1、電氣專業技師核心技術專題研修作品使用說明技師核心技術專題研修作 品 使 用 說 明 書 作品名稱 水庫滲漏池設計說明書專業班級 學生姓名 學 號 指導教師 寧波技師學院電氣技術系二零一一年二月二十四日目 錄1引言12總體設計22.1設計思路22.2設計要求22.3設計方案22.3.1本設計根據要求設計如下：23硬件設計33.1 S7-200 CN系列CPU226 CN PLC控制系統33.2美克智能變送儀表33.3溫濕度控制器53.3 PU阻燃管63.6磚機自控系統所需設備及地址分布63.7硬件排布、安裝接線圖83.7.1元器件排布圖83.7.2硬件接線圖104軟件設計154.1 PLC程序設

2、計154.1.1泵機選擇程序設計164.1.2報警程序設計185制作和調試205.1 控制柜的制作205.1.1控制柜制作的要求205.1.2 現場安裝205.1.3負責項目205.2 控制柜的調試205.2.1硬件調試215.22軟件調試215結論22致謝23參考文獻24附錄1元器件排布圖25附錄2 器件清單表27附錄3地址分布表28附錄4 接線圖29附錄5 PLC程序34 3電氣專業技師核心技術專題研修設計說明書 1引言水庫工程的自動化系統,一般設有水情自動測報、大壩滲漏池安全監測自動化、閘門監控、大壩安全監測自動化、通信和管理信息系統等項目。近年來,國家對大中型水庫進行了一系列的除險加固

3、工程和自動化改造。隨著主體工程的實施,對其自動化系統進行了新建和更新改造,配置了比較完善的工程管理自動化系統。水庫工程的自動化系統,與水電廠的自動化系統相類似,但又具有其本身的特點。水電廠的自動化側重于發電廠的監控,水庫工程的監控重點在于溢洪道、大壩滲漏池安全監測等方面的遠方控制和自動控制。水庫工程監控的控制位置分散、輸入/ 輸出( I/ O) 量較小,但可靠性要求高。水電廠的對外網絡針對電力系統,水利工程的管理信息系統與對外網絡的聯系,主要是與于水利主管單位和防汛指揮部門的聯系。水庫自動化系統的設計,是針對項目規模和自動化需求,適合水利工程的特點,分門別類、因地制宜地選擇適當的自動化分系統設

4、置、通信方式和網絡形式,以適應主體工程的需求。本設計水庫部門原滲漏池使用繼電線路控制的老式控制方式，由于繼電線路控制,存在結構復雜,體積大,故障率高,通用性差且控制精度不高等問題,嚴重影響了水庫大壩安全，在雨水季節，常常發生控制失靈，而且沒有報警，造成了很嚴重的設備損失，長久以往對大壩壩體也會產生很大的損害。本次系統使用PLC控制，通過傳感器等部件的結合使系統結構簡單、故障率低、通用性差且控制精度高，還設有報警，當發生故障時可以及時通知工作人員，減少損失。通過本課題的設計和制作，鞏固和加深了對傳感、PLC等方面知識的學習與掌握，加強了設計能力和動手能力。對所涉及領域有進一步了解，使自身的綜合能

5、力得到了提高。2總體設計2.1設計思路本設計是以可編程控制器為核心，通過用MPM460W型多功能智能液位變送控制器作模擬量模塊數據接受轉換和顯示，來達到設備精確自動化運行。運行時操作人員通過轉換開關來選擇手/自動或停止， PLC會根據接收到的信號選擇手動運行或自動運行，并做好手/自動連鎖保護，在選擇手動運行后，可以通過按鈕來控制泵機的運行，以上各功能是PLC通過讀取執行元件的信息用程序做出合理的控制安排，反饋到執行元件和操作系統，來實現全自動滲漏池檢測排水系統。整個系統分為檢測、選擇、啟動、報警、顯示四部分組成，本系統還具有雷擊保護和防濕去霧保護。2.2設計要求 按要求需要完成程序的設計和調試

