旋轉式濾水器控制系統(tǒng)設計PLCS7-200要點

1、內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 容，根據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，給電廠安全經濟運行造成困難，機組人員需經常進行人工清理，不但造成經 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，

2、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

3、 11謝辭 . 12附錄 . 13附錄一 13附錄二 14附錄三 15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(lián)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

4、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(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。定時白控手動控制故障顯示超壓報警停車驅動益電動閥門 控制器差壓變送器濾水器 電動機液壓泵啦動機旋轉式濾水器土壓力傳感器仝E水口-1 -圖1-1旋轉式濾水器控制框圖1.2 控制要求(1) 手動調試和檢修 SA1手柄指向左45o時，接點SA1-

5、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)調試和檢修。(2) 人工除雜排污SA1手柄指向右45o時，接點SA1-2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： 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

6、水口產生的壓力差高 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，差壓控制器內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

7、水器電動機同步運行。(8) 除雜排污閥門的電動裝置內設三相交流異步電動機380V/6 0W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: 丫系列，AC380V 1.5 kW，6極；液壓泵電動機 M2 丫 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，電感性電接點輸出：AC220V 1A。3) 指示燈 HL ：10mA， DC24V。4) 電鈴 HA： 8W，

8、 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?？?結構如圖 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、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

9、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(huán)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。2. 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，

10、排污單元內水流改變方向，從環(huán)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。網芯單元的沖洗時問，即：排污時間，可根據實際情況自由設定。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。- 3 -第3章電氣控制系統(tǒng)設計3.1 主電

11、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Ml 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。- 7 -圖3-1 旋轉

12、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

13、號。差壓變送器測量范圍為0.3 0.8MPa可調，電感性電接點輸出： AC220V,1A6）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(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。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

14、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 1.5kW 電動機選擇自動開關 QF脫扣電流I QF：Iqf= 1.7I n=1.7 X 3A= 5.1A 5A,選用 I qf= 5A 的斷路器。熔斷器FU熔體額定電流IFU。以濾水器電動機為例，Ifu > 21 N = 2 X 3A= 6A,選用 6A的熔體。其余熔體額定電流的選擇，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

15、根據設計要求，共有19個I/O接口，其中10個輸入接口，9個輸出接口。根據S7-200 系列的技術指標選擇型號為 CPU224勺PLC CPU224的用戶存儲空間為4096字，用戶數(shù) 據為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。220V沁PRHL1HL2 HL3 丄HL占 HA HL5（X）® ® （T &SB

16、1S62EAS&3 EASB4 SQ1H、SQ2KP1L 0.00 1 0 2 0.3 * 2L OX 0.5 0.6 3L 0.7 1.0 1.1 ® N L1CPU224IM 0 0 0.1 0 203 0.4 0 5 0.6 0 7 2M 1.0 1 1 1.2 13 14 IS M L +圖4-1 旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的PLC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2SA1-210.1人工除雜排污控制

17、轉換開關3SA1-010.2自動除雜排污轉換開關4SB110.3手動開電動閥按鈕5SB2I0.4手動關電動閥按鈕6SB310.5手動開濾水器、液壓泵按鈕7SB410.6手動關濾水器、液壓泵按鈕8SQ110.7電動閥打開限位開關9SQ2I1.0電動閥關閉限位開關10KP11.1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手動控制扌曰示燈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

18、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）-# -5.1程序流程圖第5章 PLC程序設計開始結束-9 -5.2 PLC 程序梯形圖 詳見附錄四。5.3 PLC 指令表 詳見附錄五。- 13 -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

19、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

20、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)定的時間內按時完成了任務，但是，由于知識和經驗的欠 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，

21、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！附錄一蟹旋轉式濾水器控制系統(tǒng)主電路圖附錄一：旋轉式濾水器控制系統(tǒng)主電路圖-15 -附錄二：旋轉式濾水器控制系統(tǒng)的PLC控制電路圏控制電路圖# -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1SA1-1I0.0手動控制轉換開關2SA1-210.1人工除雜排污控制轉換開關3SA1-010.2自動除雜排污轉換開關4SB110

22、.3手動開電動閥按鈕5SB210.4手動關電動閥按鈕6SB3I0.5手動開濾水器、液壓泵按鈕7SB410.6手動關濾水器、液壓泵按鈕8SQ110.7電動閥打開限位開關9SQ2I1.0電動閥關閉限位開關10KP11.1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手動控制扌曰示燈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

23、.0除雜排污次數(shù)顯示（5位）-19 -附錄四：PLC程序梯形圖塊；罐轉式逹蟲鶴PM程庫作去：趙光裕創(chuàng)建時仙， 2011. )2.08 M:的汕7 修改時間】 201L込的 I9：3l42趙光裕窿轉式濾水器卩【”匸程虜(0B1)-# -趙址曲窿轉式濾水弱卩【.匸程呼MO. 0T39ThTTAV1LI16000-PT血tMU0. 3()g &)網瘩10用差除雜心動各電機M0.310. 7Q0.0T I/I()網輅11趙時報書呼札丁曲M0. 3MLORtt U饒區(qū)也蚤各電百園電M0. 0MO. 1ILO00, IPI()附錄五：PLC指令表19 -趙光裕/旋轉弍濾水器PLC程序（0B1塊：謎

24、轉式濾水器PLC程序作者：趙光裕創(chuàng)建時間* 2011. 12.08 14:29:07 修改時間 | 2011. 12.08 19:14:37鏈轉式濾水器PLC -趙光裕網絡1 手動調試和隹修電動閥控制s D p ldlpaflraflp4 0 1 3 o 1 o o T1 T1 Q Q網絡2 手動除雜捋污消試與検修的濾水器、沙壓泵控刮在此1 O 56 2 4 mIO.gIaQO.Qo.s pu OLPA.AN=1J=LD11.1=M0.0網絡4SA1-2模式下濾水機.沒壓泵開啟唯一變化的污電動閥LD10.2ANM1.0Q0.2=MO. 1網絡5定時自動除雜除雜心動定時X s X pLDALP心TOLPXM0.0MO. 1T38T37, 30000Q0.56熱污停止定時LDT37ANT3STOIT38P6000網絡7屯動閥宦時開啟LDT37AN10.7=Q0.0Hfe 8電動閥定時關閉LDT3S1L000.1廚絡9壓差自動除朵壓壟除潢定時LDMO.OT0T39, 6000=M0.3二Q0. 6W 10壓差除朵總動齊啦機LD販310.7=:Q0.0M« 11領時報警呼機LDT39AM0.3=ML 0=00.7O 1 O 1 gilo.nQO.A