畢業(yè)設計基于單片機的工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)電氣控制設計

1、第1章 前言隨著工業(yè)的發(fā)展，人們越來越重視科學、穩(wěn)定以及環(huán)保的生產(chǎn)生活方式；上述生產(chǎn)方式有賴于生產(chǎn)機器的穩(wěn)定高效的運行，高效的運行可以利用一定的技術手段對設備進行改造達到目的，相應的，由于高效的生產(chǎn)方式，能量消耗的增加必然造成設備熱能的散失加劇，這些熱能使得設備的內(nèi)部部件老化程度加快甚至故障，那么相應的冷卻系統(tǒng)也就應運而生了。水冷以其卓越的散熱效果以及其經(jīng)濟性而倍受青睞，但是在水資源日益缺乏的今天，一次性的水冷無論從它的環(huán)保性以及其花費來說都不是好的選擇，那么，一個經(jīng)濟高效的水循環(huán)系統(tǒng)就滿足上述要求?，F(xiàn)在的水循環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的運用，從大的如核電站，鋼鐵機加工企業(yè)到小的如電子，it行業(yè)都有

2、涉及，這其中前者占有絕大部分的份額。近些年，國家提出的節(jié)能減排的要求更加速了高效環(huán)保的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展，這方面的技術也越來越受重視。在plc還未出現(xiàn)時候，傳統(tǒng)的工業(yè)控制用的是繼電器控制，這種控制電路有著不可抗拒的不利因素：安裝不便，檢修不易，不經(jīng)濟，抗干擾能力差；plc以其安裝方便，經(jīng)濟耐用，可靠性高，抗干擾能力強等優(yōu)點在近些年發(fā)揮了重大的作用，不少廠家紛紛把以前煩瑣的線路改造成plc控制。所以，plc及相關系統(tǒng)電路設計及運用對電氣方向的大學生來講是必備的技能，基于plc的工業(yè)水循環(huán)電控系統(tǒng)的設計不論從技術的角度還是從發(fā)展的潛力都有著相當大的意義。本篇論文從主電路的設計，控制檢測電路的設計

3、，電氣設備的選擇，plc的控制線路以及端口的分配和編程集中反映了工業(yè)水循環(huán)的電控系統(tǒng)的設計，調(diào)試，運用，從理論上描述了plc控制水循環(huán)的運行機制，起到拋磚引玉的作用。第2章 可編程控制器的概述可編程控制器，簡稱pc或plc。它是20世紀70年代以來，在集成電路、計算機技術的基礎上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設備。由于它具有功能強、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點，近年來，已被國內(nèi)外廣泛應用于自動化控制的各個領域，并已成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的支柱產(chǎn)品。為了更好的認識可編程控制器，現(xiàn)在將從以下幾個方面加以介紹。2.1 可編程控制器的由來與定義2.1.1可編程控制器的由來20世紀60年

4、代，計算機技術已開始應用于控制領域，但由于計算機技術本身的復雜性，編程難度高，難以適應惡劣的工業(yè)環(huán)境以及價格昂貴等原因而未能廣泛應用于工業(yè)控制。1968年美國最大的汽車制造商通用汽車公司，為適應汽車型號的不斷翻新，想尋找一種方法，在汽車設計時以盡可能減少重新設計和更換繼電器控制系統(tǒng)，降低成本，縮短時間。設想把計算機的完備功能、靈活性和通用性等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來，做成一種能適應工業(yè)環(huán)境的通用裝置。并把計算機的編程方法和輸入方法加以簡化，用面向控制過程、面向問題的“自然語句”進行編程，使得不熟悉計算機的人也能方便使用。裝置的要求充分體現(xiàn)在提出的招標指標

5、中：1） 編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；2） 維護方便，最好是插件式；3） 可靠性高于繼電器控制柜；4） 體積小于繼電器控制柜；5） 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機；6） 在成本上可與繼電器柜競爭；7） 輸入可以是交流115v；8） 在擴展時，原有系統(tǒng)只需作很小變更；9） 輸出交流115v以上，2a以上，能直接驅動電磁閥；10） 用戶程序存儲器容量至少能擴展到4k。根據(jù)招標要求，一年以后，美國數(shù)字設備公司率先研制出第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的裝配線上試用，獲得成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。從此，這一更新技術就以很快的速度迅速地發(fā)展起來。2.1.2 可編程控制器的定義1987年2月，國際

6、電工委員會頒布了可編程控制器標準草案第三稿。該草案對可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運行操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和識字運算等操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌渫鈬嘘P的設備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則進行設計。2.2 可編程控制器的功能與特點2.2.1 可編程控制器的功能 早期出現(xiàn)的可編程控制器只是用來取代繼電器控制，它只具備邏輯控制、計數(shù)等較少功能，人們把它稱為可編程邏輯控制器，簡稱plc。隨著微電子技術、

7、大規(guī)模集成電路及微型計算機的發(fā)展，20世紀70年代中期微處理器和微機技術應用到產(chǎn)品中。使plc不僅具有邏輯控制功能，而且還增加了數(shù)據(jù)運算、傳輸與處理功能，成為具備計算機功能的一種通用工業(yè)控制裝置，進一步擴大了其工業(yè)控制領域。近年來，隨著自動化技術、計算機技術和通信技術的相融，它還可以完成以下功能：1） 邏輯控制 plc具有邏輯運算功能，它設置有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，能夠掃描繼電器觸點的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。因此它可以代替繼電器進行組合邏輯和順序邏輯控制。2） 定時控制 plc具有定時控制功能。它為用戶提供了若干個定時器并設置了定時指令，定時值可由用戶在編程時設定，并

