电气控制与PLC计文档格式.docx

1、 每台电动机的控制方式，应根据其容量及拖动负载性质考虑其起动要求，选择适当的起动线 路。对于容量小（7.5kW 以下）、起动负载不大的电动机，可采用直接起动；对于大容量电动机应采 用降压起动。 根据运动要求决定转向控制。 根据每台电动机的工作制，决定是否需要设置过载保护或过电流控制措施。 根据拖动负载及工艺要求决定停车时是否需要制动控制，并决定采用何种控制方式。 设置短路保护及其他必要的电气保护。 考虑其他特殊要求：调速要求、主电路参数测量、信号检测等。3） 根据主电路的控制要求设计控制回路，其设计方法是： 正确选择控制电路电压种类及大小。 根据每台电动机的起动、运行、调速、制动及保护要求依次

2、绘制各控制环节（基本单元控制线路）。 设置必要的联锁（包括同一台电动机各动作之间以及各台电动机之间的动作联锁）。 设置短路保护以及设计任务书中要求的位置保护（如极限位、越位、相对位置保护 ）、电压 保护、电流保护和各种物理量保护（温度、压力、流量等）。 根据拖动要求，设计特殊要求控制环节，如自动抬刀、变速与自动循环、工艺参数测量等控 制。 按需要设置应急操作。4） 根据照明、指示、报警等要求没计辅助电路。5） 总体检查、修改、补充及完善。主要内容包括： 校核各种动作控制是否满足要求，是否有矛盾或遗漏。 检查接触器、继电器、主令电器的触点使用是否合理，是否超过电器元器件允许的数量。 检查联锁要求

3、能否实现。 检查各种保护能否实现。 检查发生误操作所引起的后果与防范措施。6） 进行必要的参数计算。7） 正确、合理地选择各电器元器件，按规定格式编制元件目录表。8） 根据完善后的设计草图，按电气制图标准绘制电气原理线路图，按电气技术中的项目代号 要求标注器件的项目代号，按绝缘导线的标记的要求对线路进行统一编号。2工艺设计步骤1） 根据电气设备的总体配置及电器元件的分布状况和操作要求划分电器组件，绘制电气控制系 统的总装配图和接线图。2） 根据电器元器件的型号、外形尺寸、安装尺寸绘制每一组件的元件布置图（如电器安装板、 控制面板、电源、放大器等）。3） 根据元器件布置图及电气原理编号绘制组件接

4、线图，统计组件进出线的数量、编号以及各组 件之间的连接方式。4） 绘制并修改工艺设计草图后，使可按机械、电气制图要求绘制工程图。最后按设计过程和设 计结果编写设计说明书及使用说明书。设计实例：小型 SBR 废水处理 PLC 电气控制系统课程设计一、小型 SBR 废水处理电气控制系统设计任务书1SBR 废水处理工艺的技术要求SBR 废水处理技术是一种高效废水回用的处理技术，采用优势菌技术对校园生活污水进行处理， 经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到节约水资源的目的。SBR 废水处理系统方案要充分考虑现实生活中校园生活区较为狭小的特点，力求达到设备体积 小，性能稳定，

5、工程投资少的目的。废水处理过程中环境温度对菌群代谢产生的作用直接影响废水 处理效果，因此采用地埋式砖混结构处理池以降低温度对处理效果的影响。同时，SBR 废水处理技 术工艺参数变化大，硬件设计选型与设备调试比较复杂，采用先进的 PLC 控制技术可以提高 SBR 废水处理的效率，方便操作和使用。SBR 废水处理系统分别由污水处理池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风机、电动 阀门和电磁阀等部分组成，在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置液位开关，用以检测水池与水箱中的水位。SBR 废水处理系统示意图如图 11-1 所示。水位电极上水电磁阀电动阀排空电磁阀中水箱纳入污水空气污水处理池1#清

