1、课程设计说明书 课 程 名 称: 电气自动控制课程设计 课 程 代 码: 106003499 题 目:水电站集水井射流泵排水 PLC 控制系统设计 学 生 姓 名: xxxxx 学 号: xxx0xxx 年级/专业/班: xxxxxxxxxxxxxxxxx1 学 院 (直 属 系 ) : 机械工程学院 指 导 教 师: xxx 电 气 自 动 控 制 课 程 设 计 说 明 书目 录摘 要 .- 1 -引 言 .- 2 -第 1 章 水电站集水井射流泵排水 PLC 控制系统方案设计 .- 3 -1.1 方案设计原则 .- 3 -1.2 系统的整体设计要求 .- 3 -1.3 控制系统的设计 .
2、- 4 -第 2 章水电站集水井射流泵排水 PLC 控制系统的硬件设计 .- 6 -2.1 主电路的设计 .- 12 -2.2 PLC I/O 点分配 .- 9 -2.2.1 控制系统 I/0 数量 .- 9 -2.2.2 PLC 的 I/O 接线图 .- 11 -2.3 硬件选型 .- 6 -2.3.1 PLC 机型选择 .- 6 -2.3.2 PLC 容量选择 .- 7 -2.3.3 I/O 模块的选择 .- 7 -2.3.4 电源模块的选择 .- 8 -第 3 章水电站集水井射流泵排水 PLC 控制系统的软件设计 .- 13 -3.1 程序设计的一般方法 .- 13 -3.1.1 顺序设
3、计法 .- 13 -3.2 PLC 控制的相关流程图 .- 14 -3.2.1 控制流程图 .- 14 -3.3 可编程控制器梯形图 .- 15 -第 4 章 仿真系统调试 .- 18 -结 论 .- 23 -设计总结 .- 24 -谢 辞 .- 25 -参考文献 .- 26 -电 气 自 动 控 制 课 程 设 计 说 明 书- 1 -摘 要水电站集水井是电站渗漏水、检修水和部分生产用水的排泄系统。电站渗漏排水通常包括厂内水工建筑物的渗水、机组顶盖与主轴密封漏水、钢管伸缩节漏水及供排水阀门管件漏水等，其主要特点是排水量小，高程较低，不能靠自流排至下游，所以设有集水井，把渗漏水集中起来，用水泵
4、抽出。本设计基于可编程序控制器（PLC） ，使用射流泵，由控制高压水路的电磁阀来控制泵的抽水，电磁阀由双线圈控制，并有行程开关将位置信号返回 PLC。本设计采用西门子 S7-300 型 PLC，CPU312 为主要装置，实现对射流泵的控制。很好的将书本和实际结合到了一起。关键词： PLC 射流泵 电磁阀 行程开关 电 气 自 动 控 制 课 程 设 计 说 明 书- 2 -引 言当今社会，集水井排水装置在生活、生产中已成为一种必不可少的装置。面对巨大的需求量，排水装置必须向着更高效，更高质，更优质等有利方向发展。排水系统要求可靠的控制，精确的水位测量等特点，这是目前一般的半自动控制系统和人工控
5、制系统所难以满足的。因此，为了满足当前企业的生产需要，设计精确可靠的排水系统是一种必然的趋势。PLC装置已经成为自动化系统的主要装置，20世纪70年代初，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已经全面引入可编程控制控制器中，使其功能发生了质的飞越。20世纪80年代初，可编程控制器在发达国家中已经获得广泛的应用，其特点体现为，大规模、高速度、高性能、产品系列化等。此时的可编程控制器已经逐渐进入成熟阶段。上世纪80年代至90年代中期是可编程控制器发展最为迅速的时期，其能力得到各方面的提高并且逐渐进入了控制领域。实际末期，可编程控制器的发展特点是更为适合现代工业设计等的需要。现目前，可编程控制器
6、在机械制造，石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展而本次设计则是将PLC 用于水电站集水井射流泵排水控制装置的设计的控制，将所学理论知识和生活实际紧密的结合在一起。在巩固所学的同时，对实际中的问题也做了一些深入的了解。电 气 自 动 控 制 课 程 设 计 说 明 书- 3 -第 1 章 水电站集水井射流泵排水控制系统方案设计1.1 方案设计原则整个设计过程是按工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务，设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号（GB4728 ）及其他相关标准和规范编写。设计原则主要包括：工作条件：工程对电气控制线路提供的具
7、体资料，系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用，减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。对于本课题来说，集水井排水系统部分是一个较大规模工业控制系统的改适升级，控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员迅速掌握。从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量。系统的可靠性要高。人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的
8、能力。要实现整个集水井排水控制系统的设计，需要从怎样实现多个电磁阀的开关以及行程开关的控制这个角度去考虑，现在就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。1.2 系统的整体设计要求（ 1） 系 统 由 水 位 信 号 自 动 启 动 和 停 止 工 作 泵 ， 维 持 集 水 井 水 位 在 规 定 的 范 围 内 ； 水 泵为 射 流 泵 ；（ 2） 系 统 由 两 台 水 泵 组 成 ， 一 台 为 工 作 泵 ， 一 台 为 备 用 泵 。 泵 运 行 时 应 有 运 行 指 示 ；（ 3） 两 台 泵 的 工 作 关 系 应 能 做 出 选 择 （ 手 动 、 自 动 、 备