6、：1.本設備需具備在潮濕、頻繁啟動、長久運行的場合并具備良好的報警顯示功能；2. 本系統可分為手/自動功能，在自動運行時可以根據不同的水位自動選擇運行，當發生故障或險情的時候3.在全自動功能的前提下，當水位到達或超過底層C點時，泵機1啟動運行排水；當水位達到或超過B點時，泵機2和泵機1同時啟動運行；當水位達到或超過A點時，泵機1.2.3全部啟動運行排水；4.由于本系統運行在頻繁啟動、長久運行的場合，所以每次啟動的泵機必須是運行次數最少的泵機。5為了系統操作安全，不僅在程序中設有聯鎖保護，在硬件上也設有限位保護、過載保護等相應保護；2.3設計方案2.3.1本設計根據要求設計如下：1.本控制系統主

7、要由PLC控制和傳感器控制兩部分組成，PLC控制由檢測、選擇、啟動、報警、顯示四部分組成，并設有手、自動檔選擇實現兩種控制方式。為了操作方便，設計用轉換開關選擇手/自動操作，在PLC程序中做好各個控制塊的聯鎖等保護。本設計是使用在水庫需要高安全性的工作環境。根據工作環境還具有防濕，防雷等的保護。3硬件設計該磚機系統電氣硬件包括以下部件：電器控制柜、開關電源、西門子PLC（s7-200CN）、模擬量模塊（H2u-2DA）、美克智能變送儀表、溫濕度控制器、立桿干簧式浮子液位信號器、電源線、通訊電纜等。3.1 S7-200 CN系列CPU226 CN PLC控制系統PLC是近年來發展極為迅速、應用極

8、為廣泛的工業控制裝置。它將傳統的繼電器控制技術、自動化技術、計算機控制技術和通信技術融為一體專門為工業控制而設計，具有可靠性高、功能強、編程簡單、使用方便、環境適應性好以及體積小、功耗低等特點；具有基本控制功能、步進控制功能、模擬控制功能、定位控制功能、網絡通信功能、自診斷功能、顯示監控功能等，可以滿足對工業生產進行監視和控制的絕大多數場合的需要。PLC最常用的語言是面向控制的梯形圖語言，它采用了與實際電器原理圖非常接近的圖形編程方式，易學易用。本系統采用的西門子PLC（s7-200CN）集成24 輸入/16 輸出共40 個數字量I/O 點。可連接7個擴展模塊，最大擴展至248 路數字量I/O

9、點或35路模擬量I/O 點。26K 字節程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz 高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID 控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能。可完全適應于一些4 復雜的中小型控制系統綜上所述：在經過價格對比、廠方要求等因素，這次課題設計制作中選用的西門子PLC（s7-200CN）3.2美克智能變送儀表MPM460W 型多功能智能壓力/差壓/液位變送控制器可適用于露天

10、及現場環境比較惡劣的場合，對現場壓力、差壓、液位進行精確測量和控制，是一種能夠以RS485 總線形式組網，同時需要實時顯示現場測量值，并向其他設備提供標準模擬信號或提供接點控制信號的智能化多功能產品。該產品可廣泛應用于化工、冶金、給排水、電廠、海洋、環境保護、航空、計量、科研等領域，實現壓力、差壓、液位信號的測量、傳輸、顯示和控制。一、特點·RS485半雙工通訊接口，能夠進行數據信號傳輸和遠程調校，方便組網，易與無線MODEM 接口，實現數據無線遠傳；·感壓部分分別采用擴散硅壓阻式壓力、差壓敏感元件，采用非線性數字修正技術進行補償，產品精度高；·變送控制器經過嚴格

11、測試和篩選，性能可靠，電子殼體采用鑄鋁件，整機防護等級達到IP65；·現場可通過按鍵手動調校和進行參數設置，操作方便；·LED測量值顯示和狀態信息顯示；·可提供最多五路壓力控制接點；·產品系列形式多樣，有多種壓力接口和標準輸出信號供選擇，靈活方便。二、性能指標 測量范圍：表壓01200mH2O過載壓力：1.5倍滿量程壓力 傳感器部分外殼防護等級為IP68輸出信號： 模擬量420mADC，010/20mADC 或0/15VDC；數字量RS485精 度： ±0.25%FS（典型）； ±0.5%FS（最大）零點溫度漂移：±0.03

