水電站集水井射流泵排水PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

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1、 課程設(shè)計說明書 課 程 名 稱: 電氣自動控制課程設(shè)計 課 程 代 碼: 106003499 題 目:水電站集水井射流泵排水 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 生 姓 名: xxxxxxxxxxxxxxx 學(xué) 號: xxxxxxxxxxxxxx 年級/專業(yè)/班: 2014級機(jī)電xxxxxx 學(xué)院(直屬系) : 機(jī)械工程學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師: x x 目 錄

2、目 錄 - - 引 言 - - 第 1 章 水電站集水井射流泵排水PLC控制系統(tǒng)方案設(shè)計 - - 1.1 方案設(shè)計原則 - - 1.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計要求 - - 1.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計 - - 第 2 章 水電站集水井射流泵排水PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 - - 2.1 硬件選型 - - 2.1.1 PLC 機(jī)型選擇 - - 2.1.2 PLC 容量選擇 - - 2.1.3 I/O 模塊的選擇 - - 2.1.4 電源模塊的選擇 - - 2.2 PLC I/O 點(diǎn)分配 - - 2.2.1 控制系統(tǒng)I/0 數(shù)量 - - 2.2.2 PL

3、C 的I/O 接線圖 - - 2.3 主電路的設(shè)計 - - 第 3 章 水電站集水井射流泵排水PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 - - 3.1 程序設(shè)計的一般方法 - - 順序設(shè)計法 - - 3.2 PLC 控制的相關(guān)流程圖 - - 3.2.1 控制流程圖 - - 3.3 可編程控制器梯形圖 - - 第4 章 仿真系統(tǒng)調(diào)試 - - 結(jié) 論 - - 設(shè)計總結(jié) - - 謝 辭 - - 參考文獻(xiàn) - - 摘 要 水電站集水井是電站滲漏水、檢修水和部分生產(chǎn)用水的排泄系統(tǒng)。電站滲漏排水通常包括廠內(nèi)水工建筑物的滲水、機(jī)組頂蓋與主軸密封漏水、鋼管伸縮節(jié)漏

4、水及供排水閥門管件漏水等，其主要特點(diǎn)是排水量小，高程較低，不能靠自流排至下游，所以設(shè)有集水井，把滲漏水集中起來，用水泵抽出。本設(shè)計基于可編程序控制器（PLC），使用射流泵，由控制高壓水路的電磁閥來控制泵的抽水，電磁閥由雙線圈控制，并有行程開關(guān)將位置信號返回PLC。本設(shè)計采用西門子S7-300型PLC，CPU312為主要裝置，實(shí)現(xiàn)對射流泵的控制。很好的將書本和實(shí)際結(jié)合到了一起。 關(guān)鍵詞： PLC 射流泵 電磁閥 行程開關(guān) 引 言 當(dāng)今社會，集水井排水裝置在生活、生產(chǎn)中已成為一種必不

5、可少的裝置。面對巨大的需求量，排水裝置必須向著更高效，更高質(zhì)，更優(yōu)質(zhì)等有利方向發(fā)展。排水系統(tǒng)要求可靠的控制，精確的水位測量等特點(diǎn)，這是目前一般的半自動控制系統(tǒng)和人工控制系統(tǒng)所難以滿足的。因此，為了滿足當(dāng)前企業(yè)的生產(chǎn)需要，設(shè)計精確可靠的排水系統(tǒng)是一種必然的趨勢。 PLC裝置已經(jīng)成為自動化系統(tǒng)的主要裝置，20世紀(jì)70年代初，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)全面引入可編程控制控制器中，使其功能發(fā)生了質(zhì)的飛越。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在發(fā)達(dá)國家中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用，其特點(diǎn)體現(xiàn)為，大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化等。此時的可編程控制器已經(jīng)逐漸進(jìn)入成熟階段。上世紀(jì)80年代至90年

