6 O T37 LD M0.0 ED A I0.0 OLD AN I1.0 AN Q0.0 = Q0.1Network 21 LD M0.5 LDN T37 A I0.0 AN M0.0 OLD O M0.2 A

20、N I0.7 AN Q0.1 = Q0.0課程設(shè)計總結(jié)通過本次設(shè)計，基本達(dá)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(hù)，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(jìn)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。此次設(shè)計給了我一個深入學(xué)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