武漢大學(xué)水電站自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上水電站自動(dòng)化課程設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 能源與動(dòng)力工程 設(shè) 計(jì) 人： 班 級(jí)： 能 動(dòng) 四 班 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 肖志懷 完成時(shí)間： 2017年 1 月 11 日 專心-專注-專業(yè)目錄第一章 設(shè)計(jì)原始資料集水井排水裝置自動(dòng)控制某水電站滲漏排水系統(tǒng)有二臺(tái)相同的滲漏排水泵，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。水泵類型為深井泵，單臺(tái)配套電動(dòng)機(jī)容量：90kW，電壓：AC380V。每臺(tái)水泵出水管道上安裝一只電動(dòng)閥門，水泵抽水時(shí)電動(dòng)閥門打開，水泵停止時(shí)電動(dòng)閥門關(guān)閉，電機(jī)功率1.5kW。排水井水位和高程：滲漏排水井底板高程3.0m，停泵水位高程5.0m，工作泵啟動(dòng)水位高程11.5m，備用泵啟動(dòng)水位高程

2、12.0m，報(bào)警水位高程12.2m?？刂埔螅C(jī)構(gòu)系統(tǒng)圖如圖1）：（1） 深井泵啟動(dòng)前3秒必須先給潤(rùn)滑水，泵啟動(dòng)后2min切斷潤(rùn)滑水，潤(rùn)滑水由機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)供給，供水管徑20mm，通過電磁閥自動(dòng)控制，該電磁閥的工作可自動(dòng)合/分，也可手動(dòng)合/分。（2） 盤面上要有電源指示燈，運(yùn)行指示燈和故障指示燈。控制柜有電時(shí)電源指示燈亮，抽水泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)行指示燈亮，控制柜有故障時(shí)故障指示燈亮，故障信號(hào)：（a）接觸器故障（b）啟動(dòng)超時(shí)（45s）（3） 深井泵工作方式：自動(dòng)/手動(dòng)。自動(dòng)方式時(shí)，控制裝置依據(jù)控制流程要求自動(dòng)實(shí)現(xiàn)水泵的啟/?？刂?。手動(dòng)方式時(shí)，通過操作面板上的操作開關(guān)直接控制水泵，該方式僅供設(shè)備調(diào)

3、試或檢修使用。（4） 蓄水池水位達(dá)到報(bào)警水位時(shí)，控制柜內(nèi)喇叭要發(fā)出斷續(xù)的蜂鳴聲，電鈴要響。（5） 出水管道上的閥門電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)要有硬件互鎖和軟件互鎖，避免電氣短路。（6） 工作水泵和備用泵每周輪換一次。 圖1-1 集水井排水裝置機(jī)構(gòu)系統(tǒng)圖 第二章 電動(dòng)機(jī)主電路設(shè)計(jì)2.1 電機(jī)的選擇（1）水泵電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)本設(shè)計(jì)深井泵的工作環(huán)境、方式以及電動(dòng)機(jī)的容量：90KW,電壓：AC380V,可選擇Y280M-2電動(dòng)機(jī)，其具體參數(shù)如表2-1所示。（2） 電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)的選擇由于電機(jī)的功率為1.5KW,則選用Y90S-2電動(dòng)機(jī)，其具體參數(shù)如表2-1所示。表2-1 電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定功率/kw滿載時(shí)額定轉(zhuǎn)

4、矩質(zhì)量/kg電流/A轉(zhuǎn)速/(r/min)效率/%Y280M-290166297092.52.2620Y90S-21.53.42840782.3222.2 主回路接線原理圖 考慮到排水裝置的控制要求，設(shè)計(jì)得電動(dòng)機(jī)主回路接線圖如圖2-1所示，其工作原理如下：合上電源開關(guān)QS1，按下啟動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM1得電吸合并自鎖，接觸器KM2也同時(shí)得電吸合，電動(dòng)機(jī)三相繞組在Y形接法下降壓?jiǎn)?dòng)，同時(shí)時(shí)間繼電器KT1通電計(jì)時(shí)。經(jīng)過一段時(shí)間的延時(shí)后，時(shí)間繼電器KT1常閉觸點(diǎn)打開，常開觸點(diǎn)閉合，接觸器KM2失電釋放，其常閉輔助觸點(diǎn)閉合，繼電器KM3得電吸合并自鎖，將電動(dòng)機(jī)三相繞組接成形在全壓下運(yùn)行。其中，1號(hào)泵

