抽水泵PLC控制参考设计-

1、河曲“火摩电气控制与PLC课程设计说明书题 目： 抽水泵的 PLC控制专业班级：自动化姓 名：学 号： 2指导教师：评语：成绩：指导老师签名： 日期:1系统概述 11.1 抽水泵的PLC控制应用背景和意义 11.2 课题的设计任务及要求 12方案论证 13硬件设计 23.1 系统的原理方框图 23.2 主电路23.3 I/O 分配 33.4 I/O 接线图 43.5 元器件选型 44 软件设计 124.1 主流程 124.2 梯形图 135系统调试 145.1 硬件调试 145.2 软件调试 155.3 总调试 16设计心得 17参考文献 18附图A 18附图B 19附图C 201系统概述1.

2、1 抽水泵的PLC控制应用背景和意义随着电子计算机控制技术的迅速发展，以微控制处理器为核心的可编程控 制器（PL。控制已逐步取代了继电器控制，普遍应用于各行各业的自动化控制 在领域。当然抽水泵也不例外，例如水塔水位自动控制系统，但是有些还采用人 工控制，但是效果很差，人员很难预测水位，这将会影响这些地方的自动化管理 水平和经济效益。目前，抽水泵PLC控制可以应用于许多实际生产中去， 可以是 许多问题得到解决，关于如何实现水塔水位PLC自动控制，本课程设计将提出一 种抽水泵的PLC设计方案，并对其工作原理和结构做详细的介绍。1.2 课题的设计任务及要求用电动机4KW 380V 50HZS水至储水

3、塔。其动作如下：1）若液位传感器SQ4佥测到地上蓄水池有水，并且 SQ2检测到水塔未到满水位 时，抽水泵电动机运行抽水至水塔。2）若SQ4t佥测到蓄水池无水，电动机停止运行，同时水池无水指示灯亮。3）若SQ瀚测到水塔水位低于下限，水塔无水指示灯亮。4）若SQ纳测到水塔满水位（高于上限），电动机停止运转。5）发生停电，恢复供电时，抽水泵自动控制系统能继续工作。2 方案论证根据设计课题要求提出设计方案，简述方案设计的基本理论依据。通常可以 选择一个以上的方案进行比较，通过剖析各个方案的优缺点，达到论证自己的方 案是较合理的目的。（1）根据设计课题要求提出两套设计方案，传统的继电器控制方案和PLC系

4、统控制方案。传统继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触 点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，其连线多且复 杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外继电器触点数量有限，所以继电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。控制速度：传统继电器控制系统依靠机械触点的动作实现的，工作频率低，触点的开关动作一般在几十毫秒数量级，且机械触点还会出现抖动问题。可靠性和可维护差。 由于继电器控制系统使用了大量的机械触点， 连线多，触点开闭时存在机械磨损、 电弧烧伤等现象，触点寿命短，所以可靠性和可维护性差。(2)相比传统的继电器控制PLC控制具有很多优点

5、。PLC由于采用现代大规 模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术， 具有很高的可靠性；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术 人员欢迎；系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，由于体积小很容 易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。3硬件设计3.1 系统的原理方框图水池和水塔的各水位限位开关来实时监测水位变化，同时将监测信息传输给 PLG PLC根据收到的信息进行逻辑输出，从而控制主电路做出相应的动作(启 动抽水泵开始抽水或者停止抽水)，PLG主电路、监测电路的能量来源由电源 模块提供。如图3-1所示为系统的原理方框图。图3-1系统原

6、理方框图3.2 主电路主电路由热继电器、熔断器、开关和抽水泵电动机等组成，采用交流380V的电压供电，QF为隔离开关，控制主电路的导通与断开；KM1控制电动机运转; FR为热继电器，起到过载保护的功能；FU1为熔断器，起到短路保护，用于保护 电动机M;通过变压器输出220V交流电，供给控制电路使用。主电路属于执行机构，当外部条件满足时，抽水电动机便开始工作将蓄水池中的 水抽到水塔中，否则则处于待机状态。如图 3-2-1所示为主电路接线图。LI L11plE图3-2-1主电路接线图3.3 I/O 分配电器兀件PLC软元件功能输入SB1X1启动按钮SB2X2停止按钮PS1 （传感器SQ2X3r水塔

