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1、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： 目 录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A18附图B19 附图C201 系统概述1.1 抽水泵的PL
2、C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（PLC）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 50HZ抽水至储水塔。其动作如下：1） 若
3、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。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系统控制方案。传统继电器
4、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。PLC由于采用现代大规模集成
5、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PLC，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），PLC、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系统原理方框图3.2 主电路 主电路由热继
6、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。 图3-2-1主电路接线图3.3 I/O分配类型电器元件PLC软元件功能输入SB1X1启动按钮SB2X2停止按钮PS1（传感器SQ2）X3水塔高水位监侧PS2（传感器SQ3）X4水塔低水位监侧PS3（
7、传感器SQ4）X5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 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* 式（1）， 式子中： K：为平衡系数（0.45-0.5） Q：为负载重量 V：为运行速度 ：效率此次PLC设计中：K取0.5；Q取 612kg;V取1m/s；取0.75；所以 P=0.5*1000*1/102*0.75=4(KW)因此选用YTDT225M1-4/16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
8、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11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（kw）额定电流（A）额定转速（r/min）堵转电流/额定电流最大转矩/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
9、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： 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熔体额定电流，故选用60A的。故选择用：RL 1-60/50.（D）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15-25。根据： 式（D） =（1.1-1.25）*23=25.3-
10、28.75（A）故选用JR16-60/3.3.5.2 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:14点MR/MT； 内置2K容量的EEPROM存储器,无需电池,免维护； CPU运算处理速度0.550.7S/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
11、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)，250V 5A直径5*20mm(32点以上)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系列PLC的输入指标项目DC输入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）AC10