5、電動(dòng)機(jī)由POWER1電源單獨(dú)供電，2號(hào)泵電動(dòng)機(jī)由POWER2電源單獨(dú)供電，并互為備用。當(dāng)兩路電源中有一路發(fā)生故障切除時(shí)（1QF、2QF之一斷），則備用電源自動(dòng)切換裝置APD將母聯(lián)斷路器（3QF）合上，以保證電動(dòng)機(jī)的正常工作。由于電動(dòng)機(jī)的功率較大，為減小啟動(dòng)電流，故在本設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)主回路中選用Y-降壓?jiǎn)?dòng)方式。其控制回路如圖2-2所示。圖2-2 控制電路圖2.3 主回路設(shè)備的選擇2.3.1 接觸器的選擇在電氣控制電路中，接觸器的使用十分廣泛，其額定電流和額定電壓是隨時(shí)用條件的不同而變化的，只有根據(jù)不同使用條件去正確選用，才能保證它在控制電路中長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，充分發(fā)揮其作用。接觸器用于帶有負(fù)載主電路

6、的自動(dòng)接通和切斷，分直流和交流接觸器兩大類，交流接觸器主要有CJ0及CJ10系列。機(jī)床電器控制電路中應(yīng)用最多的是交流接觸器。在一般情況下，選用交流接觸器的主要依據(jù)如下：1 吸引線圈電源種類：交流或直流。2 主觸點(diǎn)額定電壓、額定電流。3 輔觸點(diǎn)類型、數(shù)量及其額定電流。4 吸引線圈的電源種類，頻率和額定電壓。5 額定操作頻率（次/h），即允許每小時(shí)接通的最多次數(shù)。具體選擇時(shí)應(yīng)注意以下四點(diǎn)：1 主觸點(diǎn)額定電流應(yīng)大于或等于被控對(duì)象（負(fù)載）電流，對(duì)于電動(dòng)機(jī)這種負(fù)載可按下面經(jīng)驗(yàn)公式來初步確定其主觸點(diǎn)電流，即 （2-1）式中：為被控制電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）；為電動(dòng)機(jī)額定電（V）；k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取11.4

7、.實(shí)際選用接觸器時(shí)，主接觸器額定電流應(yīng)大于計(jì)算值，也可以參照控制電器及應(yīng)用表6-9，按被控電動(dòng)機(jī)的容量進(jìn)行選取。對(duì)于頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)以及頻繁正反轉(zhuǎn)工作的電動(dòng)機(jī)，為了防止接觸器主觸點(diǎn)的燒蝕和過早損壞，應(yīng)將其額定電流降低一個(gè)等級(jí)使用，或?qū)⒈?-9中所示的被控電動(dòng)機(jī)容量減半選用。2 接觸器主觸點(diǎn)額定電壓應(yīng)大于被控對(duì)象的額定電壓。3 接觸器觸點(diǎn)數(shù)量及其種類應(yīng)滿足控制需要，當(dāng)輔觸點(diǎn)的對(duì)數(shù)不能滿足要求時(shí)，可用增設(shè)中間繼電器的方法來解決。4 接觸器吸引線圈的電壓種類與電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)控制電路及被控對(duì)象的要求選用。簡(jiǎn)答控制電路可直接選用380/220V電源電壓作為接觸器吸引線圈電壓。比較復(fù)雜的控制電路選用127/

8、110V或更低的電壓作為接觸器吸引線圈電壓比較合適。由式2-1計(jì)算可得：故KM1、KM2、KM3應(yīng)選用CJ20-250接觸器,KM4、KM5選用CJ20-5。2.3.2 熔斷器的選用1、 選用的一般原則1 按合適的電壓等級(jí)和配電系統(tǒng)中能出現(xiàn)的最大短路電流來選用熔斷器。2 gG、gM和aM熔斷體的選用：(a)gG熔斷體屬于一般用途的可實(shí)現(xiàn)全范圍分?jǐn)嗟娜蹟囿w，它兼有過電流保護(hù)功能，主要用于線路保護(hù)；(b)gM熔斷體可實(shí)現(xiàn)全范圍保護(hù)電動(dòng)機(jī)，既可用于對(duì)電動(dòng)機(jī)電路的過載保護(hù)，也可用于對(duì)電動(dòng)機(jī)回路的短路保護(hù)，gM熔斷體還可以保護(hù)照明回路；(c)aM熔斷體只能在部分范圍分段地保護(hù)電動(dòng)機(jī)，所以用在電動(dòng)機(jī)主回路

