plc旋轉式濾水器電氣控制課程設計

1、<p><b>　　課程設計(論文)</b></p><p>　　題 目 名 稱 旋轉式濾水器電氣控制設計 </p><p>　　課 程 名 稱 PLC原理及其應用 </p><p>　　學 生 姓 名 </p>

2、<p>　　學 號 </p><p>　　系 、專 業(yè) 11電氣工程及其制動化 </p><p>　　指 導 教 師 </p><p>　　2013年12月09日</p><p

3、>　　課程設計（論文）任務書</p><p>　　注：1．此表由指導教師填寫，經系、教研室審批，指導教師、學生簽字后生效；</p><p>　　2．此表1式3份，學生、指導教師、教研室各1份。</p><p>　　指導教師（簽字）： 學生（簽字）：</p><p><b>　　摘 要

4、</b></p><p>　　目前，我國部分水電廠還采用傳統(tǒng)的老式濾水器，由于設計落后、自動化程度低，污物不能有效排除 。特別是夏季暴風雨季節(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，給電廠安全經濟運行造成困難，機組人員需經常進行人工清理，不但造成經濟損失，而且增加了工人的勞動強度。</p><p>　　水電廠濾水器的正常運行是保證水電廠技術供水系統(tǒng)設備

5、安全運行的一項重要內容，根據水電廠水源的實際情況，選擇一種可靠性高和適應實際水質情況的濾水器，是水電廠技術供水系統(tǒng)運行可靠的保證,本文討論的用PLC實現的全自動控制旋轉式濾水器主要用于水力發(fā)電廠的生產用水過程中，對進入水廠原水中2cm3以上的漂浮雜物進行過濾除雜。該設備安裝在水處理車間的進水管道入口處，根據生產用水量的實際需要，既可單臺使用，也可多臺并聯運行。旋轉式濾水器的基本工作原理是根據旋轉式濾水器進水口、出水口之間的水位壓力差來控

6、制旋轉式濾水器的除雜排污。</p><p>　　關鍵詞：PLC控制；自動控制；濾水器；排污</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要………………………………………………………………………Ⅰ</p><p>　　第一章 設計目的與設備控制原理…………………………… ……… 1 <

7、;/p><p>　　1.1 設計目的………………………………………………………1</p><p>　　1.2 設計原理及其原理圖……………………………………………1</p><p>　　1.3 設備簡介………………………………………………………1</p><p>　　1.4 設計要求………………………………………………………2</p>

8、<p>　　1.5 控制信號說明表……………………………………………3</p><p>　　第二章 PLC概述………………………………………………………4</p><p>　　2.1 PLC的定義………………………………………………………4</p><p>　　2.2 PLC的組成………………………………………………………4</p>&l

9、t;p>　　2.3 PLC的特點………………………………………………………4</p><p>　　第三章 旋轉式濾水器控制系統(tǒng)設計……………………………………5</p><p>　　3.1 整體結構………………………………………………………5</p><p>　　3.2 機械結構………………………………………………………5</p><p&g

10、t;　　3.3 電氣控制設計…………………………………………………6</p><p>　　3.31 主電流設計…………………………………………………6</p><p>　　3.32 交流控制電路設計…………………………………………7</p><p>　　3.33主要參數計算……………………………………………8</p><p>　　3.34 P

11、LC電路控制設計………………………………………… 8 </p><p>　　3.35 旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的PLC輸入接口功能表…………9</p><p>　　3.4 電路連接實物圖………………………………………………10</p><p>　　第四章 程序設計………………………………………………………11</p><p>　　4.1

12、程序框圖設計…………………………………………………11</p><p>　　4.2 由程序框圖得到梯形圖………………………………………12</p><p>　　4.3 由梯形圖得到程序………………………………………………13</p><p>　　第五章 課程設計總結……………………………………………………14</p><p>　　參考文獻 …

13、………………………………………………………………15</p><p>　　第一章 設計目的與設備控制原理</p><p><b>　　1.1設計目的</b></p><p>　　PLC原理及應用課程設計是電氣工程及其自動化專業(yè)領域重要的實踐環(huán)節(jié)之一，主要以小型實用性PLC控制系統(tǒng)的軟、硬件設計為主。</p><p>　　

14、課程設計的目的和任務：全面熟練掌握PLC的硬件組成以及各種指令的應用，使學生掌握小型PLC應用系統(tǒng)設計的步驟，熟悉和掌握PLC開發(fā)系統(tǒng)的應用和軟件調試過程，通過設計過程中對故障的分析、判斷、檢修進一步鍛煉和培養(yǎng)學生的動手能力。</p><p>　　1.2設計原理及其原理圖 </p><p>　　旋轉式濾水器接入管道系統(tǒng)后，水就會從進水口進入濾水器，過濾后的水從出水口流出，當水中雜質通過網芯

