技师核心专题研修水库渗漏池设计改造设计说明书

技师核心技术专题研修作品使用说明书作品名称水库渗漏池设计说明书专业班级学生姓名学号指导教师宁波技师学院电气技术系二零一一年二月二十四日TOC\o目录1引言 Arabic12总体设计 Arabic22.1设计思路 Arabic22.2设计要求 Arabic22.3设计方案 Arabic22.3.1本设计根据要求设计如下： Arabic23硬件设计 Arabic33.1S7-200CN系列CPU226CNPLC控制系统 Arabic33.2美克智能变送仪表 Arabic33.3温湿度控制器 Arabic53.3PU阻燃管 Arabic63.6砖机自控系统所需设备及地址分布 Arabic63.7硬件排布、安装接线图 Arabic83.7.1元器件排布图 Arabic83.7.2硬件接线图 Arabic104软件设计 Arabic154.1PLC程序设计 Arabic154.1.1泵机选择程序设计 Arabic164.1.2报警程序设计 Arabic185制作和调试 Arabic205.1控制柜的制作 Arabic205.1.1控制柜制作的要求 Arabic205.1.2现场安装 Arabic205.1.3负责项目 Arabic205.2控制柜的调试 Arabic205.2.1硬件调试 Arabic215.2．2软件调试 Arabic215结论 Arabic22致谢 Arabic23参考文献 Arabic24附录1元器件排布图 Arabic25附录2器件清单表 Arabic27附录3地址分布表 Arabic28附录4接线图 Arabic29附录5PLC程序 Arabic34 1引言水库工程的自动化系统,一般设有水情自动测报、大坝渗漏池安全监测自动化、闸门监控、大坝安全监测自动化、通信和管理信息系统等项目。近年来,国家对大中型水库进行了一系列的除险加固工程和自动化改造。随着主体工程的实施,对其自动化系统进行了新建和更新改造,配置了比较完善的工程管理自动化系统。水库工程的自动化系统,与水电厂的自动化系统相类似,但又具有其本身的特点。水电厂的自动化侧重于发电厂的监控,水库工程的监控重点在于溢洪道、大坝渗漏池安全监测等方面的远方控制和自动控制。水库工程监控的控制位置分散、输入/输出(I/O)量较小,但可靠性要求高。水电厂的对外网络针对电力系统,水利工程的管理信息系统与对外网络的联系,主要是与于水利主管单位和防汛指挥部门的联系。水库自动化系统的设计,是针对项目规模和自动化需求,适合水利工程的特点,分门别类、因地制宜地选择适当的自动化分系统设置、通信方式和网络形式,以适应主体工程的需求。本设计水库部门原渗漏池使用继电线路控制的老式控制方式，由于继电线路控制,存在结构复杂,体积大,故障率高,通用性差且控制精度不高等问题,严重影响了水库大坝安全，在雨水季节，常常发生控制失灵，而且没有报警，造成了很严重的设备损失，长久以往对大坝坝体也会产生很大的损害。本次系统使用PLC控制，通过传感器等部件的结合使系统结构简单、故障率低、通用性差且控制精度高，还设有报警，当发生故障时可以及时通知工作人员，减少损失。通过本课题的设计和制作，巩固和加深了对传感、PLC等方面知识的学习与掌握，加强了设计能力和动手能力。对所涉及领域有进一步了解，使自身的综合能力得到了提高。2总体设计2.1设计思路本设计是以可编程控制器为核心，通过用MPM460W型多功能智能液位变送控制器作模拟量模块数据接受转换和显示，来达到设备精确自动化运行。运行时操作人员通过转换开关来选择手/自动或停止，PLC会根据接收到的信号选择手动运行或自动运行，并做好手/自动连锁保护，在选择手动运行后，可以通过按钮来控制泵机的运行，以上各功能是PLC通过读取执行元件的信息用程序做出合理的控制安排，反馈到执行元件和操作系统，来实现全自动渗漏池检测排水系统。