机械毕业设计24毕业设计说明书

无锡职业技术学院毕业设计说明书第1章 绪论随着城市建筑供水问题的日益突出，保持供水压力的恒定，提高供水质量是相当重要的；同时要求供水的可靠性和安全性。本次设计是针对上述问题设计的供水方式和控制系统，由主回路，备用回路，一个清水池及泵房组成。其中，泵房装有1#3#共3台泵机，还有多个电动闸阀或蝶阀控制各供水回路和水流量。控制系统采用了以具有丰富功能的PLC为核心的多功能高可靠性控制系统。水泵作为供水工程中的通用机械，消耗着大量的能源，电耗 制水成本的 以上， ， 水泵的电能消耗 电能 消耗的 1 。为了 耗， 采 泵 的 。本次设计 PLC设计用和，设计 力求currency1“明要，fifl设计 设计，设计出设计要求， ”的PLC供水系统，currency1 大大提高， 了成本， 成本。 本次设计一 恒压供水系统，系统可 压力 ，动 台水泵的和多台水泵的 及 出， 主 出 保持 恒定的设定压力 ， 用 的流量 求， 个系统 保持高 能的 。 本系统的 可以 为以个方 1 系统 性由 采用 一多 控制方式， 一控一 方式相， 成本 ，具有高的 势;系统构 “单和易维护性系统由功能相对独立的通用设备单元构成，便 故障判断和日维护保养及功能性单元替换;3 通用性和灵活性系统基本不受用 的 用场所和 用环境限制，可通过软功能块的组将其扩展其他类同的供水 用场，具有强的灵活性;4 智能性系统可 无人职守的”，通过对故障的检测判断，动地fi 美 级 用 方案处理，减 了系统停机断水现象;5 保护功能全性 系统除具有的过载、过流、过压等保护功能，还具有无水停机、 上限压力保护等附加功能1无锡职业技术学院毕业设计说明书性保护。当然，本次设计的供水系统也 非完美无 ，如 台电机 向工 切换的过程中，由 驱动切断后电机处 滑停 方式，此时，电机处 感 发电 ，存 着感 发电相位 工电源的相位不一致的可能性， 易 成 向工切换时的电流冲击现象。为避免这一现象，可采用通过软起动器驱动各个 工 的电机的方案。 用中，对 38 V/11 kW以 量的电机，只要缩短电机由滑停段的时 一般控制 ms以 ，就可以减 感 发电 的非同期相位的电量累积，减小工切换时的冲击影响。2无锡职业技术学院毕业设计说明书1.1 PLC的用途 特 一.PLC的用途PLC的初期由 其 高 继电器控制装置, 其 用受限制。但近 来由 微处理器芯片及有关元 大大 , PLC的成本 ,同时又由 PLC的功能大大增强, PLC 的 用越来越广泛,广泛 用 钢铁、水泥、石油、 工、采矿、电力、机械制 、 、 、 、环保等 业。PLC的 用通可 为 类 1 控制 这是PLC 用 广泛的 ，用以 统的继电器 控制。PLC可 用单机控制、多机 控、动 控制等。如 机、 机械、 书机械、切 机械、组机 、装 、电 流水 及电 控制等。动控制 PLC制 提供了动 电动机或电动机的单或多位置控制。 多”，PLCcurrency1 位置的“块，其出动一或 位置。 个动时，位置控制块保持 当的fi和加fi，fl保 动 滑。相对来说，位置控制块计机 控制 CC 装置积小， ，fi，作方便。3 环过程控制 PLC能控制大量的理”，如fi、压力、fi和流量等 。P P 块的提供 PLC具有环控制功能, 一个具有P控制能力的PLC可用 过程控制。当过程控制中一个 量出现时,P控制 计出fl的出, 量保持 设定 上。4 处理 机械加工中，出现了持 控制的PLC和计机 控制 CC 设备 的 向。 的日本 C 出的 s1 、11、1 系 ， 将CC控制功能作为PLC的一 。为了 现PLC和CC设备 由 ， 采用了 软。通过 软，用 可以独 程，由PLC“CC设备 用。美 的CC设备 机也同 用了具有处理的PLC。计后 CC系统将 成以PLC为主的控制和 理系统。5 通和 为了 近 来 起的工 动 系统、 性制 系统及 控制系统 C 等发展的 要， 发展PLC ，PLC和上级计机 的通功能。作为 时控制系统，不 PLC通 要求高， 要 出现停电故障时的对。3无锡职业技术学院毕业设计说明书. PLC的特 1 能力强，可靠性高 继电 器控制系统 具有 的 能力，但 用了大量的机械 ， 设备连 杂，由 器的老 、脱焊、 的抖动及 开时受电弧的损害大大 了系统的可靠性。 