1、 . 課程設計(論文)題 目名稱 旋轉式濾水器電氣控制設計 課 程 名 稱 PLC原理與其應用 學院課程設計（論文）任務書年級專業11電氣工程與其自動化學生學號題目名稱旋轉式濾水器電氣控制設計設計時間2013/11/11 -2013/11/22課程名稱PLC原理與應用課程編號121200107設計地點數字控制與PLC實驗室（306）一、 課程設計（論文）目的PLC原理與應用課程設計是電氣工程與其自動化專業領域重要的實踐環節之一，主要以小型實用性PLC控制系統的軟、硬件設計為主。課程設計的目的和任務：全面熟練掌握PLC的硬件組成以與各種指令的應用，使學生掌握小型PLC應用系統設計的步驟，熟悉和掌

2、握PLC開發系統的應用和軟件調試過程，通過設計過程中對故障的分析、判斷、檢修進一步鍛煉和培養學生的動手能力。二、 已知技術參數和條件(1) 手動調試和檢修 SA1手柄指向左45º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

3、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。(5) 超壓停機 旋轉式濾水器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，雖然進行了除雜排污，但是進、出水口的壓力差仍然未能降到正常值，差壓控制器微動開關長時間動作（810min），需要立即停車，并發出聲光報警。(

4、6) 計數功能 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（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 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、反相運行實現開閥、關閥功能。(9) 其他 必要的電氣聯鎖與保護，受控對象運行狀態顯示等。(10) 相關參數1) 濾水器電動機M1：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

5、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，AC220V。11) 控制信號說明見表1。表1 控制信號說明 輸 入輸 出文字符號說 明文字符號說 明SA1-1手動控制轉換開關KM1開電動閥接觸器SA1-2人工除雜排污控制轉換開關KM2關電動閥接觸器SB1手動開電動閥按鈕KM3濾水器、液壓泵運行接觸器SB2手動關電動閥按鈕HL1手動控制指示燈SB3手動開濾水器、液壓泵按鈕HL2人工除雜排污指示燈SB4手動關濾水器、液壓泵按鈕HL3定時自

6、動除雜排污指示燈KP差壓變送器信號HL4差壓自動除雜排污指示燈KM1開電動閥信號HL5故障指示燈KM2關電動閥信號HL6開電動閥指示燈KM3濾水器、液壓泵運行信號HL7關電動閥指示燈FR電動機過載信號HL8濾水器、液壓泵運行指示燈SQ1電動閥打開限位開關HA報警電鈴SQ2電動閥關閉限位開關H除雜排污次數顯示（5位）三、 任務和要求1根據控制要求，進行旋轉式濾水器電氣控制系統硬件電路設計，包括主電路、控制電路與PLC硬件配置電路；2. 運用功能指令進行PLC控制程序設計，并有主程序、子程序和中斷程序；3根據控制要求，編制旋轉式濾水器控制PLC應用程序，利用模擬開關板調試程序，模擬運行。4. 程序

7、結構與控制功能自行創新設計；5. 進行系統調試，實現自動售貨機的控制要求。6按照要求書寫課程設計報告。注：1此表由指導教師填寫，經系、教研室審批，指導教師、學生簽字后生效；2此表1式3份，學生、指導教師、教研室各1份。四、參考資料和現有基礎條件（包括實驗室、主要儀器設備等）實驗室有EL型PLC實驗系統4套，FX2N系列實驗裝置8臺，以與相關的軟件。 FX2N系列、S7系列產品說明書；FX2N系列實驗裝置實驗指導書；五、進度安排2013年11月11日-12日：收集和課程設計有關的資料，熟悉課題任務何要求2013年11月13日-14日：總體方案設計2013年11月15日-16日：外部接線圖2013

8、年11月17日-18日：T形圖設計2013年11月19日-20日：系統調試改進2013年11月21日：整理書寫設計說明書2013年11月22日：答辯六、教研室審批意見教研室主任（簽字）：年月日七、主管教學主任意見主管主任（簽字）：年月日八、備注指導教師（簽字）：學生（簽字）：摘 要目前，我國部分水電廠還采用傳統的老式濾水器，由于設計落后、自動化程度低，污物不能有效排除 。特別是夏季暴風雨季節，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。水電廠濾水器的正常運行是保證水電廠技術供

9、水系統設備安全運行的一項重要容，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運行可靠的保證,本文討論的用PLC實現的全自動控制旋轉式濾水器主要用于水力發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；自動控制；濾水器；排污目 錄摘 要第一章設計目的與設備控制原理 1 1.1設計目的11.2設計原理與其原理