6、代中期是可編程控制器發(fā)展最為迅速的時期，其能力得到各方面的提高并且逐漸進(jìn)入了控制領(lǐng)域。實(shí)際末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更為適合現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計等的需要?，F(xiàn)目前，可編程控制器在機(jī)械制造，石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展 而本次設(shè)計則是將PLC 用于水電站集水井射流泵排水控制裝置的設(shè)計的控制，將所學(xué)理論知識和生活實(shí)際緊密的結(jié)合在一起。在鞏固所學(xué)的同時，對實(shí)際中的問題也做了一些深入的了解。 第 1 章 水電站集水井射流泵排水控制系統(tǒng)方案設(shè)計 1.1 方案設(shè)計原則 整個設(shè)計過程是按工藝流程設(shè)計，為設(shè)備安裝、運(yùn)行和保護(hù)檢修服務(wù)，設(shè)計

7、的編寫按照國家關(guān)于電氣自動化工程設(shè)計中的電氣設(shè)備常用基本圖形符號（GB4728）及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編寫。設(shè)計原則主要包括：工作條件：工程對電氣控制線路提供的具體資料，系統(tǒng)在保證安全、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下，盡量做到經(jīng)濟(jì)、合理、合用，減小設(shè)備成本。在方案的選擇、元器件的選型時更多的考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品?？刂朴扇斯た刂频阶詣涌刂疲赡M控制到微機(jī)控制，使功能的實(shí)現(xiàn)由一到多而且更加趨于完善。 對于本課題來說，集水井排水系統(tǒng)部分是一個較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改適升級，控制裝置需要根據(jù)企業(yè)設(shè)備和工藝現(xiàn)況來構(gòu)成并需盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。對于人機(jī)交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類似，

8、以便于操作人員迅速掌握。從企業(yè)的改造要求可以看出在新控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也需要處理大量的開關(guān)量。系統(tǒng)的可靠性要高。人機(jī)交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)儲存和分析匯總的能力。 要實(shí)現(xiàn)整個集水井排水控制系統(tǒng)的設(shè)計，需要從怎樣實(shí)現(xiàn)多個電磁閥的開關(guān)以及行程開關(guān)的控制這個角度去考慮，現(xiàn)在就這個問題的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來確定系統(tǒng)方案。 1.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計要求 （1）系統(tǒng)由水位信號自動啟動和停止工作泵，維持集水井水位在規(guī)定的范圍內(nèi)；水泵為射流泵； （2）系統(tǒng)由兩臺水泵組成，一臺為工作泵，一臺為備用泵。泵運(yùn)行時應(yīng)有運(yùn)行指示； （3）兩臺泵的工作關(guān)系應(yīng)能做出選擇（手動、自動、備用的選擇）。主

9、、備用泵應(yīng)能單獨(dú)手動啟停，兩臺泵的工作關(guān)系應(yīng)能輪換，分為手動輪換和自動定時輪換； （4）集水井水位上升到主用泵啟動水位時，應(yīng)自動投入主用水泵； （5）當(dāng)工作泵發(fā)生故障或來水量大增，使集水井水位上升到備用泵啟動水位時，應(yīng)自動投入備用水泵； （6）當(dāng)備用泵投入時，應(yīng)同時發(fā)出報警信號（光報警）； （7）由控制高壓水路的電磁閥來控制泵的抽水，電磁閥由雙線圈控制，并由位置信號返回PLC； （8）電磁閥按5A設(shè)計主回路； （9）使用埋電極的方法測水井的水位，應(yīng)設(shè)計出驅(qū)動電路； （10）系統(tǒng)有過高水位、工作泵啟動水位、水泵停止水位觸點(diǎn)信號輸入PLC。 1.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計 就目前的現(xiàn)狀有

10、以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計算機(jī)控制、可編程序控制器控制。 通過對四種控制系統(tǒng)進(jìn)行簡單的比較，我們不難發(fā)現(xiàn)，繼電器本控制柜的安裝接線工作量大，整個控制柜價格非常高，靈活性差，響應(yīng)速度慢。單片機(jī)是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O 信號相連。要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和I/O 接口電路，硬件設(shè)計、制作和程序設(shè)計的工作量相當(dāng)大。工業(yè)控機(jī)價格較高，將它用于開關(guān)量控制有些大材小用。且其外部I/O 接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷電路板上引出，不如接線端子可靠。而相對于以上三種控制方式，PLC 為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠

11、性高、控制功能強(qiáng)大、性價比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動化的首選控制裝置。故選擇PLC來實(shí)施本次設(shè)計。 1． 開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2． 運(yùn)動控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制，世界上各主要PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 3． 閉環(huán)過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機(jī)，

12、PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 4． 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 5． 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信含PLC 間的通信及PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC 廠商

13、都十分重視PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 根據(jù)本控制系統(tǒng)的控制要求應(yīng)該選擇可編程序控制器控制。 第 2 章 水電站集水井射流泵排水控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 2.1 硬件選型 2.1.1 PLC 機(jī)型選擇 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。 1．結(jié)構(gòu)合理 對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC，集水井射流

14、泵排水控制系統(tǒng)的設(shè)計選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC 能夠達(dá)到要求。 2．功能強(qiáng)、弱適當(dāng) 對于開關(guān)量控制的工程項目，根據(jù)水電站集水井排水系統(tǒng)的控制要求，選用西門子公司的S7-300 系列機(jī)。 3．機(jī)型統(tǒng)一 PLC 的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC 的I/O 和CPU 放在一塊印刷電路板上，并封裝在一個殼體內(nèi)，省去了插接環(huán)節(jié)，因此體積小、價格便宜。但由于整體式結(jié)構(gòu)的PLC 功能有限，只適用于控制要求比較簡單的系統(tǒng)。一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結(jié)構(gòu)，這樣功能易擴(kuò)展，比整體式靈活。一個大型企業(yè)選用PLC 時，盡量要做到機(jī)型統(tǒng)一。由于同一機(jī)型的PLC，其模塊可互為備用，以便備件的采購和

15、管理；另外，功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)人員的培訓(xùn)；其外部設(shè)備通用也有利于資源共享。若配備了上位計算機(jī)，可把各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺PLC 聯(lián)成一個多級分布式控制相互通信，集中協(xié)調(diào)管理。物料混合控制系統(tǒng)控制要求比較簡單選擇整體式結(jié)構(gòu)的PLC。 4．是否在線編程 PLC 的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過程改變時，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來很大方便。PLC 的編程分為離線編程和在線編程兩種。離線編程的PLC，其主機(jī)和編程器共用物料混合控制系統(tǒng)采用離線編程。 5．PLC 的環(huán)境適應(yīng)性 由于PLC 是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計成能在惡劣的

16、環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種PLC 都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時，特別是在設(shè)計控制系統(tǒng)時，對環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。一般PLC及其外部電路（I/O 模塊、輔助電源等）都能在下列環(huán)境條件下可靠工作：溫度：工作溫度0～55℃，最高為60℃ 儲存溫度： -40℃～＋85℃濕度：相對濕度5%～95%(無凝結(jié)霜)振動和沖擊： 滿足國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)電源：交流220V，允許變化范圍為-15%～＋15%，頻率為47～53Hz瞬間停電保持l0ms環(huán)境：周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體對于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下的PLC，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。 2.1.2 PLC 容量選擇

17、 PLC 容量包括兩個方面：一是I/O 的點(diǎn)數(shù)；二是用戶存儲器的容量（字?jǐn)?shù)）。PLC 容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，以做備用。根?jù)經(jīng)驗，在選擇存儲容量時，一般按實(shí)際需要的10%～25%考慮裕量。對于開關(guān)量控制系統(tǒng)，存儲器字?jǐn)?shù)為開關(guān)量I/O 乘以8；對于有模擬量控制功能的PLC，所需存儲器字?jǐn)?shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以100。通常，一條邏輯指令占用存儲器一個字。計時、計數(shù)、移位及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钫加么鎯ζ鲀蓚€字。各種指令占存儲器的字?jǐn)?shù)可查閱PLC 產(chǎn)品使用手冊。I/O 點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。由于目前I/O 點(diǎn)數(shù)較多的PLC 價格也較高，若備用的I/O 點(diǎn)的數(shù)量太多，將使成本

