武漢大學(xué)水電站自動化課程設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上水電站自動化課程設(shè)計 專 業(yè)： 能源與動力工程 設(shè) 計 人： 班 級： 能 動 四 班 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 肖志懷 完成時間： 2017年 1 月 11 日 專心-專注-專業(yè)目錄第一章 設(shè)計原始資料集水井排水裝置自動控制某水電站滲漏排水系統(tǒng)有二臺相同的滲漏排水泵，一臺工作，一臺備用。水泵類型為深井泵，單臺配套電動機容量：90kW，電壓：AC380V。每臺水泵出水管道上安裝一只電動閥門，水泵抽水時電動閥門打開，水泵停止時電動閥門關(guān)閉，電機功率1.5kW。排水井水位和高程：滲漏排水井底板高程3.0m，停泵水位高程5.0m，工作泵啟動水位高程11.5m，備用泵啟動水位高程

2、12.0m，報警水位高程12.2m?？刂埔螅C構(gòu)系統(tǒng)圖如圖1）：（1） 深井泵啟動前3秒必須先給潤滑水，泵啟動后2min切斷潤滑水，潤滑水由機組技術(shù)供水系統(tǒng)供給，供水管徑20mm，通過電磁閥自動控制，該電磁閥的工作可自動合/分，也可手動合/分。（2） 盤面上要有電源指示燈，運行指示燈和故障指示燈。控制柜有電時電源指示燈亮，抽水泵電動機運轉(zhuǎn)時運行指示燈亮，控制柜有故障時故障指示燈亮，故障信號：（a）接觸器故障（b）啟動超時（45s）（3） 深井泵工作方式：自動/手動。自動方式時，控制裝置依據(jù)控制流程要求自動實現(xiàn)水泵的啟/?？刂?。手動方式時，通過操作面板上的操作開關(guān)直接控制水泵，該方式僅供設(shè)備調(diào)

3、試或檢修使用。（4） 蓄水池水位達到報警水位時，控制柜內(nèi)喇叭要發(fā)出斷續(xù)的蜂鳴聲，電鈴要響。（5） 出水管道上的閥門電動機正反轉(zhuǎn)時要有硬件互鎖和軟件互鎖，避免電氣短路。（6） 工作水泵和備用泵每周輪換一次。 圖1-1 集水井排水裝置機構(gòu)系統(tǒng)圖 第二章 電動機主電路設(shè)計2.1 電機的選擇（1）水泵電動機的選擇根據(jù)本設(shè)計深井泵的工作環(huán)境、方式以及電動機的容量：90KW,電壓：AC380V,可選擇Y280M-2電動機，其具體參數(shù)如表2-1所示。（2） 電動閥電動機的選擇由于電機的功率為1.5KW,則選用Y90S-2電動機，其具體參數(shù)如表2-1所示。表2-1 電動機技術(shù)參數(shù)型號額定功率/kw滿載時額定轉(zhuǎn)

4、矩質(zhì)量/kg電流/A轉(zhuǎn)速/(r/min)效率/%Y280M-290166297092.52.2620Y90S-21.53.42840782.3222.2 主回路接線原理圖 考慮到排水裝置的控制要求，設(shè)計得電動機主回路接線圖如圖2-1所示，其工作原理如下：合上電源開關(guān)QS1，按下啟動按鈕SB1，接觸器KM1得電吸合并自鎖，接觸器KM2也同時得電吸合，電動機三相繞組在Y形接法下降壓啟動，同時時間繼電器KT1通電計時。經(jīng)過一段時間的延時后，時間繼電器KT1常閉觸點打開，常開觸點閉合，接觸器KM2失電釋放，其常閉輔助觸點閉合，繼電器KM3得電吸合并自鎖，將電動機三相繞組接成形在全壓下運行。其中，1號泵

5、電動機由POWER1電源單獨供電，2號泵電動機由POWER2電源單獨供電，并互為備用。當(dāng)兩路電源中有一路發(fā)生故障切除時（1QF、2QF之一斷），則備用電源自動切換裝置APD將母聯(lián)斷路器（3QF）合上，以保證電動機的正常工作。由于電動機的功率較大，為減小啟動電流，故在本設(shè)計的電動機主回路中選用Y-降壓啟動方式。其控制回路如圖2-2所示。圖2-2 控制電路圖2.3 主回路設(shè)備的選擇2.3.1 接觸器的選擇在電氣控制電路中，接觸器的使用十分廣泛，其額定電流和額定電壓是隨時用條件的不同而變化的，只有根據(jù)不同使用條件去正確選用，才能保證它在控制電路中長期可靠運行，充分發(fā)揮其作用。接觸器用于帶有負載主電路