12、%FS/（100kPa） ±0.02%FS/（100kPa）滿度溫度漂移：±0.03%FS/（100kPa） ±0.02%FS/（100kPa）長期穩定性： ±0.5%FS/年繼電器接點控制數目：1點5點負載能力： 240V/3A（AC）或30V/5A（DC）觸點壽命： 100000次顯示部分： 4位0.56英寸LED數據顯示，顯示范圍：-199999994位0.36英寸LED狀態信息顯示供電電源： 220VAC±15%或220VDC或24VDC最大功耗： 3.5W環境溫度： -1060 振動頻率：(0300)Hz介質溫度： -1080 加 速

13、 度：3×9.81ms-2存貯溫度： -40125 沖 擊：10×9.81ms-2壓力接口：不銹鋼1Cr18Ni9Ti 隔離膜片：不銹鋼316L電子殼體：鋁合金 密封方式：氟橡膠或全焊接接口形式：標準型MPM460接口為M20×1.5外螺紋，標準型MDM460接口為G1/4內螺紋標準型MPM460W，其傳感器部分與MPM316W型投入式液位傳感器相同三、安裝方式:如圖3-1所示液位控制儀接線圖3-13.3溫濕度控制器TDK0302型溫濕度控制器選用高可靠性電腦芯片, 高精度測溫濕傳感器, 以智能化軟件控制技術組合而成。 TDK0302型控制器具有抗干擾能力強、控制

14、方式靈活, 能根據不同的溫濕度控制需要可對溫濕度上下限、控制回差、控制方式分別進行設定, 因而可適應絕大多數溫濕度監控需要。可用在工業、農業及糧庫等控制. 實物如圖3-1所示一、主要功能 一路凝露，一路溫度實數 顯精密控制。按鍵設定控制值，自動控制相應負載來調節環境的溫度和濕度 二、技術參數 電源電壓：AC220V, 50-60HZ 控制輸出：5A，250VAC（阻性負載） TDK0302型溫濕度控制器3-2 顯示器件：LED顯示 設定溫度：-55125 設定濕度：099.9%RH 設定回差：溫度09.99，濕度19.99%RH 精 度：溫度±5，濕度±4%RH 控制方式：

15、上限、下限 環境溫度：-10至70 環境濕度：45至85%RH 機械壽命：最少3000，000次 體 積：72×72×112mm3 三、安裝方式: 面板式、開孔尺寸67.5×67.5mm2 3.3 PU阻燃管PU阻燃管適用于工業、農業、食品、醫藥、土木工程、漁業、養殖業、園林灌溉等領域一般工作壓力的液體輸送。如：氣動管、液壓管、花園水管、輸油、輸水管道、石油勘探管、噴砂管、蠕動泵軟管，工業機器人、氣動工具、裝配廠氣壓工具、帶壓輸送管道。 阻燃管實物圖3-3一、特性：采用TPU材料生產的軟管具有抗拉伸、張力強、撕裂強度高、耐磨損、耐折曲、耐穿透、耐低溫、耐水解等性能

16、，并具有很好的回彈性且使用壽命長。本品不含增塑劑，無毒無味，是一種高性能環保型軟管。是PVC、橡膠軟管的最佳替代產品。類型：聚酯型TPU軟管、聚醚型TPU軟管、聚己內酯型TPU軟管、低成本TPU軟管輸送介質：化學液體、研磨劑、食物與飲料、油、水、氣適用溫度：-3590硬度范圍：70A98A 1.具有極好的柔軟性，彎曲半徑小；良好的抗震性;質輕；工作溫度及工作壓力范圍寬。 2.具有極好的化學性能，壓力損失極小；硬度恒定，使用壽命長。 3.無毒，無味。 4.可按需定制顏色，易于管路識別。 5.符合ROHS環保要求。  3.6磚機自控系統所需設備及地址分布壩體滲漏池自動控系統的硬件配置為一

17、個就地控制柜，就地控制柜選用西門子s7-200作為控制器，還配有相關附件如傳感器、液位儀、溫濕度控制器等，用以就地實時顯示控制參數。西門子s-200為西門子PLC控制程序的開發工具。表2.1列出了壩體滲漏池自動控系統就地柜所需要的硬件設備。濾池就地柜內的所有設備，包括PLC和開關電源、西門子PLC（s7-200CN）、模擬量模塊（H2u-2DA）、美克智能變送儀表、溫濕度控制器、立桿干簧式浮子液位信號器、電源線等等，均放置在1個機柜內，具體器材如表3-1所示壩體滲漏池自動控系統元器件清單名稱型號符號數量(件）空氣開關C65 C4/30A AC380ZK1-ZK33C65N-2P/5.5A11Q