统的继电器控制系统中 用了大量的中 继电器、时 继电器。由 不良， 易出现故障，PLC用软 替大量的中 继电器和时 继电器， 剩 和出有关的 量， 可减 互继电器控制系统的1/10-1/100，因 不良 成的故障大为减 。 PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无 的电子存储器来完成，大 继电器和杂的连 被软程 所 ，故寿命长，可靠性大大提高。微机 然具有很强的功能，但 能力，工业现场的电磁波 ，电源波动，机械振动，fi和湿fi的 ，都可能 一般通用微机不能工作。PLC 电子 路、机械 构以及软 构上都吸收了控制验，主要块均采用了大成电路，/O系统设计有完善的通道保护 号 理电路； 构上对耐热、防潮、震等都有精fl的 ； 上采用隔离、屏蔽、滤波、地等 能力， 个 家的PLC， 均无故障时 都大大超过了 C定的1 万小时，有的甚达了十万小时。控制系统 构“单、通用性强、 用灵活 PLC品均成系 ，品齐全， 围块品也多，可有各组灵活组成各大小和不同要求的控制系统。 PLC构成的控制系统中，只 PLC的 子上 相 的 、出号 可，不 要诸如继电器 类的理电子器和大量有繁杂的 路。当控制要求改 ， 要 控制系统功能时，可以用 程器 或离 修改程 ，修改 量很小。同一个PLC装置有、用 不同的控制对象，只是、出组和 用软不同 。3 程方便，易 用 PLC是向用 的设备，PLC的设计者充 现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程 的 制，采用 形图或向工业控制的“单指令形式。 形图 继电器原理图相类似，直观易懂， 易掌握，不 要专门的计机知识和语言，深受现场电气技术人员的欢迎，近 来又发展了向对象的 控制流程图语言，也称功能图， 程加“单方便。4 功能完善，扩展能力强 PLC中含有量巨大的用 开关量处理的继电器类软，可轻松地 现大的开关量逻辑控制，这是一般的继电器控制所不能 现的。PLC 具有许多控制功能，能方便地 现/ 、 /换及P ， 现过程控制、字控制等功能。PLC具有通4无锡职业技术学院毕业设计说明书功能，他不 可以控制一台单机，一条 ，还可以控制一个机 ，许多 。他不但可以 现场控制，还可以用 远程控制。5 PLC控制系统设计、安装、 试方便 PLC中相当 继电器系统中的中 继电器、时 继电器、计器等 软元 量巨大，齐全， 为块 积木式 构， 品 ，故可fi性能、 量 、出 、 存大小 等选用组装。又由 用软 程 了 现控制功能， 安装 量大大减小，设计人员只要一台PLC就可 控制系统的设计可 验室 拟 试。继电 器系统 要 现场 试，工作量很大 繁难。维修方便，维修工作量小 PLC具有完善的诊断，履历”存储及监视功能。对 工作 、通 、异 和/O 的 均有显示。工作人员通过他可查出故障原因，便迅处理，及时排除。7 构凑 积小、重量轻，易 现机电一 。由 以上特 ， 得PLC获得极为广泛的 用。5无锡职业技术学院毕业设计说明书第二章 系统组成及控制要求.1系统“为改善环境， 清洁水技改工程 建成一座日水 .5万顿的供水系统， 别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。 用水 求特 ，抽水泵系统过来的水一直供用水 门，一 则 通过加压泵“高位水池，供用水 门的水压 供高位水池的水压相大。同时高位水池距抽水泵房远达十多 里，高位水池的液位高 和加压泵系统的设计以及如何 抽水泵系统 动 也是难 的。以上特 ，技术可靠和 用 fi ， 设计了用PLC控制 器控制相 的动恒压控制供水系统，同时通过主水 压力 地 现了加压泵系统 抽水泵系统 远程动 的控制 的. 系统组成系统主要由电动机， 器，PLC控制器，软起动器，电机保护器采及其 设备组成。.3控制要求及技术指1 供水压力要求恒定，波动一定要小， 其 换泵时。台泵压力的设定，采用 开 停 的原则。3 为了防 一台泵长时 ， 设定 时 。当时 时，动切换一 泵，以防 泵长时 不用 。4 要有完善的保护和 功能。5 为了检修和 要设有 动功能。