工业水循环电控系统设计

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1、基于PLC的工业水循环电控系统设计基于PLC的工业水循环电控系统设计摘要工业水冷系统，不仅安全实用，而且水的吸热量大，被广泛应用于工业生产现场；在国家越来越重视可持续性发展的今天，循环水的应用不仅仅令工厂节约了大量的成本，而且在发展与环境方面做到了协调平衡的作用，减少了资源的浪费，降低了污染。传统的水循环控制系统不仅设计安装复杂，更重要的是由于设备的老化速度快，可靠性较差，抗干扰能力不强，靠继电器线圈控制的回路检修不便，浪费了宝贵的生产时间。近年来流行的PLC控制回路解决了上述问题，不论从设计安装及可靠性，还是抗干扰性都优于传统的控制系统。本文提出了一个基于PLC的工业水循环的电控系统的解决方

2、案，详细介绍了PLC发展及其特点，工艺流程的设计及其软件的设计。关键词：水循环；电气控制；PLC； -IV-AbstractIndustral cooling system whose core is water is used in industral production because of its quatity of absorption of heats,safety and function.Nowadays The People Repubilic of China gives high weight to sustainable development,Cycle Water

3、 has its superiority not only on the economy but also on the balance of development and enviroment.It reduces the wasting of the resources and pollution.The traditional cycle water control system is too complex to design and install,furthermore,The equipments have to renew because of their velocity

4、of aging,sometimes the reliable is not on the level,dealing with the interference is the same.Not the last but the least,we must take time on repairing the control system basing on relays.Recently,the control system with PLC sovled the problem,not only on the design,installation,reliable but also on

5、 dealing with the interference are superior to the traditional one.This paper proposes a project to design the electrical control of industrial cooling system base on cycle water with PLC.The paper includes introduce of PLC,technology and program design described in detail.Keywords:Industrial cycle

6、water;Electrical control;PLC;目录摘要IAbstractII目录III前言11绪论21.1 PLC的概述21.2 PLC的产生和发展21.3 PLC的特点和应用技术31.4 传统控制电路与PLC控制电路的比较62电气图设计72.1工业水循环的一般流程概述72.2工艺流程要求72.3 主电路的设计82.3.1 主电路概述92.3.2主电路器件参数设定92.4 控制检测电路的设计122.4.1检测电路概述122.4.2检测电路元件参数设定132.4.3 PLC电路的设计及端口分配142.5 电气柜及控制台的安装接线173程序设计193.1 PLC程序设计及其梯形图193

7、.1.1 水泵及冷却塔风机运行193.1.2 潜水泵的运行193.1.3 报警系统的运行203.2 PLC程序代码213.3 程序运行过程描述273.3.1 水泵及冷却塔风机程序描述273.3.2 集水坑潜水泵的程序叙述293.3.2 报警系统程序叙述30总结31致谢32参考文献33附件1 主电路接线图34附件2 控制检测电路图35附件3 电气布置图及电气装配图36附件4 PLC端口分配接线图41附件5 PLC程序梯形图42附件6 电气元件明细表45前言随着工业的发展，人们越来越重视科学、稳定以及环保的生产生活方式。生产方式有赖于生产机器的稳定高效的运行，高效的运行可以利用一定的技术手段对设备

8、进行改造达到目的，相应的，由于高效的生产方式，能量消耗的增加必然造成设备热能的散失加剧，这些热能使得设备的内部部件老化程度加快甚至故障，那么相应的冷却系统也就应运而生了。水冷以其卓越的散热效果以及其经济性而倍受青睐，但是在水资源日益缺乏的今天，一次性的水冷无论从它的环保性以及其花费来说都不是好的选择，那么，一个经济高效的水循环系统就满足上述要求。现在的水循环系统已经得到了广泛的运用，从大的如核电站，钢铁机加工企业到小的如电子，IT行业都有涉及，这其中前者占有绝大部分的份额。近些年，国家提出的节能减排的要求更加速了高效环保的水循环冷却系统的发展，这方面的技术也越来越受重视。在PLC还未出现时候，

9、传统的工业控制用的是继电器控制，这种控制电路有着不可抗拒的不利因素：安装不便，检修不易，不经济，抗干扰能力差；PLC以其安装方便，经济耐用，可靠性高，抗干扰能力强等优点在近些年发挥了重大的作用，不少厂家纷纷把以前烦琐的线路改造成PLC控制。所以，PLC及相关系统电路设计及运用对电气方向的大学生来讲是必备的技能，基于PLC的工业水循环电控系统的设计不论从技术的角度还是从发展的潜力都有着相当大的意义。本篇论文从主电路的设计，控制检测电路的设计，电气设备的选择，PLC的控制线路以及端口的分配和编程集中反映了工业水循环的电控系统的设计，调试，运用，从理论上描述了PLC控制水循环的运行机制，起到抛砖引玉

