1、重慶機電職業技術學院目 錄摘要21 緒論41.1 設計背景41.2 設計內容42 制動系統設計相關技術62.1 電氣控制技術62.2 可編程控制器72.3 流體傳動技術103 系統設計133.1 系統設計方案133.2 系統控制流程143.3 系統編程原理153.3 流體控制184 系統常用電氣元件及選擇204.1 系統所需元器件列表204.2 系統常用元器件簡介205 系統的安裝與維護245.1 設備的維護與保養245.2 設備修理24總 結26致 謝27參考文獻28第 29 頁 共 29 頁 水輪機制動系統的設計【摘要】為了縮短停機時水輪發電機組的惰行時間，防止推力軸瓦燒損，在停機過程中必

2、須在低轉速區對機組進行連續制功。簡要介紹了機組制動的工作原理，分析了機械制動和電氣制動的特點，對石門2f水輪發電機組電氣制功進行了全面的分析指出采用電氣制功的必要性，對改善推力瓦運行條件、縮短機組低速運行時間、保證機組安全可靠剎車停機具有十分重要的意義。 水輪機是把水流的能量轉換為旋轉機械能的動力機械，它屬于流體機械中的透平機械。早在公元前100年前后，中國就出現了水輪機的雛形水輪，用于提灌和驅動糧食加工器械。現代水輪機則大多數安裝在水電站內，用來驅動發電機發電。在水電站中，上游水庫中的水經引水管引向水輪機，推動水輪機轉輪旋轉，帶動發電機發電。作完功的水則通過尾水管道排向下游。水頭越高、流量越

3、大，水輪機的輸出功率也就越大。本設計主要應用的是歐姆龍系列plc進行控制，首先通過plc控制電磁閥的動作，電磁閥的動作使氣缸的上、下腔充氣或排氣，氣缸的充氣或排氣從而使水輪機實現制動、停止和反風等功能。【關鍵詞】水輪機 plc 制動 氣壓傳動1 緒論隨著科學技術的發展，生產過程中自動化水平的提高,要求更多和更先進的控制手段出現，以滿足現代化的要求以及世界先進技術接軌。電氣控制憑借其傳輸容易、無污染、無噪音、控制方便等優點，已經被廣泛的應用到各個領域；流體制動技術由入其快速、可靠、成本低等優點，已成為現代化生產中不可缺少的技術；而作為與時代同步，與先進技術并行的plc技術更是受到各行各業的青睞。

4、本設計將電氣控制、流體傳動和plc技術結合起來應用，解決實際生產中的問題。針對某發電廠電動機制動中存在的諸如可靠性差、自動化程度低、漏氣嚴重、可維護性差及信號沒有監控等問題，我們對其制動系統裝置做了全面的升級與改造。本設計共分為三個部分：電氣控制部分、氣體控制部分、plc編程部分。1.1 設計背景 本設計是為某發電廠的制動系統設計的，該電廠所使用的制動系統均為幾十年前的產品，經過幾十年的運行，已經出現了如下的問題： 可靠性差：由于該發電廠始建于六、七十年代，發電機組設備大量老化，特別是動作頻繁的制動系統，老化現象尤為突出。這就造成了在機組運行中出現控制失靈及控制不便的現象。漏氣現象嚴重：由于每

5、臺機組制動控制柜有6個手閥、1個電磁閥、2個氣壓表及2個壓力開關，不僅接頭多，而且均為老式結構的普通接頭，密封性較差，氣體壓力損失較為嚴重，導致空氣壓縮機頻繁啟動，增加了設備維護、保養及檢修的工作量。可維護性差：由于制動柜生產年代較早，且柜體擺放在機組壓油裝置旁，不僅柜體矮小，而且柜體內部空間狹窄，制動控制系統元件及管路布置十分擁擠，維護和維修很不方便。存在信號監控盲區：制動閘上、下腔壓力信號未進入監控系統，形成監控盲區,不利于發現隱患的存在。自動化程度低：由于該發電廠興建較早，許多設備都應用的是幾十年前的系統，特別是制動系統這塊，自動化程度十分低下。1.2 設計內容通過對其原有系統的全面改造

6、，我們實現了系統的安全可靠、穩定運行的預期目的。本系統共分為三個部分：電氣控制設計、氣動控制設計、plc編程設計。1.3.1 電氣控制部分 設計任務:(1) 監控24點制動閘動作狀態，通過指示燈顯示；(2) 24點制動閘全部動作后向plc發出制動成功或復位信號；(3) 壓力站氣路壓力顯示向plc發出420ma模擬信號；(4) 根據plc傳送來的420ma模擬信號顯示相應的轉速； 實現方法：(1) 利用繼電器，將24點制動閘的位置狀態采集到控制板的輸入端，繼電器利用一對動斷觸點和動合觸點分別控制復位信號燈和制動信號燈，24點信號分別送入24輸入與門和24輸入或非門，與門和或非門分別輸出制動成功或

