PLC课程设计（论文）-抽水泵的PLC控制系统设计（图纸） .doc

第1章 抽水泵的设计方案1.1、设计任务说明本次设计是为说明plc在工业自动化控制过程中的应用和地位。采用plc进行监测和控制水泵来控制向水塔供水，满足用户的需要。设计要求：1. 如液位传感器sq4检测到地上蓄水池有水，并且sq2检测到水塔未满水位时，抽水水泵电动机运行抽水至水塔。2. 若sq4检测蓄水池无关，电动机停止运行，同时指指示灯亮。3. 若sq3检测到水塔水位低于下限，水塔无水指示灯亮。4. 若sq2检测到水塔满水位，电动机停止工作。5. 发生停电，恢复供电时，抽水泵自动控制系统能继续工作。水位控制sq3sq4蓄水池电动机sq1sq2 图1-1 抽水实物图设计任务：1. 根据以上题意要求，试采用plc进行控制，并设计控制程序，。2. 若增加一台变频器，两台抽水泵电动机。试设计恒压变频供水plc控制系统。3. 有特定的信号指示灯指示状态。4. 要具有必要的电气保护和互锁关联1.2、设计方案 plc是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。现用plc进行抽水泵的设计，水池和水塔的各水位通过传感器的检测，用来向提供控制信号，接着由plc进行控制；还有电动机的故障检测装置，用来切换电动机。第2章 抽水泵的plc控制系统原理2.1、抽水泵的plc控制系统框图 从上面的设计要求和任务和plc 运行的工作环境分析,此抽水泵plc控制系统可以分成由交流接触器和电动机构成的主电路，还有以plc为核心的智能控制系统，以及为plc提供电源的电源模块；再加上检测模块 图.抽水泵的plc控制系统框图2.2、抽水泵plc的控制原理从老师给我们的设计任务书中分析，本次课程设计要解决的几个问题有： （1）、水塔水位的检测。水塔水位的检测是本次本次课程设计硬件电路的关键，检测电路的准确和稳定是次控制系统的质量。水塔水位检测有三个位置：一、水塔底部水位监测点；二、水塔低水位检测点，它是启动供水电动机的触发信号；三、水塔的高水位检测，它是检测水塔里水是否已经装满，如若没有满，供水电动机继续供水，如若满了，它是停止供水电动机的信号。 （2）、水池水位的检测。它是检测水池是否有水，如果有水，当水塔缺水是允许电动机给水塔供水；如果水池无水则不允许电动机向水塔供水，并发出警报。 （3）、整个电路的保护，每台电动机都有过载保护，和短路保护。第3章 plc的选型及特点介绍3.1、plc的选型3.1.1、plc型号的选择国内外生产的可编程控制器，都没有统一的产品型号，在设计之前要先了解选用的产品的型号说明、技术性能和规格标准，本设计中我们选择了比较熟悉的日本三菱公司fx2n系列的fx2n-48mr型号的产品。本设计我采用plc的型号为日本三菱公司的fx系列fx2n-48mr，特点为编程步数为8000步，i/o总数为48，每条指令的执行时间为12s。输入点数为24个，对应的输入继电器地址编号为x000x027，每八点为一组；输出点数为24个，对应的地址编号为y000y027；辅助继电器为524点（ m50010523），主从m800m899，从主 m900m999；状态继电器为500点（s0s499），初始用s0s9，返回原点用s10s19；定时器为46点 10s（t200t245）定时范围：0327.67s；计数器为32位可逆，20点（c200c219），计数范围：-2147483648 +2147483648。fx系列plc输入特性表如表3-1：项目dc输入ac输入品种fx0，fxon， fx2，fx2cfxon，fx2c （x10以内）fx2输入信号电压dc24v10%ac100v-120v10%50/60hz输入信号电流7ma/dc24v5ma/dc24v6.2ma/dc110v60hz输入on电流4.5ma以上3.5ma以上3.8m以上a输入off电流1.5ma以下1ma以下1.7ma以下输入响应时间约100ms但fx0的x0-x7，0-15ms约30ms不可高速输入输入信号形式无电压接点或npn集电极 开路输出晶体管ac电压3.1.2、三菱fx2n系列plc的主要特点超小型可编程序控制器与fx2系列相比，面积、容积小50%。高速大容量a.超高速程式处理：0.08s/基本指令b.大容量存储器，内附8k步ram（run过程中可更改程序）：最大可达16k。c.可选择性：可使用ram（8k），eprom（8k），e2prom（4k，8k，16k）或带实时时针的存储器卡盒。多种功能表3-2 多种功能说明指令的种类指令数备注基本指令27种继电器顺控、逻辑指令步进指令2种sfc程序用指令应用指令128种，2984种数据的传送、比较和四则运算等 丰富的软件表3-3 软件说明辅助继电器3072点状态继电器1000点定时器256点计数器（一般）（高速）235点1相6点，亦可2相2点数据寄存器（通用）（变址用）235点（可设定至7000点文件寄存器）16点跳步指令中断指令128点15点表内附高速计数器，新增多种编程指令功能扩展fx2n-48mr可选择不同种类的通信或电位器模块扩展模块兼容fx2n可选用fx2n及fx0n的扩展模块及特殊扩展模块。3.2 plc内部模块介绍多品种pl在自动化控制领域，plc是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300c产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。为了使各位初学者更方便地了解plc，本文对plc的发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一简介，以期对各位网友有所帮助。3.2.1、plc的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国gm（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称programmablecontroller（pc）。个人计算机（简称pc）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为programmablelogiccontroller（plc），现在，仍常常将plc简称pc。plc的定义有许多种。国际电工委员会（iec）对plc的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 上世纪80年代至90年代中期，是plc发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，plc在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，plc逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的dcs系统。plc具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。plc在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。