10、的作用。1绪论前面我们提到传统的电路的控制主要是以继电器组成的控制电路来达到目的,然而,传统的控制电路有着不可抗拒的不利因素：安装不便，检修不易，不经济，抗干扰能力差，与之相反，PLC优点在于安装方便，经济耐用，可靠性高，抗干扰能力强等优点，了解两者的优劣就是本章的所要达到的目的。1.1 PLC的概述PLC是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发出来，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。目前，PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为最重要、最普及、应用场合的工业控制装置，被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人

11、、CADCAM）之一。可编程序控制其定义如下:可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储运算、顺序控制、定时、计数和算术运算、等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。定义强调了PLC应用于工业环境，必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围，这是区别于一般微机控制系统的重要特征。同时，也强调了PLC用软件方式实现的“可编程”与传统控制装置中通过硬件或硬接线的变更来改变程序有本质区别。

12、1.2 PLC的产生在可编程序控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是传统的电气控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。从1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的要求，研制成功了世界上第一台可编程序控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果，从此这项技术迅速发展起来。早期的可编程序控制器仅有逻辑运算、定时、计数等功能，只是用来取代传统的继电器，通常称为可编程序控制器（Prongrammable Logic Controller）.随着微电子技术和计算机技术的发

13、展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速的发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理和联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。自从第一台PLC研制出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。目前，世界上

14、有200多家PLC厂家，400多品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲和日本等三个流派产品。各流派PLC都各具特色，如日本主要发展中小型PLC，其小型PLC性能先进，结构紧凑，价格便宜，在国际市场上占有重要地位。世界上著名的PLC生产厂家主要有美国A-B公司，GE公司，日本的三菱电动机公司，欧姆龙公司，德国的AEG公司、西门子公司，法国的TE公司等。从近年的统计数据看，在世界范围内PLC产品的产量、销量、用量高居工业控制装置榜首，而且市场需求量一直以每年15%的比率上升。PLC已成为工业自动化控制领域中占主导的控制装置。PLC技术发展呈现新的动向：1：产品规模向大、小两个方向发展 大：I/O

15、点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。 2：PLC在闭环过程控制中应用日益广泛 3：不断加强通讯功能 4：.新器件和模块不断推出 高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。 5：编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统 6：发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作

16、方式。 7：追求软硬件的标准化。 PLC发展历史 起源：1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。 1969年，美国研制出世界第一台PDP-14 1971年，日本研制出第一台DCS-8 1973年，德国研制出第一台PLC 1974年，中国研制出第一台PLC 发展：20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及

17、处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益

18、上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。1.3 PLC的特点和应用技术（一）PLC的特点 PLC技术之所以高速发展，除了工业自动

19、化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好的解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。主要有以下特点：1可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的平均无故障时间可达几十万个小时，之所以有这么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施：A硬件方面 I/O通道采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制高频干扰；对PLC等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了连锁保护、自诊断电路等。B软件方面 PLC采用的是扫描工作方式

20、，减少了由于外界环境干扰引起故障；在PLC系统程序中设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由外界干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦外界环境正常后，便可恢复到故障前的状态，继续原来的工作。2 编程简单、使用方便目前，大多数的PLC采用的编程语言是梯形图语言，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。3 功能完善、通用性强现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信

21、联网等许多功能。同时，由于PLC产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。4 设计安装简单、维护方便由于PLC是用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具有很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上的指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。5 体积小、重量轻、能耗低由于PLC采用了集成电路，其结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备。(二)

22、 PLC的应用领域目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩展。从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面：1 开关量逻辑控制利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机控制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。2 运动控制大多数PLC都有拖动步进机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，

23、如各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。3 过程控制大、中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能，有的小型PLC也具有模拟量输入输出。所以PLC可实现模拟量控制，而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理以及闭环位置控制和速度控制等方面。4数据处理和通信联网现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，如计算机数值控制设备。PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与计算机、PLC与其他智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中

24、管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化系统发展的需要。1.4 传统控制电路与PLC控制电路的比较在传统的工业水循环系统中，系统的控制主要是以继电器为主的控制电路来达到目的,然而,传统的控制电路有着不可抗拒的不利因素，从继电器的材料来看，继电器的触点表面是由一层氧化层镀在上面，通常为银制，长期的碰撞和电弧温度的灼烧熔化导致时常要去检修并伴随着短路停机的发生，安全性和抗干扰性较差；同时，继电器一旦用得太多，必然伴随着导线线路的连接增加，检查起来十分不便，并且导线的发热导致电流的不稳定，对需要精确控制的系统带来了很大的不便。由于PLC的引入使得上述的情况得以解决，通过端口的设置及编程使

