电器控制基础与可编程控制器课程设计--注水系统PLC设计

1、.东 北 大 学课程设计报告课程名称: 电器控制基础与可编程控制器 自 2014 12 20日 期: 年 月 日至 2015 01 09 信息 学院 自动化 专业 2012 年级组长：姓名（学号）组员：姓名（学号）提交日期：2015年1月9日 ;III第一章、引言1.1 课程设计的目的 由于PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，编程简单，功耗低、维护方便等优点，现在PLC被广泛的应用于军事，工业领域。 本设计以某钢铁企业生产冷却供水系统为背景，以小组为单位进行讨论设计。通过这个设计过程使小组成员回顾PLC基本知识并熟悉PLC控制系统的整体设计过程。1.2课程设计的任务 本设计以某钢铁企业生产冷却供

2、水系统为背景进行。该系统水塔高50m，有2台水泵机组，一用一备。每台水泵机组由额定电压为交流380V的三台水泵供水。 水塔内正常水位的控制由安装在水箱内的上、下液位开关进行检测，设定水位的变化为2m，水位检测可以采用液位继电器、液位变送器等液位测量装置。 供水系统按照以下控制要求运行。 （1）电机额定运行时定子绕组为连接，采用Y-变换降压启动，降压启动安全运行的转换时间为5S。三台电机按照错开原则启动，第一台电动机M1启动全压运行10s后，第二台电动机M2才能启动；第二台电动机M2启动10s后，第三台电动机M 3才能启动。 （2）采用手动和自动两种工作方式。 手动方式是由操作者分别启动每台水泵

3、机组。 自动方式下，水泵的启停控制由液位开关自动控制。 （3）正常情况下，2台水泵机组一用一备，为防止备用泵的长期闲置，操作台上可用按钮任意切换。 （4）系统应具有过载、短路保护及其他必须的保护功能。当任一电机出现故障时，应立即切换备用机工作，同时停止故障电机运行。 （5）控制台上应能对水泵运行状态、液位信号进行显示（此功能为选作部分）。 1.3课程设计的要求1.31技术要求： （1）分别设计传统继电接触控制系统和PLC系统。 （2）设计电气原理图（包括必要的主电路和控制电路）。 （3）根据控制要求，选择合适的设备及元器件，给出所选元器件的型号、规格、数量、市场参考报价等，同时给出选型依据。

4、（4）在PLC设计时，限定选用西门子S7-300系列产品；给出PLC控制系统的原理图、接线图；给出元器件分配表；编写PLC程序设计。 1.32报告要求（1）以现有组别为单位，按小组完成设计，每个小组需提供一份设计报告，并由组长负责给出小组成员的分工、工作量及完成质量，报告格式参考东北大学信息学院自动化专业实习报告格式要求。 （2）所有图纸可以手绘制或标准打印。 （3）其他设计过程可以手写，也可以打印。 （4）梯形图用Step-7软件编写，并粘贴在报告中。 （5）组间不允许互相抄袭，否则全部记为零分。 （6）设计方案上交截止时间为2015年1月9日10时，转换成PDF版本在BB平台上进行提交电子

5、版，同时提交纸版（由各班班长或学委研究，委托1人于2015年1月9日10时前送到信息学馆323房间）。 1.4成员分工情况1.41成员分工1.42成员工作评判第2章.正文2.1工艺分析 如图，水塔内通过液位继电器检测液位高低来控制水泵机组的工作，在本系统中采用两种方式来控制电机的动作。方式一：人为手动控制。方式二：利用液位开关实现对电机的自动控制。(低于下液位开关时水泵机组工作向水塔注水，当液位高于上液位开关时水泵机组停止工作)。水泵机组共两组，一组工作，一组备用。图 2-1 水泵机组工艺流程图2.2工作原理2.21过程分析 本系统对水泵的控制采用两种方式，方式一：手动控制，方式二：液位继电器