18、增加。根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出信號的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常I/O 點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的10%～15%考慮備用量。 2.1.3 I/O 模塊的選擇 PLC 是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，它的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O 接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為控制器對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時控制器又通過I/O 接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過程中的被控設(shè)備，驅(qū)動各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)控制。外部設(shè)備或生產(chǎn)過程中的信號電平各種各樣，各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的，而PLC 的CPU

19、所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O 接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。PLC 從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號都需經(jīng)過一定距離。為了確保這些信息的正確無誤，PLC 的I/O 接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要，PLC 相應(yīng)有許多種I/O 接口模塊，包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊及模擬量輸出模塊，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇使用。 1．確定I/O 點(diǎn)數(shù) I/O 點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便地對功能進(jìn)行擴(kuò)展。對一個控制對象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，I/O 點(diǎn)數(shù)就可能有所不同。 2．開關(guān)量I/O 標(biāo)準(zhǔn)的I/O 接口用于同傳感器和開關(guān)（如

20、按鈕、限位開關(guān)等）及控制（開/關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報警器、電動機(jī)起動器等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。典型的交流I/O 信號為24～240V（AC），直流I/O 信號為5～24V（DC）。 3．選擇開關(guān)量輸入模塊主要從下面兩方面考慮：一是根據(jù)現(xiàn)場輸入信號與PLC 輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來選擇電平的高低。一般24V 以下屬于低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如12V 電壓模塊一般不超過10m，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。二是高密度的輸入模塊，如32 點(diǎn)輸入模塊，能允許同時接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般同時接通的點(diǎn)數(shù)不得超過總輸入點(diǎn)數(shù)的60%。 4．選擇開關(guān)量輸出模塊時應(yīng)從以下三個方面來考慮：一

21、是輸出方式選擇。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。其中，繼電器輸出價格便宜，使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力強(qiáng)，且有隔離作用。但繼電器有觸點(diǎn)，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動作不頻繁的交／直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動電感性負(fù)載時，最大開閉頻率不得超過1Hz。晶閘管輸出（交流）和晶體管輸出（直流）都屬于無觸點(diǎn)開關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載。感性負(fù)載在斷開瞬間會產(chǎn)生較高反電壓，必須采取抑制措施。二是輸出電流的選擇。模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值，如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動時，應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通

22、時有沖擊電流，要留有足夠的余量。三是允許同時接通的輸出點(diǎn)數(shù)。在選用輸出點(diǎn)數(shù)時，不但要核算一個輸出點(diǎn)的驅(qū)動能力，還要核算整個輸出模塊的滿負(fù)荷負(fù)載能力，即輸出模塊同時接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過模塊規(guī)定的最大允許電流值。 2.1.4 電源模塊的選擇 電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、I/O 模塊、專用模塊等消耗電流的總和。以下步驟為選擇電源的一般規(guī)則： 1．確定電源的輸入電壓； 2．將框架中每塊I/O 模塊所需的總背板電流相加，計算出I/O 模塊所需的總背板電流值； 3．I/O 模塊所需的總背板電流值再加上以下各電流： 1） 框架中帶有處理器時

23、，則加上處理器的最大電流值； 2） 當(dāng)框架中帶有遠(yuǎn)程適配器模塊或擴(kuò)展本地 I/O 適配器模塊時，應(yīng)加上其最大電流值。 4．如果框架中留有空槽用于將來擴(kuò)展時，可做以下處理； 1） 列出將來要擴(kuò)展的 I/O 模塊所需的背板電流； 2） 將所有擴(kuò)展的 I/O 模塊的總背板電流值與步驟。 5．在框架中是否有用于電源的空槽，否則將電源裝到框架的外面。 6．根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值，從用戶手冊中選擇合適的電源模塊。 具體應(yīng)考隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展，PLC 產(chǎn)品的種類越來越多，而且功能也日益完善。PLC 的種類繁多，其結(jié)構(gòu)、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等各有不同，