25、得继电器为主所构成的控制回路可以以编程的形式得以解决，操作较为容易，除主电路外，只需要部分的检测和控制电路就可以达到控制目的，且软件自身拥有的辅助继电器数量不受限制，体积较小安装方便，价格相对长期投入的继电器来说便宜且程序可以改写，方便易行，检修容易，抗干扰能力优于传统控制电路，是工厂自动控制的发展趋势和方向。2电气图设计2.1工业水循环的一般流程概述工业水循环系统中一般有一组水泵作为水循环的动力来源，通过叶片等把储水池里的水打入水管，对要冷却的机器进行降温，降温过后的高温水在厂房上的冷却塔上通过电机带动叶片进行降温，最后把降温后的水排入储水池，循环使用，储水池有一个进水管和一个出水管，进水是

26、温度低的自然水，出水管排放储水池的水。示意图如下：图2.1 工业水循环示意图2.2工艺流程要求根据论文要求一铝合金压铸厂拥有250kW晶闸管中频熔炼电炉两台及4001600t铝合金压铸机数台，这些设备都要用水冷却，要求冷却水压力不应低于0.25Mpa，温度不宜高于35,为此配置一套循环水系统，3台离心式水泵流量Q=50m3/h,扬程H=32m,电动机功率PN=7.5kW，用水量最大时开两台水泵就可满足生产要求，这样可以在有1台水泵损坏需要修理时仍然能满负荷生产；100m3/h玻璃钢冷却水塔1座，其冷却风机的功率为3kW，夏季在风机运转时可使从设备返回的循环水温度下降35；冷却水塔下面的储水池约

27、50m3。水泵出口至生产车间的供水总管上除装设就地显示的数字式压力表外，还装了00.6Mpa压力传感器及pt100铂热电阻等，它们的数字控制仪安装在电气控制柜上，当循环水的供水压力地于0.25Mpa或温度达到35以上时，发出报警信号，提示值班人员及时进行处理。循环水系统设备的电气控制柜装在水泵房内，用户还要求在生产车间也能对这些设备进行操作，为此在车间里也安装了一只操作箱。由于储水池和水泵房均在室外地下，平时无人职守，为防止水泵房内积水过多，在泵房一角设置了长宽深为0.6m0.6m0.8m的集水坑，在控制柜上有指示灯及开关等，可以手动或自动启、停潜水泵，将坑内积水排出。系统采用温度、压力数字显

28、示控制仪表各一套，温度仪表设置上限报警，压力仪表设置下限报警，系统用一个报警铃和各一个显示灯作为报警系统。报警器应装在维修人员的值班地点。储水池由池子和注水管道及出水管道构成，注水管道上设一浮球阀，当水位低于水位时注入水，当水位过高时关闭阀门，防止水位过高造成资源浪费。出水管道有一个阀门，当水温过高时避免停机做紧急使用，使水池的热水排放到下水道，水位下降，入水管道的阀门打开补充温度较低的自来水；由于两个阀门不为电控故没在设计图中画出。2.3 主电路的设计主电路的构成主要是被控制的电机组件，任务是通过控制电路的作用完成预定的目标，主电路设计的好坏直接关系到整个系统的功能是否完整，所需要的动力是否

29、充足，反应是否灵敏等。2.3.1 主电路概述主电路由工业三相交流380V电源构成主线路，M1，M2，M3为型号一样的离心式水泵，流量Q=50m3/h，扬程H=32m，电动机功率PN=7.5kW，M4为一台功率为3kW的电机作为冷却塔风机电机，M5为潜水泵电机，在主线路和各个支线路上设置组合开关,熔断器和热继电器作为过热过载保护，保护电机和线路安全，同时安装接触器，其线圈连在PLC上控制开机，由于所有电机为交流异步电机且功率小于等于7.5 kW且无特殊停车要求，所以选择直接启动，自由停车。图2.2 工业水循环主电路图2.3.2主电路器件参数设定主电路的器件参数确定如下：1.电机的选择3个水泵电功

30、率为PN=7.5kW查表可知使用Y-132S2-2系列的三项异步电机，PN=7.5kW，额定转速NN =2900r/min，额定电压UN=380V，三角形接法，额定电流IN =15A，额定效率=86.2%，功率因数cos=0.88。电机M4的电功率为PN=3kW，电机M5同样选择电功率PN =3kW。查表可知所选用的电机为Y-1328-6系列的三项异步电机，PN =3kW额定转速NN =960r/min，额定电压UN=380V，三角形接法，额定电流IN =7.2A，额定效率=83%，功率因数cos=0.76。由于全部电机都是小容量电机。在一般电网容量下，7.5kW的电机都可以认为是小容量电机，