7、復位信號。(2) 選用輸出為420ma的壓力傳感器，向plc提供壓力信號。(3) 將plc傳送來的420ma轉速信號，利用i/v變換器轉換成電壓信號送入轉速標度變換電路，顯示相應的轉速。調節標度變換電路可實現上、下限轉速顯示值的調整。(4) 輸入模擬信號為420ma形式，輸出開關信號為空接點形式。1.3.2 流體控制部分采用節流閥控制流量，水份分離器凈化空氣，兩個三通換向閥分別控制汽缸的上、下腔；氣液混用三通球閥進行氣、油的轉換控制，多塊壓力表可直接讀數等。1.3.3 plc編程部分本設計應用歐姆龍系列plc實現控制功能，通過plc控制電磁閥的動作，電磁閥的動作使氣缸的上、下腔充氣或排氣，氣缸

8、的充氣或排氣從而使水輪機實現制動、停止和反風等功能。根據給出的控制要求可進行進行編程，從而達到設計的最終目的。 2 制動系統設計相關技術本設計由電氣控制部分、plc編程部分和氣動控制部分三部分組成。本章作為理論學習的章節，分三個部分分別介紹了電氣控制技術、plc編程技術和氣動控制技術的組成及相關原理。為后面的設計打下了堅實理論基礎、提供了設計思路。2.1 電氣控制技術電氣控制憑借其傳輸容易、無污染、無噪音、控制方便等優點，已經被廣泛的應用到各個領域。2.1.1接觸器（1）定義接觸器(contactor)是指工業電中利用線圈流過電流產生磁場，使觸頭閉合，以達到控制負載的電器。接觸器由電磁系統（鐵

9、心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統（常開觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。其原理是當接觸器的電磁線圈通電后，會產生很強的磁場，使靜鐵心產生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作：常閉觸頭斷開；常開觸頭閉合，兩者是聯動的。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復原：常閉觸頭閉合；常開觸頭斷開。（2）結構說明交流接觸器利用主接點來開閉電路，用輔助接點來導通控制回路。主接點一般是常開接點，而輔助接點常有兩對常開接點和常閉接點，小型的接觸器也經常作為中間繼電器配合主電路使用。 2.1.2熔斷器（1）簡介熔斷器（如圖21所示）是根據電流超過規定值一段時間后，以其自身產生的熱量使熔體熔化，從而

10、使電路斷開；運用這種原理制成的一種電流保護器。熔斷器廣泛應用于低壓配電系統和控制系統以及用電設備中，作為短路和過電流的保護器，是應用最普遍的保護器件之一。 熔斷器是一種過電流保護器。熔斷器主要由熔體和熔管以及外加填料等部分組成。使用時，將熔斷器串聯于被保護電路中，當被保護電路的電流超過規定值，并經過一定時間后，由熔體自身產生的熱量熔斷熔體，使電路斷開，從而起到保護的作用。 （2）熔斷器應用由于各種電氣設備都具有一定的過載能力，允許在一定條件下較長時間運行；而當負載超過允許值時，就要求保護熔體在一定時間內熔斷。還有一些設備起動電流很大，但起動時間很短，所以要求這些設備的保護特性要適應設備運行的需

11、要，要求熔斷器在電機起動時不熔斷，在短路電流作用下和超過允許過負荷電流時，能可靠熔斷，起到保護作用。熔體額定電流選擇偏大，負載在短路或長期過負荷時不能及時熔斷；選擇過小，可能在正常負載電流作用下就會熔斷，影響正常運行，為保證設備正常運行，必須根據負載性質合理地選擇熔體額定電流。 圖21 熔斷器2.1.3 中間繼電器（1）定義中間繼電器(intermediate relay)：用于繼電保護與自動控制系統中，以增加觸點的數量及容量。它用于在控制電路中傳遞中間信號。中間繼電器的結構和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區別在于：接觸器的主觸頭可以通過大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。所以