10、圖11.3設備簡介11.4設計要求21.5控制信號說明表3第二章 PLC概述42.1PLC的定義42.2 PLC的組成42.3 PLC的特點4第三章旋轉式濾水器控制系統設計53.1整體結構53.2機械結構53.3電氣控制設計63.31主電流設計63.32交流控制電路設計73.33主要參數計算83.34 PLC電路控制設計 8 3.35旋轉式濾水器控制系統的PLC輸入接口功能表93.4 電路連接實物圖10第四章 程序設計114.1程序框圖設計114.2 由程序框圖得到梯形圖124.3 由梯形圖得到程序13第五章 課程設計總結14參考文獻15第一章 設計目的與設備控制原理1.1設計目的PLC原理與

11、應用課程設計是電氣工程與其自動化專業領域重要的實踐環節之一，主要以小型實用性PLC控制系統的軟、硬件設計為主。課程設計的目的和任務：全面熟練掌握PLC的硬件組成以與各種指令的應用，使學生掌握小型PLC應用系統設計的步驟，熟悉和掌握PLC開發系統的應用和軟件調試過程，通過設計過程中對故障的分析、判斷、檢修進一步鍛煉和培養學生的動手能力。1.2設計原理與其原理圖旋轉式濾水器接入管道系統后，水就會從進水口進入濾水器，過濾后的水從出水口流出，當水中雜質通過網芯時，由于體積大于網芯孔，而被截留在網芯上，當聚積到一定數量時，即造成進水口和出水口有一定壓差。這時可轉動網芯進行自動反沖洗，雜質將會從排污口自行

12、排出。1.3 設備簡介如圖1所示，旋轉式濾水器具有手動控制和自動控制兩種方式，可實現手動調試和檢修，人工除雜排污， 定時自動除雜排污，差壓自動除雜排污，超壓停機，計數功能等多種功能。旋轉式濾水器的工作過程主要有以下兩個部分：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，這時差壓控制器微動開關動作輸出，常開觸點閉合，接通控制系

13、統進行除雜排污。除雜排污后旋轉式濾水器又恢復正常濾水狀態，生 產供水系統安全運行。1.4 設計要求(1) 手動調試和檢修  SA1手柄指向左45º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

14、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。 (5) 超壓停機  旋轉式濾水器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，雖然進行了除雜排污，但是進、出水口的壓力差仍然未能降到正常值，差壓控制器微動開關長時間動作（810min），需要立即停

15、車，并發出聲光報警。 (6) 計數功能  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（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  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、反相運行實現開閥、關閥功能。(9) 其他 必要的電氣聯鎖與保護，受控對象運行狀態顯示等。(10) 相關參數1) 濾水器電動機M1：Y系列，AC380V，1.5 kW，6極

16、；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，AC220V。1.5控制信號說明表表1 控制信號說明輸 出文字符號說 明文字符號說 明SA1-1手動控制轉換開關KM1開電動閥接觸器SA1-2人工除雜排污控制轉換開關KM2關電動閥接觸器SB1手動開電動閥按鈕KM3濾水器、液壓泵運行接觸器SB2手動關電動閥按鈕HL1手動控制指示燈SB3手動開濾水器、液壓泵按鈕HL2人工除雜排污

17、指示燈SB4手動關濾水器、液壓泵按鈕HL3定時自動除雜排污指示燈KP差壓變送器信號HL4差壓自動除雜排污指示燈KM1開電動閥信號HL5故障指示燈KM2關電動閥信號HL6開電動閥指示燈KM3濾水器、液壓泵運行信號HL7關電動閥指示燈FR電動機過載信號HL8濾水器、液壓泵運行指示燈SQ1電動閥打開限位開關HA報警電鈴SQ2電動閥關閉限位開關H除雜排污次數顯示（5位）第二章 PLC概述2.1 PLC定義PLC是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計的。它采用可編程序的存儲器，用來在其部存儲執行邏輯運算，順序控制，定時，計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式的輸入輸出來控制各種類型的

18、機械和生產過程。PLC與其有關設備，都是按易于使工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。2.2 PLC的組成部分PLC主要由CPU模塊，輸入模塊，輸出模塊和編程設備組成。實際上PLC是一種工業控制計算器，它的硬件結構與其它微機控制裝置相似。PLC主要由CPU模塊（中央處理器）。存儲器，輸入輸出模塊（I/O模塊)，編程設備和電源五大部分組成。2.3 LC的特點1） 編程方法簡單易學2） 硬件配套齊全，用戶使用方便3） 通用性和適應新強4） 可靠性高，抗干能力強5） 系統的設計，安裝，調試工作量少6） 維修工作量小，維修方便7） 體積小，能耗低第三章 旋轉式濾水器控制系統的設計3.1

19、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。總結構如圖1所示。系統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，與系統進出水口相銜接的部分不再贅述。3,2 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。機械部分由五部分組成，分別為濾水機構、執行機構、排污機構、操作單元、保護裝置1）濾水機構濾