31、我们对与一切kW (2-1)的笼型异步电机一般都可以采用全压启动。2.熔断器的选择对于一台电动机的负载的短路保护： (2-2)上式的系数视负载性质和启动方式不同而选取；对轻载启动、启动次数少，时间短或降压启动，取小值；对重载启动、启动频繁、启动时间长或全压启动时，取大值。对于多台电动机的短路保护： (2-3)熔断器选用时其电流应大于熔体的额定电流。故M1，M2，M3的支路熔断器电流=2.5=2.515=37.5A所以选择的熔断器型号为RL1，额定电压为交流380V，熔断器额定电流为60A，熔体额定电流为40A的有填充料封闭螺栓式熔断器。同理M4，M5的支路熔断器电流=2.5=2.57.2=18

32、A所以选择的熔断器型号为RL2，额定电压为交流380V，熔断器额定电流为25A，熔体额定电流为20A的有填充料封闭螺栓式熔断器。主电路总的熔断器的选定电流=2.5+其余电动机的计算负荷电流=2.515+15+15+7.2+7.2=81.9A所以选择的熔断器型号为RL1，额定电压为交流380V，熔断器额定电流为100A，熔体额定电流为100A的有填充料封闭螺栓式熔断器。3.刀开关的选择由于电流比较小，所以选一般的刀开关HD17系列刀形隔离器，额定通断电流200A，额定电压380V，3极。4.热继电器的选择热继电器的额定电流应略大于电动机的额定电流。所以所选择的热继电器FR1，FR2，FR3的额定

33、电流应该大于电动机M1，M2，M3的电流值即15A。所以FR1，FR2，FR3的型号选为JR16系列，额定电压为380V额定电流为20A的热继电器。同理FR4，FR5的额定电流应该大于电动机M4，M5的额定电流即7.2A。所以FR4，FR5的型号选为JR15系列，额定电压为380V额定电流为10A的热继电器。6接触器的选择一般情况下，接触器的主触点的额定电流应大于等于负载或电动机的额定电流，计算公式： （2-4）式中：主触点的额定电流：经验常数，一般取11.4；：被控电动机额定功率；：被控电机额定电压；所以M1，M2，M3接触器的额定电流计算：=19.7AM4,M5接触器额定电流计算：=7.9

34、A接触器额定电压的主要根据主触点所控制的负载电路的额定电压来确定，所以此次接触器的额定电压应该选用额定电压380V以上。为了保证安全，一般接触器的线圈电压均选用较低的电压，如110V，127V，由控制变压器供电。但如果控制电路简单，所用的接触器较少，为了省去变压器，可选用380V，220V电压。我们查表得到，三菱的PLC承受的输出有2A左右的电流，而接触器的线圈的动作电流只有几百毫安，所以一般可以稳定吸合。综上，我们选用的接触器应该为：3TB43型号，规定发热电流35A，380V额定工作电流22A，可控电动机功率为11kW的交流接触器3个。3TB40型号，规定发热电流22A，380V额定工作电

35、流9A，可控电动机功率为4kW的交流接触器2个。上述资料汇总见附件。2.4 控制检测电路的设计 在一个控制系统中，检测控制电路是对系统所要求的环境参数进行检测并对其发生的状况发出相应信号，提示工作人员及时进行处理。本论文的检测电路主要作用是用来检测水温、水压和潜水泵房的水位，由于潜水泵水位检测和处理方式在PLC程序内实现，由开关SQ1，SQ2完成检测，结构简单，所以这里主要讲的是水温水压的检测，而控制电路的作用主要由PLC来实现，一个控制系统的检测系统的好坏，直接关系到系统的精度和准度。2.4.1检测电路概述控制电路电源来自主电路其中2相由变压器转换而成，内接一个电源灯泡安装于控制台上以便观察

36、控制检测电路是否通电，当主电路电机运行之时，相应的接触器带动显示仪表开始工作，面板分别都装在控制台上便于观察，仪表WP1上装一热电阻和一电流继电器KA1,当水管内的温度达到指定温度时，线圈得电，使得相应的触点动作，仪表WP2上装有一压力传感器和电流继电器KA2，当水管内压力小于预定点时线圈得电，相应触点动作。图2.3 工业水循环控制检测电路2.4.2检测电路元件参数设定参数设定如下：1变压器的选择显然，我们选的变压器为380：220的变压器所以K的取值为： (2-5)简单的变压器可以自行绕制也可购买，绕制方法不再详细说明。2仪表由于各个厂家生产的仪表使用方法在说明书上，所以必须根据仪表的说明书