15、時，由于體積大于網芯孔，而被截留在網芯上，當聚積到一定數量時，即造成進水口和出水口有一定壓差。這時可轉動網芯進行自動反沖洗，雜質將會從排污口自行排出。</p><p><b>　　設備簡介</b></p><p>　　如圖1所示，旋轉式濾水器具有手動控制和自動控制兩種方式，可實現手動調試和檢修，人工除雜排污， 定時自動除雜排污，差壓自動除雜排污，超壓停機，計數功能等多

16、種功能。旋轉式濾水器的工作過程主要有以下兩個部分：</p><p>　　正常濾水過程：由于旋轉式濾水器進水與出水口的水流正常，產生的壓力差低于差壓控制器設定值，因此，差壓控制器內微動開關無動作輸出，原水正常過濾。 </p><p>　　除雜排污過程：由于旋轉式過濾器長時間過濾原水，勢必在濾水器內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、出水口產生的壓

17、力差高于差壓控制器設定值，這時差壓控制器內微動開關動作輸出，常開觸點閉合，接通控制系統(tǒng)進行除雜排污。除雜排污后旋轉式濾水器又恢復正常濾水狀態(tài)，生 產供水系統(tǒng)安全運行。</p><p><b>　　1.4 設計要求</b></p><p>　　(1) 手動調試和檢修  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/

18、關電動閥，通過SB3、SB4控制按鈕，手動開/關濾水器電動機，以便于系統(tǒng)調試和檢修。 </p><p>　　(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、停止旋轉式濾水器進行除雜排污。 </p><p>　　(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，水處理車間的旋轉式濾水器長時間正常濾水，不

19、能進行差壓自動除雜排污。由于旋轉式濾水器長時間置于水中，各個機械傳動機構會銹蝕，影響過濾和除雜排污或導致旋轉式濾水器損壞，因此，需要具有定時自動除雜排污功能。 </p><p>　　(4) 差壓自動除雜排污  SA1手柄回零位時，若濾水器進、出水口產生的壓力差高于差壓控制器設定值時，旋轉式濾水器自動進行除雜排污，直到濾水器進、出水口產生的壓力小于差壓控制器設定值時，旋轉式濾水器自動停止除雜排污，恢復正常

20、濾水狀態(tài)。 </p><p>　　(5) 超壓停機  旋轉式濾水器內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，雖然進行了除雜排污，但是進、出水口的壓力差仍然未能降到正常值，差壓控制器內微動開關長時間動作（8～10min），需要立即停車，并發(fā)出聲光報警。 </p><p>　　(6) 計數功能  該設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

21、有記錄，因此需要記錄除雜排污次數（5位）。 </p><p>　　(7) 減速機潤滑  在旋轉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。 </p><p>　　(8) 除雜排污閥門的電動裝置  內設三相交流異步電動機380V/60W、閥門限位開關和電動機過熱保護，通過正、反相運行實現開閥、關閥功能

22、。</p><p>　　(9) 其他 必要的電氣聯鎖與保護，受控對象運行狀態(tài)顯示等。</p><p><b>　　(10) 相關參數</b></p><p>　　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。

23、</p><p>　　2） 差壓變送器測量范圍：0.3～0.8MPa可調，電感性電接點輸出：AC220V，1A。</p><p>　　3) 指示燈HL：10mA，DC24V。4) 電鈴HA：8W，AC220V。</p><p>　　1.5控制信號說明表</p><p>　　表1 控制信號說明</p><p><

24、b>　　第二章 PLC概述</b></p><p><b>　　2.1 PLC定義</b></p><p>　　PLC是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式的輸入輸出來控制各種類型的機械和生產過程。PLC及其有關設備，都

25、是按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。</p><p>　　2.2 PLC的組成部分</p><p>　　PLC主要由CPU模塊，輸入模塊，輸出模塊和編程設備組成。實際上PLC是一種工業(yè)控制計算器，它的硬件結構與其它微機控制裝置相似。PLC主要由CPU模塊（中央處理器）。存儲器，輸入輸出模塊（I/O模塊)，編程設備和電源五大部分組成。</p><

26、p><b>　　LC的特點</b></p><p><b>　　編程方法簡單易學</b></p><p>　　硬件配套齊全，用戶使用方便</p><p><b>　　通用性和適應新強</b></p><p>　　可靠性高，抗干能力強</p><p>

