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

...wd......wd......wd...摘要水電廠濾水器的正常運(yùn)行是保證水電廠技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要內(nèi)容，根據(jù)水電廠水源的實(shí)際情況，選擇一種可靠性高和適應(yīng)實(shí)際水質(zhì)情況的濾水器，是水電廠技術(shù)供水系統(tǒng)運(yùn)行可靠的保證。目前，我國(guó)局部水電廠濾水系統(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(yùn)行造成困難，機(jī)組人員需經(jīng)常進(jìn)展人工清理，不但造成經(jīng)濟(jì)損失，而且增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)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(duì)進(jìn)入水廠原水中2cm3上的漂浮雜物進(jìn)展過濾除雜。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(shí)際需要，既可單臺(tái)使用，也可多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行。旋轉(zhuǎn)式濾水器的根本工作原理是根據(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(dòng)控制；濾水器；排污目錄第1章引言---------------------------------------------------------------------------------------------------11.1設(shè)計(jì)要求---------------------------------------------------------------------------------------------11.2控制要求---------------------------------------------------------------------------------------------2第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------------------------32.1整體構(gòu)造---------------------------------------------------------------------------------------------32.2機(jī)械構(gòu)造---------------------------------------------------------------------------------------------3第3章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------------------------43.1主電路設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------------------------------------43.2交流控制電路設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------------------------53.3主要參數(shù)計(jì)算---------------------------------------------------------------------------------------63.4程序流程圖------------------------------------------------------------------------------------------63.5接線---------------------------------------------------------------------------------------------------73.6控制信號(hào)說明---------------------------------------------------------------------------------------83.7程序梯形圖------------------------------------------------------------------------------------------93.8指令表-----------------------------------------------------------------------------------------------11課程設(shè)計(jì)總結(jié)------------------------------------------------------------------------------------------------18參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------------------------------------------------19致謝---------------------------------------------------------------------------------------------------------20第1章引言1.1設(shè)計(jì)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(duì)進(jìn)入水廠原水中2cm3以上的漂浮雜物進(jìn)展過濾除雜。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(shí)際需要，既可單臺(tái)使用，也可多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行。旋轉(zhuǎn)式濾水器的根本工作原理是根據(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(dòng)開關(guān)無動(dòng)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(zhǎng)時(shí)間過濾原水，勢(shì)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制器設(shè)定值，這時(shí)差壓控制器內(nèi)微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作輸出，常開觸點(diǎn)閉合，接通控制系統(tǒng)進(jìn)展除雜排污。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(yùn)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(dòng)調(diào)試和檢修：SA1手柄指向左45o時(shí)，接點(diǎn)SA1-1接通，通過SB1、SB2控制按鈕，手動(dòng)開/關(guān)電動(dòng)閥，通過SB3、SB4控制按鈕，手動(dòng)開/關(guān)濾水器電動(dòng)機(jī)，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(shí)，接點(diǎn)SA1-2接通，人工起動(dòng)、停頓旋轉(zhuǎn)式濾水器進(jìn)展除雜排污。