37、进行选购和调试，同样的情况还出现于热电阻和压力传感器的选择，仪表的选择要根据1.输入电压的大小，这里我们为220V的交流电。2.输出的方式，这里我们选择电流输出，以便配合电流继电器的线圈。具体型号根据厂家选择。必须注意的是仪表的型号一般相同。通过调查,我选择的仪表为成都怡腾自动化ES6数显仪，型号为ES6/A-HRTA1B0E和ES6/A-HRTA1B0I，误差小于0.5%F.S，并具备调教、数字滤波功能，输入信号类型：万能输入，通过设定选择；适用于电压、电流、热电阻、热电偶信号，电源为220V AC功耗小于7VA。输入信号包括：热电阻（Pt100、Pt1000），测温范围为 -200.00

38、500.00；热电偶（K、S、E、T），分辨力为0.1；直流电流；直流电压；直流mV。电流输出（420）mA、（010）mA或（020）mA。3.电流继电器这里的继电器的电流根据仪表输出的电流选择参数，我们选择型号为D10系列的继电器，即到了我们所设定的电流10mA左右,继电器就动作，具体调试中根据不同情况调整。技术要求为，动作电流的平均误差不应该大于5%，继电器的额定电压为220V交流或以上。4.热电阻及传感器的选择根据论文要求，热电阻选择为Pt100的热电偶，传感器选择为成都怡腾自动化FD81151DR/3051DR微差压变送器，测量范围为差压0-1.5kPa5指示灯的选择无特殊要求，选用

39、AD1-30/31额定电压为220V，电源种类为AC50HZ，灯头型号为XZ8-1W E10/13，颜色为无色透明指示灯。2.4.3 PLC电路的设计及端口分配对与一个PLC的控制电路，正确的端口分配和接线连接关系着控制程序能否按照预定的步骤运行，错误的分配和接线会使PLC无法识别器件，甚至导致程序出现致命错误，造成不必要的损失。不同的厂家、不同系列的PLC，其端口的编号和接线方法，及其程序语言虽然大同小异，但只有按照使用手册对PLC进行正确的编程才能使得PLC正常工作。我们在这里选择PLC为三菱的FX0N系列的型号为FX0N-60MR-001，继电器输出，输入点数36，输出点数24。-49-

40、图2.4 三菱FX0N-60MR-001PLC控制线路接线图图2.4表示为一三菱的FX0N-60MR-001型号PLC控制输入输出图，其端口分配如表2.1所示。表2.1 PLC端口分配表元件端口安装位置作用描述SB11X0控制台控制台停止M1按钮SB21X1水泵房水泵房停止M1按钮SB12X2控制台控制台启动M1按钮SB22X3水泵房水泵房启动M1按钮FR1X4电气柜M1热继电器触点SB13X5控制台控制台停止M2按钮SB23X6水泵房水泵房停止M2按钮SB14X7控制台控制台启动M2按钮SB24X10水泵房水泵房启动M2按钮FR2X11电气柜M2热继电器触点SB15X12控制台控制台停止M3

41、按钮SB25X13水泵房水泵房停止M3按钮SB16X14控制台控制台启动M3按钮SB26X15水泵房水泵房启动M3按钮FR3X16电气柜M3热继电器触点SB17X17控制台控制台停止M4按钮SB27X20水泵房水泵房停止M4按钮SB18X21控制台控制台启动M4按钮SB28X22水泵房水泵房启动M4按钮FR4X23电气柜M4热继电器触点SQ1X24集水坑上限水位浮球开关SQ2X25集水坑下限水位浮球开关SB19X26控制台控制M5停止按钮SB20X27控制台控制M5启动按钮FR5X30电气柜M5热继电器触点SB29X31控制台温度压力报警系统实验按钮SB30X32控制台温度压力报警系统消音按纽

42、KA1X33电气柜水温报警系统线圈触点KA2X34电气柜水压报警系统线圈触点SAX35控制台潜水泵自动派水挡位SAX36控制台潜水泵手动排水挡位HL11Y0控制台M1运行指示灯HL21Y1水泵房M1运行指示灯HL12Y2控制台M2运行指示灯HL22Y3水泵房M2运行指示灯HL13Y4控制台M3运行指示灯HL23Y5水泵房M3运行指示灯HL14Y6控制台M4运行指示灯表2.1 PLC端口分配表元件端口安装位置作用描述HL24Y7水泵房M4运行指示灯HL16Y10控制台集水坑上限水位指示灯HL17Y11控制台集水坑下限水位指示灯KM1Y12电气柜线圈，得电控制相应触点动作KM2Y13电气柜同上KM

