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1、本科生課程設計報告 題 目 旋轉式濾水器電氣控制系統(tǒng) 課 程 電氣控制及可編程控制器 專 業(yè) 目 錄 1任務書… 3 1. 1課程題目… 3 1.2設計目的及要求… 3 1.3設備概況… 4 1.4控制要求… 5 1.5課題要求… 6 1. 6 日程安排… 7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。 3. 2. 3濾水機構 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 過程是：水流經(jīng)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(jīng)出 水管送至各冷卻器，雜物留

2、在各濾芯單元內。 3. 2. 4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。設自動時可進 行定時自動和差壓自動除雜排污。網(wǎng)芯單元的沖洗時問，即：排污時間， 可根據(jù)實際情況自由設定。 3. 2. 5保護裝置 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。 第4章硬件設計 4.1主電路設計 旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的主電路如圖2所示。 （1） 主回路中交流接觸器KM3控制濾水器電動機Ml、液壓泵電動機V2； KM1、KM2通過正、反轉控制電動閥電動機M3,完

3、成開起閥門和關閉閥門的功能。 （2） 電動機Ml、M2、M3由熱繼電器FR1、FR2、FR3實現(xiàn)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(xiàn)雙重 保護。 （3） 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。 （4） 熔斷器FU1、FU2、FU3分別實現(xiàn)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。 QF  4. 2交流控制電路設計 旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的交流控制電路圖如圖3所示。 圖3旋轉式濾水器控制系統(tǒng)交流控制電路圖 （1） 控制電路

4、有電源指示HLo PLC供電回路采用隔離變壓器TC,以防 止電源干擾。 （2） 隔離變壓器TC的選用根據(jù)PLC耗電量配置，可以配置標準型、變 比1： 1、容量100VA隔離變壓器。 （3） 3臺電z力機Ml、M2、M3的過載保護，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。 （4） 報警電鈴IIA為AC200V/8W ,在出現(xiàn)超高壓差時進行報警。 （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。

5、 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。 （6） 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。 （7）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的降壓變壓器進行變壓得 到交流為1IV交流電，并且經(jīng)過整流電壓變成直流電壓為24V的直流電。 4. 3 PLC控制電路設計 4. 3.1硬件結構設計。根據(jù)設計要求，本系統(tǒng)

6、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4旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的PLC控制電路圖 4. 3.2輸入輸出接口功能。 PLC輸入接口功能如下表1所示，輸出接口功能如下表2所示。 表1旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的PLC輸入接口功能表 程序輸入 文字符號 說明 X000 SA1-1 手動控制轉換開關（左45度） X001 SA1-2 人工除雜排污

7、控制轉換開關（右45度） X002 SA1-0 轉換開關零位 X003 SB1 手動開電動閥按鈕 X004 SB2 手動關電動閥按鈕 X005 SB3 手動開濾水器、液壓泵按鈕 X006 SB4 手動關濾水器、液壓泵按鈕 X007 KP 差壓變送器信號 X010 KM1 開電動閥信號 X011 KM2 關電動閥信號 X012 KM3 濾水器、液壓泵電動機運行信號 X013 KAI (FR) 電動機過載信號 X014 SQ1 電動閥打開限位開關 X015 SQ2 電動閥關閉限位開關 X016 SB5 故障報警顯示關閉開

8、關  表2旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的PLC輸出接曰功能表 程序輸出 文字符號 說明 Y010 KM1 開電動閥接觸器 you KM2 關電動閥接觸器 Y012 KM3 濾水器、液壓泵運行接觸器 Y000 HL1 手動控制指示燈 Y001 HL2 人工除雜排污指75燈 Y002 HL3 定時自動除雜排污指示燈 Y003 HL4 差壓自動除雜排污指示燈 Y004 HL5 故障指示燈 Y005 HL6 開電動閥指示燈 Y006 HL7 關電動閥指示燈 Y007 HL8 濾水器、液壓泵運行指示燈 Y013 KA2 (HA)