24、當(dāng)然使用場合也有所不同。因此選擇合理的PLC 對提高PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)意義重大。 因此在選擇機(jī)型時不僅要滿足其功能要求及維護(hù)等方面的慮： 1）合理的結(jié)構(gòu)形式 2）安裝方式的選擇 3）相當(dāng)?shù)墓δ芤? 4）系統(tǒng)可靠性的要求 綜上所述，根據(jù)控制系統(tǒng)要求選擇 S7-300 系列PLC，S7-300 系列PLC 屬于中型模塊式結(jié)構(gòu)的PLC，本機(jī)自帶RS?485 通信接口，內(nèi)置電源和I/O 接口，它的結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行速度快，可靠性高，具有極其豐富的指令系統(tǒng)和擴(kuò)展模塊，實(shí)時性和通信能力強(qiáng)大，便于操作，易于掌握，性價比高，是中小規(guī)模控制系統(tǒng)的理想控制設(shè)備。 2.2 PLC I/O 點(diǎn)

25、分配 2.2.1 控制系統(tǒng)I/0 數(shù)量 通過分析控制任務(wù)，共需要13個數(shù)字量輸入和7個數(shù)字量輸出，CPU 型號可以選擇S7-300PLC 的CPU312（本機(jī)上有16個數(shù)字量輸入和16個數(shù)字量輸出）。QA01為電源開關(guān)、KF1-KF4為電磁閥1#、2#啟停開關(guān)；BG1-BG4行程開關(guān)來控制主、備用泵的自動啟停；PG1-PG2分別指示工作泵和備用泵的工作情況；PG3來指示備用泵的光報警；KF5、KF6為1#、2#泵手動啟停開關(guān)；SF1、SF2為1#、2#泵的手動、自動、備用選擇開關(guān)；PG4為電源的指示燈。該系統(tǒng)具體所使用的輸入輸出設(shè)備的I/O口分配如表2-1 所示。 表 2-1 I

26、/O口分配表 控制信號 信號名稱 元件名稱 元件符號 地址編碼 輸入信號 1#電磁閥開啟閥芯 行程開關(guān) BG1 I1.3 1#電磁閥關(guān)閉閥芯 行程開關(guān) BG2 I1.4 2#電磁閥開啟閥芯 行程開關(guān) BG3 I1.5 2#電磁閥關(guān)閉閥芯 行程開關(guān) BG4 I1.6 1#工作泵啟動信號 常開開關(guān) KF5 I0.0 2#備用泵啟動信號 常開開關(guān) KF6 I0.1 1#工作泵選擇手動信號 選擇開關(guān) SF2 I0.3 1#工作泵選擇自動信號 選擇開關(guān) SF2 I0.4 1#工作泵選擇備用信號 選擇開

27、關(guān) SF2 I0.5 2#備用泵選擇手動信號 選擇開關(guān) SF3 I1.0 2#備用泵選擇自動信號 選擇開關(guān) SF3 I1.1 2#備用泵選擇備用信號 選擇開關(guān) SF3 I1.2 手動、自動輪換信號 旋鈕 SF1 I0.2 輸出信號 1#工作泵開啟信號 線圈 KF1 Q0.0 1#工作泵停止信號 線圈 KF2 Q0.1 2#工作泵開啟信號 線圈 KF3 Q0.2 2#工作泵停止信號 線圈 KF4 Q0.3 1#工作泵開啟光信號 發(fā)光管 PG1 Q1.0 2#工作泵開啟光信號 發(fā)光管 PG2 Q1.1

28、 過高水位光信號 發(fā)光管 PG3 Q1.2 2.2.2 PLC 的I/O 接線圖 根據(jù)表2-1 及I/O 分配表畫出I/O 接線圖如圖2-1所示。 圖 2-1 I/O口接線圖 2.3 主電路的設(shè)計 根據(jù)以上所選的器件可畫出其硬件電氣原理圖如圖2-2 所示。 其中本次設(shè)計中的集水井排水控制系統(tǒng)由線圈驅(qū)動。 圖 2-2 電氣連線圖 第 3章 水電站集水井射流泵排水控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 3.1 程序設(shè)計的一般方法 順序設(shè)計法 對那些按動