43、3Y14电气柜同上KM4Y15电气柜同上KM5Y16电气柜同上HL15Y17控制台潜水泵运行指示灯HL1Y20控制台水温超标指示灯HL2Y21控制台水压低指示灯HAY22控制台水温水压报警COMCOMPLC自带COM06COM06同上以上按钮的型号，指示灯型号，及电铃型号在见附件。2.5 电气柜及控制台的安装接线电气柜与控制台的安排是否合理有利于工作的高效率展开，由于图片内容比较复杂，这里只列举控制台的接线图和布置图，其他电气接线图和布置图在附件中列出。电器元件的布置应该满足以下原则：体积大的和较重的元件应安装在电器板的下面，发热元件应安装在电器板的上面；强电与弱电分开应注意弱电屏蔽，防止外界

44、干扰；需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低；电器元件的布置应考虑整齐、美观；各种电器元件的布置不宜过密，要有一定的间距。在安装接线的时候就要严格按照画的位置和数字进行相应的接线，务必避免错误的接线，造成短路或者器件的不正常运行，图2.5为控制台的电气布置图，图2.6为控制台的电气接线图。图2.5 控制台的电气布置图 图2.6 控制台的电气接线图3程序设计 文章上一章节已经对PLC进行了I/O口分配，下面是对PLC进行程序设计，以便让机器按照我们希望的步骤进行工作。3.1 PLC程序设计及其梯形图梯形图作为PLC程序的一个描述形式，有直观，适合电气工程领域的人识别的特点，所以

45、程序的叙述由下面的梯形图开始，先给读者一个直观的印象。3.1.1 水泵及冷却塔风机运行因为运行机制一致，所以水泵和冷却塔风机的程序基本一致，其运行机制为按下相应的启动按钮后控制电机的接触器线圈得电，电机开始运行，当停止按钮按下时，相应的线圈失电，电机停车。下面列出M1的梯形图，详细的程序叙述我们在第3节进行讲解。图 3.1 水泵M1梯形图3.1.2 潜水泵的运行潜水泵由于分自动控制和手动控制，所以，首先它就要有个控制按钮SA使得它可以在两者之间切换，当它自动运行之时要求当上限水位到达的时候自动启动水泵，即和上述电机一样令管理这个泵的接触器线圈得电，相应的触点得电使电机工作进行排水，同时控制台的

46、指示灯给工作人员相应的信息；同理，手动运行时，要求同一般水泵一样正常控制电机工作，其程序如下，具体程序叙述在第3节。图3.2 潜水泵M5梯形图3.1.3 报警系统的运行报警系统的运行机制是当水温水压达到预定值时，控制显示仪表发出电流信号使得相应的继电器线圈得电，相应继电器触点动作使得其控制的警报显示灯发光且发出警报，使工作人员能够快速地得到信息，及时处理。本报警系统比较简易，设有实验和消音功能，其程序如下，具体程序叙述详见第3节：图3.3 报警系统梯形图3.2 PLC程序代码 PLC程序代码根据梯形图编写，完整梯形图详见附件。 程序语言为三菱PLC语言，参考程序如下： 电机M1，M2，M3，M

47、4：LD X2 /建立一个块同时建立常开X2OR X3 /并上一个常开X3OR M1 /并上辅助继电器常开触点M1AND X0 /串上常开X0AND X1 /串上常开X1AND X4 /串上常开X4OUT M1 /输出辅助继电器线圈M1LD M1 /建立一个块建立常开M1OUT Y0 /输出Y0OUT Y1 /输出Y1OUT Y12 /输出Y12电机M1控制结束LD X7 /建立一个块同时建立常开X7OR X10 /并上一个常开X10OR M2 /并上辅助继电器常开触点M2AND X5 /串上常开X5AND X6 /串上常开X6AND X13 /串上常开X13OUT M2 /输出辅助继电器线圈

48、M2LD M2 /建立一个块建立常开M2OUT Y2 /输出Y2OUT Y3 /输出Y3OUT Y13 /输出Y13电机M2控制结束LD X14 /建立一个块同时建立常开X14OR X15 /并上一个常开X15OR M3 /并上辅助继电器常开触点M3AND X12 /串上常开X12AND X13 /串上常开X13AND X16 /串上常开X16OUT M3 /输出辅助继电器线圈M3LD M3 /建立一个块建立常开M3OUT Y4 /输出Y4OUT Y5 /输出Y5OUT Y14 /输出Y14电机M3控制结束LD X21 /建立一个块并建立常开X21OR X22 /并上常开X22OR M4 /并