6、水泵清水池2#清水泵 中水风机 生物菌泥图 11-1 SBR 废水处理系统示意图污水处理的第一阶段：当污水池中的水位处于低水位或无水状态时，电动阀会自动开起纳入污 水。当污水池纳入的污水至正常高水位时，电动阀自动关闭，污水池中污水呈微氧和厌氧状态。污水处理的第二阶段：采用能降解大分子污染物的曝气法，可使污水脱色、除臭、平衡菌群的 pH 值并对污染物进行高效除污，即好氧处理过程。整个好氧（曝气）时间一般需要 68h。在曝气 管路上安装了排空电磁阀，当电动阀门自动关闭后，排空电磁阀开起，罗茨风机延时空载起动，然 后排空电磁阀关闭，污水池开始曝气。当曝气处理结束后，排空电磁阀再次开起，罗茨风机空载停

7、 机，然后排空电磁阀延时关闭。曝气风机在无负荷条件下起动和停止，能起到保护电动机和风机的作用。经过 0.5h 的水质沉淀，PLC 下达起动 1#清水泵指令，将沉淀后的水泵入到清水池。当清水池中的水位升至正常高水位时，1#清水泵自动停止运行。这时 2#清水泵自动起动向中水箱泵水，当水 箱内达到正常高水位时，2#清水泵自动停止运行，这时中水箱内的水全部完成处理过程。如上所示，当中水箱内水位降至低水位时，2#清水泵又自动起动向中水箱泵水。当污水池中的 水位降至低水位时，电动阀门会自动打开继续向污水池纳入污水。如此循环往复。SBR 废水处理技术针对污水水质不同选用生物菌群不同，工艺要求要求有所不同，电

8、气控制系 统应有参数可修正功能，以满足废水处理的要求。2SBR 废水处理系统动力设备SBR 废水处理系统中所使用的动力设备（水泵、罗茨风机、电动阀），均采用三相交流异步电 动机，电动机和电磁阀（AC220V 选配）选配防水防潮型。1#清水泵：立式离心泵 LS50-10-A，扬程 10m，流量 29m3/h，1kW。2#清水泵：立式离心泵 LS40-32.1，扬程 30m，流量 16m3/h，3kW。 曝气罗茨风机：TSA-40，0.7m3/min，1.1kW。电动阀：阀体 D97A1X5-10ZB-125mm，电动装置 LQ20-1，AC380V，60W。3SBR 废水处理电气控制系统设计要求

9、1） 控制装置选用 PLC 作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配 PLC 机型和 I/O 接口。2） 可执行手动/自动两种方式，应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数。3） 电动阀上驱动电动机为正、反转双向运行，因此要在 PLC 控制回路加互锁功能。4） PLC 的接地应按手册中的要求设计，并在图中表示或说明。5） 为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，入如电动机过热保护、控制系统短路保护等。6） 绘制电气原理图：包括主电路、控制电路、PLC 硬件电路，编制 PLC 的 I/O 接口功能表。7） 选择电器元件、编制元器件目录表。8） 绘制接线图、电控柜布置图和配线图、控制面板布置图和配线

10、图等。9） 采用梯形图或指令表编制 PLC 控制程序。二、SBR 废水处理电气控制系统总体设计过程1总体方案说明1） SBR 废水处理系统控制对象电动机均由交流接触器完成起、停控制，电动阀电动机要采用正、 反转控制。2） 污水池、清水池、中水水箱水位检测开关，在选型时考虑抗干扰性能，选用电极考虑耐腐蚀 性。3） 电动阀上驱动电动机，其内部设有过载保护开关，为常闭触点，作为电动阀过载保护信号，PLC 控制电路考虑该信号逻辑关系。4） 1#清水泵、2#清水泵、罗茨风机电动机、电动阀电动机分别采用热继电器实现过载保护，其 热继电器的常开触点通过中间继电器转换后，作为 PLC 的输入信号，用以完成各个

11、电动机系统的过 载保护。5） 罗茨风机的控制要求在无负载条件下起动或停机，需要在曝气管路上设置排空电磁阀。6） 主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔断器，实现短路保护。7） 电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用 BVR 型铜导线连接，电控箱与执 行装置之间采用端子板连接。8） PLC 选用继电器输出型。9） PLC 自身配有 24V 直流电源，外接负载时考虑其供电容量。PLC 接地端采用第三种接地方式， 提高抗干扰能力。2SBR 废水处理电气控制原理图设计（1） 主电路设计 SBR 废水处理电气控制系统主电路如图 11-2 所示。QF RSTNFU6K