12、，它只能用于控制電路中。 它一般是沒有主觸點的，因為過載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數量比較多。新國標對中間繼電器的定義是k，老國標是ka。一般是直流電源供電，少數使用交流供電。（2）結構及原理dz系列繼電器為閥型電磁式繼電器。線圈裝在u形導磁體上，導磁體上面有一個活動的銜鐵，導磁體兩側裝有兩排觸點彈開。在非動作狀態下觸點彈片將銜鐵向上托起，使銜鐵與導磁體之間保持一定間隙。當氣隙間的電磁力矩超過反作用力矩時，銜鐵被吸向導磁體，同時銜鐵壓動觸點彈片，使常閉觸點斷開常開觸點閉合，完成繼電器工作。當電磁力矩減小到一定值時，由于觸點彈片的反作用力矩，而使觸點與銜鐵返回到初始位置，準備下次工

13、作。 2.1.4 主令電器自動控制系統中，用于發送控制指令的電器稱為主令電器。主令電器是一種機械操作的控制電器，對各種電氣系統發出控制指令，使繼電器和接觸器動作，從而改變拖動裝置的工作狀態，以獲得遠距離控制。(1) 控制按鈕 控制按鈕是發出控制指令和信號的電器開關，是一種手動且一般可以自動復位的主令電器。它用于對電磁啟動器、接觸器、繼電器及其他電氣線路發出指令信號控制。1） 控制按鈕的結構 鈕帽、動觸點、動斷靜觸點、動合靜觸點、外殼等組成，通常制成具有動合觸點和動斷觸點的復式結構。2） 按鈕的結構形式有多種，適用于不同的場合：緊急式裝有突出的蘑菇型鈕帽，以便于緊急操作；指示燈在透明的按鈕內裝入

14、信號燈，用作信號顯示；鑰匙式為了安全起見，需要鑰匙插入方可旋轉操作等。3） 目前，使用比較多的控制按鈕型號有laio、la18、la19、la20、la25、lay3、lay5、lay9、hutii、hul2等系列產品。(2) 行程開關1）簡介行程開關，位置開關（又稱限位開關）的一種，是一種常用的小電流主力電器。利用生產機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。通常，這類開關被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。 在電氣控制系統中，位置開關的作用是實現順序控制、定位控制和位置狀態的檢測。用于控制

15、機械設備的行程及限位保護。構造：由操作頭、觸點系統和外殼組成。2）工作原理 在實際生產中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現電路的切換。因此，行程開關是一種根據運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。在電梯的控制電路中，還利用行程開關來控制開關轎門的速度、自動開關門的限位，轎廂的上、下限位保護。2.2 可編程控制器可編程控制器（pogrammabie controller ,pc）一微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術

16、，用面向控制過程、棉線用戶的“自然語言”編程，適應工業環境，簡單易懂，操作方便，是可靠性高的新一代通用工業控制裝置。2.2.1 plc的定義plc一直在發展中，所以至今尚未對其下最后的定義。國際電工學會（iec）曾先后于1982.11/1985.1和1987.2發布了plc標準草案的第一、二、三稿。在第三稿中，對plc作了如下定義：plc是一種數字運算操作電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。plc及其有關的外圍設備，都應按易于與工業

17、控系統形成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。該定義強調了plc是：（1）數字運算操作的電子系統也是一種計算機；（2）專為在工業環境下應用而設計；（3）面向用戶指令編程方便；（4）邏輯運算、順序控制、定時計算和算術操作；（5）數字量或摸擬量輸入輸出控制；（6）易于控制系統連成一體；（7）易于擴充。2.2.2 plc的基本結構plc實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為： （1） 電源 plc的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統是無法正常工作的，因此plc的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(

18、+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將plc直接連接到交流電網上去。 （2） 中央處理單元(cpu) 中央處理單元(cpu)是plc的控制中樞。它按照plc系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、i/o以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當plc投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入i/o映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入i/o映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將i/o映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的

19、輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。 （3） 存儲器 存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。 存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 （4） 輸入輸出接口電路 1） 現場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是plc與現場控制的接口界面的輸入通道。 2） 現場輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用plc通過現場輸出接口電路向現場的執行部件輸出相應的控制信號。 （5） 功能模塊 如計數、定位等功能模塊 （6） 通信模塊 如以太網、rs485、profibus-dp通訊模塊等。2.2.3 plc的工作原理(1) 掃描技術 當plc投入運行后，其工作過程一般

20、分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。 1) 、輸入采樣階段 在輸入采樣階段，plc以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入i/o映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，i/o映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 2)、 用戶程序執行階段 在用戶程序執行階段，plc總是按由上而

21、下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統ram存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。 3)、輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后，plc就進入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是plc的真正輸出。2.2.4 plc內部運作方式雖然plc所使用之階梯圖程式中

