旋轉式濾水器控制系統(tǒng)設計-(PLC-S7-200)

1、內(nèi)容摘要水電廠濾水器的正常運行是保證水電廠技術供水系統(tǒng)設備安全運行的一項重要內(nèi)容，根據(jù)水電廠水源的實際情況，選擇一種可靠性高和適應實際水質情況的濾水器，是水電廠技術供水系統(tǒng)運行可靠的保證。目前，我國部分水電廠濾水系統(tǒng)不能有效排污。特別是夏季暴風雨季節(jié)，水中污物更加突出，再加上近年來越來越多的塑料瓶、袋等雜物的增多，給電廠安全經(jīng)濟運行造成困難，機組人員需經(jīng)常進行人工清理，不但造成經(jīng)濟損失，而且增加了工人的勞動強度。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(jù)生產(chǎn)用水量的實際需要，既可單臺使用，也可

2、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。關鍵詞：PLC控制；西門子S7-200；自動控制；濾水器；排污目 錄第1章引言 11.1設計要求 11.2控制要求 2第2章系統(tǒng)總體方案設計 32.1整體結構 32.2機械結構 3第3章電氣控制系統(tǒng)設計 43.1主電路設計 43.2交流控制電路設計 53.3主要參數(shù)計算 5第4章PLC控制系統(tǒng)設計 6第5章PLC程序設計 85.1 程序流程圖 85.2 PLC程序梯形圖 95.3 PLC指令表 9結論 10課程設計總結 11謝辭 12附錄 13附錄一 13附錄二 14附錄三 1

3、5附錄四 16附錄五 18附錄六 20參考文獻 21第1章引言1.1設計要求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(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(nèi)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(nèi)的過濾孔中阻塞大量的水

4、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(chǎn)生的壓力差高于差壓控制器設定值，這時差壓控制器內(nèi)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1-1所示。圖1-1 旋轉式濾水器控制框圖1.2控制要求(1) 手動調(diào)試和檢修 SA1手柄指向左45時，接點SA1-1接通，通過SB1、SB2控制按鈕，手動開/關電動閥，通過SB3、SB4控制按鈕，手動開/關濾水器電動機，以便于系統(tǒng)調(diào)試和檢修。(2) 人工除雜排污 SA1手柄指向右45時，接點SA1-2接通，人工起動、停止旋轉式濾水器進

5、行除雜排污。(3) 定時自動除雜排污：SA1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 SA1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(nèi)部的過濾孔被小顆粒雜物堵死無法排出，

6、進、出水口的壓力差較高，差壓控制器內(nèi)微動開關長時間動作（810min），需要立即停車，并發(fā)出聲光報警。(6) 計數(shù)功能 該設備不管進行了哪種形式的除雜排污，每次進行除雜排污后都要有記錄，因此需要記錄除雜排污次數(shù)（5位）。(7) 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。(8) 除雜排污閥門的電動裝置 內(nèi)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。(9) 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。(10) 相關參數(shù)1) 濾水器電動機M1

7、：Y系列，AC380V，1.5 kW，6極；液壓泵電動機M2：Y系列，AC380V，70W，4極；減速機4極減速；電動閥電動機M3：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，1A。3) 指示燈HL：10mA，DC24V。4) 電鈴HA：8W，AC220V。第2章系統(tǒng)總體方案設計2.1 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?？偨Y構如圖1-1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、

8、出水口、排污出口，與系統(tǒng)進出水口相銜接的部分不再贅述。2.2 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、排污口等組成 一般水質為淡水型的，濾網(wǎng)和內(nèi)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1. 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(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)。2.

9、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. 排污機構排污機構由排污臺、旋流子、支架、排污管及排污閥等組成。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污單元濾芯時，被旋流子改變方向，形成一束旋流水束，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。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

10、：排污時間，可根據(jù)實際情況自由設定。5. 保護裝置本裝置主要由電動機過載保護裝置和超高壓報警停車裝置構成。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3章電氣控制系統(tǒng)設計3.1 主電路設計旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的主電路如圖3-1所示。（詳見附錄一）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。電動機M1、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，對閥門電動機M3實現(xiàn)雙重保護。QF為電源

11、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。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。圖3-1 旋轉式濾水器控制系統(tǒng)主電路圖3.2 交流控制電路設計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(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臺電動機M1、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

12、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(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。差壓變送器測量范圍為0.30.8MPa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2

13、0：1的降壓變壓器進行變壓得到交流為11V交流電，并且經(jīng)過整流電壓變成直流電壓為24V的直流電。3.3 主要參數(shù)計算斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關，其主回路控制對象為電感性負載交流電動機，斷路器過電流脫扣值按電動機起動電流的1.7倍整定。旋轉式濾水器有1.5KW負載電動機一臺，起動電流較大，其余二臺為100W以下，起動電流較小，工藝要求濾水器電動機和液壓泵電動機同時起動運行，因此可根據(jù)1.5kW電動機選擇自動開關QF脫扣電流IQF：IQF1.7IN=1.73A5.1A5A，選用IQF5A的斷路器。熔斷器FU熔體額定電流。以濾水器電動機為例，223A6A，選用6A的熔體。其余熔體額

14、定電流的選擇，按上述方法選配。熱繼電器的選擇參照相關技術資料選取。第4章PLC控制系統(tǒng)設計根據(jù)設計要求，共有19個I/O接口，其中10個輸入接口，9個輸出接口。根據(jù)S7-200系列的技術指標選擇型號為CPU224的PLC。CPU224的用戶存儲空間為4096字，用戶數(shù)據(jù)為2560字，有14個輸入端口和10個輸出端口，可以滿足本控制系統(tǒng)的控制要求。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4-1 旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的P