9、 用 的 选 择 ） 。 主 、 备 用 泵 应 能 单独 手 动 启 停 ， 两 台 泵 的 工 作 关 系 应 能 轮 换 ， 分 为 手 动 轮 换 和 自 动 定 时 轮 换 ；（ 4） 集 水 井 水 位 上 升 到 主 用 泵 启 动 水 位 时 ， 应 自 动 投 入 主 用 水 泵 ；（ 5） 当 工 作 泵 发 生 故 障 或 来 水 量 大 增 ， 使 集 水 井 水 位 上 升 到 备 用 泵 启 动 水 位 时 ， 应 自动 投 入 备 用 水 泵 ；（ 6） 当 备 用 泵 投 入 时 ， 应 同 时 发 出 报 警 信 号 （ 光 报 警 ） ；（ 7） 由 控 制
10、 高 压 水 路 的 电 磁 阀 来 控 制 泵 的 抽 水 ， 电 磁 阀 由 双 线 圈 控 制 ， 并 由 位 置 信 号电 气 自 动 控 制 课 程 设 计 说 明 书- 4 -返 回 PLC；（ 8） 电 磁 阀 按 5A设 计 主 回 路 ；（ 9） 使 用 埋 电 极 的 方 法 测 水 井 的 水 位 ， 应 设 计 出 驱 动 电 路 ；（ 10） 系 统 有 过 高 水 位 、 工 作 泵 启 动 水 位 、 水 泵 停 止 水 位 触 点 信 号 输 入 PLC。1.3 控制系统的设计就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算
11、机控制、可编程序控制器控制。通过对四种控制系统进行简单的比较，我们不难发现，继电器本控制柜的安装接线工作量大，整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O 信号相连。要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和I/O 接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。工业控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部I/O 接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。而相对于以上三种控制方式，PLC 为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。故选择P
12、LC 来实施本次设计。1 开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2 运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制，世界上各主要PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。3 闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。过程
13、控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。4 数据处理现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、数据转换、电 气 自 动 控 制 课 程 设 计 说 明 书- 5 -排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5 通信及联网PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC 厂商都十分重视PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产
14、的PLC 都具有通信接口，通信非常方便。根据本控制系统的控制要求应该选择可编程序控制器控制。电 气 自 动 控 制 课 程 设 计 说 明 书- 6 -第 2 章 水电站集水井射流泵排水控制系统的硬件设计2.1 主电路的设计根据以上所选的器件可画出其硬件电气原理图如图2-1 所示。其中本次设计中的集水井排水控制系统由线圈驱动。 电 气 自 动 控 制 课 程 设 计 说 明 书- 7 -图 2-2 电气连线图2.2 PLC I/O 点分配2.2.1 控制系统 I/0 数量通过分析控制任务，共需要13个数字量输入和8个数字量输出，CPU 型号可以选择S7-300PLC 的CPU312（本机上有1
15、6个数字量输入和16个数字量输出） 。QA01为电源开关、KF1-KF4为电磁阀1#、2#启停开关；BG1-BG4行程开关来控制主、备用泵的自动启停；PG1-PG2分别指示工作泵和备用泵的工作情况；PG3和PB来指示备用泵的声光报警；KF5、KF6为1#、2#泵手动启停开关；SF1、SF2为1#、2#泵的手动、自动、备用选择开关；PG4为电源的指示开关。该系统具体所使用的输入输出设备的I/O口分配如表2-1 所示。表 2-1 I/O口分配表控制信号 信号名称 元件名称 元件符号 地址编码1#电磁阀开启阀芯 行程开关 BG1 I1.31#电磁阀关闭阀芯 行程开关 BG2 I1.42#电磁阀开启阀
16、芯 行程开关 BG3 I1.52#电磁阀关闭阀芯 行程开关 BG4 I1.61#工作泵启动信号 常开开关 KF5 I0.02#备用泵启动信号 常开开关 KF6 I0.11#工作泵选择手动信号 选择开关 SF2 I0.31#工作泵选择自动信号 选择开关 SF2 I0.41#工作泵选择备用信号 选择开关 SF2 I0.52#备用泵选择手动信号 选择开关 SF3 I1.02#备用泵选择自动信号 选择开关 SF3 I1.12#备用泵选择备用信号 选择开关 SF3 I1.2输入信号手动、自动轮换信号 旋钮 SF1 I0.21#工作泵开启信号 线圈 KF1 Q0.01#工作泵停止信号 线圈 KF2 Q0.1电 气 自 动 控 制 课 程 设 计 说 明 书- 8 -2#工作泵开启信号 线圈 KF3 Q0.22#工作泵停止信号 线圈 KF4 Q0.31#工作泵开启光信号 发光管 PG1 Q1.02#工作泵开启光信号 发光管 PG2 Q1.1过高水位光信号 发光管 PG3 Q1.2输出信号过高水位声信号 蜂鸣器 PB Q1.52.2.2 PLC 的 I/O 接线图根据表2-1 及I/O 分配表画出I/O 接线图如图2-1所示。图 2-1 I/O口接线图