整个系统分为检测、选择、启动、报警、显示四部分组成，本系统还具有雷击保护和防湿去雾保护。2.2设计要求按要求需要完成程序的设计和调试：1.本设备需具备在潮湿、频繁启动、长久运行的场合并具备良好的报警显示功能；2.本系统可分为手/自动功能，在自动运行时可以根据不同的水位自动选择运行，当发生故障或险情的时候3.在全自动功能的前提下，当水位到达或超过底层C点时，泵机1启动运行排水；当水位达到或超过B点时，泵机2和泵机1同时启动运行；当水位达到或超过A点时，泵机1.2.3全部启动运行排水；4.由于本系统运行在频繁启动、长久运行的场合，所以每次启动的泵机必须是运行次数最少的泵机。5．为了系统操作安全，不仅在程序中设有联锁保护，在硬件上也设有限位保护、过载保护等相应保护；2.3设计方案2.3.1本设计根据要求设计如下：1.本控制系统主要由PLC控制和传感器控制两部分组成，PLC控制由检测、选择、启动、报警、显示四部分组成，并设有手、自动档选择实现两种控制方式。为了操作方便，设计用转换开关选择手/自动操作，在PLC程序中做好各个控制块的联锁等保护。本设计是使用在水库需要高安全性的工作环境。根据工作环境还具有防湿，防雷等的保护。3硬件设计该砖机系统电气硬件包括以下部件：电器控制柜、开关电源、西门子PLC（s7-200CN）、模拟量模块（H2u-2DA）、美克智能变送仪表、温湿度控制器、立杆干簧式浮子液位信号器、电源线、通讯电缆等。3.1S7-200CN系列CPU226CNPLC控制系统PLC是近年来发展极为迅速、应用极为广泛的工业控制装置。它将传统的继电器控制技术、自动化技术、计算机控制技术和通信技术融为一体专门为工业控制而设计，具有可靠性高、功能强、编程简单、使用方便、环境适应性好以及体积小、功耗低等特点；具有基本控制功能、步进控制功能、模拟控制功能、定位控制功能、网络通信功能、自诊断功能、显示监控功能等，可以满足对工业生产进行监视和控制的绝大多数场合的需要。PLC最常用的语言是面向控制的梯形图语言，它采用了与实际电器原理图非常接近的图形编程方式，易学易用。本系统采用的西门子PLC（s7-200CN）集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。26K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些4复杂的中小型控制系统综上所述：在经过价格对比、厂方要求等因素，这次课题设计制作中选用的西门子PLC（s7-200CN）3.2美克智能变送仪表MPM460W型多功能智能压力/差压/液位变送控制器可适用于露天及现场环境比较恶劣的场合，对现场压力、差压、液位进行精确测量和控制，是一种能够以RS485总线形式组网，同时需要实时显示现场测量值，并向其他设备提供标准模拟信号或提供接点控制信号的智能化多功能产品。该产品可广泛应用于化工、冶金、给排水、电厂、海洋、环境保护、航空、计量、科研等领域，实现压力、差压、液位信号的测量、传输、显示和控制。一、特点·RS485半双工通讯接口，能够进行数据信号传输和远程调校，方便组网，易与无线MODEM接口，实现数据无线远传；·感压部分分别采用扩散硅压阻式压力、差压敏感元件，采用非线性数字修正技术进行补偿，产品精度高；·变送控制器经过严格测试和筛选，性能可靠，电子壳体采用铸铝件，整机防护等级达到IP65；·现场可通过按键手动调校和进行参数设置，操作方便；·LED测量值显示和状态信息显示；·可提供最多五路压力控制接点；·产品系列形式多样，有多种压力接口和标准输出信号供选择，灵活方便。