plc的构成从结构上分，plc分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式plc包括cpu板、i/o板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式plc包括cpu模块、i/o模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。3.2.2、cpu的构成 cpu是plc的核心，起神经中枢的作用，每套plc至少有一个cpu，它按plc的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和plc内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 cpu主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，cpu单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是plc不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析cpu的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。cpu的控制器控制cpu工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 cpu速度和内存容量是plc的重要参数，它们决定着plc的工作速度，io数量及软件容量等，因此限制着控制规模。3.2.3、i/o模块 plc与电气回路的接口，是通过输入输出部分（i/o）完成的。i/o模块集成了plc的i/o电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入plc系统，输出模块相反。i/o分为开关量输入（di），开关量输出（do），模拟量输入（ai），模拟量输出（ao）等模块。 开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的i/o分类如下： 开关量：按电压水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20ma,0-20ma）、电压型 （0-10v,0-5v,-10-10v）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用io外，还有特殊i/o模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按i/o点数确定模块规格及数量，i/o模块可多可少，但其最大数受cpu所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。3.2.4、电源模块的选择电源模块选择仅对于模块式结构的plc而言，对于整体式plc不存在电源的选择。电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。电源模块的输出额定电流必须大于cpu模块、io模块和其它特殊模块等消耗电流的总和，同时还应考虑今后io模块的扩展等因素；电源输入电压一般根据现场的实际需要而定。3.2.5、编程器的选择对于小型控制系统或不需要在线编程的系统，一般选用价格便宜的简易编程器。对于由中、高档plc构成的复杂系统或需要在线编程的plc系统，可以选配功能强、编程方便的智能编程器，但智能编程器价格较贵。如果有现成的个人计算机，也可以选用plc的编程软件，在个人计算机上实现编程器的功能。3.2.6、写入器的选择为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏ram中的用户程序，可选用eprom写入器，通过它将用户程序固化在eprom中。有些plc或其编程器本身就具有eprom 写入的功能。第4章 主控制电路设计4.1、主控制电路元件选择4.1.1、电动机的选择一台电机（m）功率：由式p（1-k）qv/102计算式中： k为平衡系数（0.45-0.5） q为负载重量 v为运行速度为效率在本设计中：k取0.5 q取612kg v取1m/s 取0.75所以 p=0.510001/1020.75=4（kw）选用ytdt225m14/16交流异步电动机。ytdt交流异步电动机为强迫通风型鼠笼式异步电动机。具有振动小、噪声低、运行平稳等特点4.1.2、交流接触器的选择选择原则：主触头额定电压 额定电流 最大控制容量 1、电机接触器（km）的选择主触头的额定电压： 380v额定电流：in=pn1000/kun （式中k取1.0到1.4） =7.51000/380 =20（a）故选cj10-40满足要求表3-1 cj10-40 电动机数据表型号额定功率（kw）额定电流（a）额定转速（r/min）堵转电流/额定电流堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩转动惯量（kgm2）噪声db(a)ydf-21112.51.313607.03.02.80.00169704.1.3 、熔断器的选择(1) 主电路熔断器fu1-fu2的选用因为是安装在柜内的所以选用螺旋式的；安装在主电路所以熔断器额定电压选用380v的；熔体额定电流由下面计算得出i（1.5-2.5）inmaxin=2.523+20.60.304=47.5a故熔体额定电流选用50a的；又熔断器的额定电流熔体额定电流，选用60a的。综上所述选用：rl160/504.1.4、 热继电器的选用热元件的额定电流in应大于电动机的额定电流，一般为1.1-1.25倍。热继电器整电值一般为被保护电动机额定电流的1.0倍热元件调节范围应在热元件额定电流的约60-100%之间，根据实际需要调节。热继电器的工作环境温度与被保护设备温度的差别不应超过15-25 in=（1.1-1.25）inom=（1.1-1.25）23 = 25.3-28.75（a）故选用jr 16-60/34.2、抽水泵主电路控制说明根据生产工艺要求，主电路设计主要功能提供动力源，主电路采用交流380v电压供电，qs为隔离开关，控制电路的导通与断开，km控制电动机m的运转。fr为热继电器，fu1、fu2为熔断器，用于保护电动机m，通过变压器输出220v交流电，供控制电路用，如图3-1所示。4-1主电路电路图第5章 抽水泵的plc控制系统设计5.1 i/o点的统计输入点有6个，输出点有3个5.2、i/o口的分配i/o分配表：plc输入点所接输入x1启动按钮p02x2停止按钮p03x3水塔高水位sq2检测x4水塔低水位sq3检测x5水池无水sq4检测plc输出点所接输出y1电动机运行y2停电动机指示y3无水指示5.3、i/o外接线图5.4、梯形图设计5.5、语句表0ldx0011orm1012anix0023outm1014ldm1005mcn0m1008ldx0059anix00310outy00111ldix00512outy00213ldx00414outy00315mcrn017end第6章 调试及结果程序写好后，在学校的plc技术实验室对其调试并记录结果。按接线图在实验箱上接好线路。对与在抽水泵中用到的水位检测传感器，实验箱上没有，用带有自锁的按钮代替，电动和指示灯都用实验上的发光二极管代替。i/o分配表：输入装置替代装置按钮开关x1启动按钮p02x2停止按钮p03sq2开关ps2sq3开关ps3sq4开关ps4 输出装置替代装置发光二极管电动机接触器kmzj2停电动机指示灯zj0无