18、A-15QA5SIEMENS 5X52C10 2P/DC24VQA1-QA33交流接觸器A30-22，AC220V3級2開2閉輔助觸點1KM-3KM3熱繼電器T25 15/22A1KTH-3KTH3中間繼電器OMRONMY4NJ 帶PTEF 底座1-4js 1-8k12開關電源S-145-24VDY1接線端子DZP6m20接線端子DZP1.5m46按鈕開關LA39-11R1QA-3QA3按鈕開關LA39-11G1TA-3TA3轉換開關LW12-16/4.5 3T1QK-3QK3指示燈AD16-22B/Y311UB-3UB 紅、黃、綠3電壓表69L17 AC500U1-U33艾美克水位控制儀MP

19、M460W RS4851DC24V1阻燃管直徑32mm 6米 內設傳感器探頭PVC1溫濕度控制器TDK0302LA AC220配DRJ100W型加熱器EM1可編程控制器S7-200 CPU226 DC24V1立桿干簧式浮子液位信號器不銹鋼材質 2.5米FZXH1AC220電源浪涌保護器EA9L209F230 20KA IP+N1EA9L1雷電隔離器PRI12-48VPRI1導線2.5m110m1導軌22線槽4045（mm)15M滲漏池自動控系統元器件清單表3-1滲漏池自動監控泵機系統名稱地址備注起主泵I0.0起備泵I0.1停泵I0.2水位高I0.3一號泵運行信號I0.4二號泵運行信號I0.5三

20、號泵運行信號I0.6起一號泵Q0.0起二號泵Q0.1起三號泵Q0.2超時未運行Q0.5 PLC地址表3-23.7硬件排布、安裝接線圖3.7.1元器件排布圖本設計根據柜子實際尺寸，元器件的大小等等進行統計，對硬件排布設計如圖3-4、3-5、3-6所示硬件排布圖3-4硬件排布圖3-5硬件排布圖3-63.7.2硬件接線圖 硬件接線圖3-7硬件接線圖3-8硬件接線圖3-9硬件接線圖3-10硬件接線圖3-11硬件接線圖3-12硬件接線圖3-13硬件接線圖3-14硬件接線圖3-14硬件接線圖3-154軟件設計本設計根據廠方的要求結合實際，整個系統主要由PLC程序、傳感器組成。在設計制作好后結合實際情況在調

21、試添加所需功能。4.1 PLC程序設計PLC程序主要由檢測、選擇、啟動、報警、顯示四部分組成，在各個程序中都設有相應的內部程序連鎖保護。本系統各分塊功能可單獨手動控制但主要還是相互配合自動運行。總體流程圖設計如圖4-1所示圖4-1總體流程圖4.1.1泵機選擇程序設計本系統用水位傳感儀把水位分成A、B、C三個檔位，當水位到達A點時啟動一臺泵機，當水位到達B點時啟動兩臺泵機，當水位到達C點時啟動三臺泵機，每次啟動都是啟動次數最少的泵機，當水位低于A點的最低值時，泵機全部停止啟動。泵機選擇程序流程圖如4-2所示泵機選擇程序流程圖4-2根據流程圖設計步驟經過多次調試修改后泵機選擇程序如圖4-3、4-4

22、、4-5所示泵機選擇程序4-3泵機選擇程序4-4泵機選擇程序4-5 為了防止PLC出現錯誤，結合繼電線路本系統的操作有兩種控制方式，一種是繼電線路控制，一種是PLC控制。PLC控制主要是結合水位儀的水位地址和立桿干簧式浮子液位信號器結合當水位到達某個點時自動選擇相應的泵機和數量啟動。4.1.2報警程序設計 由于本系統是在水庫這種安全性質要求特別高的場合，所以在設計中我們使用了兩種報警，一種是軟件程序報警，一種是水位儀設備自身所帶的報警系統。軟件程序報警主要是根據泵機的延時判斷它是否啟動來達到報警的效果。報警程序流程圖如4-6所示報警程序流程圖如4-6所示根據流程圖設計步驟經過多次調試修改后報警