二、性能指标测量范围：表压0～1…200mH2O过载压力：1.5倍满量程压力传感器部分外壳防护等级为IP68输出信号：模拟量4～20mADC，0～10/20mADC或0/1～5VDC；数字量RS485精度：±0.25%FS（典型）；±0.5%FS（最大）零点温度漂移：±0.03%FS/℃（≤100kPa）±0.02%FS/℃（＞100kPa）满度温度漂移：±0.03%FS/℃（≤100kPa）±0.02%FS/℃（＞100kPa）长期稳定性：≤±0.5%FS/年继电器接点控制数目：1点～5点负载能力：240V/3A（AC）或30V/5A（DC）触点寿命：＞100000次显示部分：4位0.56英寸LED数据显示，显示范围：-1999～99994位0.36英寸LED状态信息显示供电电源：220VAC±15%或220VDC或24VDC最大功耗：≤3.5W环境温度：-10℃～60℃振动频率：(0～300)Hz介质温度：-10℃～80℃加速度：≤3×9.81ms-2存贮温度：-40℃～125℃冲击：≤10×9.81ms-2压力接口：不锈钢1Cr18Ni9Ti隔离膜片：不锈钢316L电子壳体：铝合金密封方式：氟橡胶或全焊接接口形式：标准型MPM460接口为M20×1.5外螺纹，标准型MDM460接口为G1/4内螺纹标准型MPM460W，其传感器部分与MPM316W型投入式液位传感器相同三、安装方式:如图3-1所示液位控制仪接线图3-13.3温湿度控制器TDK0302型温湿度控制器选用高可靠性电脑芯片,高精度测温湿传感器,以智能化软件控制技术组合而成。TDK0302型控制器具有抗干扰能力强、控制方式灵活,能根据不同的温湿度控制需要可对温湿度上下限、控制回差、控制方式分别进行设定,因而可适应绝大多数温湿度监控需要。可用在工业、农业及粮库等控制.实物如图3-1所示一、主要功能一路凝露，一路温度实数显精密控制。按键设定控制值，自动控制相应负载来调节环境的温度和湿度二、技术参数电源电压：AC220V,50-60HZ控制输出：5A，250VAC（阻性负载）TDK0302型温湿度控制器3-2显示器件：LED显示设定温度：-55～125℃设定湿度：0～99.9%RH设定回差：温度0～9.99℃，湿度1～9.99%RH精度：温度±5℃，湿度±4%RH控制方式：上限、下限环境温度：-10℃至70℃环境湿度：45至85%RH机械寿命：最少3000，000次体积：72×72×112mm3三、安装方式:面板式、开孔尺寸67.5×67.5mm23.3PU阻燃管PU阻燃管适用于工业、农业、食品、医药、土木工程、渔业、养殖业、园林灌溉等领域一般工作压力的液体输送。如：气动管、液压管、花园水管、输油、输水管道、石油勘探管、喷砂管、蠕动泵软管，工业机器人、气动工具、装配厂气压工具、带压输送管道。阻燃管实物图3-3一、特性：采用TPU材料生产的软管具有抗拉伸、张力强、撕裂强度高、耐磨损、耐折曲、耐穿透、耐低温、耐水解等性能，并具有很好的回弹性且使用寿命长。本品不含增塑剂，无毒无味，是一种高性能环保型软管。是PVC、橡胶软管的最佳替代产品。类型：聚酯型TPU软管、聚醚型TPU软管、聚己内酯型TPU软管、低成本TPU软管输送介质：化学液体、研磨剂、食物与饮料、油、水、气适用温度：-35℃—90℃硬度范围：70A—98A1.具有极好的柔软性，弯曲半径小；良好的抗震性;质轻；工作温度及工作压力范围宽。2.具有极好的化学性能，压力损失极小；硬度恒定，使用寿命长。3.无毒，无味。4.可按需定制颜色，易于管路识别。5.符合ROHS环保要求。