9、時(shí)需要在回路中配套熱繼電器。3 當(dāng)熔斷器是按上下級(jí)安裝時(shí)，需要考慮選擇性配合關(guān)系。g類熔斷體的過電流選擇比有1.6:1和2:1兩種。一般地，專職人員使用的帶刀口的熔斷體過電流選擇比為1.6:1，而帶螺栓連接的熔斷體和圓筒形熔斷體其過電流選擇比為2:1.應(yīng)用在電動(dòng)機(jī)回路的熔斷器：對(duì)于單臺(tái)的電動(dòng)機(jī)主回路，應(yīng)當(dāng)按電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)來考慮讓熔斷體的截?cái)嚯娏鞔笥诨虻扔陔妱?dòng)機(jī)的起動(dòng)沖擊電流，熔斷體的額定電流應(yīng)當(dāng)?shù)扔冢@里的是電動(dòng)機(jī)的額定電流為166A。則，所以FU1、FU2選用NGT1-250/380熔斷器，F(xiàn)U3選用RLIB15熔斷器。2.3.3 熱繼電器的選用熱繼電器主要用于電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)，選用時(shí)

10、必須考慮電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境、起動(dòng)情況、允許過載能力等因素，具體應(yīng)按以下幾個(gè)方面來選擇。星型聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)可選用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器；三角形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)應(yīng)選用帶斷相保護(hù)的三相結(jié)構(gòu)熱繼電器。在長(zhǎng)期工作制或間斷長(zhǎng)期工作制下，按電動(dòng)機(jī)的額定電流來確定熱繼電器的型號(hào)及熱元件的額定電流等級(jí)。熱元件的額定電流應(yīng)接近或略大于電動(dòng)機(jī)的額定電流，即 （2-2）對(duì)于工作環(huán)境惡劣、起動(dòng)頻繁的電動(dòng)機(jī)，熱元件的額定電流則按下式確定，即 （2-3）在不頻繁起動(dòng)的場(chǎng)合，要保證熱繼電器在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中不產(chǎn)生誤動(dòng)作。通常，當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為其額定電流的6倍且起動(dòng)時(shí)間不超過6s時(shí)，熱繼電器的額定電流應(yīng)大于或至少等于被保護(hù)電動(dòng)機(jī)的

11、額定電流。若電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)（超過5s），熱元件的額定電流可調(diào)節(jié)到電動(dòng)機(jī)額定電流的1.11.5倍。對(duì)于正反轉(zhuǎn)和通斷頻繁的特殊工作制電動(dòng)機(jī)，不宜采用熱繼電器作為過載保護(hù)裝置，必要時(shí)可選用埋入電動(dòng)機(jī)繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來保護(hù)。由式2-2可得： 所以，F(xiàn)R1選用T250熱繼電器，F(xiàn)R2選用JRSI-25熱繼電器。2.3.4 斷路器的選用空氣開關(guān)也就是斷路器，在電路中作接通、分?jǐn)嗪统休d額定工作電流，并能在線路和電動(dòng)機(jī)發(fā)生過載、短路、欠壓的情況下進(jìn)行可靠的保護(hù)。其選型原則如下：（1） 斷路器的額定電壓必須大于或等于線路的工作電壓。（2） 斷路器的額定短路通斷能力線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流。（

12、3） 斷路器的額定電流線路的負(fù)載電流。（4） 漏電斷路器的額定漏電動(dòng)作電流必須2倍的線路業(yè)已存在的泄漏電流。（5） 斷路器末端單相對(duì)地短路時(shí)能使選用B、C、D型瞬時(shí)脫扣器的開關(guān)動(dòng)作，對(duì)于不同類型的負(fù)載（用電設(shè)備）選用不同的瞬時(shí)脫扣器和相應(yīng)的電流等級(jí)的產(chǎn)品。（6） 在裝漏電保護(hù)器之前必須搞清原有的供電保護(hù)型式，以便判斷是否可以直接安裝或需改動(dòng)。（7） 有進(jìn)出線規(guī)定的產(chǎn)品必須嚴(yán)格按要求接線，進(jìn)出線不可反接。綜合以上因素考慮，則本設(shè)計(jì)選用DZL25斷路器2.4 電機(jī)的保護(hù)本設(shè)計(jì)中通過采用三個(gè)PTC熱敏電阻內(nèi)置于電動(dòng)機(jī)定子繞組內(nèi)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定子繞組內(nèi)溫度，溫度開關(guān)兩端引致PLC相應(yīng)輸入端。溫度開關(guān)