8、能在運行中讀出或修改，使用靈活，操作方便。3）計數(shù)控制 plc還具有計數(shù)功能。它為用戶設置了若干個計數(shù)器并設置了計數(shù)指令，計數(shù)值可由用戶在編程時設定，并可在運行中讀出或修改，使用操作都很靈活方便。4） 步進控制 plc能完成步進控制功能。步進控制是指在完成一道工序以后，再進行下一步工序，也就是順序控制。pc為用戶提供了若干個移位寄存器，或者直接有步進指令，可用于步進控制，編程與使用很方便。5) a/d、d/a轉換 有些可編程控制器還具有“模數(shù)”轉換和“數(shù)?！鞭D換功能，能完成對模擬量的控制與調(diào)節(jié)。6) 數(shù)據(jù)處理 有的plc還具有數(shù)據(jù)處理功能，并具有并行運算指令，能進行并行數(shù)據(jù)傳送、比較和邏輯運算

9、，bcd碼的加、減、乘、除、等運算，還能進行字“與”、字“或”、字“異或”、求反、邏輯移位、算術移位、數(shù)據(jù)檢索、比較、數(shù)據(jù)轉換等操作，并可對數(shù)據(jù)存儲器進行間接尋址，與打印機相連而打印出有關數(shù)據(jù)及梯形圖。7) 通信與網(wǎng)絡 有些plc采用了通信技術，可以進行遠程i/o控制，多臺之間可以進行同位鏈接，還可以與計算機進行上位鏈接，接受計算命令，并將執(zhí)行結果告訴計算機。由一臺計算機和若干臺plc可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡，以完成較大規(guī)模的復雜的控制。8) 對控制系統(tǒng)監(jiān)控 plc配置有較強的監(jiān)控功能，它能夠記憶某些異常情況，或當發(fā)生異常情況時自動終止運行。在控制系統(tǒng)中，操作人員通過監(jiān)控

10、命令可以監(jiān)視有關部分的運行狀態(tài)，可以調(diào)整定時或計數(shù)等設定值，因而調(diào)試、使用和維護方便。2.2.2 可編程控制器的特點1) 可靠性高，抗干擾能力強 ;2) 編程簡單，易于掌握;3) 組合靈活使用方便;4) 功能強，通用性好;5) 開發(fā)周期短，成功率高;6) 體積小，重量輕，功耗低。.3 傳統(tǒng)控制電路與plc控制電路的比較在傳統(tǒng)的工業(yè)水循環(huán)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的控制主要是以繼電器為主的控制電路來達到目的,然而,傳統(tǒng)的控制電路有著不可抗拒的不利因素，從繼電器的材料來看，繼電器的觸點表面是由一層氧化層鍍在上面，通常為銀制，長期的碰撞和電弧溫度的灼燒熔化導致時常要去檢修并伴隨著短路停機的發(fā)生，安全性和抗干擾性較

11、差；同時，繼電器一旦用得太多，必然伴隨著導線線路的連接增加，檢查起來十分不便，并且導線的發(fā)熱導致電流的不穩(wěn)定，對需要精確控制的系統(tǒng)帶來了很大的不便。由于plc的引入使得上述的情況得以解決，通過端口的設置及編程使得繼電器為主所構成的控制回路可以以編程的形式得以解決，操作較為容易，除主電路外，只需要部分的檢測和控制電路就可以達到控制目的，且軟件自身擁有的輔助繼電器數(shù)量不受限制，體積較小安裝方便，價格相對長期投入的繼電器來說便宜且程序可以改寫，方便易行，檢修容易，抗干擾能力優(yōu)于傳統(tǒng)控制電路，是工廠自動控制的發(fā)展趨勢和方向。2.4可編程控制器發(fā)展概況2.4.1可編程控制器在國外主要工業(yè)國家的應用與發(fā)展

12、自從美國研制出世界上第一臺可編程控制器以后，日本、德國、法國等工業(yè)發(fā)達國家分別研制出各自的pc。70年代中期在pc中引入了微機技術，使其功能不斷增強，質(zhì)量不斷提高，應用日益廣泛。目前pc已廣泛應用于石油、化工、冶金、輕工、機械、電力等各行各業(yè)，實現(xiàn)邏輯、數(shù)字、步進、機器人、模擬量等自動控制，有人認為pc已成為工業(yè)控制領域中占主導地位的基礎自動化設備。據(jù)資料介紹，美國一家公司曾對美國石油化工、冶金、食品、制藥、機械等行業(yè)400多個工廠企業(yè)進行調(diào)查的結果表明，pc的需求量占各類自動化儀表或自動化設備之首。有82%的廠家使用pc，43%的廠家使用計算機控制技術，36%的廠家使用專用控制器。進入90年

13、代，在美國登記的pc公司已有88家，產(chǎn)品377種。1971年日本從美國引進pc技術，很快研制日本第一臺dsc-8型pc，早在1984年日本就有30多個pc的生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品60種以上。西歐在1973年研制出他們的第一臺pc，并且發(fā)展很快，年銷售增長率在20%以上。目前世界上眾多的pc制造廠家中，比較著名的幾個大公司有美國公司、歌德公司、德州儀器公司、通用電氣公司、德國西門子公司、日本的三菱、東芝、富士和立石公司等。它們的產(chǎn)品控制著世界上大部分的市場。2.4.2plc在我國的發(fā)展狀況我國研制與應用pc較晚，1973年開始研制，1977年開始應用，80年代初期以前發(fā)展較慢，80年代隨著成套設備或專用