7、高水位监侧PS2 （传感器SQ3X4水塔低水位监侧PS3 （传感器SQ4X5蓄水次无水监侧输出KM1Y1抽水泵运行HL1Y2水池无水指示灯HL2Y3水塔无水指示灯表系统I/O分配图3.4 I/O 接线图M 220VQ AC o停止按钮传牌裾SQ4传感器冬口2传牌褓SQ3COMICOM14s KM113 -热继电器控制开关 电动机启动控制线障 水池无水指示灯哥水池无水指示幻COM I1HL2PLC输出电源接I ICOM2表I/O 接线图3.5 元器件选型3.5.1 主电路元件的选择(A)电动机的选择由功率公式：P= (1-K) *Q*V/102*4 式(1),式子中：K :为平衡系数(0.45-

8、0.5 )Q:为负载重量V:为运行速度刀：效率此次PLC设计中：K取0.5; Q取612kg;V 取1m/s；刀取0.75 ;所以P=0.5*1000*1/102*0.75=4(KW)因此选用YTDT225M1-4/1皎流异步电动机。YTD仅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。(B)交流接触器的选择选择原则：主触头额定电压 额定电流 最大控制容量电动机接触器主触头(KM1的选择4主触头的额定电压：380V额定电流IN=PN *1000/ KUN ( 式子中K取1.0到1.4)=7.5*1000/380=20(A)故选择CJ-40满足要求型号额定功率(

9、kw)额定电流(A)额定转速(r/min)堵转电 流/额定 电流取大转矩/额定转矩转动惯量(kg*m2)噪声dB(A)最大转矩/额定转矩YDF-21112.51.313607.03.02.80.001670表CJ10-40电动机数据表(C).熔断器的选择因为主电路是安装在柜内的，所以熔断器选用螺旋式的，方便维护，且根据熔断器是在主电路中的，因此熔断器额定电压选用380V,熔体额定电流由式(c)计算得出：Z(1一 /八一式(c)=2.5*23+2*0.6+0.304=47.5( A)故熔体额定电流选用50A的，又熔断器的额定电流呈熔体额定电流，故选用60A的:故选择用：RL 1-60/50.(D

10、)热继电器的选用热元件的额定电流NI应大于电动机的额定电流，一般为 1.1-1.25倍；热元件 调节范围应在热元件额定电流的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该超过15C -25 C。根据：= (1-1 -1-2?)* 7式(D)=(1.1-1.25 ) *23=25.3-28.75 (A) 故选用 JR 16-60/3.3.5.2 PLC的选择该设计的核心就是PLC的选择，鉴于这学期我们学习了日本三菱公司的 FX2N系列的PLC,有关FX系列输入特性详见表，因此此次PLC课程设计我们选用FX2N-32MR型号的产品。它的特点有： 控制规模：

11、14点 MR/MT ; 内置2K容量的EEPROM储器，无需电池，免维护； CPU运算处理速度0.550.7 pS/基本指令； 基本单元内置2轴独立最高100kHz定位功能（晶体管输出型）; 有32个I/O点的基本单元，输入点数和输出点数都是 16个； 继电器输出型，电源为交流220V。如图表3-42为FX-2N系列PLC的电源指标（AC电源、DC电源）项目指标电源电压AC100240V电压允许范围AC85264V额定频率50/60Hz允许瞬间断电时间10s以内的瞬时停电，可继续运行电源熔断器250V 3.15A （3A）直径 5*20mm（32 点以下）,250V5A直径5*20mm（32点

