PLC旋转式滤水器电气控制课程设计论文.docx

1、PLC旋转式滤水器电气控制课程设计论文课程设计(论文)题 目 名 称 旋转式滤水器电气控制设计 课 程 名 称 PLC原理及其应用 邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业11电气工程及其自动化学生姓名学号题目名称旋转式滤水器电气控制设计设计时间2013/11/11 -2013/11/22课程名称PLC原理及应用课程编号121200107设计地点数字控制与PLC实验室（306） 一、 课程设计（论文）目的PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。课程设计的目的和任务：全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使

2、学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。二、 已知技术参数和条件(1) 手动调试和检修 SA1手柄指向左45时，接点SA1-1接通，通过SB1、SB2控制按钮，手动开/关电动阀，通过SB3、SB4控制按钮，手动开/关滤水器电动机，以便于系统调试和检修。(2) 人工除杂排污 SA1手柄指向右45时，接点SA1-2接通，人工起动、停止旋转式滤水器进行除杂排污。(3) 定时自动除杂排污：SA1手柄回零位时，若原水中杂物较少，固体漂浮物也较少，因此，水处理车间的旋转式滤水器长时间正常滤水，

3、不能进行差压自动除杂排污。由于旋转式滤水器长时间置于水中，各个机械传动机构会锈蚀，影响过滤和除杂排污或导致旋转式滤水器损坏，因此，需要具有定时自动除杂排污功能。(4) 差压自动除杂排污 SA1手柄回零位时，若滤水器进、出水口产生的压力差高于差压控制器设定值时，旋转式滤水器自动进行除杂排污，直到滤水器进、出水口产生的压力小于差压控制器设定值时，旋转式滤水器自动停止除杂排污，恢复正常滤水状态。(5) 超压停机 旋转式滤水器内部的过滤孔被小颗粒杂物堵死无法排出，进、出水口的压力差较高，虽然进行了除杂排污，但是进、出水口的压力差仍然未能降到正常值，差压控制器内微动开关长时间动作（810min），需要立

4、即停车，并发出声光报警。(6) 计数功能 该设备不管进行了哪种形式的除杂排污，每次进行除杂排污后都要有记录，因此需要记录除杂排污次数（5位）。(7) 减速机润滑 在旋转式滤水器上装有行星摆线针轮减速机，由输油泵将油室中的润滑油源源地送入减速机，液压泵拖动电动机与滤水器电动机同步运行。(8) 除杂排污阀门的电动装置 内设三相交流异步电动机380V/60W、阀门限位开关和电动机过热保护，通过正、反相运行实现开阀、关阀功能。(9) 其他 必要的电气联锁与保护，受控对象运行状态显示等。(10) 相关参数1) 滤水器电动机M1：Y系列，AC380V，1.5 kW，6极；液压泵电动机M2：Y系列，AC38

5、0V，70W，4极；减速机4极减速；电动阀电动机M3：AC380V，60W，电动阀自带。2) 差压变送器测量范围：0.30.8MPa可调，电感性电接点输出：AC220V，1A。3) 指示灯HL：10mA，DC24V。4) 电铃HA：8W，AC220V。11) 控制信号说明见表1。表1 控制信号说明 输 入输 出文字符号说 明文字符号说 明SA1-1手动控制转换开关KM1开电动阀接触器SA1-2人工除杂排污控制转换开关KM2关电动阀接触器SB1手动开电动阀按钮KM3滤水器、液压泵运行接触器SB2手动关电动阀按钮HL1手动控制指示灯SB3手动开滤水器、液压泵按钮HL2人工除杂排污指示灯SB4手动关

6、滤水器、液压泵按钮HL3定时自动除杂排污指示灯KP差压变送器信号HL4差压自动除杂排污指示灯KM1开电动阀信号HL5故障指示灯KM2关电动阀信号HL6开电动阀指示灯KM3滤水器、液压泵运行信号HL7关电动阀指示灯FR电动机过载信号HL8滤水器、液压泵运行指示灯SQ1电动阀打开限位开关HA报警电铃SQ2电动阀关闭限位开关H除杂排污次数显示（5位）三、 任务和要求1根据控制要求，进行旋转式滤水器电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路；2. 运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；3根据控制要求，编制旋转式滤水器控制PLC应用程序，利用模拟开关板