14、設備引進了不少pc,寶鋼一期工程整個生產(chǎn)線上就使用了數(shù)百臺的pc,二期工程也使用了更多的 pc。pc市場方面，我國已有許多單位在消化吸收引進技術的基礎上，仿制或研制了pc，80年代中后期，我國開發(fā)應用技術發(fā)展迅速，例如資料介紹東風汽車公司裝備系統(tǒng)從1986年起，全面采用pc設備進行更新改造，至1991年止一共改造設備1000多臺，并取得了明顯的經(jīng)濟效益，1995年廣州第二電梯廠，已把pc成功地應用于技術要求復雜的高層電梯控制上，并已投入大量生產(chǎn)。從近幾年召開的學術會議及有關文獻介紹可見，我國研制尤其是應用技術日益廣泛，日趨成熟。2.5未來plc的發(fā)展方向1) 向高速、大容量方向發(fā)展 隨著復雜控

15、制系統(tǒng)要求越來越高和微處理器與微型計算機技術的發(fā)展，可編程控制器的信息處理和響應速度要求越來越高，用戶存儲容量也越來越大，例如有的plc產(chǎn)品掃描速度0.1us/步，用戶存儲容量最大達幾十兆字節(jié)。2) 加強網(wǎng)絡和通信能力 plc網(wǎng)絡控制是當前控制系統(tǒng)和pc技術發(fā)展的潮流。plc與plc之間的聯(lián)網(wǎng)通信、plc與上位計算機的聯(lián)網(wǎng)通信以得到廣泛應用。各種plc制造廠都在發(fā)展自身專用的通信模塊和通信軟件以加強plc的聯(lián)網(wǎng)能力。廠商之間也在協(xié)議制定通用的通信標準，以構成更大的網(wǎng)絡系統(tǒng)，目前幾乎所有plc制造廠都宣布自己的plc產(chǎn)品都能與通用局域網(wǎng)map相聯(lián)，plc已成為集散控制系統(tǒng)(dcs)不可缺少的重要

16、組成部分。3) 致力于開發(fā)新型智能i/o功能模塊 智能i/o模塊是以微處理為核心的功能部件，是一種多cpu系統(tǒng)，他與主機cpu并行工作，占用主cpu的時間很少，有利于提高pc系統(tǒng)的運行速度，信息處理速度和控制功能。專用i/o功能模塊還能滿足某些特殊控制對象的特殊控制要求。4) 增強外部故障的檢測和處理能力 根據(jù)統(tǒng)計分析，在plc控制系統(tǒng)的故障中，cpu占5%，i/o通道占15%，傳感器占45%，執(zhí)行器件占30%，線路占5%。前二項共20%故障屬pc本身原因，它可以通過cpu本身的硬，軟件檢測、處理，而其余80%故障屬于pc外部故障，無法通過自診斷檢測處理。因此，各廠家都在發(fā)展專用于檢測外部故障

17、的專用智能模塊，以進一步提高系統(tǒng)的可靠性。5)編程語言多樣化 多種編程語言的并存，互補與發(fā)展是plc軟件進步的一種趨勢。梯形圖語言雖然方便、直觀、易學易懂，但主要適應于邏輯控制領域。為適應各種控制需要，目前已經(jīng)出現(xiàn)許多編程語言，如：面向順序控制的步進順控語句、面向過程控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（匯編、basic、c語言等），還有布爾邏輯語言。第3章 電氣圖設計3.1工業(yè)水循環(huán)的一般流程概述工業(yè)水循環(huán)系統(tǒng)中一般有一組水泵作為水循環(huán)的動力來源，通過葉片等把儲水池里的水打入水管，對要冷卻的機器進行降溫，降溫過后的高溫水在廠房上的冷卻塔上通過電機帶動葉片進行降溫，最后把降溫后的水排入儲水

18、池，循環(huán)使用，儲水池有一個進水管和一個出水管，進水是溫度低的自然水，出水管排放儲水池的水。示意圖如下：圖3.1 工業(yè)水循環(huán)示意圖3.2工藝流程要求根據(jù)論文要求一鋁合金壓鑄廠擁有250kw晶閘管中頻熔煉電爐兩臺及4001600t鋁合金壓鑄機數(shù)臺，這些設備都要用水冷卻，要求冷卻水壓力不應低于0.25mpa，溫度不宜高于35,為此配置一套循環(huán)水系統(tǒng)，3臺離心式水泵流量q=50m3/h,揚程h=32m,電動機功率pn=7.5kw，用水量最大時開兩臺水泵就可滿足生產(chǎn)要求，這樣可以在有1臺水泵損壞需要修理時仍然能滿負荷生產(chǎn)；100m3/h玻璃鋼冷卻水塔1座，其冷卻風機的功率為3kw，夏季在風機運轉時可使從

