【導讀】采用PLC控制電路的設計。水泵系統(tǒng)滿足供水要求。壓電器設備的型號、規(guī)格和臺套數(shù)。要求綜合考慮控制器成本。獨立完成設計的全部內(nèi)容。畢業(yè)設計論文符合學校規(guī)定的論文格式、圖表規(guī)范。畢業(yè)設計的有關資料存入磁盤。20xx年12月～20xx年1月：資料收集、整理，撰寫文件綜述和開題報告。20xx年4月：主電路設計，PLC外圍控制電路。20xx年5月：程序設計，撰寫、修改畢業(yè)設計論文、畢業(yè)設計答辯。設計（論文）題目類型工程設計類起止時間~由于壓力得不到有效控制，造成管線破裂，漏水缺水現(xiàn)象嚴重。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，本文介紹了，應用PLC和變頻器，實現(xiàn)對二級水泵站全自動化控制的技術?？梢詫崿F(xiàn)無級恒壓調(diào)速，供水穩(wěn)定，供水質(zhì)量顯著提高。機電能損耗，并且減小啟動時對電網(wǎng)沖擊。成程度高，檢修維護方便?？刂茖ο蟮姆治觯x擇了PLC加變頻器的控制方案。根據(jù)設計思路進行了主要設。對用戶實行分區(qū)供水，

　　

【正文】 應大于被保護線路上的最大短路電流。 （ 4 ）熔斷額定電壓大于等于線路電壓 Y250M2 電動機支路 1 1 .5 * 1 0 3 1 5 4 .5IA?? Y200L2 電機支路 2=*70=105IA 主干電路熔體電流 1 0 3 * 1 .5 + 1 0 3 + 7 0 = 3 2 7 .5I ? A 選擇相應熔斷器如下 螺旋式熔斷器 RL1T150 3 個 螺旋式熔斷器 RL1T110 2 個 刀型觸頭熔斷器 RT36N2 1 個 第 23 頁 共 50 頁 螺旋式熔斷器 RL1T150 參數(shù)介紹 額定電壓： 380/400V AC 額定電流： 150A 額定最大分斷能力： 50KA 螺旋式熔斷器 RL1T110 參 數(shù)介紹 額定電壓： 380/400V AC 額定電流： 110A 額定最大分斷能力： 25KA 圖 RL1 系列熔斷器 刀型觸頭熔斷器 RT36N2 參數(shù)介紹 額定電壓： 380~690V AC 額定電流： 355A 額定最大分斷能力： 120KA 圖 RT 系列熔斷器 根 據(jù)經(jīng)驗估計，整個水泵房短路電流 ~8KA 之間，所選熔斷器最大分斷能力都滿足要求。 第 24 頁 共 50 頁 熱繼電器選型 熱繼電器是用于電動機或其它電氣設備、電氣線路的過載保護的保護電器。電動機在實際運行中，如拖動生產(chǎn)機械進行工作過程中，若機械出現(xiàn)不正常的情況或電路異常使電動機遇到過載，則電動機轉速下降、繞組中的電流將增大，使電動機的繞組溫度升高。若過載電流不大且過載的時間較短，電動機繞組不超過允許溫升，這種過載是允許的。但若過載時長，過載電流大，電動機繞組的溫升就會超過允許值，使電動機繞組老化，縮短 電動機的使用壽命，嚴重時甚至會使電動機繞組燒毀。所以，這種過載是電動機不能承受的。熱繼電器就是利用電流的熱效應原理，在出現(xiàn)電動機不能承受的過載時切斷電動機電路，為電動機提供過載保護的保護電器。 選型依據(jù)： 1 熱繼電器 額定電流 應等于或大于電動機的額定電流。 2 熱繼電器的額定電流 =（ ）倍的電動機額定電流。 3 對于電動機 回路，熱繼電器的整定電流應等于電動機的額定電流。 1I =103 2I =70A 分別選擇 正泰 NR2150/Z 80150A 3 個 正泰 NR293G/Z 2380A 2 個 正泰 NR2150/Z 80150A 額定電壓： 380V AC 額定電流： 150A 絕緣電壓： 680V 正泰 NR293G/Z 2380A 額 定電壓： 380V AC 額定電流： 80A 絕緣電壓： 680V 圖 NR 系列 熱繼電器 第 25 頁 共 50 頁 低壓斷路器選型 低壓斷路器 (曾稱自動開關 )是一種不僅可以接通和分斷正常負荷電流和過負荷電流，還可以接通和分斷短路電流的開關電器。低壓斷路器在電路中除起控制作用外，還具有一定的保護功能，如過負荷、短路、欠壓和漏電保護等。這里作為整個電路總開關。 一般選用原則為： (1)斷路器額定電流≥負載工作電流； (2)斷路器額定電壓≥電源和負載的額定電壓； (3)斷路器脫扣器額定電流≥負載工作電流； (4)斷路器極限通斷能力≥電路最大短路電流； 電機啟動時線路最大沖擊電流估算 (1 0 3 1 0 3 7 0 ) * 2 5 5 2IA? ? ? ?。 