1、目 錄第一章 設(shè)備控制原理1.1 設(shè)備簡介1.2 系統(tǒng)控制原理及設(shè)計要求第二章 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的設(shè)計2.1 整體結(jié)構(gòu)2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)2.3 電氣控制設(shè)計2.3.1 主電路設(shè)計2.3.3 主要參數(shù)計算2.3.4 PLC控制電路設(shè)計第三章 程序設(shè)計第四章 課程設(shè)計總結(jié)參考文獻(xiàn)附錄： 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的元器件清單旋轉(zhuǎn)式濾水器電氣控制系統(tǒng)摘 要：水電廠濾水器的正常運(yùn)行是保證水電廠技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)行的一項重要內(nèi)容，根據(jù)水電廠水源的實際情況，選擇一種可靠性高和適應(yīng)實際水質(zhì)情況的濾水器，是水電廠技術(shù)供水系統(tǒng)運(yùn)行可靠的保證。目前，我國部分水電廠還采用傳統(tǒng)的老式濾水器，由于設(shè)計落后、自動化程度低

2、，污物不能有效排除 。特別是夏季暴風(fēng)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(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成困難，機(jī)組人員需經(jīng)常進(jìn)行人工清理，不但造成經(jīng)濟(jì)損失，而且增加了工人的勞動強(qiáng)度。本文討論的用PLC實現(xiàn)的全自動控制旋轉(zhuǎn)式濾水器主要用于水力發(fā)電廠的生產(chǎn)用水過程中，對進(jìn)入水廠原水中2cm3以上的漂浮雜物進(jìn)行過濾除雜。該設(shè)備安裝在水處理車間的進(jìn)水管道入口處，根據(jù)生產(chǎn)用水量的實際需要，既可單臺使用，也可多臺并聯(lián)運(yùn)行。旋轉(zhuǎn)式濾水器的基本工作原理是根據(jù)旋轉(zhuǎn)式濾水器進(jìn)水口、出水口之間的水位壓力差來控制旋轉(zhuǎn)式濾水器的除雜排污。關(guān)鍵詞：PLC控制；自動控制；濾水器；排污 第一章 設(shè)備

3、控制原理旋轉(zhuǎn)式濾水器接入管道系統(tǒng)后，水就會從進(jìn)水口進(jìn)入濾水器，過濾后的水從出水口流出，當(dāng)水中雜質(zhì)通過網(wǎng)芯時，由于體積大于網(wǎng)芯孔，而被截留在網(wǎng)芯上，當(dāng)聚積到一定數(shù)量時，即造成進(jìn)水口和出水口有一定壓差。這時可轉(zhuǎn)動網(wǎng)芯進(jìn)行自動反沖洗，雜質(zhì)將會從排污口自行排出。旋轉(zhuǎn)式濾水器的控制原理如下圖圖1所示： 圖1 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制原理圖 1.1 設(shè)備簡介 如圖1所示，旋轉(zhuǎn)式濾水器具有手動控制和自動控制兩種方式，可實現(xiàn)手動調(diào)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(jī)，計數(shù)功能等多種功能。旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)式濾水器進(jìn)水與出水口的水流正常，產(chǎn)

4、生的壓力差低于差壓控制器設(shè)定值，因此，差壓控制器內(nèi)微動開關(guān)無動作輸出，原水正常過濾。 除雜排污過程：由于旋轉(zhuǎn)式過濾器長時間過濾原水，勢必在濾水器內(nèi)的過濾孔中阻塞大量的水中漂浮物，使得進(jìn)水口的水壓大于出水口的水壓，出水量減少，進(jìn)、出水口產(chǎn)生的壓力差高于差壓控制器設(shè)定值，這時差壓控制器內(nèi)微動開關(guān)動作輸出，常開觸點(diǎn)閉合，接通控制系統(tǒng)進(jìn)行除雜排污。除雜排污后旋轉(zhuǎn)式濾水器又恢復(fù)正常濾水狀態(tài)，生 產(chǎn)供水系統(tǒng)安全運(yùn)行。1.2 系統(tǒng)控制原理及設(shè)計要求 (1) 手動調(diào)試和檢修 SA1手柄指向左45時，接點(diǎn)SA1-1接通，通過SB1、SB2控制按鈕，手動開/關(guān)電動閥，通過SB3、SB4控制按鈕，手動開/關(guān)濾水器電

