基于PLC控制西门子S7200旋转式滤水器控制系统设计.doc

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基于 PLC 控制西门子 S7-200 旋转式滤水器控制系统设计基于 PLC 控制西门子 S7-200 旋转式滤水器控制系统设计内容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安全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,我国部分水电厂滤水系统不能有效排污。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,给电厂安全经济运行造成困难,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。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。关键词PLC 控制;西门子 S7-200;自动控制;滤水器;排污基于 PLC 控制西门子 S7-200 旋转式滤水器控制系统设计目 录第 1 章 引言 .................................................. 11.1 设计要求 ............................................... 11.2 控制要求 ............................................... 2第 2 章 系统总体方案设计 ................................... 32.1 整体结构 ............................................... 32.2 机械结构 ............................................... 3第 3 章 电气控制系统设计 .................................... 43.1 主电路设计 ............................................. 43.2 交流控制电路设计 ....................................... 53.3 主要参数计算 ........................................... 5第 4 章 PLC 控制系统设计 .................................... 6第 5 章 PLC 程序设计 ......................................... 85.1 程序流程图 ............................................. 85.2 PLC 程序梯形图 ......................................... 95.3 PLC 指令表 ............................................. 9结论 .......................................................... 10课程设计总结 ................................................ 11谢辞 .......................................................... 12附录 .......................................................... 13附录一 ..................................................... 13附录二 ..................................................... 14附录三 ..................................................... 15附录四 ..................................................... 16附录五 ..................................................... 18附录六 ..................................................... 20参考文献 ..................................................... 21基于 PLC 控制西门子 S7-200 旋转式滤水器控制系统设计- 1 -第 1 章 引言1.1 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基于 PLC 控制西门子 S7-200 旋转式滤水器控制系统设计- 2 -1.2 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 M1Y 系列,AC380V,1.5 kW,6 极;液压泵电动机 M2Y系列,AC380V,70W,4 极;减速机 4 极减速;电动阀电动机M3AC380V,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 HL10mA,DC24V。4 电铃 HA8W,AC220V。基于 PLC 控制西门子 S7-200 旋转式滤水器控制系统设计- 3 -第 2 章 系统总体方案设计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(控制排污阀的开关)配合来完成此功能。总结构如图 1-1 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部分不再赘述。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,表面光洁、不易结垢的特性。机械部分由五部分组成,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. 排污机构排污机构由排污台、旋流子、支架、排污管及排污阀等组成。当需要排污时,转动滤芯,进行反冲洗。当打开排污阀门时,排污单元内水流改变方向,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污单元滤芯时,被旋流子改变方向,形成一束旋流水束,将壁面杂物冲出排污单元滤芯,并经排污门排出,直到壁面洁净为止。4. 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由电动机过载保护装置和超高压报警停车装置构成。在电机过载时和基于 PLC 控制西门子 S7-200 旋转式滤水器控制系统设计- 4 -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。基于 PLC 控制西门子 S7-200 旋转式滤水器控制系统设计- 5 -第 3 章 电气控制系统设计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。 (详见附录一)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基于 PLC 控制西门子 S7-200 旋转式滤水器控制系统设计- 6 -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 11,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 0.3-0.8MPa 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,所以将 220V 电源电压经过变比为81 的降压变压器进行电压变换得到交流为 27.5V 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 201 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。3.3 主要参数计算断路器 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 1.7 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 IQFIQF=1.7 IN1.73A=5.1A≈5A,选用 IQF=5A 的断路器。熔断器 FU 熔体额定电流 。以滤水器电动机为例, ≥2 =23A=6A,选FUI FUIN用 6A 的熔体。其余熔体额定电流的选择,按上述方法选配。热继电器的选择参照相关技术资料选取。基于 PLC 控制西门子 S7-200 旋转式滤水器控制系统设计- 7 -第 4 章 PLC 控制系统设计根据设计要求,共有 19 个 I/O 接口,其中 10 个输入接口,9 个输出接口。根据S7-200 系列的技术指标选择型号为 CPU224 的 PLC。CPU224 的用户存储空间为 4096 字,用户数据为 2560 字,有 14 个输入端口和 10 个输出端口,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。图 4-1 旋转式滤水器控制系统的 PLC 控制电路图(图 4-1 详见附录二)旋转式滤水器控制系统的 PLC 输入输出接口功能见下页表 4-1 所示。基于 PLC 控制西门子 S7-200 旋转式滤水器控制系统设计- 8 -表 4-1 旋转式滤水器控制系统的 PLC 输入输出接口表输 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 除杂排污次数显示(5 位)
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