1、本科生課程設計報告題 目 旋轉式濾水器電氣控制系統 課 程 電氣控制及可編程控制器 專 業 目 錄1 任務書31.1 課程題目31.2 設計目的及要求31.3 設備概況41.4 控制要求51.5 課題要求61.6 日程安排7 1.7 主要參考書72 流程系統83 控制系統的選擇93.1 整體結構93.2 機械結構9 3.2.1執行機構9 3.2.2排污機構9 3.2.3 濾水機構10 3.2.4 操作單元103.2.5 保護裝置104 硬件選擇114.1 主電路設計114.2 交流控制電路設計134.3 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155 軟

2、件設計176 總結197 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設備的電氣控制裝置的設計實踐，了解一般電氣控制系統設計過程、設計要求、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設備和生產工藝的要求，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，在此過程中培養從事設計工作的整體觀念。課程設計應強調能力培養為主，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與提高，如獨立工作能力與創造力；綜合運用專業及基礎知識

3、的能力，解決實際工程技術問題的能力；查閱圖書資料、產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，應充分發揮他們的主動性和創造性。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，以取得指導數師的幫助，同時要廣泛討論，依據充分。在具體設計過程中要多思考，尤其是主要參數，要經過計算論證。3) 所有電氣圖樣的繪制必須符合國家有關規定的標準，包括線條、圖型

4、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) 應在規定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電廠的生產用水過程中，對進入水廠原水中2cm3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，根據生產用水量的實際需要，既可單臺使用，也可多臺并聯運行。旋轉式濾水器的基本工作原理是根據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

5、水流正常，產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。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，使得進水口的水壓大于出水口的水壓，出水量減少，進、出水口產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，生產供水系統安全運行。旋轉式濾水器控制框圖如圖2-1所示。圖1 旋轉式濾水器控制框圖1.4 控制要求(1) 手動調試和檢修 SF0手柄指向左45º時，接點SF0-1接通，通過SF1、SF2控制按鈕

6、，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，以便于系統調試和檢修。(2) 人工除雜排污 SF0手柄指向右45º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：SF0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，需要具有定時自動除雜排污功能。(4) 差壓自動除雜排污 SF0手柄回零位時，若濾水器進、出水口產生的壓力差高于差壓控制器設定值時，

7、旋轉式濾水器自動進行除雜排污，直到濾水器進、出水口產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。(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（810min），需要立即停車，并發出聲光報警。 (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

8、過熱保護，通過正、反相運行實現開閥、關閥功能。(8) 其他 必要的電氣聯鎖與保護，受控對象運行狀態顯示等。9) 相關參數1) 濾水器電動機MA1：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，電感性電接點輸出：AC220V，1A。3) 指示燈PG：10mA，DC24V。4) 電鈴PB：8W，AC220V。11) 控制信號說明見表2-1。表2-1 控制信號說明輸 入輸 出文字符號說 明文字符號說 明SF0-1手動控制轉換開關Q

9、A1開電動閥接觸器SF0-2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、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) 根據控制要求，進行旋轉式濾水器電氣控制系統硬件電路設計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。2) 根據控制要求，

10、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) 編寫設計說明書，內容包括： 設計過程和有關說明。 基于PLC的旋轉式濾水器電氣控制系統電路圖。 PLC控制程序（梯形圖和指令表）。 電器元器件的選擇和有關計算。 電氣設備明細表。 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日程安排設計時間安排（共1.5周）序號具 體 內 容時間(天)11課題介紹、布置設計任務（講課）2熟悉要求及對電氣要求1.52設計并繪制系統原理圖 （含：I / O連接圖及其他外部硬件圖）1.53設

11、計PLC控制程序（含：系統功能表圖、梯形圖）1.54模擬調試1.55編寫設計報告（含：設計說明書、使用說明書、設計總結）1.6答辯051.7 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3S7-200使用手冊第2章 流程系統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 控制系統的選擇 由于本設計所需的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系列具有如下優點：最

12、大范圍地包容了標準特點、程式執行更快、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。總結構如圖1所示。系統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

13、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、網芯、進水口、出水口、排污口等組成 一般水質為淡水型的，濾網和內部主要部件為不銹鋼材質。網芯中的網孔用沖床一次制成，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、執行機構、排污機構、操作單元、保護裝置3.2.1執行機構由驅動電機、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 排荇機構由排污臺、旋流子、支架、排污管及排枵閥等組成。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

14、內水流改變方向，從環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圬單元濾芯時，被旋流子改變方向，形成一旋流水束，將壁面雜物沖出排污單元濾芯，并經排污門排出，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形集水室，再經出水管送至各冷卻器，雜物留在各濾芯單元內。3.2.4操作單元可使整個濾水器實現自動或人工反沖洗，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。網芯單元的沖洗時問，即：排污時間，可根據實際情況自

15、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M1、液壓泵電動機M2；KM1、KM2通過正、反轉控制電動閥電動機M3,完成開起閥門和關閉閥門的功能。 （2） 電動機M1、M2、M3由熱繼電器FR1、FR2、FR3實現過載保護。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實現雙重保護。 （3） QF為電源總開關，既可完成主電路的短

16、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。 圖2 旋轉式濾水器控制系統主電路圖4.2 交流控制電路設計旋轉式濾水器控制系統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交流控制電路圖（1） 控制電路有電源指示HL。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臺電動機M1、M2、M3的過載保護，分別由3個熱繼電器FR1、FR2、

17、FR3、實現，將其常閉觸點并聯后與中間繼電器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HA為AC200V/8W，在出現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。差壓變送器測量范圍為0.30.8MPa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，再經過整流電路、濾波電路得到24V的直流電壓。（7）控制系統的計數顯示模塊選用A

18、T89S51單片機作為控制芯片，單片機供電電源需要直流5伏電壓，要經過變比為20：1的降壓變壓器進行變壓得到交流為11V交流電，并且經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。根據設計要求，本系統設計了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

19、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手動控制轉換開關（左45度）X001SA1-2人工除雜排污控制轉換開關（右45度）X002 SA1-0轉換開關零位X003SB1手動開電動閥按鈕X004SB2手動關電動閥按鈕X005SB3手動開濾水器、液壓泵按鈕X006SB4手動關濾水器、液壓泵按鈕X007KP差壓變送器信號X010KM1開電動閥信號X011KM2關電動閥信號X012KM3濾水器、液壓泵電動機運行信號X013KA1（FR）電動機過載信號X014SQ1電動閥打開限位開關X015SQ2電動閥關閉限位開關X016SB5故障報警顯示關閉開關 表2 旋轉式濾水器控制系統的PLC輸出接口功能表 程序輸出文字符號說明Y010KM1開電動閥接觸器Y011KM2關電動閥接觸器Y012KM3濾水器、液壓泵運行接觸器Y000HL1手動控制指示燈Y001HL2人工除雜排污指示燈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220