19、設備返回的循環(huán)水溫度下降35；冷卻水塔下面的儲水池約50m3。水泵出口至生產(chǎn)車間的供水總管上除裝設就地顯示的數(shù)字式壓力表外，還裝了00.6mpa壓力傳感器及pt100鉑熱電阻等，它們的數(shù)字控制儀安裝在電氣控制柜上，當循環(huán)水的供水壓力地于0.25mpa或溫度達到35以上時，發(fā)出報警信號，提示值班人員及時進行處理。循環(huán)水系統(tǒng)設備的電氣控制柜裝在水泵房內(nèi)，用戶還要求在生產(chǎn)車間也能對這些設備進行操作，為此在車間里也安裝了一只操作箱。由于儲水池和水泵房均在室外地下，平時無人職守，為防止水泵房內(nèi)積水過多，在泵房一角設置了長寬深為0.6m0.6m0.8m的集水坑，在控制柜上有指示燈及開關等，可以手動或自動啟

20、、停潛水泵，將坑內(nèi)積水排出。系統(tǒng)采用溫度、壓力數(shù)字顯示控制儀表各一套，溫度儀表設置上限報警，壓力儀表設置下限報警，系統(tǒng)用一個報警鈴和各一個顯示燈作為報警系統(tǒng)。報警器應裝在維修人員的值班地點。 儲水池由池子和注水管道及出水管道構成，注水管道上設一浮球閥，當水位低于水位時注入水，當水位過高時關閉閥門，防止水位過高造成資源浪費。出水管道有一個閥門，當水溫過高時避免停機做緊急使用，使水池的熱水排放到下水道，水位下降，入水管道的閥門打開補充溫度較低的自來水；由于兩個閥門不為電控故沒在設計圖中畫出。3.3 主電路的設計主電路的構成主要是被控制的電機組件，任務是通過控制電路的作用完成預定的目標，主電路設計的

21、好壞直接關系到整個系統(tǒng)的功能是否完整，所需要的動力是否充足，反應是否靈敏等。3.3.1 主電路概述主電路由工業(yè)三相交流380v電源構成主線路，m1，m2，m3為型號一樣的離心式水泵，流量q=50m3/h，揚程h=32m，電動機功率pn=7.5kw，m4為一臺功率為3kw的電機作為冷卻塔風機電機，m5為潛水泵電機，在主線路和各個支線路上設置組合開關,熔斷器和熱繼電器作為過熱過載保護，保護電機和線路安全，同時安裝接觸器，其線圈連在plc上控制開機，由于所有電機為交流異步電機且功率小于等于7.5 kw且無特殊停車要求，所以選擇直接啟動，自由停車。圖3.2 工業(yè)水循環(huán)主電路圖3.3.2主電路器件參數(shù)設

22、定主電路的器件參數(shù)確定如下：1.電機的選擇3個水泵電功率為pn=7.5kw查表可知使用y-132s2-2系列的三項異步電機，pn=7.5kw，額定轉速nn =2900r/min，額定電壓un=380v，三角形接法，額定電流in =15a，額定效率=86.2%，功率因數(shù)cos=0.88。電機m4的電功率為pn=3kw，電機m5同樣選擇電功率pn =3kw。查表可知所選用的電機為y-1328-6系列的三項異步電機，pn =3kw額定轉速nn =960r/min，額定電壓un=380v，三角形接法，額定電流in =7.2a，額定效率=83%，功率因數(shù)cos=0.76。由于全部電機都是小容量電機。在一

23、般電網(wǎng)容量下，7.5kw的電機都可以認為是小容量電機，我們對與一切kw (3-1)的籠型異步電機一般都可以采用全壓啟動。2.熔斷器的選擇對于一臺電動機的負載的短路保護： (3-2)上式的系數(shù)視負載性質(zhì)和啟動方式不同而選??；對輕載啟動、啟動次數(shù)少，時間短或降壓啟動，取小值；對重載啟動、啟動頻繁、啟動時間長或全壓啟動時，取大值。對于多臺電動機的短路保護： (3-3)熔斷器選用時其電流應大于熔體的額定電流。故m1，m2，m3的支路熔斷器電流=2.5=2.515=37.5a所以選擇的熔斷器型號為rl1，額定電壓為交流380v，熔斷器額定電流為60a，熔體額定電流為40a的有填充料封閉螺栓式熔斷器。同理

24、m4，m5的支路熔斷器電流=2.5=2.57.2=18a所以選擇的熔斷器型號為rl2，額定電壓為交流380v，熔斷器額定電流為25a，熔體額定電流為20a的有填充料封閉螺栓式熔斷器。主電路總的熔斷器的選定電流=2.5+其余電動機的計算負荷電流=2.515+15+15+7.2+7.2=81.9a所以選擇的熔斷器型號為rl1，額定電壓為交流380v，熔斷器額定電流為100a，熔體額定電流為100a的有填充料封閉螺栓式熔斷器。3.刀開關的選擇由于電流比較小，所以選一般的刀開關hd17系列刀形隔離器，額定通斷電流200a，額定電壓380v，3極。4.熱繼電器的選擇熱繼電器的額定電流應略大于電動機的額定

25、電流。所以所選擇的熱繼電器fr1，fr2，fr3的額定電流應該大于電動機m1，m2，m3的電流值即15a。所以fr1，fr2，fr3的型號選為jr16系列，額定電壓為380v額定電流為20a的熱繼電器。同理fr4，fr5的額定電流應該大于電動機m4，m5的額定電流即7.2a。所以fr4，fr5的型號選為jr15系列，額定電壓為380v額定電流為10a的熱繼電器。6接觸器的選擇一般情況下，接觸器的主觸點的額定電流應大于等于負載或電動機的額定電流，計算公式： （2-4）式中：主觸點的額定電流：經(jīng)驗常數(shù)，一般取11.4；：被控電動機額定功率；：被控電機額定電壓；所以m1，m2，m3接觸器的額定電流計