27、;　　系統(tǒng)的設計，安裝，調試工作量少</p><p>　　維修工作量小，維修方便</p><p><b>　　體積小，能耗低</b></p><p>　　第三章 旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的設計　</p><p><b>　　3.1 整體結構</b></p><p>　　在旋轉式

28、濾水器設計中，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)配合來完成此功能。總結構如圖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。</p><p><b>　　3,2 機械結構</b></p><p>　　旋轉式濾水器主要由

29、轉動軸、定位桿、支架殼體、網芯、進水口、出水口、排污口等組成 一般水質為淡水型的，濾網和內部主要部件為不銹鋼材質。網芯中的網孔用沖床一次制成，具有耐腐蝕、不生銹，表面光潔、不易結垢的特性。機械部分由五部分組成，分別為濾水機構、執(zhí)行機構、排污機構、操作單元、保護裝置</p><p>　　1）濾水機構濾水機構</p><p>　　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

30、是：水流經人口管進人人口水室，再由水室分配至各濾芯單元過濾，將水中的大顆粒雜質濾掉后，由濾芯內流向濾芯外的環(huán)形集水室，再經出水管送至各冷卻器，雜物留在各濾芯單元內。</p><p>　　2）執(zhí)行機構執(zhí)行機構</p><p>　　由驅動電機、減速器、定位鎖緊裝置、排污電機及相關部件組成，其作用是按照控制臺發(fā)來的指令，完成預定的動作，使濾芯旋轉一定角度或開關排污閥門。</p>&

31、lt;p><b>　　3）排污機構 </b></p><p>　　排荇機構由排污臺、旋流子、支架、排污管及排枵閥等組成。當需要排污時，轉動濾芯，進行反沖洗。當打開排污閥門時，排污單元濾卷內水流改變方向，從環(huán)形水室及相臨單元濾芯內進人排污單元濾芯內。當反向流人的沖洗水進入排圬單元濾芯時，被旋流子改變方向，形成一旋流水束，將壁面雜物沖出排污單元濾芯，并經排污門排出，直到壁面潔凈為止。<

32、;/p><p>　　4）操作單元操作單元</p><p>　　可使整個濾水器實現自動或人工反沖洗，及除雜排污。設自動時可進行定時自動和差壓自動除雜排污。網芯單元的沖洗時問，即：排污時間，可根據實際情況自由設定。</p><p>　　5）保護裝置本裝置 </p><p>　　主要設置電動機過載保護裝置和超高壓報警停車裝置。在電機過載時和超高壓時，能

33、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。</p><p>　　3.3 電氣控制設計</p><p>　　3.3.1 主電路設計</p><p>　　旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的主電路如圖2所示。</p><p>　　（1） 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

34、控制電動閥電動機M3,完成開起閥門和關閉閥門的功能。</p><p>　?。?） 電動機M1、M2、M3由熱繼電器FR1、FR2、FR3實現過載保護。電動閥電動機M3控制器內還裝有常閉熱保護開關，對閥門電動機M3實現雙重保護。</p><p>　?。?） QF為電源總開關，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。</p><p>　　

35、（4） 熔斷器FU1、FU2、FU3分別實現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</p><p>　　3.3.2 交流控制電路設計</p><p>　　控制電路有電源指示HL。PLC供電回路采用隔離變壓器TC，以防止電源干擾。</p><p>　?。?） 隔離變壓器TC的選用根據PLC耗電量配置，可以配置標準型、變比1：

36、1、容量100VA隔離變壓器。</p><p>　?。?） 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，將其常閉觸點并聯后與中間繼電器KA1連接構成過載保護信號，KA1還起到電壓轉換的作用，將220V交流信號轉換成直流24V信號送入PLC完成過載保護控制功能。</p><p>　　（4）報警電鈴HA為AC200V/8W，在出現超高壓差時進行報警。&

37、lt;/p><p>　　（5）差壓變送器是差壓自動控制的關鍵傳感器件，輸出為壓差信號。差壓變送器測量范圍為0.3－0.8MPa可調，電感性電接點輸出：AC220V,1A。</p><p>　?。?）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，再經過整流電路、濾波電路得到24V的直流電壓。</p>

38、;<p>　?。?）控制系統(tǒng)的計數顯示模塊選用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，并且經過整流電壓變成直流電壓為24V的直流電。</p><p>　　3.3.3 主要參數計算</p><p>　?。?）斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關，其主回路控制對象為電感性負載交流電動

39、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1.5kW電動機選擇自動開關QF脫扣電流IQF：</p><p>　　IQF＝1.7IN=1.7×3A＝5.1A≈5A，選用IQF＝5A的斷路器。</p><p>　　熔斷器FU