(3)定時(shí)自動(dòng)除雜排污：SA1手柄回零位時(shí)，假設(shè)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(zhǎng)時(shí)間正常濾水，不能進(jìn)展差壓自動(dòng)除雜排污。由于旋轉(zhuǎn)式濾水器長(zhǎng)時(shí)間置于水中，各個(gè)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)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(shí)自動(dòng)除雜排污功能。(4)差壓自動(dòng)除雜排污：SA1手柄回零位時(shí)，假設(shè)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(shí)，旋轉(zhuǎn)式濾水器自動(dòng)進(jìn)展除雜排污，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(shí)，旋轉(zhuǎn)式濾水器自動(dòng)停頓除雜排污，恢復(fù)正常濾水狀態(tài)。(5)超壓停機(jī)：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)展了除雜排污，但是進(jìn)、出水口的壓力差仍然未能降到正常值，差壓控制器內(nèi)微動(dòng)開關(guān)長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)作〔8～10min〕，需要立即停車，并發(fā)出聲光報(bào)警。(6)計(jì)數(shù)功能：該設(shè)備不管進(jìn)展了哪種形式的除雜排污，每次進(jìn)展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(jī)潤(rùn)滑：在旋轉(zhuǎn)式濾水器上裝有行星擺線針輪減速機(jī)，由輸油泵將油室中的潤(rùn)滑油源源地送入減速機(jī)，液壓泵拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)與濾水器電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行。(8)除雜排污閥門的電動(dòng)裝置：內(nèi)設(shè)三相交流異步電動(dòng)機(jī)380V/60W、閥門限位開關(guān)和電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)，通過正、反相運(yùn)行實(shí)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(duì)象運(yùn)行狀態(tài)顯示等。10)相關(guān)參數(shù)1)濾水器電動(dòng)機(jī)M1：Y系列，AC380V，1.5kW，6極；液壓泵電動(dòng)機(jī)M2：Y系列，AC380V，70W，4極；減速機(jī)4極減速；電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)M3：AC380V，60W，電動(dòng)閥自帶。2)差壓變送器測(cè)量范圍：0.3～0.8MPa可調(diào)，電感性電接點(diǎn)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(jì)2.1整體構(gòu)造在旋轉(zhuǎn)式濾水器設(shè)計(jì)中，一個(gè)主要的問題就是污物的有效排放，這里采用兩臺(tái)電機(jī)：主電動(dòng)機(jī)〔濾水器電動(dòng)機(jī)〕和排污電動(dòng)機(jī)〔控制排污閥的開關(guān)〕配合來完成此功能。總構(gòu)造如圖1-1所示。系統(tǒng)的輸入包括壓力差信號(hào)輸人和方式選擇輸入等，濾水器有進(jìn)水口、出水口、排污出口，與系統(tǒng)進(jìn)出水口相銜接的局部不再贅述。2.2機(jī)械構(gòu)造旋轉(zhuǎn)式濾水器主要由轉(zhuǎn)動(dòng)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，外表光潔、不易結(jié)垢的特性。機(jī)械局部由五局部組成，分別為濾水機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、排污機(jī)構(gòu)、操作單元、保護(hù)裝置。濾水機(jī)構(gòu)主要由機(jī)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?yàn)V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(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、定位鎖緊裝置、排污電機(jī)及相關(guān)部件組成，其作用是按照控制臺(tái)發(fā)來的指令，完成預(yù)定的動(dòng)作，使濾芯旋轉(zhuǎn)一定角度或開關(guān)排污閥門。排污機(jī)構(gòu)排污機(jī)構(gòu)由排污臺(tái)、旋流子、支架、排污管及排污閥等組成。當(dāng)需要排污時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)濾芯，進(jìn)展反沖洗。當(dāng)翻開排污閥門時(shí)，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(shí)，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，直到壁面干凈為止。操作單元可使整個(gè)濾水器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或人工反沖洗，及除雜排污。設(shè)自動(dòng)時(shí)可進(jìn)展定時(shí)自動(dòng)和差壓自動(dòng)除雜排污。網(wǎng)芯單元的沖洗時(shí)問，即：排污時(shí)間，可根據(jù)實(shí)際情況自由設(shè)定。保護(hù)裝置本裝置主要由電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)裝置和超高壓報(bào)警停車裝置構(gòu)成。在電機(jī)過載時(shí)和超高壓時(shí)，能及時(shí)切斷電源，保護(hù)電動(dòng)機(jī)；超高壓時(shí)還能進(jìn)展報(bào)警，提醒操作人員及時(shí)排除故障。第3章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1主電路設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)M1、液壓泵電動(dòng)機(jī)M2；KM1、KM2通過正、反轉(zhuǎn)控制電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)M3,完成開起閥門和關(guān)閉閥門的功能。電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3由熱繼電器FR1、FR2、FR3實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)M3控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開關(guān)，對(duì)閥門電動(dòng)機(jī)M3實(shí)現(xiàn)雙重保護(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?，使用和維修方便。熔斷器FU1、FU2、FU3分別實(shí)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(jì)控制電路有電源指示HL。3臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3的過載保護(hù)，分別由3個(gè)熱繼電器FR1、FR2、FR3、實(shí)現(xiàn)，將其常閉觸點(diǎn)并聯(lián)后與中間繼電器KA1連接構(gòu)成過載保護(hù)信號(hào)，KA1到電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流24V信號(hào)送入PLC完成過載保護(hù)控制功能。報(bào)警電鈴HA為AC200V/8W，在出現(xiàn)超高壓差時(shí)進(jìn)展報(bào)警。差壓變送器是差壓自動(dòng)控制的關(guān)鍵傳感器件，輸出為壓差信號(hào)。差壓變送器測(cè)量范圍為0.3－0.8MPa可調(diào)，電感性電接點(diǎn)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)展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(jì)數(shù)顯示模塊選用AT89S51單片機(jī)作為控制芯片，單片機(jī)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)展變壓得到交流為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(jì)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(duì)象為電感性負(fù)載交流電動(dòng)機(jī)，斷路器過電流脫扣值按電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的1.7倍整定。旋轉(zhuǎn)式濾水器有1.5KW負(fù)載電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，起動(dòng)電流較大，其余二臺(tái)為100W以下，起動(dòng)電流較小，工藝要求濾水器電動(dòng)機(jī)和液壓泵電動(dòng)機(jī)同時(shí)起動(dòng)運(yùn)行，因此可根據(jù)1.5kW電動(dòng)機(jī)選擇自動(dòng)開關(guān)QF脫扣電流IQF：IQF＝1.7IN=1.7*3A＝5.1A≈5A，選用IQF＝5A的斷路器。熔斷器FU熔體額定電流IFU。以濾水器電動(dòng)機(jī)為例，IFU≥2IN＝2*3A＝6A，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(jì)要求，共有19個(gè)I/O接口，其中10個(gè)輸入接口，9個(gè)輸出接口。根據(jù)S7-200系列的技術(shù)指標(biāo)選擇型號(hào)為CPU224的PLC。CPU224的用戶存儲(chǔ)空間為4096字，用戶數(shù)據(jù)2560字，有14個(gè)輸入端口和10個(gè)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(dòng)機(jī)控制的接觸器和報(bào)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(gè)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(hào)說明表3-1控制信號(hào)說明輸入輸出文字符號(hào)程序指令說明文字符號(hào)程序指令說明SA1-1I0.0手動(dòng)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)KM1Q0.0開電動(dòng)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(dòng)閥接觸器SA1-0I0.2自動(dòng)除雜排污轉(zhuǎn)換開關(guān)KM3Q0.2濾水器、液壓泵運(yùn)行接觸器SB1I0.3手動(dòng)開電動(dòng)閥按鈕HL1Q0.3手動(dòng)控制指示燈SB2I0.4手動(dòng)關(guān)電動(dòng)閥按鈕HL2Q0.4人工除雜排污指示燈SB3I0.5手動(dòng)開濾水器、液壓泵按鈕HL3Q0.5定時(shí)自動(dòng)除雜排污指示燈SB4I0.6手動(dòng)關(guān)濾水器、液壓泵按鈕HL4Q0.6差壓自動(dòng)除雜排污指示燈KPI1.1差壓變送器信號(hào)HL5Q0.7故障指示燈KM1開電動(dòng)閥信號(hào)HL6Q0.0開電動(dòng)閥指示燈KM2關(guān)電動(dòng)閥信號(hào)HL7Q0.1關(guān)電動(dòng)閥指示燈KM3濾水器、液壓泵運(yùn)行信號(hào)HL8Q0.2濾水器、液壓泵運(yùn)行指示燈FR電動(dòng)機(jī)過載信號(hào)HAQ0.7報(bào)警電鈴SQ1I0.7電動(dòng)閥翻開限位開關(guān)HQ1.0除雜排污次數(shù)顯示〔5位〕SQ2I1.0電動(dòng)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Network1LDI0.1AI0.5ANI0.6=M0.7Network2LDI0.1LPSAI0.3=M0.5LPPAI0.4=M0.6Network3//手動(dòng)控制指示燈LDI0.1=Q0.3Network4//人工汽艇濾水器及液壓泵LDI0.2AI0.5ANI0.6=M1.0Network5//人工除雜指示燈LDI0.2=Q0.4Network6//壓差判定LDI1.1=M0.0Network7//自動(dòng)模式下的濾水器及液壓泵正常開啟LDI0.0EUSM1.1,1Network8//非自動(dòng)模式或者壓差自動(dòng)時(shí)排污時(shí)間過長(zhǎng)濾水器及液壓泵關(guān)閉LDI0.0EDLDM0.3EUOLDRM1.1,1Network9//定時(shí)自動(dòng)除雜排污LDI0.0EUANM0.0LDM0.0EDOLDSM0.1,1Network10LDM0.0EULDI0.0EDOLDRM0.1,1Network11//定時(shí)自動(dòng)除雜排污：電動(dòng)閥關(guān)閉定時(shí)LDM0.1ANT38TONT37,6000Network12//定時(shí)自動(dòng)除雜排污：電動(dòng)閥開啟定時(shí)LDT37TONT38,3000Network13//定時(shí)自動(dòng)指示燈LDI0.0ANI1.1=Q0.5Network14//壓差自動(dòng)除雜排污LDM0.0LPSEUAI0.0SM0.2,1LPPEDAI0.0RM0.2,1Network15//壓差自動(dòng)除雜排污LDM0.0AM0.2TONT39,6000Network16//超時(shí)報(bào)警停機(jī)LDT39=M0.3=Q0.7Network17//壓差自動(dòng)指示燈LDI0.0AM0.0ANM0.3=Q0.6Network18//計(jì)算排污次數(shù)LDQ0.0EU=Q1.0Network19//汽艇濾水器液壓泵控制LDM0.7OM14.0OM1.1=Q0.2Network20LDM0.6OT37LDM0.0EDAI0.0OLDANI1.0ANQ0.0=Q0.1Network21LDM0.5LDNT37AI0.0ANM0.0OLDOM0.2ANI0.7ANQ0.1=Q0.0課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過本次設(shè)計(jì)，根本到達(dá)了設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)除雜和差壓除雜切換明確，兩工作方式互不干擾；4.整機(jī)的濾水器電機(jī)和液壓泵電機(jī)始終工作，進(jìn)展排污時(shí)只有電動(dòng)閥電機(jī)啟動(dòng)停頓，有效減少機(jī)械振動(dòng)和電機(jī)的頻