22、往往使用到許多繼電器、計時器與計數器等名稱，但plc內部并非實體上具有這些硬件，而是以內存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實際上plc執行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入cpu 中并最后執行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態檢查”、“程式執行”、“輸出狀態更新”說明如下： 步驟一“輸入狀態檢查”：plc首先檢查輸入端元件所連接之各點開關或傳感器狀態（1 或0 代表開或關），并將其狀態寫入內存中對應之位置xn。步驟二“程式執行”：將階梯圖程式逐行取入cpu 中運算，若程式執行中需

23、要輸入接點狀態，cpu直接自內存中查詢取出。輸出線圈之運算結果則存入內存中對應之位置，暫不反應至輸出端yn。步驟三“輸出狀態更新”：將步驟二中之輸出狀態更新至plc輸出部接點，并且重回步驟一。 此三步驟稱為plc之掃描周期，而完成所需的時間稱為plc 之反應時間，plc 輸入訊號之時間若小于此反應時間，則有誤讀的可能性。每次程式執行后與下一次程式執行前，輸出與輸入狀態會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結束再生”。plc內部構架如圖22所示。 圖22 plc內部構架2.3.6 plc目前的主要品牌abb，松下，西門子，三菱，歐姆龍，臺達，富士，施耐德，信捷等 2.3 流體傳動技術

24、 2.4.1氣壓傳動氣動（pneumatics）是“氣動技術”或“氣壓傳動與控制”的簡稱。嚴格地說，傳動系統是以傳遞動力（功率）為主，以傳遞信息為次；控制系統是以傳遞信息為主，以傳遞動力為次。但實際使用中傳動系統和控制系統在具體結構上往往是結合在一起的，而且由于對現代機器設備的要求愈來愈高，使傳遞動力和控制指標都很重要。通常所指的氣壓傳動是以壓縮空氣為工作介質進行能量傳遞的一種傳動形式。由于氣壓傳動具有節能、高效、價廉和無污染等優點，因此近年來在國內外發展較快。（1） 氣壓傳動系統的組成根據氣動元件和裝置的不同功能，可將氣壓傳動系統分成以下五個部分：氣源裝置 獲得壓縮空氣的裝置和設備，如各種空

25、氣壓縮機，它將原動機的機械能轉變成為氣體的壓力能，還包括儲氣罐等輔助設備。執行元件 將壓縮空氣的壓力能轉變為機械能的裝置，如做直線運動的氣缸，做回轉運動的氣馬達等。控制元件 控制壓縮空氣的流量、壓力、方向以及執行元件工作程序的元件，如各種壓力閥、流量閥、方向閥、邏輯元件等。輔助元件 使壓縮空氣凈化、潤滑、消聲以及用于元件連接等所需的裝置和元件，如各種空氣過濾器、干燥器、油霧器、消聲器、管件等。工作介質 在氣壓傳動中傳遞運動、動力及信號的作用。氣壓傳動的工作介質為空氣。（2） 氣壓傳動的工作原理氣壓傳動是以壓縮空氣為工作介質傳遞運動和動力的一門技術，由于氣壓傳動具有防火、防爆、節能、高效、無污染

26、等優點，因此應用十分廣泛。而在工廠實際中氣壓傳動技術應用隨處可見。因空氣無潤滑性能，故在氣路中應設置給油潤滑裝置。（3） 氣壓傳動的特點氣壓傳動的優點：（1） 工作介質是空氣，來源方便，取之不盡，使用后可直接排入大氣且無污染，不需要設置專門的回氣裝置；（2） 空氣的粘度很小，所以流動時壓力損失較小，節能、高效，適用于集中供應和遠距離輸送；（3） 動作迅速，反應快，維護簡單，調節方便，特別適用于一般設備的控制；（4） 工作環境適應性好，特別適合在易燃、易爆、潮濕、多塵、強磁、震動、輻射等惡劣條件下的工作，外泄漏不污染環境，在食品、輕工、紡織、印刷、精密檢測等環境中采用最為適宜；（5） 成本低，過

27、載能自動保護。氣壓傳動的缺點：（1） 空氣具有可壓縮性，不易實現準確的速度控制和很高的定位精度，負載變化時對系統的穩定性影響較大；（2） 空氣的壓力較低，只適用于壓力較小的場合；（3） 排氣噪聲較大。2.4.2 液壓傳動液壓傳動是用液體作為工作介質來傳遞能量和進行控制的傳動方式。液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發展起來的一門新興技術，是工農業生產中廣為應用的一門技術。如今，流體傳動技術水平的高低已成為一個國家工業發展水平的重要標志。（1）液壓傳動系統的組成液壓系統主要由：動力元件（油泵）、執行元件（油缸或液壓馬達）、控制元件（各種閥）、輔助元件和工

