旋转式滤水器控制系统.doc

* * 大 学
物联网工程学院

《电气控制及PLC》
综合设计报告

设计题目: 旋转式滤水器控制系统
专 业：
班 级：
姓 名：
学 号：
指导教师：

二0一二年 六 月

目 录

1.课程设计目的 …………………………………………………2
2.课程设计任务 …………………………………………………2
2.1 设计要求 …………………………………………………2
2.2 控制要求 …………………………………………………3
3.系统方案设计 …………………………………………………5
3.1 主电路设计 ………………………………………………5
3.2 控制任务的分析与输入输出点分配 …………………6
3.3 控制原理图或PLC接线原理图 ………………………7
3.4 S7-300的硬件组态及程序 …………………………7
3.5 操作说明及注意事项 ………………………………11
4. 总结及体会 ……………………………………………11
参考文献 ……………………………………………………12

1. 设计目的
课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。
课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。

2.设计任务

2.1 设计要求
旋转式滤水器主要用于水力发电厂的生产用水过程中，对进入水厂原水中2cm3以上的漂浮杂物进行过滤除杂。该设备安装在水处理车间的进水管道入口处，根据生产用水量的实际需要，既可单台使用，也可多台并联运行。旋转式滤水器的基本工作原理是根据旋转式滤水器进水口、出水口之间的水位压力差来控制旋转式滤水器的除杂排污。
正常滤水过程：由于旋转式滤水器进水与出水口的水流正常，产生的压力差低于差压控制器设定值，因此，差压控制器内微动开关无动作输出，原水正常过滤。
除杂排污过程：由于旋转式过滤器长时间过滤原水，势必在滤水器内的过滤孔中阻塞大量的水中漂浮物，使得进水口的水压大于出水口的水压，出水量减少，进、出水口产生的压力差高于差压控制器设定值，这时差压控制器内微动开关动作输出，常开触点闭合，接通控制系统进行除杂排污。除杂排污后旋转式滤水器又恢复正常滤水状态，生产供水系统安全运行。旋转式滤水器控制框图如图1-1所示。

图1-1旋转式滤水器控制框图

2.2 控制要求
(1) 手动调试和检修 SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，通过SB1、SB2控制按钮，手动开/关电动阀，通过SB3、SB4控制按钮，手动开/关滤水器电动机，以便于系统调试和检修。
(2) 人工除杂排污 SA1手柄指向右45º时，接点SA1-2接通，人工起动、停止旋转式滤水器进行除杂排污。
(3) 定时自动除杂排污：SA1手柄回零位时，若原水中杂物较少，固体漂浮物也较少，因此，水处理车间的旋转式滤水器长时间正常滤水，不能进行差压自动除杂排污。由于旋转式滤水器长时间置于水中，各个机械传动机构会锈蚀，影响过滤和除杂排污或导致旋转式滤水器损坏，因此，需要具有定时自动除杂排污功能。
(4) 差压自动除杂排污 SA1手柄回零位时，若滤水器进、出水口产生的压力差高于差压控制器设定值时，旋转式滤水器自动进行除杂排污，直到滤水器进、出水口产生的压力小于差压控制器设定值时，旋转式滤水器自动停止除杂排污，恢复正常滤水状态。
(5) 超压停机 旋转式滤水器内部的过滤孔被小颗粒杂物堵死无法排出，进、出水口的压力差较高，差压控制器内微动开关长时间动作（8～10min），需要立即停车，并发出声光报警。
(6) 计数功能 该设备不管进行了哪种形式的除杂排污，每次进行除杂排污后都要有记录，因此需要记录除杂排污次数（5位）。
(7) 减速机润滑 在旋转式滤水器上装有行星摆线针轮减速机，由输油泵将油室中的润滑油源源地送入减速机，液压泵拖动电动机与滤水器电动机同步运行。
(8) 除杂排污阀门的电动装置 内设三相交流异步电动机380V/60W、阀门限位开关和电动机过热保护，通过正、反相运行实现开阀、关阀功能。
(9) 其他 必要的电气联锁与保护，受控对象运行状态显示等。
(10) 相关参数
1) 滤水器电动机M1：Y系列，AC380V，1.5 kW，6极；液压泵电动机M2：Y系列，AC380V，70W，4极；减速机4极减速；电动阀电动机M3：AC380V，60W，电动阀自带。
2) 差压变送器测量范围：0.3～0.8MPa可调，电感性电接点输出：AC220V，1A。
3) 指示灯HL：10mA，DC24V。
4) 电铃HA：8W，AC220V。

3.系统方案设计
3.1 主电路设计
旋转式滤水器控制系统的主电路如图3-1所示。
主回路中交流接触器KM3控制滤水器电动机M1、液压泵电动机M2；KM1、KM2通过正、反转控制电动阀电动机M3,完成开起阀门和关闭阀门的功能。
电动机M1、M2、M3由热继电器FR1、FR2、FR3实现过载保护。电动阀电动机M3控制器内还装有常闭热保护开关，对阀门电动机M3实现双重保护。
QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。
熔断器FU1、FU2、FU3分别实现各负载回路的短路保护。FU4、FU5分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。