電流比較大，比較適合選擇萬能式低壓斷路器。 選擇 DW15630 型低壓斷路器。 1 區(qū)機組變頻器斷路器 1 103 * 2 206IA?? 選擇 DW15400 2 區(qū)機組變頻器斷路器 2 =70*2=140IA 選擇 DW15200 DW15630 參數(shù)介紹 額定電壓： 380V AC 額定電流： 630A 極限分斷電流： 30KA 機械壽命： 9000 次 電壽命： 1000 次 根據(jù)經(jīng)驗估算，短路電流范圍 3KA~8KA，極限分 圖 DW15 系列斷路器 電流滿足要求。 第 26 頁 共 50 頁 4 硬件電路設計 主電路設計 根據(jù)控制對象分析，為了實現(xiàn)設計目標。主電 路設計主要考慮以下方面： （ 1） 5 臺電動機，分為 2 個機組進行控制，用 2 臺變頻器分別進行變頻調(diào)節(jié)。 （ 2） 1機組是三臺 Y250M2 三相交流電機，兩用一備。每臺電機要求既能工頻運行，也能變頻運行，既每臺電機必須分別被接入兩個回路里。但是變頻器每次只能帶一臺電機運行，電機的工頻變頻通斷由 PLC 通過接觸器控制。 （ 3） 2機組是兩臺 Y250L2 三相交流電機，一用一備。主電路是一臺變頻器帶一臺電機運行，但是為了便于維護和檢修，也應給電機設計工頻運行回路作為備用回路，只不過一般不投入使用。備用電機在主電機發(fā)生故障 和檢修期間，要能正確投入使用。 （ 4）每個機組的主電機發(fā)生故障或檢修時，備用電機應能可靠的自動投入運行并報警。 （ 5）主電路中應有相應必要的保護裝置，如短路保護、過載保護、接地保護等。 根據(jù)以分析，設計主電路如圖 。 圖 主電路圖 第 27 頁 共 50 頁 表 主要設備清單 序號 名稱 符號 型號 數(shù)量 1 低壓斷路器 QF0 DW15630 1 2 低壓斷路器 QF1 DW15400 1 3 低壓斷路器 QF2 DW15200 1 4 熔斷器 FU0 RT36N2 1 5 熔斷器 FU1~FU3 RL1T150 3 6 熔斷器 FU FU5 RL1T110 2 7 接觸器 KM1~KM3 KM6~KM8 CJ20160 6 8 接觸器 KM KM5 KM KM10 CJ20100 4 9 熱繼電器 HR1~HR3 NR2150/Z 80150A 3 10 熱繼電器 HR HR5 NR293G/Z 2380A 2 11 熱繼電器 VF VF2 SiemensMM430 2 主電路說明： M1， M2， M3 是 Y250M2 型電機， M3 是 M1 和 M2 的備用電機。 M4 和 M5是 Y200L2 型電機， M5 是 M4 的備用。熔斷器 FU0~FU5 起短路保護作用，熱繼電器 HR1~HR5 對電機起過載保護作用。 如圖 NN 示，電流經(jīng)總開關低壓斷路器 QA，主干路熔斷器 FU0 后，對于每臺電機而言，分別形成兩個回路。第一條回路既工頻回路：電流經(jīng)相應的熔斷器FU FU FU FU FU5，接觸器 KM KM KM KM KM5，熱繼電器 HR HR HR HR HR5 到達電機，構成每臺電機的工頻運行回路。 第 28 頁 共 50 頁 另一條回路是變頻回路：電流經(jīng)對應變頻器的 R、 S、 T 端，變頻器的輸出端 U、V、 W 和每臺電機相應的變頻接觸器 KM KM KM KM KM10 至電機，構成電機的變頻回路。需要注意的是每臺電機對應的工頻接觸器和變頻接觸器不允許同時接通，那樣會直接導致短路。同一時間每臺變頻器只允許帶一臺電機變頻運行。以 VF1 變頻器為例，當接通電源開始工作后， KM6 接通， M1 電機變頻運行，若到達頻率上限，水壓依然沒滿足要求， KM6 斷開 ， KM1 接通 ，MI 電機工頻運行。然后 KM7 接通， M2 電機啟動變頻運行。當 PLC 收到某臺電機故障信號，將切斷該臺電機所有接觸器，發(fā)出報警 信號，并啟動備用電機投入運行。合上空氣開關以后，將運行模式自動 /手動檔位選擇自動之后，系統(tǒng)將進入全自動運行的模式。 需要指出的是，雖然變頻器的變頻能力一般有 0 到 400HZ，但是這里的最大頻率和最小頻率顯然不可能是這個范圍，因為我們要根據(jù)實際情況綜合考慮變頻區(qū)間。首先是最大頻率，因為我國工頻供電的頻率是 50HZ，所以不可能無限制的增加頻率，否則導致電機無法安全切換到工頻模式工作。而且頻率過高的狀態(tài)下運行，對電機本身也是巨大的損耗。