7、调试程序，模拟运行。4. 程序结构与控制功能自行创新设计；5. 进行系统调试，实现自动售货机的控制要求。6按照要求书写课程设计报告。注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）实验室有EL型PLC实验系统4套，FX2N系列实验装置8台，以及相关的软件。 FX2N系列、S7系列产品说明书；FX2N系列实验装置实验指导书；五、进度安排2013年11月11日-12日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2013年11月13日-14日：总体方案设计2013年11月15

8、日-16日：外部接线图2013年11月17日-18日：T形图设计2013年11月19日-20日：系统调试改进2013年11月21日：整理书写设计说明书2013年11月22日：答辩六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：摘 要目前，我国部分水电厂还采用传统的老式滤水器，由于设计落后、自动化程度低，污物不能有效排除 。特别是夏季暴风雨季节，水中污物更加突出，再加上近年来越来越多的塑料瓶、袋等杂物的增多，给电厂安全经济运行造成困难，机组人员需经常进行人工清理，不但造成经济损失，而且增加了工人的劳动

9、强度。水电厂滤水器的正常运行是保证水电厂技术供水系统设备安全运行的一项重要内容，根据水电厂水源的实际情况，选择一种可靠性高和适应实际水质情况的滤水器，是水电厂技术供水系统运行可靠的保证,本文讨论的用PLC实现的全自动控制旋转式滤水器主要用于水力发电厂的生产用水过程中，对进入水厂原水中2cm3以上的漂浮杂物进行过滤除杂。该设备安装在水处理车间的进水管道入口处，根据生产用水量的实际需要，既可单台使用，也可多台并联运行。旋转式滤水器的基本工作原理是根据旋转式滤水器进水口、出水口之间的水位压力差来控制旋转式滤水器的除杂排污。关键词：PLC控制；自动控制；滤水器；排污摘 要第一章 设计目的与设备控制原理

10、 1 1.1 设计目的11.2 设计原理及其原理图11.3 设备简介11.4 设计要求21.5 控制信号说明表3第二章 PLC概述42.1 PLC的定义42.2 PLC的组成42.3 PLC的特点4第三章 旋转式滤水器控制系统设计53.1 整体结构53.2 机械结构53.3 电气控制设计63.31 主电流设计63.32 交流控制电路设计73.33主要参数计算83.34 PLC电路控制设计 8 3.35 旋转式滤水器控制系统的PLC输入接口功能表93.4 电路连接实物图10第四章 程序设计114.1 程序框图设计114.2 由程序框图得到梯形图124.3 由梯形图得到程序13第五章 课程设计总结

11、14参考文献 15第一章 设计目的与设备控制原理1.1设计目的PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。课程设计的目的和任务：全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。1.2设计原理及其原理图 旋转式滤水器接入管道系统后，水就会从进水口进入滤水器，过滤后的水从出水口流出，当水中杂质通过网芯时，由于体积大于网芯孔，而被截留在网芯上，当聚积到一定数量时，即造成

12、进水口和出水口有一定压差。这时可转动网芯进行自动反冲洗，杂质将会从排污口自行排出。1.3 设备简介如图1所示，旋转式滤水器具有手动控制和自动控制两种方式，可实现手动调试和检修，人工除杂排污， 定时自动除杂排污，差压自动除杂排污，超压停机，计数功能等多种功能。旋转式滤水器的工作过程主要有以下两个部分：正常滤水过程：由于旋转式滤水器进水与出水口的水流正常，产生的压力差低于差压控制器设定值，因此，差压控制器内微动开关无动作输出，原水正常过滤。 除杂排污过程：由于旋转式过滤器长时间过滤原水，势必在滤水器内的过滤孔中阻塞大量的水中漂浮物，使得进水口的水压大于出水口的水压，出水量减少，进、出水口产生的压力