5、動機(jī)，以便于系統(tǒng)調(diào)試和檢修。 (2) 人工除雜排污 SA1手柄指向右45時，接點(diǎn)SA1-2接通，人工起動、停止旋轉(zhuǎn)式濾水器進(jìn)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(zhuǎn)式濾水器長時間正常濾水，不能進(jìn)行差壓自動除雜排污。由于旋轉(zhuǎn)式濾水器長時間置于水中，各個機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)會銹蝕，影響過濾和除雜排污或?qū)е滦D(zhuǎn)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(jìn)、出水口產(chǎn)生的壓力差高于差壓控制器設(shè)定值時，旋轉(zhuǎn)式濾水器自動進(jìn)行除雜排污，直到濾水器進(jìn)、出水口產(chǎn)生的壓力小于差壓控制

6、器設(shè)定值時，旋轉(zhuǎn)式濾水器自動停止除雜排污，恢復(fù)正常濾水狀態(tài)。 (5) 超壓停機(jī) 旋轉(zhuǎn)式濾水器內(nèi)部的過濾孔被小顆粒雜物堵死無法排出，進(jìn)、出水口的壓力差較高，雖然進(jìn)行了除雜排污，但是進(jìn)、出水口的壓力差仍然未能降到正常值，差壓控制器內(nèi)微動開關(guān)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(shè)備不管進(jìn)行了哪種形式的除雜排污，每次進(jìn)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(jī)潤滑 在旋轉(zhuǎn)式濾水器上裝有行星擺線針輪減速機(jī)，由輸油泵將油室中的潤滑油源源地送入減速機(jī)，液壓泵拖動電動機(jī)與濾水器電動機(jī)同步運(yùn)行。 (8) 除雜排污閥門的電動裝置 內(nèi)設(shè)三相

7、交流異步電動機(jī)380V/60W、閥門限位開關(guān)和電動機(jī)過熱保護(hù)，通過正、反相運(yùn)行實現(xiàn)開閥、關(guān)閥功能。 第二章 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的設(shè)計2.1 整體結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)式濾水器設(shè)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(jī)：主電動機(jī)(濾水器電動機(jī))和排污電動機(jī)(控制排污閥的開關(guān))配合來完成此功能?？偨Y(jié)構(gòu)如圖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(jìn)水口、出水口、排污出口，與系統(tǒng)進(jìn)出水口相銜接的部分不再贅述。2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)式濾水器主要由轉(zhuǎn)動軸、定位桿、支架殼體、網(wǎng)芯、進(jìn)水口、出水口、排污口等組成 一般水質(zhì)為淡水型的，濾網(wǎng)和內(nèi)部主要部件為不銹鋼材質(zhì)。網(wǎng)芯中的網(wǎng)孔用沖床一

8、次制成，具有耐腐蝕、不生銹，表面光潔、不易結(jié)垢的特性。機(jī)械部分由五部分組成，分別為濾水機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、排污機(jī)構(gòu)、操作單元、保護(hù)裝置(1) 濾水機(jī)構(gòu)濾水機(jī)構(gòu)主要由機(jī)殼，濾芯組、旋流子、進(jìn)出水室、法蘭等部件組成。其工作過程是：水流經(jīng)人口管進(jìn)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(zhì)濾掉后，由濾芯內(nèi)流向濾芯外的環(huán)形集水室，再經(jīng)出水管送至各冷卻器，雜物留在各濾芯單元內(nèi)。(2) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由驅(qū)動電機(jī)、減速器、定位鎖緊裝置、排污電機(jī)及相關(guān)部件組成，其作用是按照控制臺發(fā)來的指令，完成預(yù)定的動作，使濾芯旋轉(zhuǎn)一定角度或開關(guān)排污閥門。(3) 排污機(jī)構(gòu) 排荇機(jī)構(gòu)由排污臺、旋流子、支架、排污管