9、 報警電鈴 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 C0M1接入直流電源的 GND 端。 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(shù)輸入信號，通過單片機進行排污次數(shù)的計數(shù)，并將計數(shù)值通過 8段 數(shù)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。 第5章軟件設計 旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的PLC程序梯形圖如下圖5所示。 XDOO X001 X002 X0

10、03 X004 X013 X0I4 —I I X000 X001 0 23 46 88 72 花 88 95 102 106 113 < Y010 : < Y005 : T0 — ~~11~~ ~- YOOO TI X000 X002 X003 -4^-1 Y001 T — T1 ^l— XD04 X013 X015 T I < ￥011 】 < Y006 : X002 X007 TI XD02 X007 TI X005 X001 X002 XOOO X006 44 II X

11、DOO XOOi XD02 X004 II yf~ XD02 X00? TO TI II X007 T3 T K X000 X001 X002 T < Y000 : XD02 50 AND XOOO 51 AN I X006 52 LDI XOOO 53 AND X001 54 AN I X002 55 AN I X004 56 ORB 57 LD X002 58 AN I X00

12、7 59 AND TO 60 AN I T1 61 ORB 62 LD X002 63 AND X007 64 AN I T3 65 ORB 66 AN I X013 67 OUT Y012 68 LD XOOO 63 AN I X001 70 AN I X002 71 OUT Y000 7 1 25

13、 mu LDI Yinij X000 . 72 LDI XOOO 26 AND xooi 5 73 AND X001 27 ORB J 74 AN I X002 28 AN I X002 1 75 OUT Y001 29 LDI X003 76 LD X002 30 OR Y001 77 AN I X007 31 ANB 78 AN I T4 32 LD X002 79 OUT Y002 33 AN I X007 80 OUT TO K30000

14、34 AND TO 83 AND TO 35 AND T1 84 OUT T1 K1200 36 ORB 87 OUT Ml 37 LD X002 88 LD X002 38 AN I X007 39 AN I Ml 89 AND X007 40 ORB 98 LD X013 41 AND X004 99 AN I X016 42 AN I X013 100 ORB 43 AN I

15、X015 101 OUT Y004 44 OUT YOU 102 LD X002 45 OUT Y006 103 AND T3 46 LD X005 104 AN I X016 47 OR Y002 105 OUT Y013 48 AN I X001 106 LD X002 49 AN I X002 107 AN I XOO? 108 AND X015 109 AN I Y000

16、 110 OUT T4 K10 113 18 END  第6章課程設計總結 通過這次的設計實驗。對我以前的知識有很好的查漏補缺功效，使我受益匪 淺，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(xiàn)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。 雖然我們的課程設計在規(guī)定的時間內按時完成了任務，但是，由于知識和經(jīng) 驗的欠缺，在設計的過程中也遇到了很多困難，但通過我們的不懈努力和老師、 同學的幫助，設計才得以圓滿按時的完成，所以僅憑個人的力量想設計出一個完美 的系統(tǒng)幾乎是不可能

17、的。課程設計是對大學所學課程的一個高度的綜合。使零散的 知識系統(tǒng)化，形成了一種能力，這也是課程設計所要達到的目的。 通過這次課程設計是我對PLC有了更加深刻的了解，能熟練的使用PLC軟 件編程，這也為我們走入社會打下一個良好的基礎，為走入社會對知識與理論的 應用做了一個好的鋪墊。 7參考文獻 [1] 熊幸明，電氣控制與PLC,機械工業(yè)出版社，2011.1 [2] 胡曉林，電氣控制與PLC應用技術，北京理工大學出版社，2010.7 1. 7主要參考書… 7 2流程系統(tǒng)… 8 3控制系統(tǒng)的選擇… 9 3. 1整體結構… 9 3.2機械結構… 9 3. 2.1執(zhí)行機構… 9