49、上辅助继电器常开触点M4AND X17 /串上常开X17AND X20 /串上常开X20AND X23 /串上常开X23OUT M4 /输出辅助继电器线圈M4LD M4 /建立一个块建立常开M4OUT Y6 /输出Y6OUT Y7 /输出Y7OUT Y15 /输出Y15电机M4控制结束 水泵与冷却塔风机程序流程图如图3.4。 图3.4 水泵与冷却塔风机程序流程示意图如流程图3.4所示，水泵和冷却塔风机的程序流程是按下开始按钮电机运行，电机过热或按下停止按钮时停止，整个过程都是由PLC内部辅助继电器和线圈控制，详细的PLC程序运行叙述见第3节。 潜水泵的程序：LD X24OUT M5LD X25

50、OUT M6 /设置限位开关辅助继电器线圈LD M5OUT Y10LD M6OUT Y11 /输出限位的指示灯LD M5OR M7AND M6AND X30OUT M7 /自动排水程序段结束LD X27OR M8 AND X26AND X30OUT M8 /手动排水程序段结束LD M7AND X35LD M8AND X36ORBOUT Y16OUT Y17 /电机M5控制结束如程序流程图3.5所示,潜水泵的程序流程和水泵与冷却塔风机相同，不同的在于其自动运行时的流程如图3.6，它是通过上下水位控制，当水位达到上限的时候，电机启动并开始排水，当水排到下限水位的时候，电机停止，当电机过热的时候，电

51、机强制停止，详细的PLC程序运行叙述见第3节。图3.5 潜水泵手动控制程序流程示意图图3.6 潜水泵自动控制程序流程示意图 报警系统的程序：LD X31OUT Y20OUT Y21OUT Y22 /报警系统实验功能LD X33OUT M9OUT Y20 /报警系统之压力灯亮LD X34OUT M10OUT Y21 /报警系统之水温灯亮LD M9OR M10OUT M11LD X32OR M12AND M11OUT M12LD M11ANI M12OUT Y22 /报警系统警铃声响带消音按钮如程序流程图3.6所示，整个报警系统由实验和正式运行两部分组成，当实验开始时，整个报警系统的电铃及水温，压

52、力灯都开始工作，当水温超标或者压力不够时，对应的灯开始工作，同时铃声响起，当状况排除之时，灯光熄灭，铃声停止。详细的PLC程序运行叙述见第3节。图3.6 报警系统程序流程示意图3.3 程序运行过程描述特别说明，由于设计方便需要，部份停止按钮的实际设计为常闭，故程序里的代表停止的语句为常开。3.3.1 水泵及冷却塔风机程序描述M1的运作：当按下SB12或者SB22的时候，PLC对应的X2或X3得电闭合，PLC内部辅助继电器线圈M1得电，支路M1常开触点得电闭合，形成一个自锁状态，M1线圈一直得电。语句第二句由于线圈M1得电，对应的常开触点M1一直闭合，输出Y0，Y1，Y12，即对应的HL11，H

53、L21，KM1得电，这时控制台的HL11，HL21发光，接触器线圈KM1得电，主电路的触点得电闭合，电机M1得电运行，控制检测电路的触点闭合，使仪表开始工作，开始测量水温水压。当按下SB11或者SB21的时候，PLC对应的X0或X1失电，原来闭合的X0或X1变断开，辅助继电器M1线圈失电，同时程序向下扫描，对应的M1触点恢复原状，Y0，Y1，Y12终止输出，即对应的HL11，HL21，KM1 失电，这时控制台HL11，HL21熄灭，接触器线圈KM1失电，主电路的KM1触点失电断开，电机失电开始停止，控制检测电路的MK1触点断开，M1这一路的仪表通路断开，具体见控制检测电路电路图。 当电机M1过

54、热的时候，主电路的热继电器FR1动作，对应的触点动作，PLC对应的X4动作，即闭合变断开，对应的辅助继电器M1失电，输出Y0，Y1，Y12终止，HL11，HL21，KM1失电，控制台显示灯熄灭，电机停止，控制电路M1一路的仪表通路断开。M2的运作：当按下SB14或者SB24的时候，PLC对应的X7或X10得电闭合，PLC内部辅助继电器线圈M2得电，支路M2常开辅助触点得电闭合，形成一个自锁状态，M2线圈一直得电。语句第四句由于辅助继电器线圈M2得电，对应的常开辅助触点M2一直闭合，输出Y2，Y3，Y13，即对应的HL12，HL22，KM2得电，这时控制台的HL12，HL22发光，接触器线圈KM