所以這里的最大頻率上限是 50HZ。其次是最低頻率，因為自來水廠蓄水池本身 對水泵形成一定壓力，既水泵處最低水壓是不可能是零的，而是一個遠大于零的一個數(shù)值。當頻率低于某個數(shù)值以后，頻率的降低無法再改變水壓，所以變頻器運行的最低頻率也不是零，這個數(shù)值根據(jù)以往的經(jīng)驗是 20HZ 左右。所以變頻器變頻區(qū)間為 20HZ 到 50HZ。 控制電路設計 既基于 PLC 的水泵房電氣控制器的設計的核心， PLC 控制變頻器和各個接觸器，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動運行。設計 PLC 外圍電路，首先要根據(jù)主電路的設計，定義 PLC 各個端口。其中對于電機故障信號報警，可以將過載、短路、斷路等故障信號串聯(lián)到一個輸入端子。 第 29 頁 共 50 頁 PLC 輸入信號： 表 PLC 輸入信號 名稱 符號 地址 啟動 SB1 停止 SB2 自動 /手動 SB3 1 號變頻器頻率上限信號 RL1A 1 號變頻器頻率下限信號 RL1B 2 號變頻器頻率上限信號 RL1A 2 號變頻器頻率下限信號 RL1B M1 故障信號 FR1 M2 故障信號 FR2 M3 故障信號 FR3 M4 故障信號 FR4 M5 故障信號 FR5 第 30 頁 共 50 頁 PLC 輸出信號： 表 PLC 輸出信號 名稱 符號 地址 1 號變頻器啟動 /停止 KA0 指示燈報警 KA12 M1 工頻 KM1 M1 變頻 KM6 M2 工頻 KM2 M2 變頻 KM7 M3 工頻 KM3 M3 變頻 KM8 M4 工頻 KM4 M4 變頻 KM9 M5 工頻 KM5 M5 變頻 KM10 2 號變頻器啟動 /停止 KM11 第 31 頁 共 50 頁 PLC 外圍電路： 圖 PLC 外圍電路圖 第 32 頁 共 50 頁 5 人機界面設計 人機界面的核心分為兩個部分 硬件部分：人與機器信息交換的窗口，這里選擇的是工控機 軟件部分：工業(yè)控制組態(tài)軟件，將交換來的信息在一個畫面中正確表達出來。 S7200 可以通過 RS485 與工控機相連，采用 PPI 協(xié)議交換信息，對于只有RS232 通訊接口的工控機，可以中間加一個轉換器 組態(tài)軟件介紹 組態(tài)軟件一般有圖形界面系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 、第三方程序接口組件和控制功能組件組成。圖形界面系統(tǒng)用于生成現(xiàn)場過程圖形畫面；實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用于實時存儲現(xiàn)場控制點的參數(shù)；第三方程序接口組件用于組態(tài)軟件與其他應用程序交換數(shù)據(jù)；控制功能組件用于生成監(jiān)控所需的控制策略。本設計中選擇北京亞控公司的“組態(tài)王”軟件制作監(jiān)控系統(tǒng)。 組態(tài)王開發(fā) 監(jiān)控系統(tǒng) 軟件 ，是新型的 工業(yè) 自動控制系統(tǒng) ，它以標準的 工業(yè)計算機 軟、硬件平臺構成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。組態(tài)王 是亞控科技根據(jù)當前的 自動化 技術的發(fā)展趨勢，面向低端自動化市場及應用，以實現(xiàn)企業(yè)一體 化為目標開發(fā)的一套產(chǎn)品。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應用服務平臺為目標，集成了對亞控科技自主研發(fā)的工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫（ KingHistorian）的支持，可以為企業(yè)提供一個對整個生產(chǎn)流程進行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺，使企業(yè)能夠及時有效地獲取信息，及時地做出反應，以獲得最優(yōu)化的結果。組態(tài)王保持了其早期版本功能強大、運行穩(wěn)定且使用方便的特點，并根據(jù)國內(nèi)眾多用戶的反饋及意見，對一些功能進行了完善和擴充。能進行了大幅提升與改進， 軟件的功能性和可用性有了很大的提高 。