3.6砖机自控系统所需设备及地址分布坝体渗漏池自动控系统的硬件配置为一个就地控制柜，就地控制柜选用西门子s7-200作为控制器，还配有相关附件如传感器、液位仪、温湿度控制器等，用以就地实时显示控制参数。西门子s-200为西门子PLC控制程序的开发工具。表2.1列出了坝体渗漏池自动控系统就地柜所需要的硬件设备。滤池就地柜内的所有设备，包括PLC和开关电源、西门子PLC（s7-200CN）、模拟量模块（H2u-2DA）、美克智能变送仪表、温湿度控制器、立杆干簧式浮子液位信号器、电源线等等，均放置在1个机柜内，具体器材如表3-1所示坝体渗漏池自动控系统元器件清单名称型号符号数量(件）空气开关C65C4/30AAC380ZK1-ZK33C65N-2P/5.5A11QA-15QA5SIEMENS5X52C102P/DC24VQA1-QA33交流接触器A30-22，AC220V3级2开2闭辅助触点1KM-3KM3热继电器T2515/22A1KTH-3KTH3中间继电器OMRONMY4NJ带PTEF底座1-4js1-8k12开关电源S-145-24VDY1接线端子DZP6m㎡20接线端子DZP1.5m㎡46按钮开关LA39-11R1QA-3QA3按钮开关LA39-11G1TA-3TA3转换开关LW12-16/4.53T1QK-3QK3指示灯AD16-22B/Y311UB-3UB红、黄、绿3电压表69L17AC500U1-U33艾美克水位控制仪MPM460WRS4851DC24V1阻燃管直径32mm6米内设传感器探头PVC1温湿度控制器TDK0302LAAC220配DRJ100W型加热器EM1可编程控制器S7-200CPU226DC24V1立杆干簧式浮子液位信号器不锈钢材质2.5米FZXH1AC220电源浪涌保护器EA9L209F23020KAIP+N1EA9L1雷电隔离器PRI12-48VPRI1导线2.5m㎡110m㎡1导轨22线槽40＊45（mm)15M渗漏池自动控系统元器件清单表3-1渗漏池自动监控泵机系统渗漏池自动监控泵机系统名称地址备注起主泵I0.0起备泵I0.1停泵I0.2水位高I0.3一号泵运行信号I0.4二号泵运行信号I0.5三号泵运行信号I0.6起一号泵Q0.0起二号泵Q0.1起三号泵Q0.2超时未运行Q0.5

PLC地址表3-23.7硬件排布、安装接线图3.7.1元器件排布图本设计根据柜子实际尺寸，元器件的大小等等进行统计，对硬件排布设计如图3-4、3-5、3-6所示硬件排布图3-4硬件排布图3-5硬件排布图3-63.7.2硬件接线图硬件接线图3-7硬件接线图3-8硬件接线图3-9硬件接线图3-10硬件接线图3-11硬件接线图3-12硬件接线图3-13硬件接线图3-14硬件接线图3-14硬件接线图3-154软件设计本设计根据厂方的要求结合实际，整个系统主要由PLC程序、传感器组成。在设计制作好后结合实际情况在调试添加所需功能。4.1PLC程序设计PLC程序主要由检测、选择、启动、报警、显示四部分组成，在各个程序中都设有相应的内部程序连锁保护。本系统各分块功能可单独手动控制但主要还是相互配合自动运行。总体流程图设计如图4-1所示图4-1总体流程图4.1.1泵机选择程序设计本系统用水位传感仪把水位分成A、B、C三个档位，当水位到达A点时启动一台泵机，当水位到达B点时启动两台泵机，当水位到达C点时启动三台泵机，每次启动都是启动次数最少的泵机，当水位低于A点的最低值时，泵机全部停止启动。泵机选择程序流程图如4-2所示泵机选择程序流程图4-2根据流程图设计步骤经过多次调试修改后泵机选择程序如图4-3、4-4、4-5所示泵机选择程序4-3泵机选择程序4-4泵机选择程序4-5为了防止PLC出现错误，结合继电线路本系统的操作有两种控制方式，一种是继电线路控制，一种是PLC控制。