18、 3. 2. 2排污機構… 9 3. 2. 3濾水機構… 10 3. 2. 4 操作單元… 10 3. 2.5保護裝置… 10 4硬件選擇… 11 4. 1主電路設計… 11 4.2交流控制電路設計… 13 4.3 PLC控制電路設計… 14 4. 3. 1硬件結構設計… 14 4.3.2輸入輸出接口功能… 15 5軟件設計… 17 6總結… 19 7參考文獻… 19 第1章任務書 1.1課程題目 旋轉式濾水器電氣控制系統(tǒng) 1.2設計目的及要求 一、設計目的 課程設計的主要目的是通過某一生產(chǎn)設備的電氣控制裝置的設計實踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)設計過程、設計

19、要求、應完成的工作內容和具體設計方法。通過 設計也有助于復習、鞏固以往所學的知識，達到靈活應用的目的。電氣設計必須滿 足生產(chǎn)設備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設計之前必須了解設備的用途、結構、操作要 求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設計工作的整體觀念。 課程設計應強調能力培養(yǎng)為主，在獨立完成設計任務的同時，還要注意其他 幾方面能力的培養(yǎng)與提高，如獨立工作能力與創(chuàng)造力；綜合運用專業(yè)及基礎知識 的能力，解決實際工程技術問題的能力；查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的 能力；工程繪圖的能力；書寫技術報告和編制技術資料的能力。 二、設計要求 在課程設計中，學生是主體，應充分發(fā)揮他們的主動性

20、和創(chuàng)造性。教師的主 導作用是引導其掌握完成設計內容的方法。 為保證順利完成設計任務還應做到以下幾點： 1） 在接受設計任務后，應根據(jù)設計要求和應完成的設計內容進度計劃，確 定各階段應完成的工作量，妥善安排時間。 2） 在方案確定過程中應主動提出問題，以取得指導數(shù)師的幫助，同時要廣 泛討論，依據(jù)充分。在具體設計過程中要多思考，尤其是主要參數(shù)，要經(jīng)過計 算論證。 3） 所有電氣圖樣的繪制必須符合國家有關規(guī)定的標準，包括線條、圖型符 號、項目代號、回路標號、技術要求、標題欄、元器件明細表以及圖樣的折疊 和裝訂。 4） 說明書要求文字通順、簡練，字跡端正、整潔。 5） 應在規(guī)定

21、的時間內完成所有的設計任務。 6） 如果條件允許，應對自己的設計線路進行試驗論證，考慮改進的可能性。 1. 3設備概況 旋轉式濾水器主要用于水力發(fā)電廠的生產(chǎn)用水過程中，對進入水廠原水中 2cni3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(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。旋轉式濾 水器的基本工作原理是根據(jù)旋轉式濾水器進水口、出水口之間的水位壓力差來控 制旋轉式濾水器的除雜排污。 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(chǎn)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。

22、 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，使得進水曰的水壓大于出水曰的水壓，出水量減少，進、 出水口產(chǎn)生的壓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(chǎn)供水系統(tǒng)安全運行。旋轉式濾水器控制框圖如圖2-1所示。 |定時自控 |手動控制| 車停警報壓超 差壓變送器 濾水器 電動機 液壓泵電動機 壬器感成力出宅 一器動驅一 旋轉式濾水器 電動閥門 控制器 I排污出口 圖1旋轉式濾水器控制框圖 1. 4控

23、制要求 (1) 手動調試和檢修SFO手柄指向左45°時，接點SF0-1接通，通過SF1、 SF2控制按鈕，手動開/關電動閥，通過SF3、SF4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。 (2) 人工除雜排污SFO手柄指向右45°時，接點SF0-2接通，人工起動、 停止旋轉式濾水器進行除雜排污。 (3) 定時自動除雜排污：SFO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

24、定時自動除雜排污 功能。 (4) 差壓自動除雜排污SFO手柄回零位時，若濾水器進、出水口產(chǎn)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(chǎn)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 復正常濾水狀態(tài)。 (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?lOmin),需要立即停 車，并發(fā)出聲光報警。 (6) 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

