PLC课程设计__旋转式滤水器电气控制系统1

1、旋转式滤水器电气控制系统摘 要：水电厂滤水器的正常运行是保证水电厂技术供水系统设备平安运行的一项重要内容，根据水电厂水源的实际情况，选择一种可靠性高和适应实际水质情况的滤水器，是水电厂技术供水系统运行可靠的保证。目前，我国局部水电厂还采用传统的老式滤水器，由于设计落后、自动化程度低，污物不能有效排除 。特别是夏季暴风雨季节，水中污物更加突出，再加上近年来越来越多的塑料瓶、袋等杂物的增多，给电厂平安经济运行造成困难，机组人员需经常进行人工清理，不但造成经济损失，而且增加了工人的劳动强度。本文讨论的用PLC实现的全自动控制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

2、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。旋转式滤水器的根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。关键词：PLC控制；自动控制；滤水器；排污 目录摘要.1第一章 设备控制原理.3 1.1 设备简介.4 1.2 系统控制原理及设计要求.4 第二章 旋转式滤水器控制系统的设计.92.1 整体结构.92.2 机械结构.92.3 电气控制设计.102.3.1 主电路设计.102.3.2 交流控制电路设计.122.3.3 主要参数计算.132.3.4 PLC控制电路设计.132

3、.3.5 PLC控制的程序设计.17第三章 基于单片机的计数显示模块设计.213.1 计数显示控制电路设计.213.2 计数显示程序设计.22课程设计总结.25参考文献.26附录： 旋转式滤水器控制系统的元器件清单.26 第一章 设备控制原理旋转式滤水器接入管道系统后，水就会从进水口进入滤水器，过滤后的水从出水口流出，当水中杂质通过网芯时，由于体积大于网芯孔，而被截留在网芯上，当聚积到一定数量时，即造成进水口和出水口有一定压差。这时可转动网芯进行自动反冲洗，杂质将会从排污口自行排出。旋转式滤水器的控制原理如下列图图1所示： 图1 旋转式滤水器控制原理图 1.1 设备简介 如图1所示，旋转式滤水

4、器具有手动控制和自动控制两种方式，可实现手动调试和检修，人工除杂排污， 定时自动除杂排污，差压自动除杂排污，超压停机，计数功能等多种功能。旋转式滤水器的工作过程主要有以下两个局部：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

5、又恢复正常滤水状态，生 产供水系统平安运行。1.2 系统控制原理及设计要求 (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，假设原水中杂物较少，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

6、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，假设滤水器进、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，虽然进行了除杂排污，但是进、出水口的压力差仍然未能降到正常值，差压控制器内微动开关长时间动作810min，需要立即停车，并发出声光报警

7、。 (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。 第二章 旋转式滤水器控制系统的设计2.1 整体结构在旋转式滤水器设计中，一个主要的问题就是污物的有效排放，这里采用两台电机：主电动机(滤水器电动机)和排污电动机

8、(控制排污阀的开关)配合来完成此功能。总结构如图1所示。系统的输入包括压力差信号输人和方式选择输入等，滤水器有进水口、出水口、排污出口，与系统进出水口相衔接的局部不再赘述。2.2 机械结构旋转式滤水器主要由转动轴、定位杆、支架壳体、网芯、进水口、出水口、排污口等组成 一般水质为淡水型的，滤网和内部主要部件为不锈钢材质。网芯中的网孔用冲床一次制成，具有耐腐蚀、不生锈，外表光洁、不易结垢的特性。机械局部由五局部组成，分别为滤水机构、执行机构、排污机构、操作单元、保护装置(1) 滤水机构滤水机构主要由机壳，滤芯组、旋流子、进出水室、法兰等部件组成。其工作过程是：水流经人口管进人人口水室，再由水室分配

9、至各滤芯单元过滤，将水中的大颗粒杂质滤掉后，由滤芯内流向滤芯外的环形集水室，再经出水管送至各冷却器，杂物留在各滤芯单元内。(2) 执行机构执行机构由驱动电机、减速器、定位锁紧装置、排污电机及相关部件组成，其作用是按照控制台发来的指令，完成预定的动作，使滤芯旋转一定角度或开关排污阀门。(3) 排污机构 排荇机构由排污台、旋流子、支架、排污管及排枵阀等组成。当需要排污时，转动滤芯，进行反冲洗。当翻开排污阀门时，排污单元滤卷内水流改变方向，从环形水室及相临单元滤芯内进人排污单元滤芯内。当反向流人的冲洗水进入排圬单元滤芯时，被旋流子改变方向，形成一旋流水束，将壁面杂物冲出排污单元滤芯，并经排污门排出，