PLC控制主要是结合水位仪的水位地址和立杆干簧式浮子液位信号器结合当水位到达某个点时自动选择相应的泵机和数量启动。4.1.2报警程序设计由于本系统是在水库这种安全性质要求特别高的场合，所以在设计中我们使用了两种报警，一种是软件程序报警，一种是水位仪设备自身所带的报警系统。软件程序报警主要是根据泵机的延时判断它是否启动来达到报警的效果。报警程序流程图如4-6所示报警程序流程图如4-6所示根据流程图设计步骤经过多次调试修改后报警程序如图4-7、4-8、4-9所示报警程序4-7报警程序4-8报警程序4-9报警程序主要有Q0.5来输出报警信号，然后用电缆线把信号输送到水库总控制室来提醒水库工作人员，及时维修。5制作和调试5.1控制柜的制作5.1.1控制柜制作的要求1．根据砖机的总体尺寸，设计好可移底架，并安装到位。2．根据元器件的安装的需要，对电器柜进行切割、钻孔、打磨。3．根据所需要的接线通孔，在电器柜打好需要的连接孔。4．在电器柜的构架上安装好元器件、线槽，并安装好砖机动作部件的接线。5．把传感器接线用电缆线与电器柜相连。5.1.2现场安装1.根据现场实际情况设计安装桥架2.根据渗漏池实际深度安装调试液位传感器5.1.3负责项目1．主电路的接线，根据控制电路、控制柜的用线颜色的不同和接线端子的连接。2．根据水库要求和流水量，设计相应的程序。3．接完之后根据图纸测量各个接线点是否正确，并与控制柜相连接，进行总体的调试，对出现的问题进行讨论与分析，并及时排除。5.2控制柜的调试总的调试过程可分成冷态调试和上电调试这两部分组成，冷态调试在制作过程中就可开始执行调试，那么在最后的硬件调试中就会变得简单很多，而且冷态调试可防止PLC等重要部件损坏；上电调试是中软件调试整个系统的重中之重，传感器、液位仪与PLC的地址对接、各分块的调试、参数的设置调试、前后步连接调试、总的程序运行调试等每一分块都有不同的难点，所以在所有工作都完成后在集中完成软件调试。5.2.1硬件调试首先接上380V电压，用万用表查看其电压值是否合理。通电正常后，查看开关电源是否正常。正常以后要考虑到是工厂里的设备，调试时的地线一定要接上，否则电源可能会虚地。其次是查看PLC、温湿度控制器、水位控制仪是否正常工作。接线是否合理，元件是否到位，主电路是否有错误等最后的检查。最后向PLC里面输入程序，比例放大器的设定，准备软件调试。5.2．2软件调试软件调试主要分成单步调试、连接调试、总体调试这三块来完成。这三块调试中最简单是总体调试，最难的是单步调试，在调试时水位设置和电机选择是整个系统的要点。整机开始调试时，泵机控制基本上没问题，调到水位和报警输入时，由于一些参数调的不准确，使泵机控制时，次数和优先启动出现了很大。经过多次的调试和修改参数，才达到要求。5结论在这次的课题设计中，学到了PLC、模拟量模块、比例放大器和触摸屏的综合应用，运用了许多PLC的功能指令，最后利用通信，大大减少了外部设备的接线，更加灵活的运用了PLC触摸屏来控制PLC。其次用到传感器、温度仪等特殊模块，通过它把采集来的数据进行设备控制。通过这次课题设计，摆脱了单纯的理论知识学习，结合实际运用，锻炼了本文的综合所学专业基础知识，同时也提高查阅文献资料、编程手册以及电脑制图等其他专业能力水平，在能力上得到了锻炼，经验得到了丰富，在设计当中也遇到了许许多多的问题，但是最后还是通过在指导老师及同学的帮助下解决了，在解决问题的同时还提高了自身的自学能力和理解能力。只有发现问题面对问题才有可能解决问题，自身的不足不会给打击只会更好的鞭策我前行，望今后的工作和学习更加努力。致谢在做课题设计期间，无论是确定设计方案，收集资料。还是实物制作，撰写论文，我们都得到了指导老师的全力帮助和耐心指导，在此我特向指导老师章晓通老师表示