23、程序如圖4-7、4-8、4-9所示報警程序4-7報警程序4-8報警程序4-9報警程序主要有Q0.5來輸出報警信號，然后用電纜線把信號輸送到水庫總控制室來提醒水庫工作人員，及時維修。5制作和調試5.1 控制柜的制作5.1.1控制柜制作的要求1根據磚機的總體尺寸，設計好可移底架，并安裝到位。 2根據元器件的安裝的需要，對電器柜進行切割、鉆孔、打磨。3根據所需要的接線通孔，在電器柜打好需要的連接孔。4在電器柜的構架上安裝好元器件、線槽，并安裝好磚機動作部件的接線。5把傳感器接線用電纜線與電器柜相連。5.1.2 現場安裝 1.根據現場實際情況設計安裝橋架2.根據滲漏池實際深度安裝調試液位傳感器5.1.

24、3負責項目1主電路的接線，根據控制電路、控制柜的用線顏色的不同和接線端子的連接。 2根據水庫要求和流水量，設計相應的程序。3接完之后根據圖紙測量各個接線點是否正確，并與控制柜相連接，進行總體的調試，對出現的問題進行討論與分析，并及時排除。5.2 控制柜的調試總的調試過程可分成冷態調試和上電調試這兩部分組成，冷態調試在制作過程中就可開始執行調試，那么在最后的硬件調試中就會變得簡單很多，而且冷態調試可防止PLC等重要部件損壞；上電調試是中軟件調試整個系統的重中之重，傳感器、液位儀與PLC的地址對接、各分塊的調試、參數的設置調試、前后步連接調試、總的程序運行調試等每一分塊都有不同的難點，所以在所有工

25、作都完成后在集中完成軟件調試。5.2.1硬件調試首先接上380V電壓，用萬用表查看其電壓值是否合理。通電正常后，查看開關電源是否正常。正常以后要考慮到是工廠里的設備，調試時的地線一定要接上，否則電源可能會虛地。其次是查看PLC、溫濕度控制器、水位控制儀是否正常工作。接線是否合理，元件是否到位，主電路是否有錯誤等最后的檢查。最后向PLC里面輸入程序，比例放大器的設定，準備軟件調試。5.22軟件調試軟件調試主要分成單步調試、連接調試、總體調試這三塊來完成。這三塊調試中最簡單是總體調試，最難的是單步調試，在調試時水位設置和電機選擇是整個系統的要點。整機開始調試時，泵機控制基本上沒問題，調到水位和報警

26、輸入時，由于一些參數調的不準確，使泵機控制時，次數和優先啟動出現了很大。經過多次的調試和修改參數，才達到要求。5結論在這次的課題設計中，學到了PLC、模擬量模塊、比例放大器和觸摸屏的綜合應用，運用了許多PLC的功能指令，最后利用通信，大大減少了外部設備的接線，更加靈活的運用了PLC觸摸屏來控制PLC。其次用到傳感器、溫度儀等特殊模塊，通過它把采集來的數據進行設備控制。通過這次課題設計，擺脫了單純的理論知識學習，結合實際運用，鍛煉了本文的綜合所學專業基礎知識，同時也提高查閱文獻資料、編程手冊以及電腦制圖等其他專業能力水平，在能力上得到了鍛煉，經驗得到了豐富，在設計當中也遇到了許許多多的問題，但是

27、最后還是通過在指導老師及同學的幫助下解決了，在解決問題的同時還提高了自身的自學能力和理解能力。只有發現問題面對問題才有可能解決問題，自身的不足不會給打擊只會更好的鞭策我前行，望今后的工作和學習更加努力。致謝在做課題設計期間，無論是確定設計方案，收集資料。還是實物制作，撰寫論文，我們都得到了指導老師的全力幫助和耐心指導，在此我特向指導老師章曉通老師表示最崇高的敬意和由衷的感謝。另外在設計過程中還得到了同學的大力幫助，在此表示感謝，我將在接下來的制作調試中繼續努力，不斷學習。在不久的將來努力成為一名優秀的電氣工程師。借此機會向所有老師表示最衷心的感謝！同時也感謝學院為我提供良好的做畢業設計的環境。參考文獻1.襲仲華 史建成編著 三菱FX/Q系列PLC應用技術M 北京人民郵電出版社2006年2.劉美俊編著 可編程控制器應用技術M 福建科學技術出版社 2006年3.張萬忠 周淵深編著 可編程控制器應用技