55、2得电，主电路的触点得电闭合，电机M2得电运行，控制检测电路的KM2触点闭合，使仪表开始工作，开始测量水温水压。 当按下SB13或者SB23的时候，PLC对应的X5或X6失电，原来闭合的X5或X6变断开，辅助继电器M2线圈失电，同时程序向下扫描，对应的M2辅助触点恢复原状，Y2，Y3，Y13终止输出，即对应的HL12，HL22，KM2 失电，这时控制台HL12，HL22熄灭，继电器线圈KM2失电，主电路的触点KM2失电断开，电机失电开始停止，控制检测电路的触点KM2断开，M2这一路的仪表通路断开，具体见控制检测电路电路图。 当电机M2过热的时候，主电路的热继电器FR2动作，对应的触点动作，PL

56、C对应的X13动作，即闭合变断开，对应的辅助继电器M2失电，Y2，Y3，Y13终止输出，HL12，HL22，KM2失电，控制台显示灯熄灭，电机停止，控制检测电路M2一路的仪表通路断开。M3，M4运行机理与M1，M2相同，程序类似，不再鳌述，详情参见完整的梯形图（附件）。值得注意的是M4为冷却塔，与M1，M2，M3的区别在于电机的选择，我们在上一章有介绍。3.3.2 集水坑潜水泵的程序叙述程序中X24，X25分别对应上限水位浮球开关和下限水位浮球开关，当水位达到下限时候浮球开关的浮球浮起，开关接通线路，X25闭合，辅助继电器线圈M6得电；当水位达到上限的时候浮球开关的浮球浮起，开关接通线路，X2

57、4闭合，辅助继电器线圈M5得电。若线圈M5得电，即水位达到了上限开关的时候，输出一个Y10，对应的HL16得电，即上限水位显示灯发光，同样的，若线圈M6得电，即水位达到了下限水位开关的时候，输出一个Y11，对应的HL17得电，即下限水位开关得电发光。自动控制排水开关开启时，当水位达到了上限水位（此时肯定超过下限水位），线圈M5，线圈M6同时得电，线圈M7接通得电这时M7触点得电形成自锁，由于SA在自动挡位，即X35对应动作为闭合，程序中M7，X35对应的一路全部闭合，输出Y16，Y17，即接触器KM5线圈得电带动相应触点动作，M5开始运行排水，并同时排水指示灯发光。当水位排到下限水位以下时，浮

58、球开关对应的X25失电，回到初始状态，即常开，此时线圈M6失电，相应的触点还原，此时M7线圈失电，相应的触点还原，M7，X35对应的一路断开，Y16，Y17停止输出，即排水结束，指示灯熄灭。若电机M5过热，热继电器FR5动作，对应触点FR5断开，即与PLC对应X30断开M7失电，Y16，Y17停止输出，M5停止工作，指示灯熄灭。手动控制排水开关开启之时，即SA在手动挡位时，与PLC对应的X36闭合，若要排水按下SB20，与PLC对应的X27动作，线圈M8得电，对应的M8辅助触点动作，形成自锁，由于程序中M8，X36全部闭合，此时输出Y16，Y17，电机M5开始工作同时指示灯亮。若要停止电机M5

59、，按下SB19，此时与PLC对应的X26动作由闭合到断开，此时，线圈M8失电，对应的触点M8与X36连接的一路断开，输出Y16，Y17停止，电机M5停止工作同时指示灯熄灭。若电机M5过热，热继电器FR5动作，对应触点FR5断开，即PLC对应的X30断开，线圈M8失电，对应的触点M8与X36连接的一路断开，输出Y16，Y17停止，电机M5停止工作同时指示灯熄灭。3.3.2 报警系统程序叙述实验开关：当实验开关SB29一直按下时，对应的X31得电动作闭合，输出Y20,Y21,Y22，即此时HL1，HL2，HA动作，水温，水压显示灯亮，报警铃声响，松开SB29后，X31还原，输出停止。正式启用：当水温达到预定的值时，电流继电器KA1的线圈得电同时触点动作，此时触点KA1对应的X33动作，辅助继电器线圈M9得电同时输出Y20，即水温显示灯亮，同理，当水压达到预定值时候，电流继电器KA2的线圈得电同时触点动作，此时触点对应的X34动作，辅助继电器线圈M10得电同时输出Y21，即水压显示灯亮。一旦辅助继电器M9，M10的线圈得电，其对应的辅助触点得电，常开辅助触点M9，M10只要有一个闭合，辅助继电器M11线圈得电。辅助继电器M11的线