29、作的先后順序進(jìn)行控制的系統(tǒng)，非常適合使用順序控制設(shè)計法進(jìn)行編程。順序控制法規(guī)律性很強(qiáng)，雖然編程相當(dāng)長，但程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性。在用順序控制設(shè)計法編程時，功能圖是很重要的工具。功能圖能夠清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能、步與步之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。 綜上所述，本控制系統(tǒng)采用順序設(shè)計法設(shè)計。 3.2 PLC 控制的相關(guān)流程圖 3.2.1 控制流程圖 水電站集水井射流泵排水控制系統(tǒng)的過程為：按下電源開關(guān)，輪換方式若為自動輪換——判斷水位即行程開關(guān)位置信號——若水位達(dá)到工作泵啟動水位，I1.3接通 ——Q0.0線圈接通，工作泵工作——若水位達(dá)到過高水位，I0.5接通——Q0.2線圈接通

30、備用泵工作——當(dāng)水位低于備用泵啟動水位時，I0.4接通——Q0.1線圈接通，備用泵停止工作——當(dāng)水位低于工作泵啟動水位時，I0.6接通——Q0.3線圈接通工作泵停止工作； 按下電源開關(guān)，輪換方式若為手動輪換——判斷1#、2#選擇開關(guān)位置信號——若在手動位置 ——接通I0.0——工作泵工作——接通I0.1——備用泵工作；若在自動位置——啟動停止方式同自動輪換；若1#、1#在備用位置——則工作泵、備用泵都工作。 系統(tǒng)的控制流程圖，如圖 3-1 所示。 圖 3-1 控制流程圖 3.3 可編程控制器梯形圖 標(biāo)準(zhǔn)語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特點(diǎn) 1. 它是一種圖形語言

31、，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線，左邊畫輸入、右邊畫輸出。 2. 梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開和常閉，接點(diǎn)可以是PLC 輸入點(diǎn)接的開關(guān)也可以是PLC 內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。 3. 梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 4. 內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU 內(nèi)部使用。 5. PLC 是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)作條件使用。 梯形圖的編制采用 STEP7?Mi

32、cro/WIN32 軟件，STEP7?Micro/WIN32 軟件是西門子S7-300PLC 的開發(fā)工具，主要用于開發(fā)程序，也可用于實(shí)時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)，該軟件具有Windows 應(yīng)用軟件的通用界面,易學(xué)易用。 基于PLC的水電站集水井射流泵排水控制系統(tǒng)的梯形圖 梯形圖分析： 1.初始狀態(tài) 當(dāng)裝置投入運(yùn)行時，所有設(shè)備處于斷電狀態(tài)。 2.控制過程如下： （1）合上電源開關(guān)啟動電源，旋鈕SF1閉合時(即I0.2為ON)，此時為自動輪換方式.當(dāng)水位上升使行程開關(guān)I0.3閉合時,工作泵中間觸點(diǎn)導(dǎo)通,然后使Q0.0得電啟動工作泵,并且指示燈Q1.0點(diǎn)亮; 當(dāng)水位繼續(xù)上升使行程開關(guān)I1

33、.5閉合時,備用泵中間觸點(diǎn)導(dǎo)通,然后使Q0.2得電啟動備用泵,并且指示燈Q0.1,Q1.2點(diǎn)亮,蜂鳴器Q1.5鳴叫。 （2）合上電源開關(guān)啟動電源，旋鈕SF1未閉合時(即I0.2為OFF)，此時為手動輪換方式.當(dāng)1#工作泵選擇開關(guān)選為手動時,閉合工作泵開關(guān)(即I0.3為ON),此時手動中間觸點(diǎn)M0.2導(dǎo)通,然后Q0.0得電工作泵啟動,并且指示燈Q1.0點(diǎn)亮; 當(dāng)1#工作泵選擇開關(guān)選為自動時,此時情況同(1)中自動輪換方式; 當(dāng)1#工作泵選擇開關(guān)選為備用時,工作泵啟動并且指示燈Q1.0點(diǎn)亮. （3）合上電源開關(guān)啟動電源，旋鈕SF1未閉合時(即I0.2為OFF)，此時為手動輪換方式. 當(dāng)2#備用