20、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，由濾芯流向濾芯外的環形集水室，再經出水管送至各冷卻器，雜物留在各濾芯單元。2）執行機構執行機構由驅動電機、減速器、定位鎖緊裝置、排污電機與相關部件組成，其作用是按照控制臺發來的指令，完成預定的動作，使濾芯旋轉一定角度或開關排污閥門。3）排污機構排荇機構由排污臺、旋流子、支架、排污管與排枵閥等組成。當需要排污時，轉動濾芯，進行反沖洗。當打開排污閥門時，排污單元濾卷水流改變方向，從環形水室與相臨單元濾芯進人排污單元濾芯。當反向流人的沖洗水進入排

21、圬單元濾芯時，被旋流子改變方向，形成一旋流水束，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）操作單元操作單元可使整個濾水器實現自動或人工反沖洗，與除雜排污。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設置電動機過載保護裝置和超高壓報警停車裝置。在電機過載時和超高壓時，能與時切斷電源，保護電動機；超高壓時還能進行報警，提醒操作人員與時排除故障。3.3 電氣控制設計3.3.1 主電路設計旋轉式濾水器控制系統的主電路如圖2所示。（1） 主回路流接觸器KM3控制濾水器電動機M1、液壓泵電動機M2；KM1

22、、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。（2） 電動機M1、M2、M3由熱繼電器FR1、FR2、FR3實現過載保護。電動閥電動機M3控制器還裝有常閉熱保護開關，對閥門電動機M3實現雙重保護。（3） 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。（4） 熔斷器FU1、FU2、FU3分別實現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3.3.2 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

23、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，將其常閉觸點并聯后與中間繼電器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。差壓變送器測量圍為0.30.8MPa可調，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電源電壓經過變比為8

24、：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）控制系統的計數顯示模塊選用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。3.3.3 主要參數計算（1）斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統電源開關，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

25、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IQF：IQF1.7IN=1.7×3A5.1A5A，選用IQF5A的斷路器。（2） 熔斷器FU熔體額定電流。以濾水器電動機為例，22×3A6A，選用6A的熔體。其余熔體額定電流的選擇，按上述方法選配。（3） 熱繼電器的選擇參照相關技術資料選取。3.3.4 PLC控制電路設計（1） 硬件結構設計。根據設計要求，本系統設計了15個輸入和12個輸出。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

26、供兩種不同電壓的電源，這兩個電源由交流控制電路提供。由于本設計所需的I/O口較少，所以我們選用三菱 FX2N系列小型程控器FX2N-48MR作為核心控制器件。 FX2N系列是PLC FX家族中最先進的系列。由于FX2N系列具有如下優點：最大圍地包容了標準特點、程式執行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以與滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。FX2N系列PLC的特點有：系統配置既固定又靈活，編程簡單，備有可自由選擇，豐富的品種 ，令人放心的高性能、高速運算，使用于多種特殊用途，外部機器通訊簡單化，共同的外部設備。圖4 旋轉式濾水器控

27、制系統的PLC控制電路圖3.3.5 旋轉式濾水器控制系統的PLC輸入接口功能表程序輸入文字符號說明X000SA1-1手動控制轉換開關（左45度）X001SA1-2人工除雜排污控制轉換開關（右45度）X002 SA1-0轉換開關零位X003SB1手動開電動閥按鈕X004SB2手動關電動閥按鈕X005SB3手動開濾水器、液壓泵按鈕X006SB4手動關濾水器、液壓泵按鈕X007KP差壓變送器信號X010KM1開電動閥信號X011KM2關電動閥信號X012KM3濾水器、液壓泵電動機運行信號X013KA1（FR）電動機過載信號X014SQ1電動閥打開限位開關X015SQ2電動閥關閉限位開關X016SB5

28、故障報警顯示關閉開關 表2 旋轉式濾水器控制系統的PLC輸出接口功能表 輸出程序文字符號說明Y010KM1開電動閥接觸器Y011KM2關電動閥接觸器Y012KM3濾水器、液壓泵運行接觸器Y000HL1手動控制指示燈Y001HL2人工除雜排污指示燈Y002HL3定時自動除雜排污指示燈Y003HL4差壓自動除雜排污指示燈Y004HL5故障指示燈Y005HL6開電動閥指示燈Y006HL7關電動閥指示燈Y007HL8濾水器、液壓泵運行指示燈Y013KA2（HA）報警電鈴控制電路圖中L5作為PLC輸出回路的220V電源，分別向輸出回路的220V交流負載供電，輸出回路COM2接入電源N端。VC24V作為PLC輸出回路的24V直流電源，向電路中的所有指示燈供電，輸出回路COM1接入直流電源的GND端。光電耦合器件做為信號轉換器件，將PLC的輸出信號轉換成單片機能接收的計數輸入信號，通過單片機進行排污次數的計數，并將計數值通過8段數碼管顯示出來。光電耦合器件的輸入信