26、算：=19.7am4,m5接觸器額定電流計算：=7.9a接觸器額定電壓的主要根據(jù)主觸點所控制的負載電路的額定電壓來確定，所以此次接觸器的額定電壓應該選用額定電壓380v以上。為了保證安全，一般接觸器的線圈電壓均選用較低的電壓，如110v，127v，由控制變壓器供電。但如果控制電路簡單，所用的接觸器較少，為了省去變壓器，可選用380v，220v電壓。我們查表得到，三菱的plc承受的輸出有2a左右的電流，而接觸器的線圈的動作電流只有幾百毫安，所以一般可以穩(wěn)定吸合。綜上，我們選用的接觸器應該為：3tb43型號，規(guī)定發(fā)熱電流35a，380v額定工作電流22a，可控電動機功率為11kw的交流接觸器3個。

27、3tb40型號，規(guī)定發(fā)熱電流22a，380v額定工作電流9a，可控電動機功率為4kw的交流接觸器2個。上述資料匯總見附件。3.4控制檢測電路的設計在一個控制系統(tǒng)中，檢測控制電路是對系統(tǒng)所要求的環(huán)境參數(shù)進行檢測并對其發(fā)生的狀況發(fā)出相應信號，提示工作人員及時進行處理。本論文的檢測電路主要作用是用來檢測水溫、水壓和潛水泵房的水位，由于潛水泵水位檢測和處理方式在plc程序內(nèi)實現(xiàn)，由開關sq1，sq2完成檢測，結構簡單，所以這里主要講的是水溫水壓的檢測，而控制電路的作用主要由plc來實現(xiàn)，一個控制系統(tǒng)的檢測系統(tǒng)的好壞，直接關系到系統(tǒng)的精度和準度。3.4.1檢測電路概述控制電路電源來自主電路其中2相由變壓

28、器轉換而成，內(nèi)接一個電源燈泡安裝于控制臺上以便觀察控制檢測電路是否通電，當主電路電機運行之時，相應的接觸器帶動顯示儀表開始工作，面板分別都裝在控制臺上便于觀察，儀表wp1上裝一熱電阻和一電流繼電器ka1,當水管內(nèi)的溫度達到指定溫度時，線圈得電，使得相應的觸點動作，儀表wp2上裝有一壓力傳感器和電流繼電器ka2，當水管內(nèi)壓力小于預定點時線圈得電，相應觸點動作。圖3.3 工業(yè)水循環(huán)控制檢測電路3.4.2檢測電路元件參數(shù)設定參數(shù)設定如下：1變壓器的選擇顯然，我們選的變壓器為380：220的變壓器所以k的取值為： (3-5)簡單的變壓器可以自行繞制也可購買，繞制方法不再詳細說明。2儀表由于各個廠家生產(chǎn)

29、的儀表使用方法在說明書上，所以必須根據(jù)儀表的說明書進行選購和調(diào)試，同樣的情況還出現(xiàn)于熱電阻和壓力傳感器的選擇，儀表的選擇要根據(jù)（1）輸入電壓的大小，這里我們?yōu)?20v的交流電。（2）輸出的方式，這里我們選擇電流輸出，以便配合電流繼電器的線圈。具體型號根據(jù)廠家選擇。必須注意的是儀表的型號一般相同。通過調(diào)查,我選擇的儀表為成都怡騰自動化es6數(shù)顯儀，型號為es6/a-hrta1b0e和es6/a-hrta1b0i，誤差小于0.5%f.s，并具備調(diào)教、數(shù)字濾波功能，輸入信號類型：萬能輸入，通過設定選擇；適用于電壓、電流、熱電阻、熱電偶信號，電源為220v ac功耗小于7va。輸入信號包括：熱電阻（p

30、t100、pt1000），測溫范圍為 -200.00 500.00；熱電偶（k、s、e、t），分辨力為0.1；直流電流；直流電壓；直流mv。電流輸出（420）ma、（010）ma或（020）ma。3.電流繼電器這里的繼電器的電流根據(jù)儀表輸出的電流選擇參數(shù)，我們選擇型號為d10系列的繼電器，即到了我們所設定的電流10ma左右,繼電器就動作，具體調(diào)試中根據(jù)不同情況調(diào)整。技術要求為，動作電流的平均誤差不應該大于5%，繼電器的額定電壓為220v交流或以上。4.熱電阻及傳感器的選擇根據(jù)論文要求，熱電阻選擇為pt100的熱電偶，傳感器選擇為成都怡騰自動化fd81151dr/3051dr微差壓變送器，測量范

31、圍為差壓0-1.5kpa5指示燈的選擇無特殊要求，選用ad1-30/31額定電壓為220v，電源種類為ac50hz，燈頭型號為xz8-1w e10/13，顏色為無色透明指示燈。3.4.3 plc電路的設計及端口分配對與一個plc的控制電路，正確的端口分配和接線連接關系著控制程序能否按照預定的步驟運行，錯誤的分配和接線會使plc無法識別器件，甚至導致程序出現(xiàn)致命錯誤，造成不必要的損失。不同的廠家、不同系列的plc，其端口的編號和接線方法，及其程序語言雖然大同小異，但只有按照使用手冊對plc進行正確的編程才能使得plc正常工作。我們在這里選擇plc為三菱的fx0n系列的型號為fx0n-60mr-0