13、差高于差压控制器设定值，这时差压控制器内微动开关动作输出，常开触点闭合，接通控制系统进行除杂排污。除杂排污后旋转式滤水器又恢复正常滤水状态，生 产供水系统安全运行。1.4 设计要求 (1) 手动调试和检修 SA1手柄指向左45时，接点SA1-1接通，通过SB1、SB2控制按钮，手动开/关电动阀，通过SB3、SB4控制按钮，手动开/关滤水器电动机，以便于系统调试和检修。 (2) 人工除杂排污 SA1手柄指向右45时，接点SA1-2接通，人工起动、停止旋转式滤水器进行除杂排污。 (3) 定时自动除杂排污：SA1手柄回零位时，若原水中杂物较少，固体漂浮物也较少，因此，水处理车间的旋转式滤水器长时间正

14、常滤水，不能进行差压自动除杂排污。由于旋转式滤水器长时间置于水中，各个机械传动机构会锈蚀，影响过滤和除杂排污或导致旋转式滤水器损坏，因此，需要具有定时自动除杂排污功能。 (4) 差压自动除杂排污 SA1手柄回零位时，若滤水器进、出水口产生的压力差高于差压控制器设定值时，旋转式滤水器自动进行除杂排污，直到滤水器进、出水口产生的压力小于差压控制器设定值时，旋转式滤水器自动停止除杂排污，恢复正常滤水状态。 (5) 超压停机 旋转式滤水器内部的过滤孔被小颗粒杂物堵死无法排出，进、出水口的压力差较高，虽然进行了除杂排污，但是进、出水口的压力差仍然未能降到正常值，差压控制器内微动开关长时间动作（810mi

15、n），需要立即停车，并发出声光报警。 (6) 计数功能 该设备不管进行了哪种形式的除杂排污，每次进行除杂排污后都要有记录，因此需要记录除杂排污次数（5位）。 (7) 减速机润滑 在旋转式滤水器上装有行星摆线针轮减速机，由输油泵将油室中的润滑油源源地送入减速机，液压泵拖动电动机与滤水器电动机同步运行。 (8) 除杂排污阀门的电动装置 内设三相交流异步电动机380V/60W、阀门限位开关和电动机过热保护，通过正、反相运行实现开阀、关阀功能。(9) 其他 必要的电气联锁与保护，受控对象运行状态显示等。(10) 相关参数1) 滤水器电动机M1：Y系列，AC380V，1.5 kW，6极；液压泵电动机M2

16、：Y系列，AC380V，70W，4极；减速机4极减速；电动阀电动机M3：AC380V，60W，电动阀自带。2） 差压变送器测量范围：0.30.8MPa可调，电感性电接点输出：AC220V，1A。3) 指示灯HL：10mA，DC24V。4) 电铃HA：8W，AC220V。1.5控制信号说明表表1 控制信号说明输 出文字符号说 明文字符号说 明SA1-1手动控制转换开关KM1开电动阀接触器SA1-2人工除杂排污控制转换开关KM2关电动阀接触器SB1手动开电动阀按钮KM3滤水器、液压泵运行接触器SB2手动关电动阀按钮HL1手动控制指示灯SB3手动开滤水器、液压泵按钮HL2人工除杂排污指示灯SB4手动

17、关滤水器、液压泵按钮HL3定时自动除杂排污指示灯KP差压变送器信号HL4差压自动除杂排污指示灯KM1开电动阀信号HL5故障指示灯KM2关电动阀信号HL6开电动阀指示灯KM3滤水器、液压泵运行信号HL7关电动阀指示灯FR电动机过载信号HL8滤水器、液压泵运行指示灯SQ1电动阀打开限位开关HA报警电铃SQ2电动阀关闭限位开关H除杂排污次数显示（5位）第二章 PLC概述2.1 PLC定义 PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计的。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式的输入输出来控制各种类型的机械和生产过