13、為雙金屬片結(jié)構(gòu)，正常工作時(shí)觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)(具體見第四章溫度開關(guān)介紹)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過熱時(shí)，任一個(gè)PTC熱敏電阻溫度達(dá)到額定斷開溫度時(shí)，電阻值急劇上升，溫度開關(guān)的雙金屬片觸點(diǎn)斷開， PLC機(jī)溫檢測(cè)輸入端斷開，PLC立即切斷電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器； 保護(hù)電機(jī)繞組、軸承、電容器等易發(fā)熱器件。溫度開關(guān)額定斷開溫度也即是欲控制電動(dòng)機(jī)定子繞組最高溫度參考設(shè)置為90。另外，采用斷路器和熔斷器用于電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)。第三章 系統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖3-1 集水井排水裝置的自動(dòng)控制原理流程圖3.2 控制系統(tǒng)的工作原理可編程控制器進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，先檢測(cè)各狀態(tài)量和通過A/D模塊檢測(cè)水位變送器傳送的水位信號(hào)，如發(fā)現(xiàn)某一

14、事故則作對(duì)應(yīng)的事故處理，如果發(fā)現(xiàn)LCU傳送的手動(dòng)開和停泵的信號(hào)，也作對(duì)應(yīng)的處理。為了準(zhǔn)確可靠的工作，PC對(duì)水位的檢測(cè)通過開關(guān)量輸入和A/D采樣對(duì)節(jié)點(diǎn)式和模擬量輸出的水位信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)兩水位信號(hào)都是大于工作泵啟動(dòng)水位時(shí)，則置M1 =1，當(dāng)水位不小于備用泵啟動(dòng)水位時(shí)，則置M2 =1，當(dāng)水位不大于水泵停止水位時(shí)，則置M1=M2=0。M1和M2中間繼電器狀態(tài)如表3-1所示。表3-1 M1和M2中間繼電器狀態(tài)圖備用泵啟動(dòng)工作泵啟動(dòng)停泵M111保持狀態(tài)“0”或“1”0M21保持某狀態(tài)“0”或“1”0自動(dòng)投入：當(dāng)M1 =1，即集水井水位上升到工作泵啟動(dòng)水位時(shí)，則PC發(fā)一開關(guān)量輸出信號(hào)控制工作泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。

15、當(dāng)集水井水位下降到停泵水位（M1 =0）時(shí)，PC發(fā)出信號(hào)控制關(guān)閉水泵電動(dòng)機(jī)。備用投入：當(dāng)M2=1，即當(dāng)工作泵故障或來水量大增，使集水井水位上升到備用泵啟動(dòng)水位時(shí)，PC發(fā)一控制信號(hào)控制打開備用水泵，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)集水井中水位下降到停泵水位時(shí)即M2 =0時(shí)，則PC發(fā)一控制信號(hào)控制備用泵停機(jī)。第四章 PLC控制回路的設(shè)計(jì)4.1 PLC的選擇1、輸入點(diǎn)數(shù)的確定：設(shè)置4個(gè)水位點(diǎn)從高到低依次是過高水位、備用泵啟動(dòng)水位、工作泵啟動(dòng)水位、停泵水位，用到4個(gè)輸入端；電源信號(hào)用到2個(gè)輸入端；泵出口示流信號(hào)、壓力信號(hào)各用到2個(gè)輸入端，潤(rùn)滑水示流信號(hào)用到2個(gè)輸入端，用于電機(jī)運(yùn)行的接觸器KM1、KM2、KM6、KM