34、泵選擇開關(guān)選為手動時,閉合備用泵開關(guān)(即I1.0為ON),此時手動中間觸點(diǎn)M0.3導(dǎo)通,然后Q0.2得電工作泵啟動, 并且指示燈Q0.1,Q1.2點(diǎn)亮,蜂鳴器Q1.5鳴叫; 當(dāng)2#備用泵選擇開關(guān)選為自動時,此時情況同(1)中自動輪換方式; 當(dāng)2#備用泵選擇開關(guān)選為備用時,備用泵啟動并且指示燈Q0.1,Q1.2點(diǎn)亮,蜂鳴器Q1.5鳴叫. （4）當(dāng)1#電磁閥閥芯關(guān)閉行程開關(guān)閉合時,線圈SF2導(dǎo)通(即Q0.1接通),此時工作泵停止工作.并且Q1.0指示燈熄滅. （5）當(dāng)2#電磁閥閥芯關(guān)閉行程開關(guān)閉合時,線圈SF4導(dǎo)通(即Q0.3接通),此時備用泵停止工作.并且Q1.1 、Q1.2指示燈熄滅、蜂鳴

35、器停止鳴叫. 第4 章 仿真系統(tǒng)調(diào)試 根據(jù)集水井射流泵排水PLC控制系統(tǒng)所設(shè)計的梯形圖，選用STEP7?SIMATIC Manager 軟件進(jìn)行硬件組態(tài)和程序調(diào)試。 本次設(shè)計的梯形圖運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控調(diào)試圖如下： 硬件組態(tài)電源，CPU，數(shù)字量輸入、輸出模塊選型如圖4-1所示： 圖 4-1 硬件組態(tài)圖 符號表如圖4-2所示： 圖 4-2 符號表圖 仿真界面如圖4-3所示： 圖 4-3 仿真界面圖 自動輪換方式下工作泵啟動如圖4-4所示： 圖 4-4 工作泵啟動圖 自動輪換方式下工作泵、備用泵都啟動如圖4-5所示：

36、圖 4-5 工作泵、備用泵都啟動圖 手動輪換方式下1#選擇開關(guān)為手動模式時工作泵啟動如圖4-6所示： 圖 4-6 工作泵啟動圖 手動輪換方式下2#選擇開關(guān)為手動模式時備用泵啟動如圖4-7所示： 圖 4-7 備用泵啟動圖 手動輪換方式下選擇開關(guān)都為自動模式時工作泵、備用泵都啟動如圖4-8所示： 圖 4-8 工作泵、備用泵都啟動圖 手動輪換方式下1#選擇開關(guān)為備用模式時工作泵啟動如圖4-9所示： 圖 4-9 工作泵啟動圖 手動輪換方式下1#、2#選擇開關(guān)都為備用模式時工作泵啟動如圖4-10所示：

37、圖 4-10 工作泵、備用泵都啟動圖 結(jié) 論 本設(shè)計使用了西門子S7-300型號PLC（CPU312）設(shè)計控制程序，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單明了，運(yùn)行實(shí)施穩(wěn)定可靠。對集水井排水系統(tǒng)的射流泵自動控制進(jìn)行了相應(yīng)的闡述。 由于客觀條件的限制，本次設(shè)計，我們沒有對硬件系統(tǒng)進(jìn)行安裝、對整個系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試和安裝運(yùn)行都無法完成。但是我們通過實(shí)驗仿真驗證了程序和各個輸入/輸出的正確性。如果在條件允許的情況下，可以對以上設(shè)計進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)和完善。 這次設(shè)計總的說來耗費(fèi)的時間和精力都較多，一些任務(wù)也比較繁瑣。在這個設(shè)計和學(xué)習(xí)的過程中，通過同學(xué)的幫助和老師的指導(dǎo)我學(xué)到了很多東西，諸如一些設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，器件的安裝方式

38、，繪制正確的圖紙等等。在這樣逐步深入設(shè)計的過程中我一點(diǎn)點(diǎn)的增長了自己相應(yīng)的知識，對如何完成一份課程設(shè)計也有了一些自己的體會和感悟，對我所做的課題也有了一定程度的了解，在以后的學(xué)習(xí)和生活中，我會把這次的經(jīng)歷作為一種借鑒，使自己在進(jìn)行其他設(shè)計時可以做到更好。 設(shè)計總結(jié) 通過此次課程設(shè)計，我再次明白了學(xué)以致用的重要性。 了解書本上的知識是一方面，將它運(yùn)用在我們的生活我們的工作中則是更重要的一方面。這次設(shè)計遇到了很多的困難和不足，同時也暴露出了自己的很多問題，例如在自己動手進(jìn)行程序編制這一方面，反復(fù)的思考，反復(fù)的檢查，反復(fù)的糾正，