28、作介質等五部分組成。 1）動力元件（油泵）它的作用是利用液體把原動機的機械能轉換成液壓力能；是液壓傳動中的動力部分。 2）執行元件（油缸、液壓馬達）它是將液體的液壓能轉換成機械能。其中，油缸做直線運動，馬達做旋轉運動。 3）控制元件包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據需要無級調節液動機的速度，并對液壓系統中工作液體的壓力、流量和流向進行調節控制。 4）輔助元件除上述三部分以外的其它元件，包括、蓄能裝置、冷卻器、管件各種管接頭(擴口式、焊接式、卡套式）、高壓球閥、快換接頭、軟管總成、測壓接頭、管夾等及油箱等，它們同樣十分重要。 5）工作介質工作介質是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它

29、經過油泵和液動機實現能量轉換。（2） 液壓系統的工作原理液壓傳動的基本原理：液壓系統利用液壓泵將原動機的機械能轉換為液體的壓力能，通過液體壓力能的變化來傳遞能量，經過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執行元件(液壓缸或馬達)把液體壓力能轉換為機械能，從而驅動工作機構，實現直線往復運動和回轉運動。其中的液體稱為工作介質，一般為礦物油，它的作用和機械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。（3）液壓傳動的優缺點液壓傳動的優點：1） 體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達的重量只有電動機的1020%。因此慣性力較小，當突然過載或停車時，不會發生大的沖擊； 2） 能在給定范圍內平穩的自動調節牽引速度，并

30、可實現無極調速，且調速范圍最大可達1：2000(一般為1：100）； 3） 換向容易，在不改變電機旋轉方向的情況下，可以較方便地實現工作機構旋轉和直線往復運動的轉換； 4）液壓泵和液壓馬達之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴格限制； 5）由于采用油液為工作介質，元件相對運動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長； 6）操縱控制簡便，自動化程度高； 7）容易實現過載保護； 8）液壓元件實現了標準化、系列化、通用化、便于設計、制造和使用。 液壓傳動的缺點：1）使用液壓傳動對維護的要求高，工作油要始終保持清潔； 2）對液壓元件制造精度要求高，工藝復雜，成本較高； 3）液壓元件維修較復雜，且需有較高的

31、技術水平； 4）液壓傳動對油溫變化較敏感，這會影響它的工作穩定性。因此液壓傳動不宜在很高或很低的溫度下工作， 一般工作溫度在-1560范圍內較合適； 5）液壓傳動在能量轉化的過程中，特別是在節流調速系統中，其壓力大，流量損失大，故系統效率較低。3 系統設計3.1 系統設計方案本設計設計到許多電氣知識，下面從各個部分分別進行介紹。系統電氣原理圖如圖31所示。電源：由于系統需要獲得24v直流電進行控制，故首先將220v直流電經dc-dc模塊轉換，得到用以控制的24v直流電。當電源得電后，指示燈l1亮，同時線圈km14閉合，控制柜上的指示燈亮。風閘：當風閘被頂起到位時，繼電線圈km12得電，常開開關

32、km12閉合，指示燈l2亮，向plc發出制動成功信號。當風閘全部落到位時，線圈km13得電，常開開關km13閉合，指示燈l3亮，向plc發出復位信號。向plc提供信號：當上腔壓力分別達到上、下限時，上腔壓力傳感器發出的信號分別是cqp21、cqp22分別閉合，線圈km1、km2分別得電，使得常開開關km1、km2分別閉合，向plc發出上腔壓力達到上、下限信號。同理，當下腔壓力分別達到上、下限時，下腔壓力傳感器發出的信號分別使cqp21、cqp22閉合，線圈km3、km4分別得電，使得常開開關km3、km4閉合，向plc發出下壓力達到上、下限信號。本設計提供了手動和自動兩種控制。下面就這兩種控制

33、進行介紹。手動控制；手動狀態，備緊急和特殊場合使用。在手動狀態下，能夠通過一個三位轉換開關實現制動、停車和反風三種功能。當二為轉換開關k2打到手動狀態時，指示燈k4亮，同時線圈km5得電，使得常開開關km5閉合，使控制柜上的手動指示燈亮。在手動狀態下，將三位轉換開關打到制動位置，此時由于線圈km7和km8處于失電狀態，常開開關km7、km8處于閉合狀態，指示燈l5亮，同時線圈km6得電，使常開開關km6閉合，使得下腔連接的二位三通電磁換向閥得電，達到制動的目的，同時常閉開關km6打開，使得反風和停止處于閉鎖狀態；將 圖31 系統電氣原理圖三位轉換開關打到反風位置時，此時由于線圈km6、km7處