10、直到壁面洁净为止。(4) 操作单元操作单元可使整个滤水器实现自动或人工反冲洗，及除杂排污。设自动时可进行定时自动和差压自动除杂排污。网芯单元的冲洗时问，即：排污时间，可根据实际情况自由设定。(5) 保护装置本装置主要设置电动机过载保护装置和超高压报警停车装置。在电机过载时和超高压时，能及时切断电源，保护电动机；超高压时还能进行报警，提醒操作人员及时排除故障。2.3 电气控制设计2.3.1 主电路设计旋转式滤水器控制系统的主电路如图2所示。 1 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。 2 电动

11、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。 3 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。 4 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2 旋转式滤水器控制系统主电路图2.3.2 交流控制电路设计旋转式滤水器控制系统的交流控制电路图如图3所示。 图3 旋转式滤水器控制系统交流控制电路图2.3.2 交流控制电路设计（1） 控制电路有电源指示HL。PLC供电回路采用隔离变

12、压器TC，以防止电源干扰。2 隔离变压器TC的选用根据PLC耗电量配置，可以配置标准型、变比1：1、容量100VA隔离变压器。3 3台电动机M1、M2、M3的过载保护，分别由3个热继电器FR1、FR2、FR3、实现，将其常闭触点并联后与中间继电器KA1连接构成过载保护信号，KA1还起到电压转换的作用，将220V交流信号转换成直流24V信号送入PLC完成过载保护控制功能。4报警电铃HA为AC200V/8W，在出现超高压差时进行报警。5差压变送器是差压自动控制的关键传感器件，输出为压差信号。差压变送器测量范围为可调，电感性电接点输出：AC220V,1A。6由于控制电路的指示灯工作电压为直流24V，

13、所以将220V电源电压经过变比为8：1的降压变压器进行电压变换得到交流为的交流电，再经过整流电路、滤波电路得到24V的直流电压。7控制系统的计数显示模块选用AT89S51单片机作为控制芯片，单片机供电电源需要直流5伏电压，要经过变比为20：1的降压变压器进行变压得到交流为11V交流电，并且经过整流电压变成直流电压为24V的直流电。2.3.3 主要参数计算1断路器QF脱扣电流。断路器为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的倍整定。旋转式滤水器有1.5KW负载电动机一台，起动电流较大，其余二台为100W以下，起动电流较小，工艺要求滤水器电动机

14、和液压泵电动机同时起动运行，因此可根据1.5kW电动机选择自动开关QF脱扣电流IQF：IQFIN×3AA5A，选用IQF5A的断路器。（2） 熔断器FU熔体额定电流。以滤水器电动机为例，22×3A6A，选用6A的熔体。其余熔体额定电流的选择，按上述方法选配。（3） 热继电器的选择参照相关技术资料选取。2.3.4 PLC控制电路设计 1 硬件结构设计。 根据设计要求，本系统设计了15个输入和12个输出。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

15、电压的电源，这两个电源由交流控制电路提供。由于本设计所需的I/O口较少，所以我们选用三菱 FX2N系列小型程控器FX2N-48MR作为核心控制器件。 FX2N系列是PLC FX家族中最先进的系列。由于FX2N系列具有如下优点：最大范围地包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。FX2N系列PLC的特点有：系统配置既固定又灵活，编程简单，备有可自由选择，丰富的品种 ，令人放心的高性能、高速运算，使用于多种特殊用途，外部机器通讯简单化，共同的外部设备。图4 旋转式滤水器控制系统的

16、PLC控制电路图旋转式滤水器控制系统的PLC输入输出接口功能和相关说明 PLC输入接口功能如下表1所示，输出接口功能如下表2所示。 表1 旋转式滤水器控制系统的PLC输入接口功能表程序输入文字符号说明X000SA1-1手动控制转换开关左45度X001SA1-2人工除杂排污控制转换开关右45度X002 SA1-0转换开关零位X003SB1手动开电动阀按钮X004SB2手动关电动阀按钮X005SB3手动开滤水器、液压泵按钮X006SB4手动关滤水器、液压泵按钮X007KP差压变送器信号X010KM1开电动阀信号X011KM2关电动阀信号X012KM3滤水器、液压泵电动机运行信号X013KA1FR电