12、以上）功率/V.AFX2N-16M30,FX2N-32M40,FX2N-48M50,FX2N-64M 60,FX2N-80M 70,FX2N-128M 100表 3-42如图表3-521为FX2N系歹1PLC的输入指标项目DC俞入DC扩展AC输入机型AC电源型、DC电源型基本单元、扩展单元扩展模块基本单元、扩展单元输入信号电压DC24V(1-+10 %)DC24V (1-+10%)AC100720V-15%10%输入信号电流7mA/DC24V5mA/DC24V6.2mA/AC110V60Hz输入ON电流4.5mA以上3.5mA以上3.8mV以上输入OFF电流1.5mA以下1.5mA以下1.7m

13、A以上输入响应时间约10ms X0X17内置数字滤波器，X0, X1为最小20us约 2530us输入信号触头输入或者NPN集电极开路晶体管不口以局速输入回路绝缘光耦隔离光耦隔离输入动作的显示输入ON时，LED灯亮输入NC,LED灯亮表3-521FX系列PLC输入特性表当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和 输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（一） 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们 存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样

14、结束后，转入用户程序执行和输出刷 新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必 须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（二）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形 图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据 逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该 输出线圈在I/O映象区中对应位的状态

15、；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特 殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O映象区或系统RAMff储区内的状态和 数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的 凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的 逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令 的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O模块取值，输出过程 影像寄存器会被立即更新，这

16、跟立即输入有些区别。(三)输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPLR照I/O映 象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。3.5.3 辅助电路器件的选择(A)选择常用的水位检测传感器：代号：SQI-4;名称：侧装浮球液位开关，型号：CZ10BHM CZ-10EQ图3-431 侧装浮球液位开关产品实物图型号1CZ10BHM 小比重型5操作温度：-20-12(rC 日旗液材质:SUS304/3167.适用比: 0.251接城直：铝/尸5?输出接点* 5A/25OVAC3接点型式; SPDT4操作珏力t

17、WBar图3-532侧装浮球液位开关产品实物安装位置示意图如图3-532所示为侧装浮球液位开关产品安装使用和工作状态图，使用时将上 下限位开关分别安装到水塔的侧壁的上位和下位，设置好开关逻辑状态，然后就可 以使用了9如图3-533所示当水塔水位触发上限位开关时，抽水泵停止向水塔抽水，系统 处于待机暂停状态。图3-533水塔水位触发上限位开关示意图如图3-434所示当水塔水位触发下限位开关时，抽水泵开始向水塔抽水，系统处于抽水工作状态图3-434水塔水位触发下限位开关示意图19补充说明：蓄水池中侧装浮球液位开关产品实物安装位置示意图和使用情况同上(B)指示灯的选择：文字符号LI-I5 (220V

18、)全名：伊莱科指示灯 ，AD16-22DS 220V品名：指示灯型号：AD16-22DS颜色：红绿置蓝白开孔：22 mm寿命：大于30000/J耐颔定工作电流小于20mA防护等级IP 40工频耐压：2.5KV , imin维缘电阻昌2MQ交流指示灯允许电压波动20%光亮a*100cd/E2相叱漏电起痕指数cm 100图3-4-3-4伊莱科指示灯产品实物图(C)导线选择速查表中所列导线基于以下条件：BV型铜芯塑料线穿钢管的敷设方式；环境温度40C ； O.7522kW电动机按轻载全压不频繁起动，30kW及以上电动机按轻载降压不频繁起动；4根导线穿钢管方式。电动机配线口诀：1.5 加二，2.5加三

19、4后加四，6后加六25后加五，50后递增减五百二导线，配百数”该口诀是按三相380V交流电动机容量直接选配导线的。1.5加二表示1.5mm2 的铜芯塑料线，能配3.5kW的及以下的电动机。由于 4kW电动机接近3.5kW的选 取用范围，而且该口诀又有一定的余量，所以在速查表中4kW以下的电动机所选导 线皆取1.5 mm2。2.5加三、4后加四，表示2.5 mm2及4mm2的铜芯塑料线分 别能配5.5 kW、8kW电动机。6后加六，是说从6mm2的开始，能配加大六kW 的电动机。即6mm2的可配12kW,选相近规格即配1l kW电动机。10mm2可配16kW, 选相近规格即配15kW电动机。16

