本科生課程設(shè)計報告題目旋轉(zhuǎn)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(wù)書31. 1課程題目31.2設(shè)計目的及要求31.3設(shè)備概況41.4控制要求51.5課題要求61. 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(gòu)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(zhì)濾掉后，由濾芯內(nèi)流向濾芯外的環(huán)形集水室，再經(jīng)出水管送至各冷卻器，雜物留在各濾芯單元內(nèi)。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(shè)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(shè)定。3. 2. 5保護裝置主要設(shè)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(shè)計4.1主電路設(shè)計旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)控制電動閥電動機M3,完成開起閥門和關(guān)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(nèi)還裝有常閉熱保護開關(guān)，對閥門電動機M3實現(xiàn)雙重保護。（3）QF為電源總開關(guān)，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。QF4. 2交流控制電路設(shè)計旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)交流控制電路圖（1）控制電路有電源指示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(gòu)成過載保護信號，KA1還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流信號轉(zhuǎn)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(guān)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(diào)，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(shè)計4. 3.1硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)設(shè)計要求，本系統(tǒng)設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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X000SA1-1手動控制轉(zhuǎn)換開關(guān)（左45度）X001SA1-2人工除雜排污控制轉(zhuǎn)換開關(guān)（右45度）X002SA1-0轉(zhuǎn)換開關(guān)零位X003SB1手動開電動閥按鈕X004SB2手動關(guān)電動閥按鈕X005SB3手動開濾水器、液壓泵按鈕X006SB4手動關(guān)濾水器、液壓泵按鈕X007KP差壓變送器信號X010KM1開電動閥信號X011KM2關(guān)電動閥信號X012KM3濾水器、液壓泵電動機運行信號X013KAI (FR)電動機過載信號X014SQ1電動閥打開限位開關(guān)X015SQ2電動閥關(guān)閉限位開關(guān)X016SB5故障報警顯示關(guān)閉開關(guān)表2旋轉(zhuǎn)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Y010KM1開電動閥接觸器youKM2關(guān)電動閥接觸器Y012KM3濾水器、液壓泵運行接觸器Y000HL1手動控制指示燈Y001HL2人工除雜排污指75燈Y002HL3定時自動除雜排污指示燈Y003HL4差壓自動除雜排污指示燈Y004HL5故障指示燈Y005HL6開電動閥指示燈Y006HL7關(guān)電動閥指示燈Y007HL8濾水器、液壓泵運行指示燈Y013KA2 (HA)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(zhuǎn)換器件，將PLC的輸出信號轉(zhuǎn)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(shè)計旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的PLC程序梯形圖如下圖5所示。XDOOX001X002X003X004X013 X0I4I IX000X001023468872花8895102106113< Y010 :< Y005 :T011-YOOOTIX000X002X003-4-1Y001T T1lXD04 X013X015T I< ¥011 】< Y006 :X002X007TIXD02X007TIX005X001X002 XOOOX00644IIXDOOXOOiXD02X004IIyfXD02X00?TOTIIIX007T3T KX000X001X002T< Y000 :XD0250ANDXOOO51AN IX00652LDIXOOO53ANDX00154AN IX00255AN IX00456ORB57LDX00258AN IX00759ANDTO60AN IT161ORB62LDX00263ANDX00764AN IT365ORB66AN IX01367OUTY01268LDXOOO63AN IX00170AN IX00271OUTY0007 125muLDIYinijX000 .72LDIXOOO26ANDxooi 573ANDX00127ORBJ74AN IX00228AN IX002 175OUTY00129LDIX00376LDX00230ORY00177AN IX00731ANB78AN IT432LDX00279OUTY00233AN IX00780OUTTOK3000034ANDTO83ANDTO35ANDT184OUTT1K120036ORB87OUTMl37LDX00288LDX00238AN IX00739AN IMl89ANDX00740ORB98LDX01341ANDX00499AN IX01642AN IX013100ORB43AN IX015101OUTY00444OUTYOU102LDX00245OUTY006103ANDT346LDX005104AN IX01647ORY002105OUTY01348AN IX001106LDX00249AN IX002107AN IXOO?108ANDX015109AN IY000110OUTT4K10113 18 END第6章課程設(shè)計總結(jié)通過這次的設(shè)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(xué)活用。