32、01，繼電器輸出，輸入點數(shù)36，輸出點數(shù)24。圖3.4 三菱fx0n-60mr-001plc控制線路接線圖 圖3.4表示為一三菱的fx0n-60mr-001型號plc控制輸入輸出圖，其端口分配如表3.1所示。 表3.1 plc端口分配表元件端口安裝位置作用描述sb11x0控制臺控制臺停止m1按鈕sb21x1水泵房水泵房停止m1按鈕sb12x2控制臺控制臺啟動m1按鈕sb22x3水泵房水泵房啟動m1按鈕fr1x4電氣柜m1熱繼電器觸點sb13x5控制臺控制臺停止m2按鈕sb23x6水泵房水泵房停止m2按鈕sb14x7控制臺控制臺啟動m2按鈕sb24x10水泵房水泵房啟動m2按鈕fr2x11電氣柜

33、m2熱繼電器觸點sb15x12控制臺控制臺停止m3按鈕sb25x13水泵房水泵房停止m3按鈕sb16x14控制臺控制臺啟動m3按鈕sb26x15水泵房水泵房啟動m3按鈕fr3x16電氣柜m3熱繼電器觸點sb17x17控制臺控制臺停止m4按鈕sb27x20水泵房水泵房停止m4按鈕sb18x21控制臺控制臺啟動m4按鈕sb28x22水泵房水泵房啟動m4按鈕fr4x23電氣柜m4熱繼電器觸點sq1x24集水坑上限水位浮球開關sq2x25集水坑下限水位浮球開關sb19x26控制臺控制m5停止按鈕sb20x27控制臺控制m5啟動按鈕fr5x30電氣柜m5熱繼電器觸點sb29x31控制臺溫度壓力報警系統(tǒng)實

34、驗按鈕sb30x32控制臺溫度壓力報警系統(tǒng)消音按紐ka1x33電氣柜水溫報警系統(tǒng)線圈觸點ka2x34電氣柜水壓報警系統(tǒng)線圈觸點sax35控制臺潛水泵自動派水擋位sax36控制臺潛水泵手動排水擋位hl11y0控制臺m1運行指示燈hl21y1水泵房m1運行指示燈hl12y2控制臺m2運行指示燈hl22y3水泵房m2運行指示燈hl13y4控制臺m3運行指示燈hl23y5水泵房m3運行指示燈hl14y6控制臺m4運行指示燈hl24y7水泵房m4運行指示燈hl16y10控制臺集水坑上限水位指示燈hl17y11控制臺集水坑下限水位指示燈km1y12電氣柜線圈，得電控制相應觸點動作km2y13電氣柜線圈，得

35、電控制相應觸點動作km3y14電氣柜線圈，得電控制相應觸點動作km4y15電氣柜線圈，得電控制相應觸點動作 元件端口安裝位置作用描述km5y16電氣柜線圈，得電控制相應觸點動作hl15y17控制臺潛水泵運行指示燈hl1y20控制臺水溫超標指示燈hl2y21控制臺水壓低指示燈hay22控制臺水溫水壓報警comcomplc自帶com06com06plc自帶以上按鈕的型號，指示燈型號，及電鈴型號在見附件。3.5電氣柜及控制臺的安裝接線電氣柜與控制臺的安排是否合理有利于工作的高效率展開，由于圖片內(nèi)容比較復雜，這里只列舉控制臺的接線圖和布置圖，其他電氣接線圖和布置圖在附件中列出。電器元件的布置應該滿足以

36、下原則：1體積大的和較重的元件應安裝在電器板的下面，發(fā)熱元件應安裝在電器板的上面；2強電與弱電分開應注意弱電屏蔽，防止外界干擾；3需要經(jīng)常維護、檢修、調(diào)整的電器元件安裝位置不宜過高或過低；4電器元件的布置應考慮整齊、美觀；5各種電器元件的布置不宜過密，要有一定的間距。在安裝接線的時候就要嚴格按照畫的位置和數(shù)字進行相應的接線，務必避免錯誤的接線，造成短路或者器件的不正常運行，圖3.5為控制臺的電氣布置圖，圖3.6為控制臺的電氣接線圖。 圖3.5 控制臺的電氣布置圖圖3.6 控制臺的電氣接線圖第4章 程序設計文章上一章節(jié)已經(jīng)對plc進行了i/o口分配，下面是對plc進行程序設計，以便讓機器按照我們

37、希望的步驟進行工作。4.1plc程序設計及其梯形圖梯形圖作為plc程序的一個描述形式，有直觀，適合電氣工程領域的人識別的特點，所以程序的敘述由下面的梯形圖開始，先給讀者一個直觀的印象。4.1.1水泵及冷卻塔風機運行因為運行機制一致，所以水泵和冷卻塔風機的程序基本一致，其運行機制為按下相應的啟動按鈕后控制電機的接觸器線圈得電，電機開始運行，當停止按鈕按下時，相應的線圈失電，電機停車。下面列出m1的梯形圖，詳細的程序敘述我在第3節(jié)進行講解。圖 4.1 水泵m1梯形圖4.1.2潛水泵的運行潛水泵由于分自動控制和手動控制，所以，首先它就要有個控制按鈕sa使得它可以在兩者之間切換，當它自動運行之時要求當