20、mm2可配22kW电动机。这中间还有18.5kW电 动机，亦选16mm2的铜芯塑料线。综上所述，本次课程设计中主电路电动机选择 2.5 mm2的铜导线；综合考虑其他因 素照明灯电路导线和逻辑开关电路连接线选择 2mm2铝线。(D)按钮的选择如图9-1所示所选择的按钮示意图(使用时将红色的作为停止按钮绿色的作为 启动按钮)图9-1如图9-2所示为所选按钮内部结才示意图。使用时将 11和13端口配合使用形成常开按钮，11和12配合使用形成常闭按钮图9-2产品规格：LA38/203AC15 220 V/380V5.5A/4 A生产厂家：上海展越电子有限公司，商品毛重：1.0kg,货号：LA38-11

21、D平头自复位综上所述，可以得出此次PLC课程设计中用到的元器件如下表 9-3所示:序号乂了化1勺名称型号规格数量1PLCPLCFX2N-32MR（详见PLC介绍）12FU熔断器RLI-60/503A53KM1水位监测传感器CZ10-BHM5A/250VAC34FR交流接触器CJ10-4020A380V15SQI-4热继电器JR16-60/324-36A/380V16LI-I5指示灯（红）AD16-22DS220V27SB按钮（自复位）LA38-11AC15 220V/5.5A2表9-3总系统所需要元器件表4软件设计本课程软件设计在输入与输出逻辑方面需要满足以下要求：1）若液位传感器SQ4 （蓄

22、水池下限位传感器）检测到地上蓄水池有水，并且 SQ2 检测到水塔（水塔上限位传感器）未到满水位时，抽水泵电动机运行抽水至水塔。2）若SQ4检测到蓄水池无水，电动机停止运行，同时水池无水指示灯亮。3）若SQ3 （水塔下限位传感器）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（高于上限），电动机停止运转。4.1 主流程如图4-11所示，为系统总流程图，系统启动后，就处于待机状态，当满足蓄水 池内部有水且水塔未到满水位时抽水泵开始工作，将水从蓄水池中抽到水塔内部， 抽水泵在工作过程中水塔水位达到满水位时或者蓄水池内部水位低于下限水位时 候，抽水泵停止工作，处于待机状态，否则

23、，抽水泵继续工作。结束图4-11水塔水位控制系统主流程董水池图4-12抽水泵的PLC控制现场安装示意图4.2 梯形图(1)如图4-21所示为整个系统工作的梯形图，各个逻辑元件按照特定的逻辑关系进行了特定的链接。(软硬件对应关系具体参见I/O连接图)图4-21系统梯形图5系统调试系统调试分为硬件调试和元件调试两个部分，两者之间关系密切、相互联系、 相互作用。5-1 硬件调试5-1-1 主电路调试系统断电状态下，按照主电路接线图3-2-1的连接关系，将各个部件连接到一 起。（先用旋转开关代替接触器 KM）当电路接好后，通过旋转开关开关状态的切 换来检验主电路的连接质量，如果，抽水泵电动机不能正常工

24、作或者工作状态不稳 定，则需要仔细排查各个环节，直到达到理想状态为止。5-1-2各个限位开关和指示灯电路的调试将各个限位开关按照如图3-4 31到图3-434的方式安装在蓄水池和水塔上面， 电路指示灯也安装到配电图里面合适的位置，然后将这两个模块通过PLC连接到一起，编写梯形图程序，给PLC供电，将梯形图程序下载到里面，让这个临时测试 调试系统处于待机工作状态，人为的模拟蓄水池和水塔内水位变化对限位开关的触 动来等效的触动各个限位开关，观测各个部分的逻辑响应关系是否正确，（详细接 线对应关系见I/O接线图）不断调试直到成功为止。注意：系统调试过程中一定要注意安全！ ！ ！防止安全事故发生！ ！ ！5-2软件调试1）如图4-22为系统正常工作梯形仿真图（软开关为蓝色表