18、程。PLC及其有关设备，都是按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。2.2 PLC的组成部分 PLC主要由CPU模块，输入模块，输出模块和编程设备组成。实际上PLC是一种工业控制计算器，它的硬件结构与其它微机控制装置相似。PLC主要由CPU模块（中央处理器）。存储器，输入输出模块（I/O模块)，编程设备和电源五大部分组成。2.3 LC的特点1） 编程方法简单易学2） 硬件配套齐全，用户使用方便3） 通用性和适应新强4） 可靠性高，抗干能力强5） 系统的设计，安装，调试工作量少6） 维修工作量小，维修方便7） 体积小，能耗低第三章 旋转式滤水器控制系统的设计3.1 整体结构在

19、旋转式滤水器设计中，一个主要的问题就是污物的有效排放，这里采用两台电机：主电动机(滤水器电动机)和排污电动机(控制排污阀的开关)配合来完成此功能。总结构如图1所示。系统的输入包括压力差信号输人和方式选择输入等，滤水器有进水口、出水口、排污出口，与系统进出水口相衔接的部分不再赘述。3,2 机械结构旋转式滤水器主要由转动轴、定位杆、支架壳体、网芯、进水口、出水口、排污口等组成 一般水质为淡水型的，滤网和内部主要部件为不锈钢材质。网芯中的网孔用冲床一次制成，具有耐腐蚀、不生锈，表面光洁、不易结垢的特性。机械部分由五部分组成，分别为滤水机构、执行机构、排污机构、操作单元、保护装置 1）滤水机构滤水机构

20、主要由机壳，滤芯组、旋流子、进出水室、法兰等部件组成。其工作过程是：水流经人口管进人人口水室，再由水室分配至各滤芯单元过滤，将水中的大颗粒杂质滤掉后，由滤芯内流向滤芯外的环形集水室，再经出水管送至各冷却器，杂物留在各滤芯单元内。2）执行机构执行机构由驱动电机、减速器、定位锁紧装置、排污电机及相关部件组成，其作用是按照控制台发来的指令，完成预定的动作，使滤芯旋转一定角度或开关排污阀门。3）排污机构 排荇机构由排污台、旋流子、支架、排污管及排枵阀等组成。当需要排污时，转动滤芯，进行反冲洗。当打开排污阀门时，排污单元滤卷内水流改变方向，从环形水室及相临单元滤芯内进人排污单元滤芯内。当反向流人的冲洗水

21、进入排圬单元滤芯时，被旋流子改变方向，形成一旋流水束，将壁面杂物冲出排污单元滤芯，并经排污门排出，直到壁面洁净为止。4）操作单元操作单元可使整个滤水器实现自动或人工反冲洗，及除杂排污。设自动时可进行定时自动和差压自动除杂排污。网芯单元的冲洗时问，即：排污时间，可根据实际情况自由设定。5）保护装置本装置 主要设置电动机过载保护装置和超高压报警停车装置。在电机过载时和超高压时，能及时切断电源，保护电动机；超高压时还能进行报警，提醒操作人员及时排除故障。3.3 电气控制设计3.3.1 主电路设计旋转式滤水器控制系统的主电路如图2所示。（1） 主回路中交流接触器KM3控制滤水器电动机M1、液压泵电动机

22、M2；KM1、KM2通过正、反转控制电动阀电动机M3,完成开起阀门和关闭阀门的功能。（2） 电动机M1、M2、M3由热继电器FR1、FR2、FR3实现过载保护。电动阀电动机M3控制器内还装有常闭热保护开关，对阀门电动机M3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分别实现各负载回路的短路保护。FU4、FU5分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护3.3.2 交流控制电路设计（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

23、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） 3台电动机M1、M2、M3的过载保护，分别由3个热继电器FR1、FR2、FR3、实现，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。（4）报警电铃HA为AC200V/8W，在出现超高压差时进行报警。（5）差压变送器是差压自动控制的关键传感器件，输出为压差信号。差压变送器测量范围为0.30.8MPa可调，电感性电接点输出：AC220V,1A。（6）由于控制电路的指示灯工作电压为直流24V，所以将220V电源