34、于失電狀態，常閉開關km6、km7處于閉合狀態，指示燈l6亮，同時線圈km8閉合，使得上腔連接的二位三通電磁換向閥得電，以達到反風的目的，同時常閉開關km8打開，使制動和停止處于閉鎖狀態；將三位轉換開關達到停止位置時，由于線圈km6、km8都失電，故常閉開關km6和km8處于閉合狀態，指示燈k7閉合，同時線圈km7得電，使常開開關km7閉合，使控制柜上的停止指示燈亮，同時常閉開關km7打開，使得制動和反風處于被鎖狀態。 自動控制：自動狀態，在一般情況下使用。自動狀態下，可實現制動和反風兩種功能。將兩位轉換開關k2打到自動位置時，指示燈l8亮，同時線圈km11得電，常開開關km11閉合，使得控制

35、柜上的自動指示燈亮。此時閉合開關z1，線圈km9得電，常開開關km9閉合，使得與下腔連接的二位三通電磁換向閥得電，以打到制動的目的。閉合開關z2，線圈km10得電，常開開關km10閉合，使得上腔相連的二位三通電磁換向閥得電，以到達反風的目的。 3.2 系統控制流程該設計控制流程圖如圖32所示： 圖32 控制流程圖3.3 系統編程原理3.3.1 水輪機制動系統plc控制過程當導葉關閉，出口dl分閘，轉速低于35%，上腔壓力為下限值這四個條件同時滿足時，輸出繼電器01000得電，使與下腔連接的二位三通電磁換向閥線圈得電，制動閘下腔充電，同時輸出繼電器01002得電，紅燈亮，制動開始；當下腔壓力達到

36、上限且發電機組轉速小于5%nr時，時間繼電器t00000得電開始計時，計時3秒后，復位輸出繼電器01000，使與下腔連接的二位三通電磁換向閥線圈失電，制動閘下腔排氣，當下腔壓力達到下限值時，如果風閘全部落下，輸出繼電器01003得電，使綠燈亮，表明制動結束；如果風閘沒有全部落下，定時器t1得電開始計時，計時4秒后，輸出繼電器01001得電，使與上腔連接的二位三通電磁換向閥得電，制動閘上腔充氣。當上腔壓力達到上限且風閘全部落下時，復位輸出線圈01001，使與上腔相連的二位三通電磁換向閥失電，制動閘上腔排氣，同時輸出繼電器01003得電，綠燈亮，表明制動過程結束。3.3.2 plci/o分配表（如

37、圖33所示）輸入繼電器控制對象輸出繼電器控制對象0.00導葉是否關閉10.00下腔電磁閥hv10.01出口是否分閘10.01上腔電磁閥hv20.02轉速是否低于35%10.02紅燈hv3（制動開始）0.03上腔壓力是否達到下限10.03綠燈hv4（制動結束）0.04下腔壓力是否達到限上定時器tim0000.05轉速是否小于5%tim0010.06下腔壓力達到下限中間繼電器200.000.07風閘是否全部落下200.010.08上腔壓力是否達到上限圖33 i/o分配表3.3.3 plc的i/o配線圖plc的i/o配線圖如圖34所示： 圖34 i/o配線圖3.3.4 plc控制梯形圖控制梯形圖如圖

38、35所示： 圖35 控制梯形3.3.5 plc程序步 指令 操作數0 ld 0.001 and 0.012 and 0.023 and 0.034 andnot tim0005 out 10.006 ld 10.007 out 10.028 ld 0.049 and 0.0510 tim 000 #003011 ld 0.0612 and 0.0713 out 200.0014 ld 0.0615 andnot 0.07 16 tim 001 #004017 ldnot 0.0718 and tim00119 out 10.0120 ld 0.0721 and 0.0822 out 200.0

39、123 ld 200.0024 or 200.0125 out 0.033.3 流體控制3.3.1 氣動控制設計工作原理氣體的進化：從起源出來的空氣經球閥后，通過節流閥控制其流速。此時的空氣還含有很多的從空氣壓縮機里出來的水分，油液等雜質，必須通過水分分離器，以凈化空氣。凈化后的空氣分別通過上，下腔的兩位三通換向閥進入氣缸。當要求制動時（制動風閘全部頂上），可以通過手動或自動兩種方式讓與下腔連接的兩位三通電磁換向閥得電，此時空氣可以通過下腔換向閥進入下氣缸，由于上下氣缸之間存在差壓，使得推動活塞向上運動，達到制動的目的。當要求反風時（制動風閘全部落下），同樣可以通過手動和自動兩種方式讓與上腔連