12、M1FU1KM2FU2KM3FU3FU4KM4N L5 L6 FR1 FR2 FR3KM53 3 33 FR4M1 M2 M3 M4 阀门电动机1#泵（污水）2泵（清水） 风机图 11-2 SBR 废水处理电气控制系统主电路1） 主回路中交流接触器 KM1、KM2、KM3 分别控制 1#清水泵 M1、2#清水泵 M2、曝气风机 M3；交流接触器 KM4、KM5 控制电动阀电动机 M4，通过正、反转完成开起阀门和关闭阀门的功 能。2） 电动机 M1、M2、M3、M4 由热继电器 FR1、FR2、FR3、FR4 实现过载保护。电动阀电动 机 M4 控制器内还装有常闭热保护开关，对阀门电动机 M4

13、实现双重保护。3） QF 为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。4） 熔断器 FU1、FU2、FU3、FU4 分别实现各负载回路的短路保护。FU5、FU6 分别完成交流 控制回路和 PLC 控制回路的短路保护。（2） 交流控制电路设计 SBR 废水处理系统交流控制电路如图 11-3 所示。L5220V NKM1-1HL1HL2电源指示1#泵提示（潜水） TCKM2-1 HL32#泵提示（清水）隔离变压器1:1KM3-1KA2-1KA2-2KA3-1FR1HL4YA1HL5YA2罗茨风机 上水电磁阀上水阀指示220N = = L+24V DC CO

14、M PLCFR2FR3FR4KA1注: 电动机过载保护表示采用第三种接地方式。图 11-3 SBR 废水处理系统交流控制电路1） 控制电路有电源指示 HL。PLC 供电回路采用隔离变压器 TC，以防止电源干扰。2） 隔离变压器 TC 的选用根据 PLC 耗电量配置，可以配置标准型、变比 1：1、容量 100VA 隔 离变压器。3） 1#清水泵 M1、2#清水泵 M2、曝气风机 M3 分别有运行指示灯 HL1、HL2、HL3，由 KM1、KM2、KM3 接触器常开辅助触点控制。4） 4 台电动机 M1、M2、M3、M4 的过载保护，分别由 4 个热继电器 FR1、FR2、FR3、FR4 实 现，

15、将其常闭触点并联后与中间继电器 KA1 连接构成过载保护信号，KA1 还起到电压转换的作用， 将 220V 交流信号转换成直流 24V 信号送入 PLC 完成过载保护控制功能。5） 上水电磁阀 YA1 和指示灯 HL1、排空电磁阀 YA2，分别由中间继电器 KA2 和 KA3 触点控 制。（3） 主要参数计算1） 断路器 QF 脱扣电流。断路器为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的 1.7 倍整定。SBR 废水处理系统有 3kW 负载电动机一台，起动电流较大，其余三台为 1.1kW 以下，起动电流较小，而且工艺要求 4 台电动机单独起动

16、 运行，因此可根据 3kW 电动机选择自动开关 QF 脱扣电流 IQF：IQF1.7IN=1.76A10.2A10A，选用 IQF10A 的断路器。2） 熔断器 FU 熔体额定电流 IFU。以曝气风机为例，IFU2IN22.5A5A，选用 5A 的熔体。 其余熔体额定电流的选择，按上述方法选配。控制回路熔体额定电流选用 2A。3） 热继电器的选择请参考有关技术手册，自行计算参数。（4） PLC 控制电路设计 包括 PLC 硬件结构配置及 PLC 控制原理电路设计。1） 硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级、负载的性质等；分析 对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）

17、数量；确定所控制参数的精度及类型，如：对开关量、 模拟量的控制、用户程序存储器的存储容量等，选择适合的 PLC 机型及外设，完成 PLC 硬件结构配 置。2） 根据上述硬件选型及工艺要求，绘制 PLC 控制电路原理图，绘制 PLC 控制电路，编制 I/OKM4-1接口功能表。图 11-4 为 SBR 废水处理系统 PLC 控制电路原理图，L6 作为 PLC 输出回路的电源， 分别向输出回路的负载供电，输出回路所有 COM 端短接后接入电源 N 端。HL8 HL10KM5-1HL12 HL14HL7 HL9 HL11 HL13L6KM4 KM5HL6KM3 KA3KA2N = = L COM1