16、7，用于電機(jī)三角形降壓?jiǎn)?dòng)的接觸器KM3、KM8，用于閥門電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器KM4、KM5、KM9、KM10用到10個(gè)輸入端，共計(jì)22個(gè)開關(guān)量輸入點(diǎn)。2、輸出點(diǎn)數(shù)的確定：水位指示燈4個(gè)；1號(hào)泵啟動(dòng)/停泵信號(hào)2個(gè)；2號(hào)泵啟動(dòng)/停泵信號(hào)2個(gè)；兩組沖水電磁閥2個(gè)；兩組閥門正/反轉(zhuǎn)及停車信號(hào)6個(gè)；電源指示燈2個(gè)；手動(dòng)指示燈和自動(dòng)指示燈2個(gè)；兩組故障指示燈和蜂鳴器報(bào)警輸出共3個(gè)；總計(jì)23個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)。3、根據(jù)以上分析選用FX2N-48MR-001，共24個(gè)開關(guān)量輸入端，24個(gè)開關(guān)量輸出端。輸入點(diǎn)余出2個(gè)可用于主備水位計(jì)各自輸入端，亦可作為余量。FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型PLC，內(nèi)置

17、用戶存儲(chǔ)器8Kb，可擴(kuò)展到16Kb，最大可擴(kuò)展到256個(gè)I/O點(diǎn)，可有多種特殊功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)多種特殊控制功能（PID、高速計(jì)數(shù)、A/D、D/A、等）。有功能很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集。通過通信擴(kuò)展板或特殊適配器可實(shí)現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接。4.2 I/O端子分配及接線圖PLC外部端子接線圖如圖4-1所示：4.3 梯形圖程序設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)工藝和控制要求，依據(jù)I/O端子分配，在梯形圖程序中設(shè)置了相應(yīng)的程序段功能模塊，設(shè)計(jì)梯形圖如圖4-2所示。圖4-2 PLC梯形圖4.4 語(yǔ)句指令表表4-1 排水泵控制參考程序表地址指令數(shù)據(jù)說明地址指令數(shù)據(jù)說明0LDX0工作泵啟泵水位52ANIT71ORM1機(jī)組潤(rùn)滑水供應(yīng)53OUT

18、Y10電鈴（響5s停2s）2ANIM354LDT73LDM155OUTT84OUTT256SPK205SPK30延時(shí)3s57LDX20閥門1電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)6ANDT258ORY117OUTT159ANIX21停車8SPK1230延時(shí)123s60ANIX10閥門1電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)9OUTY0啟動(dòng)工作泵電機(jī)61ANIY1210ANIT162OUTY1111OUTY4切斷潤(rùn)滑水供應(yīng)63LDX1012LDX1備用泵啟動(dòng)水位64ORY12 13ORM2潤(rùn)滑水供應(yīng)65ANIX2114ANIM466ANIX2015LDM267ANIY1116OUTT368OUTY1217SPK30延時(shí)3s69LDX11閥門2電動(dòng)機(jī)正

19、轉(zhuǎn)18ANDT370ORY1319OUTT471ANIX12停車20SPK1230延時(shí)123s72ANIX13閥門2電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)21OUTY2啟動(dòng)備用泵電機(jī)73ANIY1422ANIT474OUTY1323OUTY5切斷潤(rùn)滑水供應(yīng)75LDX1324ANIX2停泵水位76ORY1425OUTM377ANIX1226OUTM478ANIX1127LDX379ANIY1328OUTY6電源指示燈80OUTY1429LDY081LDX14切換泵信號(hào)30OUTY7工作泵運(yùn)行指示燈82OUTY131LDY283LDY132OUTY20備用泵運(yùn)行指示燈84ANIT133LDX4接觸器故障85OUTT134OR

20、M5啟動(dòng)超時(shí)86SPK1440定時(shí)144s35OUTY21故障指示燈87LDT136LDM188OUTC1計(jì)時(shí)600次37ANIX589LDC138OUTT590OUTY2啟動(dòng)備用泵39SPK480延時(shí)48s91RSTC1復(fù)位40ANDT592OUTY0關(guān)閉工作泵41OUTM593LDY242LDM294ANIT243ANIX695OUTT244OUTT696SPK144045SPK480延時(shí)48s97LDT246ANDT698OUTC247OUTM599LDC248LDX7報(bào)警水位100OUTX1449ANIT8101RSTC250OUTT7102OUTY2關(guān)閉備用泵51SPK50103END4.5 設(shè)備清單表4-1 設(shè)備清單表序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1接觸器CJ20-2