9、及排枵閥等組成。當(dāng)需要排污時，轉(zhuǎn)動濾芯，進(jìn)行反沖洗。當(dāng)打開排污閥門時，排污單元濾卷內(nèi)水流改變方向，從環(huán)形水室及相臨單元濾芯內(nèi)進(jìn)人排污單元濾芯內(nèi)。當(dāng)反向流人的沖洗水進(jìn)入排圬單元濾芯時，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(jīng)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(xiàn)自動或人工反沖洗，及除雜排污。設(shè)自動時可進(jìn)行定時自動和差壓自動除雜排污。網(wǎng)芯單元的沖洗時問，即：排污時間，可根據(jù)實際情況自由設(shè)定。(5) 保護(hù)裝置本裝置主要設(shè)置電動機(jī)過載保護(hù)裝置和超高壓報警停車裝置。在電機(jī)過載時和超高壓時，能及時切斷電源，保護(hù)電動機(jī)；超高壓時還能進(jìn)行報警，提醒操

10、作人員及時排除故障。2.3 電氣控制設(shè)計2.3.1 主電路設(shè)計旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的主電路如圖2所示。 （1） 主回路中交流接觸器KM3控制濾水器電動機(jī)M1、液壓泵電動機(jī)M2；KM1、KM2通過正、反轉(zhuǎn)控制電動閥電動機(jī)M3,完成開起閥門和關(guān)閉閥門的功能。 （2） 電動機(jī)M1、M2、M3由熱繼電器FR1、FR2、FR3實現(xiàn)過載保護(hù)。電動閥電動機(jī)M3控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開關(guān)，對閥門電動機(jī)M3實現(xiàn)雙重保護(hù)。 （3） QF為電源總開關(guān)，既可完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔?，使用和維修方便。 （4） 熔斷器FU1、FU2、FU3分別實現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。FU4、FU5分別完成交

11、流控制回路和PLC控制回路的短路保護(hù)。 圖2 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)主電路圖2.3.2 交流控制電路設(shè)計旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的交流控制電路圖如圖3所示。 圖3 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)交流控制電路圖（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(jù)PLC耗電量配置，可以配置標(biāo)準(zhǔn)型、變比1：1、容量100VA隔離變壓器。（3） 3臺電動機(jī)M1、M2、M3的過載保護(hù)，分別由3個熱繼電器FR1、FR2、FR3、實現(xiàn)，將其常閉觸點(diǎn)并聯(lián)后與中間繼電器KA1連接構(gòu)成過載保護(hù)信號，KA1還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流信號轉(zhuǎn)換成直流24V信號送入

12、PLC完成過載保護(hù)控制功能。（4）報警電鈴HA為AC200V/8W，在出現(xiàn)超高壓差時進(jìn)行報警。（5）差壓變送器是差壓自動控制的關(guān)鍵傳感器件，輸出為壓差信號。差壓變送器測量范圍為0.30.8MPa可調(diào)，電感性電接點(diǎn)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(jīng)過變比為8：1的降壓變壓器進(jìn)行電壓變換得到交流為27.5V的交流電，再經(jīng)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(jī)作為控制芯片，單片機(jī)供電電源需要直流5伏電壓，要經(jīng)過變比為20：1的降壓變壓器進(jìn)行變壓得到交流為11V交流電，并且經(jīng)過整流電

13、壓變成直流電壓為24V的直流電。2.3.3 主要參數(shù)計算（1）斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，其主回路控制對象為電感性負(fù)載交流電動機(jī)，斷路器過電流脫扣值按電動機(jī)起動電流的1.7倍整定。旋轉(zhuǎn)式濾水器有1.5KW負(fù)載電動機(jī)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(jī)和液壓泵電動機(jī)同時起動運(yùn)行，因此可根據(jù)1.5kW電動機(jī)選擇自動開關(guān)QF脫扣電流IQF：IQF1.7IN=1.73A5.1A5A，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(jī)為例，223A6A，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

14、的選擇參照相關(guān)技術(shù)資料選取。2.3.4 PLC控制電路設(shè)計 （1） 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計。 根據(jù)設(shè)計要求，本系統(tǒng)設(shè)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(jī)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。由于本設(shè)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(jìn)的系列。由于FX2N系列具有如下優(yōu)點(diǎn)：最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合

15、世界各國不同的電源以及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(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。FX2N系列PLC的特點(diǎn)有：系統(tǒng)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(yùn)算，使用于多種特殊用途，外部機(jī)器通訊簡單化，共同的外部設(shè)備。圖4 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的PLC控制電路圖旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的PLC輸入輸出接口功能和相關(guān)說明 PLC輸入接口功能如下表1所示，輸出接口功能如下表2所示。 表1 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)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(zhuǎn)換開關(guān)（左45度）X001SA1-2人工除雜排污控制轉(zhuǎn)換開關(guān)（