40、接的兩為三通電磁閥得電，使空氣通過上腔換向閥進入上腔，同樣由于上下氣缸的壓力差，使得推動活塞向下運動，達到風閘快速落下的目的。液壓控制原理：當需要檢修時，可以通過氣液混用三通球閥，讓油液進入下腔，使其推動活塞，將整個設備頂起。同時，通過壓力傳感器，將壓力轉換成電信號送plc監控系統。機械壓力表和面板機械壓力表提供的壓力，供現場工作人員參考。氣壓傳動原理圖如圖36所示：圖36 氣壓傳動原理圖1球閥 2節流閥 3水份分離器 4壓力表開關 5面板機械壓力表6兩位三通換向閥 7機械壓力表 8壓力傳感器 9氣液混用三通閥 4 系統常用電氣元件及選擇4.1 系統所需元器件列表系統元器件列表如表41所示：產

41、品名稱規格數量單位生產廠家備注兩位三通電磁換向閥041333t（16kg）3個德國寶德2用1備氣動壓力傳感器ise-01-621-m2個日本smc數顯氣體壓力表led紅色七段碼3塊機械壓力表0-16bar2塊50mm表頭氣液混用三通閥kh3-g1/2-l-1120-01個德國hydac120bar氣水分離器 主氣源使用1個手動不銹鋼球閥壓力表、變送器前使用6個5用1備轉速表4-20ma輸入、輸出1塊要求購買成品電源模塊220vdc/24vdc2個朝陽要求并列運用二位轉換開關自動、手動（帶輔助結點）2個一用一備三位轉換開關制動、停止、反風（帶輔助結點）2常開、2常閉繼電器線圈為220vdc2個一

42、用一備綠燈落下指示2只一用一備紅燈電源、頂起指示3只二用一備控制柜2360*800*6001 表41 系統元器件列表4.2 系統常用元器件簡介4.2.1 兩位三通電磁換向閥（1） 簡介兩位三通電磁閥分為常閉型和常開型兩種，常閉型指線圈沒通電時氣路是斷的，常開型指線圈沒通電時氣路是通的。 常閉型兩位三通電磁閥動作原理：給線圈通電，氣路接通，線圈一旦斷電，氣路就會斷開，這相當于“點動”。 常開型兩位三通單電控電磁閥動作原理：給線圈通電，氣路斷開，線圈一旦斷電，氣路就會接通，這也是“點動”。 兩位五通雙電控電磁閥動作原理：給正動作線圈通電，則正動作氣路接通(正動作出氣孔有氣)，即使給正動作線圈斷電后

43、正動作氣路仍然是接通的，將會一直維持到給反動作線圈通電為止。 給反動作線圈通電，則反動作氣路接通(反動作出氣孔有氣)，即使給反動作線圈斷電后反動作氣路仍然是接通的，將會一直維持到給正動作線圈通電為止。這相當于“自鎖”。 （2） 兩位三通電磁閥工作原理 電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油的孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油缸的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞竿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機械運動。4.2

44、.2 球閥 （1） 工作原理球閥它具有旋轉90度的動作，旋塞體為球體，有圓形通孔或通道通過其軸線。球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質的流動方向，它只需要用旋轉90度的操作和很小的轉動力矩就能關閉嚴密。球閥最適宜做開關、切斷閥使用，但近來的發展已將球閥設計成使它具有節流和控制流量之用，如v型球閥。 （2） 主要特點球閥的主要特點是本身結構緊湊，密封可靠，結構簡單，維修方便，密封面與球面常在閉合狀態，不易被介質沖蝕，易于操作和維修，適用于水、溶劑、酸和天然氣等一般工作介質，而且還適用于工作條件惡劣的介質，如氧氣、過氧化氫、甲烷和乙烯等，在各行業得到廣泛的應用。球閥閥體可以是整體的，也可以是

45、組合式的4.2. 3 氣水分離器（1） 簡介壓縮空氣氣水分離器是運用離心及集流相結合之原理,重力及碰撞等機理的完美結合,能有效地去除壓縮空氣中的液體態水霧.是壓縮空氣高效過濾器及冷凍式,吸附式壓縮空氣干燥機必要的預處理裝置. 除去壓縮空氣中的水份是壓縮空氣凈化處理的首要任務,壓縮空氣中的水夾帶雜質會侵蝕管道,閥門,儀表及設備,造成生產成本的提高. （2） 規格氣水分離器,其外形小巧美觀,經久耐用,壓力損失小到可忽略.且內部帶有進口自動的排污閥,無需要更換元件.不僅是螺桿式壓縮機配套的理想元件,也是一般空壓機后處理必不可少的除水裝置.。部分型號規格（如表42所示）如下： 型號流量(m3/min)

46、進出口連接尺寸wf-22.4g1/2wf-33.6g3/4wf-44.5g1wf-44.533*2wf-77.5g11/4wf-99g11/2wf-2021g2wf-202160*2wf-3030dn80wf-4040dn100wf-6060dn125wf-8090dn150wf-120120dn150表42 氣水分離器規格表更大流量機型及耐壓1.04.0mpa及其它類型氣體除油凈化器可找廠家定做 ，可按要求配置自動排污閥。（可配日本smc型ad402-04排水器，也可配用荷蘭jorc的opt-a，opt-b電子排水器，當然還可以用avc cs-728 或者rpt-16等型排水器。） 4.2.