雖然我們的課程設(shè)計在規(guī)定的時間內(nèi)按時完成了任務(wù)，但是，由于知識和經(jīng)驗的欠缺，在設(shè)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(xué)的幫助，設(shè)計才得以圓滿按時的完成，所以僅憑個人的力量想設(shè)計出一個完美的系統(tǒng)幾乎是不可能的。課程設(shè)計是對大學(xué)所學(xué)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(shè)計所要達到的目的。通過這次課程設(shè)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(chǔ)，為走入社會對知識與理論的應(yīng)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，2011.12 胡曉林，電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)，北京理工大學(xué)出版社，2010.71. 7主要參考書72流程系統(tǒng)83控制系統(tǒng)的選擇93. 1整體結(jié)構(gòu)93.2機械結(jié)構(gòu)93. 2.1執(zhí)行機構(gòu)93. 2. 2排污機構(gòu)93.2. 3濾水機構(gòu)103.2. 4 操作單元103. 2.5保護裝置104硬件選擇114. 1主電路設(shè)計114.2交流控制電路設(shè)計134.3 PLC控制電路設(shè)計144. 3. 1硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計144.3.2輸入輸出接口功能155軟件設(shè)計176總結(jié)197參考文獻19第1章任務(wù)書1.1課程題目旋轉(zhuǎn)式濾水器電氣控制系統(tǒng)1.2設(shè)計目的及要求一、設(shè)計目的課程設(shè)計的主要目的是通過某一生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制裝置的設(shè)計實踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)設(shè)計過程、設(shè)計要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體設(shè)計方法。通過設(shè)計也有助于復(fù)習(xí)、鞏固以往所學(xué)的知識，達到靈活應(yīng)用的目的。電氣設(shè)計必須滿足生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設(shè)計之前必須了解設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計工作的整體觀念。課程設(shè)計應(yīng)強調(diào)能力培養(yǎng)為主，在獨立完成設(shè)計任務(wù)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(chǔ)知識的能力，解決實際工程技術(shù)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(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力。二、設(shè)計要求在課程設(shè)計中，學(xué)生是主體，應(yīng)充分發(fā)揮他們的主動性和創(chuàng)造性。教師的主導(dǎo)作用是引導(dǎo)其掌握完成設(shè)計內(nèi)容的方法。為保證順利完成設(shè)計任務(wù)還應(yīng)做到以下幾點：1）在接受設(shè)計任務(wù)后，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求和應(yīng)完成的設(shè)計內(nèi)容進度計劃，確定各階段應(yīng)完成的工作量，妥善安排時間。2）在方案確定過程中應(yīng)主動提出問題，以取得指導(dǎo)數(shù)師的幫助，同時要廣泛討論，依據(jù)充分。在具體設(shè)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(guān)規(guī)定的標準，包括線條、圖型符號、項目代號、回路標號、技術(shù)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(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)完成所有的設(shè)計任務(wù)。6）如果條件允許，應(yīng)對自己的設(shè)計線路進行試驗論證，考慮改進的可能性。1. 3設(shè)備概況旋轉(zhuǎn)式濾水器主要用于水力發(fā)電廠的生產(chǎn)用水過程中，對進入水廠原水中2cni3以上的漂浮雜物進行過濾除雜。該設(shè)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(zhuǎn)式濾水器的基本工作原理是根據(jù)旋轉(zhuǎn)式濾水器進水口、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)微動開關(guān)無動作輸出，原水正常過濾。除雜排污過程：由于旋轉(zhuǎn)式過濾器長時間過濾原水，勢必在濾水器內(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(shè)定值，這時差壓控制器內(nèi)微動開關(guān)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(zhuǎn)式濾水器又恢復(fù)正常濾水狀態(tài)，生產(chǎn)供水系統(tǒng)安全運行。旋轉(zhuǎn)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(qū)一旋轉(zhuǎn)式濾水器電動閥門控制器I排污出口圖1旋轉(zhuǎn)式濾水器控制框圖1. 