16、右45度）X002 SA1-0轉(zhuǎn)換開關(guān)零位X003SB1手動開電動閥按鈕X004SB2手動關(guān)電動閥按鈕X005SB3手動開濾水器、液壓泵按鈕X006SB4手動關(guān)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(guān)電動閥信號X012KM3濾水器、液壓泵電動機(jī)運(yùn)行信號X013KA1（FR）電動機(jī)過載信號X014SQ1電動閥打開限位開關(guān)X015SQ2電動閥關(guān)閉限位開關(guān)X016SB5故障報警顯示關(guān)閉開關(guān) 表2 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的PLC輸出接口功能表 程序輸出文字符號說明Y010KM1開電動閥接觸器Y011KM2關(guān)電動閥接觸器Y012KM3濾水器、液壓泵運(yùn)行接觸器Y

17、000HL1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(guān)電動閥指示燈Y007HL8濾水器、液壓泵運(yùn)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(fù)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(zhuǎn)換器件，將PLC的輸出信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能接收的計數(shù)輸入信號，通過單片機(jī)

18、進(jìn)行排污次數(shù)的計數(shù)，并將計數(shù)值通過8段數(shù)碼管顯示出來。光電耦合器件的輸入信號是濾水器電動機(jī)起動運(yùn)行的輸出信號。第三章 程序設(shè)計 （1）程序流程圖如下圖5所示。 圖5 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的PLC程序流程圖 （2）旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的PLC程序梯形圖如下圖6所示。圖6 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的PLC程序梯形圖（3）旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的PLC程序指令表如下所示第四章 基于單片機(jī)的計數(shù)顯示模塊設(shè)計4.1 計數(shù)顯示控制電路設(shè)計 第四章 課程設(shè)計總結(jié)PLC課程設(shè)計的突然降臨使我措手不及，再加上PLC的基礎(chǔ)薄弱使我感到力不從心，拿到題目的時候，不知如何下手，時間又是如此的短，只有兩天，真的使我感到很苦惱

19、，不過抱怨卻是多余的，刻不容緩，我們小組積極討論，開始準(zhǔn)備，查找資料，以前的一些同類型的設(shè)計實例等等，又上網(wǎng)搜集相關(guān)資料，開始全身心的投入到設(shè)計中。設(shè)計中我們遇到了很多困難，每當(dāng)此時大家互相鼓勵，拿著手頭所用的資料與網(wǎng)絡(luò)資源認(rèn)真思考，查漏補(bǔ)缺，就這樣鍥而不舍中，大致模型出來了，在設(shè)計過程中我們不斷的思索，再對所設(shè)計的程序與電路的反復(fù)改動中，完成了理論要求，然后又經(jīng)過調(diào)試（幸運(yùn)的是，調(diào)試比較順利），完成了設(shè)計要求中所需要達(dá)到的各個指標(biāo)，大家都很開心，集體的力量真是無窮的。此次設(shè)計，對我以前的知識有很好的查漏補(bǔ)缺功效，使我受益匪淺，并讓我再一次深刻體會到學(xué)而怠用之，必有大漏這句話的深刻意義。并且鍛

20、煉了我獨(dú)立思考的能力，培養(yǎng)了我獨(dú)立研究、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，也增強(qiáng)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(xué)活用。還是體會到團(tuán)隊合作的重要性，這是大家好才是真的好。 還有就是，學(xué)習(xí)是一種穩(wěn)步前行的工作，勿急勿躁。參考文獻(xiàn)1 張鳳珊 電氣控制及可編程程序控制器 中國輕工業(yè)出版社 2010.82 羼文獻(xiàn)CKL一3000型自動清洗濾水裝置口電力自動化設(shè)備1 99 5，11(1)：46493 江秀漢，李萍t薄保中可編程序控制器原理及應(yīng)用M西安：西安電子科技大學(xué)出版社，19 96 .l4 漆漢宏 PLC電氣控制技術(shù) 。機(jī)械工業(yè)出版社 2007.75 王樹東，劉滿強(qiáng)等， PLC在新型全自動濾水器控制中的應(yīng)用 甘肅