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1、目 录1 课程设计目的12 课程设计题目描述和要求12.1设备概况12.2 控制要求22.3 设计任务43.课程设计报告内容43.1 控制任务的分析与输入输出点分配43.2 控制原理图或PLC接线原理图53.3 S7-300的硬件组态及程序编写73.4 操作说明及注意事项134. 总结及体会13参考文献：141 课程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
2、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 课程设计题目描述和要求2.1设备概况 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
3、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2-1所示。 图2-1 旋转式滤水器控
4、制框图2.2 控制要求 (1)手动调试和检修 SA1手柄指向左45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 45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
5、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，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。 (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）。 (
6、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 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。 差压变送器测量范围：0.30.8MPa 可调，电感性电接点输
7、出：AC220V，1A。 指示灯HL：10mA，DC24V。 电铃 HA：8W，AC220V。(11) 控制信号说明见表9。2.3 设计任务 (1)根据控制要求，进行旋转式滤水器电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、 控制电路及PLC硬件配置电路。 (2)根据控制要求，编制旋转式滤水器控制PLC应用程序，有条件可以利用模拟开关板调试程序，模拟运行。 (3)编写设计说明书，内容包括： 设计过程和有关说明。 基于PLC的旋转式滤水器电气控制系统电路图。 PLC控制程序（梯形图和指令表） 。 电器元器件的选择和有关计算。 电气设备明细表。 参考资料、参考书及参考手册。 其他需要说明的问题，例如操作说
8、明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。3.课程设计报告内容3.1 控制任务的分析与输入输出点分配输入 点序号文字符号程序指令说明1SA1-1I8.0手动控制转换开关2SA1-2I8.1人工除杂排污控制转换开关3SA1-0I8.2自动除杂排污转换开关4SB1I8.3手动开电动阀按钮5SB2 I8.4手动关电动阀按钮6SB3I8.5手动开滤水器、液压泵按钮7SB4I8.6手动关滤水器、液压泵按钮8SQ1I8.7电动阀打开限位开关9SQ2I9.0电动阀关闭限位开关10KPI9.1压差变送器信号输 出 点序号文字符号程序指令说明1KM1,HL6Q12.0开电动阀接触器与
9、指示灯2 KM2,HL7Q12.1关电动阀接触器与指示灯3 KM3,HL8Q12.2滤水器、液压泵运行接触器与指示灯4 HL1Q12.3手动控制指示灯5 HL2Q12.4人工除杂排污指示灯6 HL3Q12.5定时自动除杂排污指示灯7 HL4Q12.6差压自动除杂排污指示灯8HL5,HAQ12.7故障指示灯及报警电铃9H Q13.0 除杂排污次数显示（5位）3.2 控制原理图或PLC接线原理图3.2.1主电路设计图3.2.1旋转式滤水器控制系统主电路图（1）M1、M2、M3、M4分别表示滤水器电动机液、压泵电动机、减速机和电动阀电动机。（2）主回路中交流接触器KM3控制滤水器电动机M1、液压泵电
10、动机M2；KM1、KM2通过正、反转控制电动阀电动机M4,完成开起阀门和关闭阀门的功能。（3）电动机M1、M2、M3、M4由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。（4）熔断器FU1、FU2、FU3分别实现各负载回路的短路保护。（5） 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。3.2.2交流控制电路设计根据设计要求，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
11、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3.2.2 旋转式滤水器控制系统的PLC控制电路图3.2.3 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：IQF
12、1.7IN=1.73A5.1A5A，选用IQF5A的断路器。（2）熔断器FU熔体额定电流IFU。以滤水器电动机为例，I2IN23A6A， 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3.3 S7-300的硬件组态及程序编写3.3.1 S7-300的硬件组态二台为100W以下，起动电流较小，工艺要求滤水器电动机和液压泵电硬件组态如下： 电源模块 PS 307 5A 6ES7 307-1EA00-0AA0 CPU315-2 PN/DP 6ES7 315-2EH14-0AB0 模拟量输入模块 AI 8*12BIT 6ES7 331-7KF02-0
13、AB0模拟量输出模块 AQ 2*12BIT 6ES7 332-5HB01-0AB0数字量输入模块 DI 16 * DC 24V 6ES7 321-1BH02-0AA0 数字量输出模块 DO 16 * DC 24V/0.5A 6ES7 322-1BH01-0AA03.3.2旋转式滤水器电气控制流程图3.3.2程序编写3.4 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
14、，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，我巩固了以前所学的知识，丰富了实践也加强了对PLC的理论理解，锻炼了深入钻研思考的能力，也增强了自己的动手能力。它让我明白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，才是真正地掌握一门技术。在设计的过程中由于知识和经验的欠缺我们遇到了很多问题，比如说编程调试时发现很多错误由于思路的偏离，只能从头改起，还有早期思路尚未理清便开始编程导致系统的具体实现难以实现，从而发现了自己的很多不足之处。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断思索，不断改正，对所设计的程序与电路的反复改动，最终在老师、同学的帮助和自身的不懈努力下，在规定的时间内完成了课程设计。此次课程设计还让我体会到合作的重要性，各自按分配好的任务开始准备，积极讨论，查找资料进行设计研究能够节省不少时间，提高工作效率。参考文献：1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: 甘肃科学学报，2000年2于广庆.可编程控制器原理与系统设计(M). 北京: 清华大学出版社，2004年3廖常初.PLC编程及应用(M). 北京: 机械出版社，2002年