要有水池防抽 功能。技术指供水 程 4 1 m供水流量 m3/ 水泵功 .55 75 W均 电 3 压力 精fi . 1 定压力设定 1、 压力。其中 压力设定 为消防用水压力。6无锡职业技术学院毕业设计说明书 水泵量及功 可用 ”来选定。.4 器的技术”C 4 是具有多功能的 器， 本 中由 选P 器，因此就不用 器的P ，只用 器的工 C O 就可以了。压力 感器将压力号 P 器，P 器压力设定，出4 器以 电机的fi， 器的 要可 程 控制器出 1. CO 1 是来fl定， 器的停 要 程 控制器出 .7 CO 11 是来fl定。将 器可 程继电器 O1， O 设定成 达。相关”设定如 功能 设定 功能 设定 PPLC C O 1 OP C O 1 1 1 CO 3 3 1 P V1 P 1 31 3 C O 1 3 P V1 L LO 1511 1/ 3 3 P V1 L 5 11 3 1 L 3 4 P V1V P 1 37无锡职业技术学院毕业设计说明书第三章 控制系统设计3.1fl定控制方案1 工 动方式系统设计了 动工的作方式，将换开关currency1 工 位，作人员可以 要“ 定起动或停 一台泵的 。由 作方式，PLC、P、 器等均不”加控制，因此，技术 fi上来说，方式无 保障出水 压力 的恒定，所以 有人监守。方式主要供PLC、 器、Pfi、压力 “器等设备故障检修时 用。 2 动方式将换开关currency1 位，fi 起动fifl，系统将动判断 选 起 泵 ， 动 。3） 工作原理1 当台电机故障或 要检修台电机水泵时，控制系统将 减3泵环方式动工作;当 器出现故障时，控制系统将采用工驱动方式控制泵的 停 ，来保供水的压力 一定的围 ，但系统无 达压力 的恒定，同时发出 响，通知作人员处理;3 当无水 号来时，PLC将关断所有 和工出，直无水 号消，PLC将动控制出;4 当消防号来时，PLC控制将 子程 段 ，关断活用水，currency1开消防供水阀， 现对消防 道”充供水 的，系统将 PLC程 中设置的消防供水压力设定 动地完成恒定压消防供水。当消防号 除后，系统动 恒压供水工作 ;5 单台泵 ， 处 出 和长时 无压力上限出现时 可以为此时的系统供水 求量近为 ，控制系统将以 5 3 s或 压力达设定 的1. 后，立 停 ， ，直 压力为压力设定 的8 ，控制系统重 动 ， 。当然， 中有气压，系统 以气压的压力控制器的上限 作为 的条 控制8无锡职业技术学院毕业设计说明书3.1.1抽水泵系统个抽水泵系统有15 W深泵电机 台， W深泵电机台，采用 器环工作方式，台电机均可设置 方式工作。采用一台15 W和一台 W的软起动15 W和 W的电机。当 器工作5 ， 压力 然 系统设定的限时，软起动器便动起动一台电机 工 ，当压力达高限时，动停工 电机。系统为 台电机 备电机保护器，是因为电机功 大， 器的控制定 ；当用水量大 器全 也 器的控制定 ；当用水量大 器全 也不能保 的压和定时，控制器的压力限号 器的高号同时被 PLC检测，PLC动将原工作 泵 工，以保持压力的连性，同时将一台备用的泵用 器起动后 ，以加大 的供水量保压力定。台泵 ，则次将 工作 的泵 工 ，将一台备用泵 。当用水量减 时， fi现为 器 工作 号有，这时压力上限号如 出现，PLC 将工 的泵停，以减 供水量。当上述个号 存 时，PLC 停一台工 的电机，直 后一台泵用主器恒压供水。 ，控制系统设计台泵为组， 台泵的电机累计 时 可显示， 4小时 换一次， 保供水系统有备用泵，又保系统的泵有相同的 时 ，fl保了泵的可靠寿命。3.1. 动 当PLC系统出现问题时，动控制系统灵，这时 系统工作处 动 ， 一台泵具有 动恒压控制功能，当用水量不 时，可 动 一台或台工泵 。3.1.3 动当压力 感器故障或 器故障时，为fl保用水，台泵可 别以 动工方式 。 明本控制系统构成了多台深泵的动控制的 构， 软设计中充 工 切换时的 压力 电流冲击， 台泵均采用软起动是 问题关 。 器工作的上限 及字P控制的上限控制 的设定对系统的 围也有不可 视的作用。采用 恒压供水，消除了主 压力波动，保了供水质量， 能 明显， 长了主 及其阀门的 用寿命。 