38、上限水位到達的時候自動啟動水泵，即和上述電機一樣令管理這個泵的接觸器線圈得電，相應的觸點得電使電機工作進行排水，同時控制臺的指示燈給工作人員相應的信息；同理，手動運行時，要求同一般水泵一樣正常控制電機工作，其程序如下，具體程序敘述在第3節(jié)。圖4.2 潛水泵m5梯形圖4.1.3報警系統(tǒng)的運行報警系統(tǒng)的運行機制是當水溫水壓達到預定值時，控制顯示儀表發(fā)出電流信號使得相應的繼電器線圈得電，相應繼電器觸點動作使得其控制的警報顯示燈發(fā)光且發(fā)出警報，使工作人員能夠快速地得到信息，及時處理。本報警系統(tǒng)比較簡易，設有實驗和消音功能，其程序如下，具體程序敘述詳見第3節(jié)：圖4.3 報警系統(tǒng)梯形圖4.2plc程序代碼

39、plc程序代碼根據(jù)梯形圖編寫，完整梯形圖詳見附件。 程序語言為三菱plc語言，參考程序如下： 電機m1，m2，m3，m4：ld x2 /建立一個塊同時建立常開x2or x3 /并上一個常開x3or m1 /并上輔助繼電器常開觸點m1and x0 /串上常開x0and x1 /串上常開x1and x4 /串上常開x4out m1 /輸出輔助繼電器線圈m1ld m1 /建立一個塊建立常開m1out y0 /輸出y0out y1 /輸出y1out y12 /輸出y12電機m1控制結束ld x7 /建立一個塊同時建立常開x7or x10 /并上一個常開x10or m2 /并上輔助繼電器常開觸點m2an

40、d x5 /串上常開x5and x6 /串上常開x6and x13 /串上常開x13out m2 /輸出輔助繼電器線圈m2ld m2 /建立一個塊建立常開m2out y2 /輸出y2out y3 /輸出y3out y13 /輸出y13電機m2控制結束ld x14 /建立一個塊同時建立常開x14or x15 /并上一個常開x15or m3 /并上輔助繼電器常開觸點m3and x12 /串上常開x12and x13 /串上常開x13and x16 /串上常開x16out m3 /輸出輔助繼電器線圈m3ld m3 /建立一個塊建立常開m3out y4 /輸出y4out y5 /輸出y5out y14

41、 /輸出y14電機m3控制結束ld x21 /建立一個塊并建立常開x21or x22 /并上常開x22or m4 /并上輔助繼電器常開觸點m4and x17 /串上常開x17and x20 /串上常開x20and x23 /串上常開x23out m4 /輸出輔助繼電器線圈m4ld m4 /建立一個塊建立常開m4out y6 /輸出y6out y7 /輸出y7out y15 /輸出y15電機m4控制結束水泵與冷卻塔風機程序流程圖如圖4.4。圖4.4 水泵與冷卻塔風機程序流程示意圖如流程圖4.4所示，水泵和冷卻塔風機的程序流程是按下開始按鈕電機運行，電機過熱或按下停止按鈕時停止，整個過程都是由pl

42、c內(nèi)部輔助繼電器和線圈控制，詳細的plc程序運行敘述見第3節(jié)。潛水泵的程序：ld x24out m5ld x25out m6 /設置限位開關輔助繼電器線圈ld m5out y10ld m6out y11 /輸出限位的指示燈ld m5or m7and m6and x30out m7 /自動排水程序段結束ld x27or m8 and x26and x30out m8 /手動排水程序段結束ld m7and x35ld m8and x36orbout y16out y17 /電機m5控制結束如程序流程圖4.5所示,潛水泵的程序流程和水泵與冷卻塔風機相同，不同的在于其自動運行時的流程如圖4.6，它是通

43、過上下水位控制，當水位達到上限的時候，電機啟動并開始排水，當水排到下限水位的時候，電機停止，當電機過熱的時候，電機強制停止，詳細的plc程序運行敘述見第3節(jié)。圖4.5 潛水泵手動控制程序流程示意圖圖4.6 潛水泵自動控制程序流程示意圖報警系統(tǒng)的程序： ld x31out y20out y21out y22 /報警系統(tǒng)實驗功能ld x33out m9out y20 /報警系統(tǒng)之壓力燈亮ld x34out m10out y21 /報警系統(tǒng)之水溫燈亮ld m9or m10out m11ld x32or m12and m11out m12ld m11ani m12out y22 /報警系統(tǒng)警鈴聲響帶消

44、音按鈕如程序流程圖4.6所示，整個報警系統(tǒng)由實驗和正式運行兩部分組成，當實驗開始時，整個報警系統(tǒng)的電鈴及水溫，壓力燈都開始工作，當水溫超標或者壓力不夠時，對應的燈開始工作，同時鈴聲響起，當狀況排除之時，燈光熄滅，鈴聲停止。詳細的plc程序運行敘述見第3節(jié)。圖4.6 報警系統(tǒng)程序流程示意圖4.3程序運行過程描述特別說明，由于設計方便需要，部份停止按鈕的實際設計為常閉，故程序里的代表停止的語句為常開。4.3.1水泵及冷卻塔風機程序描述m1的運作：當按下sb12或者sb22的時候，plc對應的x2或x3得電閉合，plc內(nèi)部輔助繼電器線圈m1得電，支路m1常開觸點得電閉合，形成一個自鎖狀態(tài)，m1線圈一