图3-1 旋转式滤水器控制系统主电路图

3.2 控制任务的分析与输入输出点分配
根据设计要求，共有19个I/O接口，其中10个输入接口，9个输出接口。根据S7-300系列的技术指标选择型号为CPU314的PLC,可以满足本控制系统的控制要求。其中，输出部份分为220V输出和24V输出两部份。220V输出为电动机控制的接触器和报警电铃输出；24V输出为各种指示灯输出。由于有两种不同的输出电压要求，所以必须提供两种不同电压的电源，这两个电源由交流控制电路提供。

输 入 点
序号
文字符号
程序指令
说 明
1
SA1-1
I0.0
手动控制转换开关
2
SA1-2
I0.1
人工除杂排污控制转换开关
3
SA1-0
I0.2
自动除杂排污转换开关
4
SB1
I0.3
手动开电动阀按钮
5
SB2
I0.4
手动关电动阀按钮
6
SB3
I0.5
手动开滤水器、液压泵按钮
7
SB4
I0.6
手动关滤水器、液压泵按钮
8
SQ1
I0.7
电动阀打开限位开关
9
SQ2
I1.0
电动阀关闭限位开关
10
KP
I1.1
压差变送器信号
输 出 点
序号
文字符号
程序指令
说 明
1
KM1,HL6
Q0.0
开电动阀接触器与指示灯
2
KM2,HL7
Q0.1
关电动阀接触器与指示灯
3
KM3,HL8
Q0.2
滤水器、液压泵运行接触器与指示灯
4
HL1
Q0.3
手动控制指示灯
5
HL2
Q0.4
人工除杂排污指示灯
6
HL3
Q0.5
定时自动除杂排污指示灯
7
HL4
Q0.6
差压自动除杂排污指示灯
8
HL5,HA
Q0.7
故障指示灯及报警电铃
9
H
Q1.0
除杂排污显示
旋转式滤水器控制系统的PLC输入输出接口表

3.3 控制原理图或PLC接线原理图

旋转式滤水器控制系统的PLC控制电路图

3.4 S7-300的硬件组态及程序
硬件组态如下：
电源模块 PS 307 -2A 6ES7 307-1BA00-0AA0
CPU314 6ES7 314-1AF 10-0AB0
数字输入模块SM321;DI 16 * DC 24V 6ES7 321-BH02-0AA0
数字输出模块SM322;DO 16 * DC 24V/0.5A 6ES7 322-BH01-0AA0

梯形图程序如下：

3.5 操作说明及注意事项
1、各处电器、电路有熔断器和热继电器保护，不易发生烧熔故障；
2、定时功能还只能通过PLC定义，如需外界定义还要另外添加硬件；
3、自动除杂和差压除杂切换明确，两工作方式互不干扰；
4、整机的滤水器电机和液压泵电机始终工作，进行排污时只有电动阀电机启动停止，有效减少机械振动和电机的频繁启动，延长了整机的寿命。

4. 总结及体会
通过这次的设计实验。对我以前的知识有很好的查漏补缺功效，使我受益匪浅，并让我再一次深刻体会到学而怠用之，必有大漏这句话的深刻意义。并且锻炼了我独立思考的能力，培养了我独立研究、发现问题、分析问题、解决问题的能力，也增强了自己的动手能力，使实践与理论很好切合在一起，对书本上的知识也能活学活用。
虽然我们的课程设计在规定的时间内按时完成了任务，但是，由于知识和经验的欠缺，整个系统的开发功能还不算太完善，在设计的过程中也遇到了很多困难，比如由于早期的需求分析不充分，给后来系统的具体实现带来了很大的困难，所以中间做了一部分的无用功，但通过我们的不懈努力和老师、同学的帮助，设计才得以圆满按时的完成，所以仅凭个人的力量想设计出一个完美的系统几乎是不可能的。
课程设计是对大学所学课程的一个高度的综合。使零散的知识系统化，形成了一种能力，这也是课程设计所要达到的目的。这也为我们走入社会打下一个良好的基础，为走入社会对知识与理论的应用做了一个好的铺垫。

参考文献
[1] 于广庆.可编程控制器原理与系统设计.北京:清华大学出版社，2004.
[2] 廖常初.PLC编程及应用.北京:机械出版社，2002.
[3] 蒋金周.全自动洗衣机的PC智能控制[J].机电一体化，2004.
[4] 胡学林.电气控制及PLC.北京:冶金工业出版社，1997.
[5] 王树东、刘满强.PLC在新型全自动滤水器控制中的应用[J].甘肃科学学报，
2000.9，第12卷（第3期）
[6] 羼文献.CKL一3000型自动清洗滤水装置[J].电力自动化设备，1995，第11卷(第1期)：46~49

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