24、电压经过变比为8：1的降压变压器进行电压变换得到交流为27.5V的交流电，再经过整流电路、滤波电路得到24V的直流电压。（7）控制系统的计数显示模块选用AT89S51单片机作为控制芯片，单片机供电电源需要直流5伏电压，要经过变比为20：1的降压变压器进行变压得到交流为11V交流电，并且经过整流电压变成直流电压为24V的直流电。3.3.3 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。旋转式滤水器有1.5KW负载电动机一台，起动电流较大，其余二台为100W以下，起动电流较小，工艺要求滤水器

25、电动机和液压泵电动机同时起动运行，因此可根据1.5kW电动机选择自动开关QF脱扣电流IQF：IQF1.7IN=1.73A5.1A5A，选用IQF5A的断路器。（2）熔断器FU熔体额定电流。以滤水器电动机为例，223A6A，选用6A的熔体。其余熔体额定电流的选择，按上述方法选配。（3）热继电器的选择参照相关技术资料选取。3.3.4 PLC控制电路设计 （1） 硬件结构设计。根据设计要求，本系统设计了15个输入和12个输出。其中，输出部份分为220V输出和24V输出两部份。220V输出为电动机控制的接触器和报警电铃输出；24V输出为各种指示灯输出。由于有两种不同的输出电压要求，所以必须提供两种不同

26、电压的电源，这两个电源由交流控制电路提供。由于本设计所需的I/O口较少，所以我们选用三菱 FX2N系列小型程控器FX2N-48MR作为核心控制器件。 FX2N系列是PLC FX家族中最先进的系列。由于FX2N系列具有如下优点：最大范围地包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。FX2N系列PLC的特点有：系统配置既固定又灵活，编程简单，备有可自由选择，丰富的品种 ，令人放心的高性能、高速运算，使用于多种特殊用途，外部机器通讯简单化，共同的外部设备。图4 旋转式滤水器控制系统的

27、PLC控制电路图3.3.5 旋转式滤水器控制系统的PLC输入接口功能表程序输入文字符号说明X000SA1-1手动控制转换开关（左45度）X001SA1-2人工除杂排污控制转换开关（右45度）X002 SA1-0转换开关零位X003SB1手动开电动阀按钮X004SB2手动关电动阀按钮X005SB3手动开滤水器、液压泵按钮X006SB4手动关滤水器、液压泵按钮X007KP差压变送器信号X010KM1开电动阀信号X011KM2关电动阀信号X012KM3滤水器、液压泵电动机运行信号X013KA1（FR）电动机过载信号X014SQ1电动阀打开限位开关X015SQ2电动阀关闭限位开关X016SB5故障报警

28、显示关闭开关 表2 旋转式滤水器控制系统的PLC输出接口功能表 输出程序文字符号说明Y010KM1开电动阀接触器Y011KM2关电动阀接触器Y012KM3滤水器、液压泵运行接触器Y000HL1手动控制指示灯Y001HL2人工除杂排污指示灯Y002HL3定时自动除杂排污指示灯Y003HL4差压自动除杂排污指示灯Y004HL5故障指示灯Y005HL6开电动阀指示灯Y006HL7关电动阀指示灯Y007HL8滤水器、液压泵运行指示灯Y013KA2（HA）报警电铃控制电路图中L5作为PLC输出回路的220V电源，分别向输出回路的220V交流负载供电，输出回路COM2接入电源N端。VC24V作为PLC输出回路的24V直流电源，向电路中的所有指示灯供电，输出回路COM1接入直流电源的GND端。光电耦合器件做为信号转换器件，将PLC的输出信号转换成单片机能接收的计数输入信号，通过单片机进行排污次数的计数，并将计数值通过8段数码管显示出来。光电耦合器件的输入信号是滤水器电动机起动运行的输出信号。3.5线路连接实物图 当按下按钮X0和X3时电路中Y10和Y5依次亮灯，如图一所示电路。 当按下按钮X2时点路途中只亮了Y