18、Y1 Y3 Y5 Y7Y10Y12Y14Y16COM4AC100224VY0 Y2 Y4 Y6COM2Y11FR0Y13COM3Y15Y17输出端FX2N-48MRSQ1SQ2DC24V X0 X2 X4 X6 X10 X12 X14 X16 X20 X22 X24 X26输入端24+COM X1 X3 X5 X7 X11 X13 X15 X17 X21 X23 X25 X27SB1SB3-1SB3-2SB4SB5SB6SB7H1 H2 H3电动阀控制器KA1-1SB80.7SB2L1 L2 L3图 11-4 SBR 废水处理系统 PLC 控制电路原理图3） KM4 和 KM5 接触器线圈支路

19、，设计了互锁电路，以防止误操作故障。4） PLC 输入回路中，信号电源由 PLC 本身的 24V 直流电源提供，所有输入 COM 端短接后接入PLC 电源 DC24V 的（）端。输入口如果有有源信号装置，需要考虑信号装置的电源等级和容量， 最好不要使用 PLC 自身的 24V 直流电源，以防止电源过载损坏或影响其他输入口的信号质量。5） PLC 采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为 AC250V，2A。表 11-1 和表 11-2 分别为 SBR 废水处理系统 PLC 输入和输出接口功能表。表 11-1 SBR 废水处理系统 PLC 输入接口功能表序号工位名称文字符号输入口污水池高水位开关

20、信号H1X0002污水池低水位开关信号L1X0013清水池高水位开关信号H2X0024清水池低水位开关信号L2X0035中水箱高水位开关信号H3X0046中水箱低水位开关信号L3X0057起动按钮（绿色）X0068停止按钮（红色）X0079旋钮开关（自动）X01010旋钮开关（手动）X01111手动开电动阀旋钮开关X01212手动关电动阀旋钮开关X013131#清水泵手动旋钮开关X014142#清水泵手动旋钮开关X01515电动阀门开起限位开关X01616电动阀门关闭限位开关X01717电动阀电动机故障报警X02018电动机热保护器报警X02119曝气风机手动旋钮开关X02220输入点备用X0

21、23X027表 11-2 SBR 废水处理系统 PLC 输出接口功能表1#清水泵接触器Y0002#清水泵接触器Y001污水池高水位红色指示灯HL7Y002污水池低水位绿色指示灯HL8Y003清水池高水位红色指示灯HL9Y004清水池低水位绿色指示灯HL10Y005中水箱高水位红色指示灯HL11Y006中水箱低水位绿色指示灯HL12Y007（续）电动阀门开起绿色指示灯HL13Y010电动阀门关闭黄色指示灯HL14Y011开电动阀门接触器Y012关电动阀门接触器Y013电动机热保护器报警红色指示灯Y014罗茨风机（曝气风机）接触器Y015排空电磁阀继电器KA3Y016上水电磁阀继电器Y017输出口

22、备用Y020Y0276） 根据上述设计，对照主回路检查交流控制回路、PLC 控制回路、各种保护联锁电路、PLC 控 制程序等，全部符合设计要求后，绘制出最终的电气原理图。7） 根据设计方案选择的电气元件，编制原理图的元器件目录表，如表 11-3 所示。表 11-3 SBR 废水处理系统元器件目录表名 称数量规格型号备 注M1M4电动机Y 系列三相交流异步电动机FR1FR4热继电器JR16B-20/3参照电动机整定电流FU1FU4熔断器RL1-15熔体 210AFU5、FU6RT16-32X熔体 2AQF断路器C45AD脱扣电流 10ATCBK-100变比 1：1，AC220V起动按钮LAY37

23、绿色停止按钮红色SB3转换开关LAY37-D2手动/自动转换SB4SB8手动开关黑色KM1KM4交流接触器DJX-9线圈电压：AC220VKA1KA3中间继电器HH52PHL1HL15指示灯AD16-22LED 显示，AC220V电磁阀ZCT-50AZCT-15AYA3电动阀门装置LQA20-1AC380，60WPLC可编程序控制器继电器输出（5） PLC 控制程序设计1） 程序设计。根据控制要求，建立 SBR 废水处理系统控制流程图，如图 11-5 所示，表达出各 控制对象的动作顺序，相互间的制约关系。在明确 PLC 寄存器空间分配，确定专用寄存器的基础上， 进行控制系统的程序设计，包括主程