4控制要求(1) 手動調(diào)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(guān)電動閥，通過SF3、SF4控制按鈕，手動開/關(guān)濾水器電動機，以便于系統(tǒng)調(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)式濾水器長時間置于水中，各個機械傳動機構(gòu)會銹蝕，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(shè)定值時，旋轉(zhuǎn)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(shè)定值時，旋轉(zhuǎn)式濾水器自動停止除雜排污，恢復(fù)正常濾水狀態(tài)。(5) 超壓停機旋轉(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、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(nèi)微動開關(guān)長時間動作(8lOmin),需要立即停車，并發(fā)出聲光報警。(6) 減速機潤滑在旋轉(zhuǎn)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。(7) 除雜排污閥門的電動裝置內(nèi)設(shè)三相交流異步電動機380V/60W.閥門限位開關(guān)和電動機過熱保護，通過正、反相運行實現(xiàn)開閥、關(guān)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(guān)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：0.30.8MPa可調(diào)，電感性電接點輸出：AC220V,lAo3) 指示燈 PG： 10mA, DC24VO4) 電鈴 PB： 8W, AC220Vo11)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(zhuǎn)換開關(guān)QA1開電動閥接觸器SI'0-2人工除雜排污控制轉(zhuǎn)換開關(guān)QA2關(guān)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(guān)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(guān)濾水器、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(guān)PG5故障指示燈BG2電動閥關(guān)閉限位開關(guān)PG6開電動閥指示燈PG7關(guān)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(zhuǎn)式濾水器電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)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(zhuǎn)式濾水器控制PLC應(yīng)用程序，有條件可以利用模擬開關(guān)板調(diào)試程序，模擬運行。3）編寫設(shè)計說明書，內(nèi)容包括： 設(shè)計過程和有關(guān)說明。 基于PLC的旋轉(zhuǎn)式濾水器電氣控制系統(tǒng)電路圖。 PLC控制程序（梯形圖和指令表）。 電器元器件的選擇和有關(guān)計算。 電氣設(shè)備明細表。 參考資料、參考書及參考手冊。 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設(shè)計的認識和建議等。1.6 H程安排設(shè)計時間安排（共1.5周）序號具體內(nèi)容時間（天）11.課題介紹、布置設(shè)計任務(wù)（講課）1.52.熟悉要求及對電氣要求2設(shè)計并繪制系統(tǒng)原理圖（含：I/O連接圖及其他外部硬件圖）1.53設(shè)計PLC控制程序（含：系統(tǒng)功能表圖、梯形圖）1.54模擬調(diào)試1.55編與戌VT換吉（皆：戌計祝明T、1史說明卅、戌計總結(jié)）1.60. 51. 7主要參考書1. 教材電氣控制與PLC應(yīng)用2. 可編程序控制器原理及應(yīng)用3. «S7-200使用手冊第2章流程系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)式濾水器設(shè)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(guān)）配合來完成此功能。第3章控制系統(tǒng)的選擇由于木設(shè)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(yīng)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(shè)備。3. 1整體結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)式濾水器設(shè)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(guān)）配合來完成此功能?？偨Y(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)式濾水器主要由轉(zhuǎn)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(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，表面光潔、不易結(jié)垢的特性。機械部分由五部分組成，分別為濾水機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、排污機構(gòu)、操作單元、保護裝置3. 2.1執(zhí)行機構(gòu)由驅(qū)動電機、減速器、定位鎖緊裝置、排污電機及相關(guān)部件組成，其作用是按照控制臺發(fā)來的指令，完成預(yù)定的動作，使濾芯旋轉(zhuǎn)一定角度或開關(guān)排污閥門。3. 2. 2排污機構(gòu)排若機構(gòu)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(zhuǎn)動濾芯，進行反沖洗。當打開排污閥門時，排污單元濾卷內(nèi)水流改變方向，從環(huán)形水室及相臨單元濾芯內(nèi)進人排污單元濾芯內(nèi)。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，