采用 恒压供水，消除了主 压力波动，保了供水质量， 能 明显， 长了主 及其阀门的 用寿命。9无锡职业技术学院毕业设计说明书用压减压阀 地 了不同用水压力的问题。用 恒压控制原理， 地 了加压泵房 抽水泵房的远程通 是 达异地连 控制的 的。抽水泵房设置连液位显示， 将号 PLC，防 泵 水 电机，设定的 水位置，fl保水的质量。过载、 压、过压、过流、相 不 、 相、电机 等”为fl保电机的良 用条，达 长电机的 用寿命的 的。系统 备水位显示fi，可 高 位 ，同时通过PLC可fl保 水 理水位的水质监控，同时也保护电机制 工”。系统 备流量计， 能显示一段时 的累积流量，又能显示时流量，可 出水量的统计和 台泵的出水流量监控。系统 备流量计， 能显示一段时 的累积流量，又能显示时流量，可 出水量的统计和 台泵的出水流量监控。3.1.4加压泵系统由 抽水泵房距离高位水池远，直供水高位水池抽水泵的 程不 ，为此 距离高位水池 为3 处设计有一加压泵房， 备立式离心泵台 一用一备 电机功 为75 W，程3 。加压泵的控制系统 以条 1 高位水池水位 和主 有水，则currency1开 水电动蝶阀和起动加压泵向高位水池供水；高位水池水位 主 有水，则出 号 关加压泵和 水电动蝶阀；3 主 无水fi明用水量增大或抽水泵房停 供水， 开出水电动蝶阀由高位水池向主 ”充不。抽水泵一 ， 为加压泵 备了软起动器和电机保护器，fl保加压泵长期可靠地 ，同时 备了高位水池的水位 感器和显和 水 感器。为保 个主水 的恒压供不，当高位水池 主水 有水时，加压泵停 ，此时主 压力将 压 ， 致主压力上 ， 将此压力 抽水泵房，抽水泵的控制系统检测此压力 恒压 控制，达 个主 的恒压供水，这是 个控制系统设计的关 。3.1.5系统 现功能动 切换，恒压控制主水 压力 感器的压力号4 m “字P控制器，控制器压力设定 检测 P ， 出号直控制 器的以 的压力定。10无锡职业技术学院毕业设计说明书电机 有电机保护器，又有软起动器， 了起动时的大电流冲击，相对 长了电机制用寿命。由 采用PLC控制的压力动控制，可以 现无人远程作，系统的PLC 有 485 ，可 fi室计机 。3. 主电路设计主电路主要由 1、 、 3 台电机、流 器 1 控制 台电机的 ， 1、 、 3为电机 1、 、 3过载保护用的热继电器， 1， ， 3， 4， 5 别为主电路、 器和 台泵的工 气开关。 1、 3、 5 现动功能， 、 4、 现 动功能。3.3PLC的 图CP 4的 感器电源 4V C 可以出 电流，通过核 本 中 易 要求，CP 4的出继电器 量为 ，电压围为53 V C 或5 5 V C ，如 用 大 量的系统中，一定要 PLC的出保护。 1 控制电路图中 相对 的控制 ，1 器的CO 1， 3 器的1 ， 器的 O1的开 PLC的 . ，的开 PLC的 .1。3.4控制电路图本系统的电气控制 路的电路图中， 为 动/动换开关， 为 动/动中 继电器，currency1开1位置为 动 ，currency1开 位置为动 ，同时 吸。 动 ，可以fi动 1 控制 台泵的起停。 动 时，系统PLC的程 ，动控制泵的起停。L1L8为各 指示 。中 继电器 的开 3，控制动 时的起动。中 继电器的 的 个 台泵的 动控制电路上，控制 台泵的 动 。 动 时， 台泵 PLC的控制能 有 地切换、 。 1， ， 3为 台泵的热继电器的，可对电机 过流保护。3.5程 设计主程 中， 5 ， 57为 器 上、限达滤波时 继电器，主要用 定系统，V为 泵的泵号，V 1为工 泵的 台，V 为泵时 存储器。11无锡职业技术学院毕业设计说明书第四章 PLC选型分析4.1设计系统选用了 门子 的 7 PLC， 以 /出扩展块组成，主要检测元有 电开关、压力检测开关，共计1 个 号。 有电机、 器、 器，共3个出 。PLC主要完成现场的采、换、存储、 、控制 器直驱动， 恒压控制， 器的起动、停 为 动和PLC控制。控制上设有一个 动/动换开关，PLC对开关的 时检测，当选 动功能时。PLC只 检测 ，由人工通过上的fi和开关 水泵的起、停和切换。当选 动功能时，所有控制、 均由PLC完成。4. 