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扬州大学广陵学院本科生课程设计题目：排水泵控制系统设计课程：电气控制与可编程序控制器专业：电气工程及其自动化（建筑电气与智能化）班级：建电80701学号:070010227姓名：王龙奎指导教师：李新兵完成日期：2010年7月13日总目录第一部分：任务书第二部分：课程设计报告第三部分：设计图纸第一部分任务书一、设计课题排水泵控制系统设计二、设计目的及要求1、熟悉电气控制系统的一般设计原则、设计内容及设计程序。2、掌握电气设计制图的基本规范，熟练掌握PLC程序设计的方法和步骤。3、学会收集、分析、运用电气设计有关资料及数据。4、培养独立工作和工程设计能力以及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。三、原始资料概况及控制要求1、地下室集水坑高水位须及时排水以防止地下室集水。2、高水位自动启动排水泵，低水位自动停止排水泵。3、排水选用2.2KW潜水泵2台，一用一备（当某台水泵发生故障时，备用水泵应能立即自动启动，投入运行），2台水泵自动轮换工作。4、超高水位时，发出声光报警信号；水位降低后，闪光报警信号自动消除。可手切除声音报警信号但须保留光报警信号。5、水泵应用必要的保护。四、课题要求1、设计原则：国家现行有关电气设计规范及主管部门规定等。2、设计范围：控制系统主电路及控制电路设计，电气设备选型。3、设计成果：课程设计报告（设计说明书及计算书等），主电路图、控制电路图、流程图、I/O端子接线图、梯形图及程序。（所有成果均应为打印稿）。五、日程安排本次课程设计时间共一周，进度安排如下：1、设计准备，熟悉有关电气设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（一天）2、分析控制要求、主电路及控制电路方案设计。（一天）3、绘制控制流程图、I/O端子接线图。（一天）4、梯形图设计、编制程序及程序说明。（一天）5、整理计算书及图纸、写课程设计报告。（一天）六、主要参考书1、《工厂电气控制技术》方承远主编机械工业出版社2、《工厂常用电气设备手册》（第二版）上、下册中国电力出版社第二部分课程设计报告一、排水泵的概述1.1排水泵的概念泵是输送液体或使液体增压的机械。电动泵是泵的一种，是机械泵与电动机的结合品，作为机电一体化的产物，它将电动机的机械能传送给液体，使液体能量增加，从而达到输送液体或使液体增压的目的。电动泵主要用来输送液体包括水、油、乳化液、悬乳液等。因此，电动泵可以用于汽车的发动机来使燃油增压，也可以用于持续喷油的航空涡喷发动机，还可以用于食品机械等需要进行液体输送或是使液体增压的场合。那么，对电动泵流量的控制就是一个非常实用的课题1.2排水泵结构排水泵主要结构式里面转的是叶轮，是电机的转子带动叶轮。建筑物内使用的排水泵有潜水排污泵、液下排水泵、立式污水泵和卧式污水泵等。由于建筑物内一般场地较小，排水量不大，排水泵可优先采用潜水排污泵和液下排水泵，其中液下排污泵一般在重要场所使用；立式污水泵和卧式污水泵要求设置隔震基础、自灌式吸水、并占用一定的场地，故在建筑中较少使用。1.3排水泵的选型排水泵的流量应按生活排水设计秒流量选定；当有排水量调节时，可按生活排水最大小时流量选定。消防电梯集水池内排水泵流量不小于10L/s。排水泵的扬程按提升高度、管道损失计算确定后，再附加一定的自由水头。自由水头宜采用0.02～0.03MPa。排水泵吸水管和出水管流速不应小于0.7m/s，并不宜大于2.0m/s。公共建筑内应以每个生活排水集水池为单元设置一台备用泵，平时宜交互运行。地下室、设备机房、车库冲洗地面的排水，如有两台及两台以上排水泵时可不设备用泵。当集水池无法设事故排水管时，水泵应有不间断的动力供应；当能关闭排水进水管时，可不设不间断动力供应，但应设置报警装置。当提升带有较大杂质的污、废水时，不同集水池内的潜水排污泵出水管不应合并排出；当提升一般废水时，可按实际情况考虑不同集水池的潜水排污泵出水管合并排出。两台或两台以上的水泵共用一条出水管时，应在每台水泵出水管上装设阀门和止回阀。单台水泵排水有可能产生倒灌时，应设止回阀。不允许压力排水关与建筑内重力排水管合并排出。当潜水排污泵提升含有大块杂物时，潜水排污泵宜带有粉碎装置；当提升含较多纤维物污水时，宜采用大通道潜水排污泵。当潜水排污泵电机功率大于等于7.5kW或出水口管径大于等于DN100时，可采用水泵固定自耦装置；当潜水排污电泵电机功率小于7.5kW或出水口管径小于DN100时，可设软管移动式安装。污水集水池采用潜水排污泵排水时，应设水泵固定自耦装置，方便水泵检修。排水泵应能自动启停和现场手动启停。多台水泵可并联交替运行，也可分段投入运行。1.4排水泵的工作原理离心式水泵是靠叶轮产生的真空把水从下面吸上来再打到高处，如果泵体内没水的话，真空形不成，那水就吸不上来了，如果液位高于水泵，可以利用自灌的方式把水引入泵体内，不然也需要灌水二、排水泵控制系统设计的种类及各自的特点排水泵控制系统的设计主要有传统的继电器和PLC程序控制两种。对电动泵的控制实质上就是对电动机的控制。使用传统方法控制电动机转速时，需要安装测速装置。无论是安装磁阻式磁电传感器或是光电式转速表，还是霍尔传感器等其它类型的传感器，都会使电动机的体积增大，成本增高，况且传感器的任何误差都会导致电枢电流增大和电机效率的降低，从而引发加大电机的发热量，并且对电机生产制造工艺要求增高等一系列问题。在对电动泵的结构和工作原理进行了研究以后，提出一种有别于传统控制方法的电动泵控制系统-PLC控制。自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%～30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。他们的优缺点具体如下1、控制方式上看：继电器控制是硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而plc是软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。2、工作方式上看：继电器控制是并行工作，而plc是串行工作，不受制约。3、控制速度上看：继电器控制速度慢，触点易抖动；而plc通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。4、定时、记数看：继电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；plc时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。5、可靠性、可维护性看：继电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠性、维护性能差；plc无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。三、本课题设计的控制具体的要求及排水泵的选型课题是针对地下室集水坑高水位须及时排水以防止地下室集水。要实现能够高水位自动启动排水泵，低水位自动停止排水泵。排水选用2.2KW潜水泵2台，一用一备（当某台水泵发生故障时，备用水泵应能立即自动启动，投入运行），2台水泵自动轮换工作。超高水位时，发出声光报警信号；水位降低后，闪光报警信号自动消除。可手切除声音报警信号但须保留光报警信号。水泵应用必要的保护。第三部分设计图纸元件名称型号熔断器热继电器断路器电动机中间继电器导线按钮LDX1LDX6LDIM3OUTM5ORM1LDM4ANBOUTY5ANIM2LDM5OUTM1OUTY6LDX1LDM3ORM2ANBANIM1OUTM2LDIM2LDM1ORM3ANBOUTM3LDIX2LDM1ORY1ORM5ANBANIY2ANIX5OUTY1LDIX2LDM2ORY2ORM4ANBANIY1ANIX6OUTY2LDX3OUTY7流程图外部接口图FU1QS1L1L2L3KM1KM2FR1FR2M13M23~~主电路图控制电路图