40、熔體額定電流。以濾水器電動機為例，≥2＝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。</p><p>　　熱繼電器的選擇參照相關技術資料選取。</p><p>　　3.3.4 PLC控制電路設計</p><p>　?。?） 硬件結構設計。根據設計要求，本系統(tǒng)設計了15個輸入和12個輸出。其中，輸出部份分為220V輸出和24V輸出

41、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。由于本設計所需的I/O口較少，所以我們選用三菱 FX2N系列小型程控器FX2N-48MR作為核心控制器件。 FX2N系列是PLC FX家族中最先進的系列。由于FX2N系列具有如下優(yōu)點：最大范圍地包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電

42、源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。FX2N系列PLC的特點有：系統(tǒng)配置既固定又靈活，編程簡單，備有可自由選擇，豐富的品種 ，令人放心的高性能、高速運算，使用于多種特殊用途，外部機器通訊簡單化，共同的外部設備。</p><p>　　圖4 旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的PLC控制電路圖</p><p>　　3.3.5 旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的P

43、LC輸入接口功能表</p><p>　　表2 旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的PLC輸出接口功能表 </p><p>　　控制電路圖中L5作為PLC輸出回路的220V電源，分別向輸出回路的220V交流負載供電，輸出回路COM2接入電源N端。VC24V作為PLC輸出回路的24V直流電源，向電路中的所有指示燈供電，輸出回路COM1接入直流電源的GND端。</p><p&g

44、t;　　光電耦合器件做為信號轉換器件，將PLC的輸出信號轉換成單片機能接收的計數輸入信號，通過單片機進行排污次數的計數，并將計數值通過8段數碼管顯示出來。光電耦合器件的輸入信號是濾水器電動機起動運行的輸出信號。</p><p>　　3.5線路連接實物圖</p><p>　　當按下按鈕X0和X3時電路中Y10和Y5依次亮燈，如圖一所示電路。</p><p>　　當按下

45、按鈕X2時點路途中只亮了Y2如圖二所示。</p><p>　　在實驗室實驗室我們可以清楚的觀察到我們按現代按鈕以及所表示出的電路反應完全和設計之初一樣，</p><p><b>　　圖一</b></p><p><b>　　圖二</b></p><p><b>　　第四章 程序設計<

46、/b></p><p>　　4.1 設計程序框圖</p><p>　　4.2 由程序框圖得到梯形圖</p><p>　　4.3 由梯形圖編寫程序</p><p>　　第五章 課程設計總結</p><p>　　這次PLC課程設計，我介紹的是旋轉式濾水器電氣控制系統(tǒng)。這個題目是有一定難度的雖然我學到的東西還不是很全，

47、更也需還沒有達到老師的所希望的水平，但是在這幾天的設計中，我和其他同學相互相互討論，交換意見和建議，并且包括了基礎知識的積累、理論的成型。</p><p>　　此次設計，對我以前的知識有很好的查漏補缺功效，使我受益匪淺，在這次課程設計中 ，我知道了PLC的的重要性，就從我的設計題目來看，我們就可以知道它的重要性，因為我們都知道現在又很多地方都用的到PLC。特別是工業(yè)上和智能開發(fā)上，那表現的就更加明顯了。并讓我再一

48、次深刻體會到學而怠用之，必有大漏這句話的深刻意義。并且鍛煉了我獨立思考的能力，培養(yǎng)了我獨立研究、發(fā)現問題、分析問題、解決問題的能力，也增強了自己的動手能力，使實踐與理論很好切合在一起，對書本上的知識也能活學活用。還是體會到團隊合作的重要性，這是大家好才是真的好。</p><p>　　總而言之，在這次課程設計中， 在各方面我獲得了很多，對我有很大補充。課設中酸甜苦辣，我們和老師共同度過。老師給了我們鼓勵和動力。老師

49、的悉心教導和無時無刻的關懷讓我有點感動。</p><p>　　最后，向為期兩周的PLC課程設計說聲拜拜，我會銘記這段時間，銘記這段時間里得到的寶貴經驗并感謝老師們的悉心教導和栽培。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]張鳳珊.電氣控制及可編程程序控制器[M].2版.北京:中國輕工業(yè)出版社，2003.</

50、p><p>　　[2]馬志溪.電氣工程設計[M],.北京:機械工業(yè)出版社,2002.</p><p>　　[3] 劉淑芳，劉同安．FZLQ 型全自動清污濾水器工業(yè)試驗口]水電站機電技術．1995，lO(增刊)：56~58</p><p>　　[4] 羼文獻CKL一3000型自動清洗濾水裝置口]電力自動化設備．1 99 5，11(1)：46~49</p>&