系统软为方便 试的 程，系统控制器采用块 程，主要由 动 块、动 块和故障诊断 块组成。1 动 块当系统处 动 时，PLC只收个电路保护号和各 感器号， 由此判断各工作水泵的 ， 出现故障的”，出 号。水泵的起、停和切换由人工通过上的fi和开关来 现。动 块动 块系统的初 、开关命令的检测、采子程 、控制量子程 、置初 子程 、电机控制子程 等。电机控制子程 完成对3台水泵的 和停 控制。由 器的出 水泵的 fi直相关，用水量大时， 器出 高，水泵的 水fi大；用水量小时， ，水泵的 水fi小。因此程 器的出的大小就可以判断和控制水泵的工作 。当 上 5 水泵全 时 不能 供水 要时，则PLC动将 一台泵切换工 ； 台由 器供电 ，如 台泵电机达 时 不能 供水要求，则PLC动将 台泵切换工 ， 3台泵由 器供电 ，次 个 ；当 台泵都处 工全 方式， 3台泵处 工作方式时，如 此时用水量减小， 器出 ，当 达一定的限 m时，供水量 大 用水量，则系统动将 台泵停 ，次类 。12无锡职业技术学院毕业设计说明书4.3PLC的/O 功 能 出 功 能 . 器高达 1 . 1 1#电机 器 .1 器 达 .1 1#电机工电源 .3 起动 . 3 1#电机 器 .3 4 #电机工电源 .4 5 3#电机工电源 .5 3#电机工电源 .7 水池水位限号 .7 CO 1 11. CO 1 4.4 PLC的主要技术条 本系统由 7 的CP 4， C 4 系 7.5 W 器和具有压力显示的P 器组成。 用 器的个可 程继电器出 1和 功能设定。当 器达 高 时，1的开 O1 O1C 当 器达 时， O 的开 O O C。可以此作为CP 4的 号，判断是 加泵和切泵。为了 成本，不采用 的 35扩展块，采用具有拟量 和拟量出的P 器，将压力 感器的号 4 m 或 5V “ 器， 器 将拟量出 器 。4.5 P 用及器的 是如何fl定的呢？13无锡职业技术学院毕业设计说明书，通过安装 出水 上的压力 “器，将压力号换成的C4 m 的拟量号“ P 器;然后，Pfi将压力设定 压力反馈 计后，Pfi出一个 作为 器的 定 ，由 器控制电机水泵的， 出 处供水压力，达恒压供水 的。是通过 设定压力 ，那么， 压力反馈的拟量号就要 PLC拟量 ，通过用 PLC程 来完成设定 的计， 大小来 定 次 的fi 幅fi fi 幅fi的问题是保障 压力定的关 所 ，也是避免系统振荡的关 技术所 ，达改 器的定 ， 现 时的 的。P环控制原理和控制 图如图1所示。图1 fi示了多泵环 恒压供水系统压力环P控制原理，图1 fi示了具的P环控制 现方 路连图。当压力设定 大 压力 时，Pfi将通过增加拟量出 来加水泵电机的 ;当压力设定 小 压力 时，Pfi将通过减小拟量出来 水泵电机的 ;Pfi将不断地通过改 拟量出 的大小来 水泵电机的，达供水 压力恒定的 的。 14无锡职业技术学院毕业设计说明书当Pfi的拟量出 达 大 压力 处 压力限 时 通过修改Pfi的 的大小来设定上限 ， 用PLC程 开 计时， 计时时 后 计时的 的是为了对 号的定性fl，避免增减 台的繁动作或错 判断动作 ，PLC将作出一15无锡职业技术学院毕业设计说明书系 动作命令来 现当 向一个 的迁， 指出的是 次 迁时， 断开 器起动号后 断开 器 电机 的 方式 器， 器停 方式” 设置为 由停 方式，动作 相反，将 成 器故障或损 。 工作方式向工工作方式换过程中，当断开 器后 尽量短的时 完成工工作方式的 ，则，当电机 一定程fi后就起动冲击。同 ，当Pfi的拟量出达 小 压力 处 压力上限 时，PLC程 开 计时，计时时 后，PLC将完成当 向上一个 的迁，通要设置一个 出 限的 器”，一般 15 ，这 currency1一方是为了避免电机 可能的现象和电机长时 的 问题，一方也是为了减 繁 迁带来的系统振荡。16无锡职业技术学院毕业设计说明书4. P计PID 电路如图2所示。性成放大器的 阻为 1 反馈阻为 2 性成元为理想”，其出为 3 对上式 拉氏 换可得 4 令 ，则 17无锡职业技术学院毕业设计说明书5 由上式可见，此图 现了PID功能。4.7PLC系统 对 多泵环 恒压供水系统来说，其 条的 以 式