39、我們終于找到了問題的所在，解決了困難。這樣的過程是非常難得的體驗，在不斷糾正的過程中更新自己，做到真正的學(xué)以致用。 這一次課程設(shè)計對我而言無論是個人能力還是團(tuán)隊能力都有很大的增長，通過團(tuán)隊的努力和自己的思考，原先很多不了解不清楚的地方都被解決，讓我意識到獨(dú)立思考以及團(tuán)隊合作兩者的重要性。在以后的學(xué)習(xí)生活中，我會以此為戒，時刻提醒自己既要注意個人獨(dú)立的思考，也要重視團(tuán)隊配合的重要。這次課程設(shè)計另一個讓我受益無窮的是學(xué)習(xí)了“如何去學(xué)習(xí)”這樣的方法，學(xué)習(xí)不只是被動的接受，更要主動的去吸收。不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐才能夠不斷的提升自己，以后的學(xué)習(xí)生活我也會這樣堅持下去。 我相信只要時刻保持這樣的態(tài)度，以后

40、無論遇到怎樣的困難我們都能夠?qū)⑺鉀Q。 謝 辭 這次電氣自動控制課程設(shè)計的完成得到了很多人的幫助，首先感謝我的指導(dǎo)老師—童俊老師，這次設(shè)計中無論是課題的選擇還是基本的引入和講解，都得到了童老師的熱情幫助。此次設(shè)計整體的成型定稿很大部分都需要感謝童老師的指導(dǎo)，再次表示感謝。其次，這次課程設(shè)計中還遇到了很多問題，通過本小組中成員的相互幫助和講解也都一一得到了解決，也對我的組員表示熱烈的感謝。 同時，在這次設(shè)計中還遇到了一些問題得到了一些其他同學(xué)珍貴的建議，也對他們表示誠摯的問候和感謝。最

41、后，對在百忙中抽空審閱本文并提出寶貴意見的老師表示誠摯的問候和真摯的感謝！ 參考文獻(xiàn) [1] 王宗才. 機(jī)電傳動與控制. 北京: 電子工業(yè)出版社. 2011. [2] 于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社.2004. [3] 胡學(xué)林. 電氣控制及PLC. 北京：冶金工業(yè)出版社, 1997. [4] 廖常初. PLC 編程及應(yīng)用. 北京：機(jī)械出版社，2002. [5] 羅偉.鄧木生.PLC 與電氣控制.北京：中國電力出版社，2005. [6] 馬光.全自動洗衣機(jī)中的傳感器[J].北京:家用電器,19

42、99. [7] 孫振強(qiáng).可編程控制器原理及應(yīng)用教程.北京：清華大學(xué)出版社.2003. [8] 劉子林.電機(jī)與電氣控制[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003. [9] 程周.電氣控制與PLC 原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003. [10]蔣金周.全自動洗衣機(jī)的PC 智能控制[J].機(jī)電一體化,2004. [11]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)（第三版）北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.8 [12] 胡健. 西門子S7-300PLC應(yīng)用教程. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2016. 備用泵停止 BG3閉合 備用泵開啟 BG4閉合 SF2備用 備用泵停止 BG3閉合 備用泵開啟 BG4閉合 SF3備用 工作泵開啟 SF3自動 KF6閉合 備用泵啟動 SF3手動 BG2閉合 工作泵停止 BG1閉合 工作泵停止 BG2閉合 BG1閉合 KF5閉合 工作泵開啟 SF2自動 KF5閉合 工作泵啟動 SF2手動 BG2是否閉合 工作泵停止 BG4是否閉合 備用泵停止 BG3是否閉合 備用泵啟動 工作泵啟動 BG1是否閉合 SF1是否閉合 開始