6、自动控制。当手动按动启动按钮或者水位低于设定的水位下限时，水泵机组启动运行。两种方式可以通过开关任意切换。水泵机组电机电机额定运行时定子绕组为连接，电机采用Y变换降压启动，其中降压启动安全运行的转换时间为5s，且三台电机按照错开原则启动，第一台电动机M1启动全压运行10s 后，第二台电动机M2 才能启动；第二台电动机M2启动10s 后，第三台电动机M3 才能启动。工作水泵机组与备用水泵机组能够任意切换。电动机的分级启动使用通电延时继电器实现。若电动机运行过程中出现故障，则故障的电动机停止运行，故障指示灯发光，同时自动切换到备用机组。2.22 电气原理图图 2-2 机组一主电路图 2-3 机组二

7、主电路图 2-4 机组一控制电路图 2-5 机组二控制电路图 2-6 指示灯控制电路2.23系统接线图2.24梯形图图 2-7 机组控制电路图 2-8 指示灯控制电路梯形图I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7SQ1SQ2SB3QK0SB2SB1SB0SB4I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7FR1FR2FR3FR4FR5FR6I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7SB6SB5SB10SB7SB8SB11SB9SB12I3.0I3.1I3.2I3.3I3.4I3.5I3.6I3.7SB13SB14Q6.0Q6.1Q

8、6.2Q6.3Q6.4Q6.5Q6.6Q6.7KM1KM2KM3KM4KM5KM6KM7KM8Q7.0Q7.1Q7.2Q7.3Q7.4Q7.5Q7.6Q7.7KM9KM10KM11KM12KM13KM14KM15KM16Q8.0Q8.1Q8.2Q8.3Q8.4Q8.5Q8.6Q8.7KM17KM18KM19KM20L1L2L3L4Q9.0Q9.1Q9.2Q9.3Q9.4Q9.5Q9.6Q9.7表2.1 地址分布2.3器件选择2.31器件报价表型号订货号单价（元）数量总价（元）PS307 5A6ES7307-1EA01-0AA0 1250.011250.0CPU313C6ES7313-5BF03

9、-0AB04283.014283.0DI/DO 16×16 24V6ES7223-1BL22-0XA81000.033000.0总价8533.0表2.2 PLC选型器件品牌 型号单价（元）数量总价（元）PLC西门子S7-3008533.0电动机帆湖ISG32-125A560.063360.0时间继电器创卓JS14P20.010200.0热继电器YUEHUIKEJISSR-3-380D25120.06720.0液位开关ELECALLEM15-211.5223.0熔断器芬隆电器RSF270.041080.0按钮施耐德ZB2-BA3C3.81557.0急停按钮施耐德ZB2BS54C20.0

10、240.0开关施耐德XD2PA22CR6.016.0指示灯上海二工AD16-16C1.3810.4总价14029.4表 2.3 器件选择2.32选型依据首先我们根据题目要求，由于是简单注水系统，所以我们选用了CPU313C（64K内存、订货号6ES7313-5BF03-0AB0）。然后确定水泵的型号，根据水泵的电流参数选择继电器、开关、按钮等元器件。第2章.收获与感想这次设计的是钢铁企业生产冷却供水系统，此系统由于需要水泵机组即电机长时间运行，还有水位测定控制电机启停等要求，传统继电控制系统本身存在一些线路复杂、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点，把PLC加入此系统的设计，减少了

11、电器箱的电器元件，简化了电气控制线路，降低了系统电气的故障率，同时提高了生产效率。经过仿真测试表明，该PLC控制系统设计合理、性能稳定，达到了预期的设计目的。从而保证了电控系统的快速性、准确性、合理性，更好地满足了实际生产的需要，提高了经济效益。 经过这次钢铁企业生产冷却供水系统设计，我们学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。而且通过这次课程设计使我们懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 在课程设计过程中，我们对PLC梯形图以及用到的各种器件及其市场价格有了更好的了解，也让我们更加了解了关于PLC设计原理与方法。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。这次设计脱离不了集体的力量，遇到问题和组员互相讨论交流。这样，我们可以互相交流设计方法以至达到更适合的设计方法，同时讨论不仅是一些思想的问题，多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善解决问题的方法，这样可以方便解决问题。在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定