45、直得電。語句第二句由于線圈m1得電，對應的常開觸點m1一直閉合，輸出y0，y1，y12，即對應的hl11，hl21，km1得電，這時控制臺的hl11，hl21發(fā)光，接觸器線圈km1得電，主電路的觸點得電閉合，電機m1得電運行，控制檢測電路的觸點閉合，使儀表開始工作，開始測量水溫水壓。當按下sb11或者sb21的時候，plc對應的x0或x1失電，原來閉合的x0或x1變斷開，輔助繼電器m1線圈失電，同時程序向下掃描，對應的m1觸點恢復原狀，y0，y1，y12終止輸出，即對應的hl11，hl21，km1 失電，這時控制臺hl11，hl21熄滅，接觸器線圈km1失電，主電路的km1觸點失電斷開，電機失

46、電開始停止，控制檢測電路的mk1觸點斷開，m1這一路的儀表通路斷開，具體見控制檢測電路電路圖。當電機m1過熱的時候，主電路的熱繼電器fr1動作，對應的觸點動作，plc對應的x4動作，即閉合變斷開，對應的輔助繼電器m1失電，輸出y0，y1，y12終止，hl11，hl21，km1失電，控制臺顯示燈熄滅，電機停止，控制電路m1一路的儀表通路斷開。m2的運作：當按下sb14或者sb24的時候，plc對應的x7或x10得電閉合，plc內(nèi)部輔助繼電器線圈m2得電，支路m2常開輔助觸點得電閉合，形成一個自鎖狀態(tài)，m2線圈一直得電。語句第四句由于輔助繼電器線圈m2得電，對應的常開輔助觸點m2一直閉合，輸出y2

47、，y3，y13，即對應的hl12，hl22，km2得電，這時控制臺的hl12，hl22發(fā)光，接觸器線圈km2得電，主電路的觸點得電閉合，電機m2得電運行，控制檢測電路的km2觸點閉合，使儀表開始工作，開始測量水溫水壓。當按下sb13或者sb23的時候，plc對應的x5或x6失電，原來閉合的x5或x6變斷開，輔助繼電器m2線圈失電，同時程序向下掃描，對應的m2輔助觸點恢復原狀，y2，y3，y13終止輸出，即對應的hl12，hl22，km2 失電，這時控制臺hl12，hl22熄滅，繼電器線圈km2失電，主電路的觸點km2失電斷開，電機失電開始停止，控制檢測電路的觸點km2斷開，m2這一路的儀表通路

48、斷開，具體見控制檢測電路電路圖。 當電機m2過熱的時候，主電路的熱繼電器fr2動作，對應的觸點動作，plc對應的x13動作，即閉合變斷開，對應的輔助繼電器m2失電，y2，y3，y13終止輸出，hl12，hl22，km2失電，控制臺顯示燈熄滅，電機停止，控制檢測電路m2一路的儀表通路斷開。m3，m4運行機理與m1，m2相同，程序類似，不再鰲述，詳情參見完整的梯形圖（附件）。值得注意的是m4為冷卻塔，與m1，m2，m3的區(qū)別在于電機的選擇，我們在上一章有介紹。4.3.2集水坑潛水泵的程序描述程序中x24，x25分別對應上限水位浮球開關和下限水位浮球開關，當水位達到下限時候浮球開關的浮球浮起，開關接

49、通線路，x25閉合，輔助繼電器線圈m6得電；當水位達到上限的時候浮球開關的浮球浮起，開關接通線路，x24閉合，輔助繼電器線圈m5得電。若線圈m5得電，即水位達到了上限開關的時候，輸出一個y10，對應的hl16得電，即上限水位顯示燈發(fā)光，同樣的，若線圈m6得電，即水位達到了下限水位開關的時候，輸出一個y11，對應的hl17得電，即下限水位開關得電發(fā)光。自動控制排水開關開啟時，當水位達到了上限水位（此時肯定超過下限水位），線圈m5，線圈m6同時得電，線圈m7接通得電這時m7觸點得電形成自鎖，由于sa在自動擋位，即x35對應動作為閉合，程序中m7，x35對應的一路全部閉合，輸出y16，y17，即接觸

50、器km5線圈得電帶動相應觸點動作，m5開始運行排水，并同時排水指示燈發(fā)光。當水位排到下限水位以下時，浮球開關對應的x25失電，回到初始狀態(tài)，即常開，此時線圈m6失電，相應的觸點還原，此時m7線圈失電，相應的觸點還原，m7，x35對應的一路斷開，y16，y17停止輸出，即排水結束，指示燈熄滅。若電機m5過熱，熱繼電器fr5動作，對應觸點fr5斷開，即與plc對應x30斷開m7失電，y16，y17停止輸出，m5停止工作，指示燈熄滅。手動控制排水開關開啟之時，即sa在手動擋位時，與plc對應的x36閉合，若要排水按下sb20，與plc對應的x27動作，線圈m8得電，對應的m8輔助觸點動作，形成自鎖，由于程序中m8，x36全部閉合，此時輸出y16，y17，電機m5開始工作同時指示燈亮。若要停止電機m5，按下sb19，此時與plc對應的x26動作由閉合到斷開，此時，線圈m8失電，對應的觸點m8與x36連接的一路斷開，輸出y16，y17停止，電機m5停止工作同時指示燈熄滅。若電機m5過熱，熱繼電器fr5動作，對應觸點fr5斷開，即plc對應的x30斷開，線圈m8失電，對應的觸點m8與x36連接的一路斷開，輸出y16，y17停止，電機m5停止工作同時指示燈熄滅。4.3.3報警系統(tǒng)程序描述實驗開關：當實驗開關sb29一直按下時，對應的x31得電動作閉合，輸出y20,y21,y22，即此時hl1