25、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。 (7) 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(xiàn)開閥、關閥功能。 (8) 其他必要的電氣聯(lián)鎖與保護，受控對象運行狀態(tài)顯示等。 9)相關參數(shù) 1) 濾水器電動機MAI： Y系列,AC380V, 1. 5 kW, 6極；液壓泵電動機MA2： Y系列，AC380V, 70W, 4極；減速機4極減速；電動閥電動機MA3： AC380V, 60W, 電動閥自帶。 2) 差壓變送器測量范圍：0.3?0.8MPa可調，電感性電接點輸出：AC220

26、V, lAo 3) 指示燈 PG： 10mA, DC24VO 4) 電鈴 PB： 8W, AC220Vo 11)控制信號說明見表2-1 o 表2-1控制信號說明 谿入 {4d 文字符 號 說明 文字符 號 說明  SF0-1 手動控制轉換開關 QA1 開電動閥接觸器 SI'0-2 人工除雜排污控制轉換開關 QA2 關電動閥接觸器 SF1 手動開電動閥按鈕 QA3 濾水器、液壓泵運行接觸器 SF2 手動關電動閥按鈕 PG1 手動控制指示燈 SF3 手動開濾水器、液壓泵按鈕 PG2 人工除雜排污指示燈 SF4 手動關濾水器、

27、液壓泵按鈕 PG3 定時自動除雜排污指示燈 BP 差壓變送器信號 PG4 差壓自動除雜排污指示燈 BG1 原限位開關 PG5 故障指示燈 BG2 電動閥關閉限位開關 PG6 開電動閥指示燈 PG7 關電動閥指示燈 PG8 濾水器、液壓泵運行指示燈 PB 報警電鈴 1. 5課題要求 1） 根據(jù)控制要求，進行旋轉式濾水器電氣控制系統(tǒng)硬件電路設計，包括主 電路、控制電路及PLC硬件配置電路。 2） 根據(jù)控制要求，編制旋轉式濾水器控制PLC應用程序，有條件可以利用 模擬開關板調試程序，模擬運行。 3） 編寫

28、設計說明書，內容包括： ① 設計過程和有關說明。 ② 基于PLC的旋轉式濾水器電氣控制系統(tǒng)電路圖。 ③ PLC控制程序（梯形圖和指令表）。 ④ 電器元器件的選擇和有關計算。 ⑤ 電氣設備明細表。 ⑥ 參考資料、參考書及參考手冊。 ⑦ 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調試過程、遇到的問題 及解決方法、對課程設計的認識和建議等。 1.6 H程安排 設計時間安排（共1.5周） 序 號 具體內容 時間 （天） 1 1.課題介紹、布置設計任務（講課） 1.5  2.熟悉要求及對電氣要求 2 設計并繪制系統(tǒng)原理圖（含：I/O連接圖及其 他外

29、部硬件圖） 1.5 3 設計PLC控制程序（含：系統(tǒng)功能表圖、梯形圖） 1.5 4 模擬調試 1.5 5 編與戌VT換吉（皆：戌計祝明T、1史說明卅、戌 計總結） 1. 6 0. 5 1. 7主要參考書 1. 教材《電氣控制與PLC應用》 2. 《可編程序控制器原理及應用》 3. ?S7-200使用手冊》 第2章流程系統(tǒng) 在旋轉式濾水器設計中，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。  第3章控制系統(tǒng)的選擇 由于木設計所需的I/O 口較少，所以我

30、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。 3. 1整體結構 在旋轉式濾水器設計中，一個主要的問題就是污物的有效排放，這

31、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?？偨Y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。 3. 2機械結構 旋轉式濾水器主要由轉動軸、定位桿、支架殼體、網(wǎng)芯、進水口、出水口、排污 曰等組成一般水質為淡水型的，濾網(wǎng)和內部主要部件為不銹鋼材質。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 3. 2.1執(zhí)行機構 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。 3. 2. 2排污機構 排若機構由排污臺、旋流子、支架、排污管及排*號閥等組成。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塢單元濾芯時，被旋流子改變方向，形成一旋流水束，