47、5 面板機械壓力表壓（1） 結構原理 面板機械壓力表（如圖43所示）由導壓系統(包括接頭、彈簧管、限流螺釘等)、齒輪傳動機構、示數裝置(指針與度盤)和外殼(包括表殼、表蓋、表玻璃等)所組成對于在外殼內充液(一般為硅油或甘油)的儀表，能夠抗工作環境振動較劇和減少介質壓力的脈動影響。 4.3.6 壓力傳感器 圖43 全不銹鋼壓力表（1）定義 壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應用。另有醫用壓力傳感器。常用的壓力傳感器有

48、電阻應變片式、壓電式、壓磁式等，下文簡單介紹一下電阻應變片式壓力傳感器。 （2）電阻應變片的工作原理金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示： 式中：金屬導體的電阻率（。cm2/m ） s 導體的截面積（cm2 ） l 導體的長度（m ） 我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發生變化。 從上式中可很容易看出，其電阻值即會發生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在

49、電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金屬絲的應變情。4.2.7 氣液混用三通閥 (1) 概述傳統的介質過濾器為了達到工作和反沖洗要求，一般需配備五至六只手動閥門。需按照一套標準的程序進行反沖洗，同時為了達到較好的沖洗效果，需額外配備壓縮空氣或濾后清水和反沖泵。設備運行耗水、耗電量較大。三通隔膜閥做為反沖洗閥，主要應用在介質過濾器上，一般使用時安裝于過濾器的進水口，如砂濾器、活性炭過濾器、海綿鐵過濾式除氧器等。其優越特性包括：獨特的隔膜驅動桿裝置，該裝置確保沖洗口打開時供水口關閉，較短的動作行程確保水流方向能順暢地改變，保證水源供應，防止供水與沖洗廢水混合。1) 在反沖洗口打開前

50、先關閉供水口；2) 流暢地改變水流方向；不浪費進水；3） 通過水流張緊(隔膜)關閉供水或反沖洗口；4) 高流量；5) 可以安裝在不同位置。 (2) 結構及工作原理隔膜與閥桿結為一體，當隔膜動作帶動時閥桿上下移動。正常工作時由于進水口水壓作用，閥桿上移至頂部，進水口與過濾器連通；反沖洗時控制水自閥蓋上端的控制口流入，使隔膜帶動閥桿向下移動至閥座底部，進水口被關閉，排水口與過濾器連通；此時過濾器的出水口如果有壓力水，水將從過濾器的頂部流出，從而過到反洗的目的。 三通閥的控制水壓(氣壓)來源，可以是三通前導電磁閥(見后面專門產品介紹)或是液壓分配器(詳見液動隔膜二通閥中相關介紹)。也可通過手動給出液

51、壓信號，使三通閥動作完成沖洗。(3) 主要應用根據裝填填料、過濾器件的不同，采用液壓式三通閥可以配套用于不同的設備，如盤式過濾器、海綿鐵除氧器、錳砂除鐵設備、石英沙過濾器、多介質過濾器、活性碳過濾器、除氟設備、全自動軟水器等。用戶也可根據需要，在特殊的需要三路接口不同時導通的用水場合都可以使用三通閥。本閥門尤其適用于舊式手動設備的自動化控制改造。 5 系統的安裝與維護隨著我國以勞動密集性產業為主向，以技術密集性產業為主的發展階段，加工設備的精良對于保證產品質量，降低物資消耗，提高經濟效益，增強市場競爭能力，無疑是一決定性因素。然而造成功率降低，工作受到嚴重影響，及時檢修，勢在一本多利。所以，機械設備的保養與修理是不容忽視的。5.1 設備的維護與保養正確使用與維護設備是設備管理工作的重要環節，是由操作工人和專業人員根據設備的技術資料及參數要求和保養細則來對設備進行一系列的維護工作，也是設備自身運動的客觀要求。設備維護保養工作包括：日常維護保養（一保）、設備的潤滑和定期加油換油、預防性試驗、定期調整精度和設備的二、三級保養。維護保養的好備直接影響到設備的運作情況、產品