17、动机过载信号X014SQ1电动阀翻开限位开关X015SQ2电动阀关闭限位开关X016SB5故障报警显示关闭开关 表2 旋转式滤水器控制系统的PLC输出接口功能表 程序输出文字符号说明Y010KM1开电动阀接触器Y011KM2关电动阀接触器Y012KM3滤水器、液压泵运行接触器Y000HL1手动控制指示灯Y001HL2人工除杂排污指示灯Y002HL3定时自动除杂排污指示灯Y003HL4差压自动除杂排污指示灯Y004HL5故障指示灯Y005HL6开电动阀指示灯Y006HL7关电动阀指示灯Y007HL8滤水器、液压泵运行指示灯Y013KA2HA报警电铃控制电路图中L5作为PLC输出回路的220V电源

18、，分别向输出回路的220V交流负载供电，输出回路COM2接入电源N端。VC24V作为PLC输出回路的24V直流电源，向电路中的所有指示灯供电，输出回路COM1接入直流电源的GND端。光电耦合器件做为信号转换器件，将PLC的输出信号转换成单片机能接收的计数输入信号，通过单片机进行排污次数的计数，并将计数值通过8段数码管显示出来。光电耦合器件的输入信号是滤水器电动机起动运行的输出信号。2.3.5 PLC控制的程序设计 1程序流程图如下列图5所示。 图5 旋转式滤水器控制系统的PLC程序流程图 2旋转式滤水器控制系统的PLC程序梯形图如下列图6所示。图6 旋转式滤水器控制系统的PLC程序梯形图3旋转

19、式滤水器控制系统的PLC程序指令表如下所示第四章 基于单片机的计数显示模块设计3.1 计数显示控制电路设计 图8 基于51单片机的计数显示模块电路原理图AT89S51单片机是Atmel工司生产的8位单片机。它由以下功能部件组成：1） 中央处理单元8位 数据处理、测试位，置位，复位 位操作 2只读存储器4KB或8KB 永久性存储应用程序，掩模ROM、EPROM、EEPROM3） 随机存取内存128B、128B SFR 在程序运行时存储工作变量和资4并行输入/输出口I / O32位 作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片5 串行输入/输出口2条 串行通信、扩展I / O接口芯片6定时/计数器16

20、位、加1计数 计满溢出、中断标志置位、向CPU提出中断请求，与CPU之间独立工作 7时钟电路 内振、外振。 8中断系统 五源中断、2级优先。本课设所使用到的单片机资源有：并行输出口13位，外部中断P3.2。13位并行输出口用于计数值的显示，外部中断用于排污次数的计数。单片机通过中断程序对排污次数进行计数，然后将计数值通过5位数码管显示出来，最大显示数值为99999。数码管选共阳型数码管。3.2 计数显示程序设计以下为数码管显示的C语言程序。#include <reg51.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int/

21、5共阳数码管， 数字从09代码Uchar code Num=0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09;uchar code Segbit = 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef;/位选从高位到低位unsigned long int Count; /计数用/延时子程序void delay( uint cnt ) uchar i,j; for(i = cnt; i; i-) for(d = 120; d; d-);void main( void )Count = 0; /设计数初值IT0 = 1; /下降沿触发方式EX0 =

22、1; /中断允许 EA = 1; /开总中断while(1)P1 = Segbit0;P2 = NumCount/10000;/显示万位delay(550);P1 = Segbit1;P2 = Num(Count/1000)%10; /显示千位delay(550);P1 = Segbit2;P2 = Num(Count/100)%10; /显示百位delay(550);P1 = Segbit3;P2 = Num(Count/10)%10; /显示十位delay(550); P1 = Segbit4;P2 = NumCount%10; /显示个位delay(550); /中断计数程序void P

23、LCCount( void ) interrupt 0 using 0Count+;if (Count >= 99999)Count = 0;参考文献1 刘淑芳，刘同安FZLQ 型全自动清污滤水器工业试验口水电站机电技术1995，lO(增刊)：56582 羼文献CKL一3000型自动清洗滤水装置口电力自动化设备1 99 5，11(1)：46493 江秀汉，李萍t薄保中可编程序控制器原理及应用M西安：西安电子科技大学出版社，19 96 .l5 王树东，刘满强等， PLC在新型全自动滤水器控制中的应用 甘肃科学学报第12卷第3期 6 4 钟肇新，彭侃可编程控制器原理及应用广州：华南理工大学出版社，1999附录： 旋转式滤水器控制系统的元器件清单旋转式滤水器控制系统元器件目录表序号文字符号名称数量规格型号备注1M1、M2电动机2Y系列三相门交流异步电动机2M3电动阀电动机1A