15、LC控制電路圖（圖4-1 詳見附錄二）旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的PLC輸入輸出接口功能見下頁表4-1所示。表4-1 旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的PLC輸入輸出接口表輸 入 點序號文字符號程序指令說 明1SA1-1I0.0手動控制轉換開關2SA1-2I0.1人工除雜排污控制轉換開關3SA1-0I0.2自動除雜排污轉換開關4SB1I0.3手動開電動閥按鈕5SB2I0.4手動關電動閥按鈕6SB3I0.5手動開濾水器、液壓泵按鈕7SB4I0.6手動關濾水器、液壓泵按鈕8SQ1I0.7電動閥打開限位開關9SQ2I1.0電動閥關閉限位開關10KPI1.1壓差變送器信號輸 出 點序號文字符號程序指令說 明1KM1,H

16、L6Q0.0開電動閥接觸器與指示燈2KM2,HL7Q0.1關電動閥接觸器與指示燈3KM3,HL8Q0.2濾水器、液壓泵運行接觸器與指示燈4HL1Q0.3手動控制指示燈5HL2Q0.4人工除雜排污指示燈6HL3Q0.5定時自動除雜排污指示燈7HL4Q0.6差壓自動除雜排污指示燈8HL5,HAQ0.7故障指示燈及報警電鈴9HQ1.0除雜排污次數(shù)顯示（5位）第5章PLC程序設計5.1 程序流程圖5.2 PLC程序梯形圖詳見附錄四。5.3 PLC指令表詳見附錄五。結 論通過本次設計，基本達到了設計要求：1、各處電器、電路有熔斷器和熱繼電器保護，不易發(fā)生燒熔故障；2、定時功能還只能通過PLC定義，如需外

17、界定義還要另外添加硬件；3、自動除雜和差壓除雜切換明確，兩工作方式互不干擾；4、整機的濾水器電機和液壓泵電機始終工作，進行排污時只有電動閥電機啟動停止，有效減少機械振動和電機的頻繁啟動，延長了整機的壽命。課程設計總結此次設計，對我以前的知識有很好的查漏補缺功效，使我受益匪淺，并讓我再一次深刻體會到學而怠用之，必有大漏這句話的深刻意義。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。通過這次課程設計使我們都更加懂得并親身體會到了理論與實際相結合的重要性，只有理論知識是遠遠不夠的，只有

18、把所學的理論知識與實踐相結合起來，從實踐中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到很多問題，可以說是困難重重，并且在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處，發(fā)現(xiàn)自己對之前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，有待加強。雖然我們的課程設計在規(guī)定的時間內(nèi)按時完成了任務，但是，由于知識和經(jīng)驗的欠缺，整個系統(tǒng)的開發(fā)功能還不算太完善，在設計的過程中也遇到了很多困難，比如由于早期的需求分析不充分，給后來系統(tǒng)的具體實現(xiàn)帶來了很大的困難，所以中間做了一部分的無用功，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

19、出一個完美的系統(tǒng)幾乎是不可能的。謝辭首先，在這里感謝學校給我們安排了這次課設，使我們有一個可以自己動手的機會，通過動手，進一步熟悉自己所學的理論知識，體會自己動手得出結果的那種感覺。再次，在這要感謝我們的指導老師，翟雪琴老師在我們的實踐過程中不提自己的辛苦，耐心回答我們所問的所有問題，幫助我們解決一些程序和調(diào)試，在這表示感謝！感謝這次課程設計中給我?guī)椭耐瑢W，是你們的幫助，我才順利的完成了課程設計任務。謝謝你們的幫助！ 附錄附錄一：旋轉式濾水器控制系統(tǒng)主電路圖附錄二：旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的PLC控制電路圖附錄三：旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的PLC輸入輸出接口功能表輸 入 點序號文字符號程序指令說 明

20、1SA1-1I0.0手動控制轉換開關2SA1-2I0.1人工除雜排污控制轉換開關3SA1-0I0.2自動除雜排污轉換開關4SB1I0.3手動開電動閥按鈕5SB2I0.4手動關電動閥按鈕6SB3I0.5手動開濾水器、液壓泵按鈕7SB4I0.6手動關濾水器、液壓泵按鈕8SQ1I0.7電動閥打開限位開關9SQ2I1.0電動閥關閉限位開關10KPI1.1壓差變送器信號輸 出 點序號文字符號程序指令說 明1KM1,HL6Q0.0開電動閥接觸器與指示燈2KM2,HL7Q0.1關電動閥接觸器與指示燈3KM3,HL8Q0.2濾水器、液壓泵運行接觸器與指示燈4HL1Q0.3手動控制指示燈5HL2Q0.4人工除雜排污指示燈6HL3Q0.5定時自動除雜排污指示燈7HL4Q0.6差壓自動除雜排污指示燈8HL5,HAQ0.7故障指示燈及報警電鈴9HQ1.0除雜排污次數(shù)顯示（5位）附錄五：PLC指令表附錄六：旋轉式濾水器控制系統(tǒng)元器件目錄表旋轉式濾水器控制系統(tǒng)元器件目錄表序號文字符號名稱數(shù)量規(guī)格型號備注1M1、M2濾水器，油泵電動機2Y系列三相門交流異步電動機2M3電動閥電動機1LQA20-1 AC380