6、的自動接通和切斷，分直流和交流接觸器兩大類，交流接觸器主要有CJ0及CJ10系列。機床電器控制電路中應(yīng)用最多的是交流接觸器。在一般情況下，選用交流接觸器的主要依據(jù)如下：1 吸引線圈電源種類：交流或直流。2 主觸點額定電壓、額定電流。3 輔觸點類型、數(shù)量及其額定電流。4 吸引線圈的電源種類，頻率和額定電壓。5 額定操作頻率（次/h），即允許每小時接通的最多次數(shù)。具體選擇時應(yīng)注意以下四點：1 主觸點額定電流應(yīng)大于或等于被控對象（負載）電流，對于電動機這種負載可按下面經(jīng)驗公式來初步確定其主觸點電流，即 （2-1）式中：為被控制電動機額定功率（kW）；為電動機額定電（V）；k為經(jīng)驗系數(shù)，一般取11.4

7、.實際選用接觸器時，主接觸器額定電流應(yīng)大于計算值，也可以參照控制電器及應(yīng)用表6-9，按被控電動機的容量進行選取。對于頻繁啟動和制動以及頻繁正反轉(zhuǎn)工作的電動機，為了防止接觸器主觸點的燒蝕和過早損壞，應(yīng)將其額定電流降低一個等級使用，或?qū)⒈?-9中所示的被控電動機容量減半選用。2 接觸器主觸點額定電壓應(yīng)大于被控對象的額定電壓。3 接觸器觸點數(shù)量及其種類應(yīng)滿足控制需要，當(dāng)輔觸點的對數(shù)不能滿足要求時，可用增設(shè)中間繼電器的方法來解決。4 接觸器吸引線圈的電壓種類與電壓等級應(yīng)根據(jù)控制電路及被控對象的要求選用。簡答控制電路可直接選用380/220V電源電壓作為接觸器吸引線圈電壓。比較復(fù)雜的控制電路選用127/

8、110V或更低的電壓作為接觸器吸引線圈電壓比較合適。由式2-1計算可得：故KM1、KM2、KM3應(yīng)選用CJ20-250接觸器,KM4、KM5選用CJ20-5。2.3.2 熔斷器的選用1、 選用的一般原則1 按合適的電壓等級和配電系統(tǒng)中能出現(xiàn)的最大短路電流來選用熔斷器。2 gG、gM和aM熔斷體的選用：(a)gG熔斷體屬于一般用途的可實現(xiàn)全范圍分斷的熔斷體，它兼有過電流保護功能，主要用于線路保護；(b)gM熔斷體可實現(xiàn)全范圍保護電動機，既可用于對電動機電路的過載保護，也可用于對電動機回路的短路保護，gM熔斷體還可以保護照明回路；(c)aM熔斷體只能在部分范圍分段地保護電動機，所以用在電動機主回路

9、時需要在回路中配套熱繼電器。3 當(dāng)熔斷器是按上下級安裝時，需要考慮選擇性配合關(guān)系。g類熔斷體的過電流選擇比有1.6:1和2:1兩種。一般地，專職人員使用的帶刀口的熔斷體過電流選擇比為1.6:1，而帶螺栓連接的熔斷體和圓筒形熔斷體其過電流選擇比為2:1.應(yīng)用在電動機回路的熔斷器：對于單臺的電動機主回路，應(yīng)當(dāng)按電動機的起動電流倍數(shù)來考慮讓熔斷體的截斷電流大于或等于電動機的起動沖擊電流，熔斷體的額定電流應(yīng)當(dāng)?shù)扔?，這里的是電動機的額定電流為166A。則，所以FU1、FU2選用NGT1-250/380熔斷器，F(xiàn)U3選用RLIB15熔斷器。2.3.3 熱繼電器的選用熱繼電器主要用于電動機的過載保護，選用時

10、必須考慮電動機的工作環(huán)境、起動情況、允許過載能力等因素，具體應(yīng)按以下幾個方面來選擇。星型聯(lián)結(jié)的電動機可選用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器；三角形聯(lián)結(jié)的電動機應(yīng)選用帶斷相保護的三相結(jié)構(gòu)熱繼電器。在長期工作制或間斷長期工作制下，按電動機的額定電流來確定熱繼電器的型號及熱元件的額定電流等級。熱元件的額定電流應(yīng)接近或略大于電動機的額定電流，即 （2-2）對于工作環(huán)境惡劣、起動頻繁的電動機，熱元件的額定電流則按下式確定，即 （2-3）在不頻繁起動的場合，要保證熱繼電器在電動機起動過程中不產(chǎn)生誤動作。通常，當(dāng)電動機起動電流為其額定電流的6倍且起動時間不超過6s時，熱繼電器的額定電流應(yīng)大于或至少等于被保護電動機的

11、額定電流。若電動機的起動時間較長（超過5s），熱元件的額定電流可調(diào)節(jié)到電動機額定電流的1.11.5倍。對于正反轉(zhuǎn)和通斷頻繁的特殊工作制電動機，不宜采用熱繼電器作為過載保護裝置，必要時可選用埋入電動機繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來保護。由式2-2可得： 所以，F(xiàn)R1選用T250熱繼電器，F(xiàn)R2選用JRSI-25熱繼電器。2.3.4 斷路器的選用空氣開關(guān)也就是斷路器，在電路中作接通、分斷和承載額定工作電流，并能在線路和電動機發(fā)生過載、短路、欠壓的情況下進行可靠的保護。其選型原則如下：（1） 斷路器的額定電壓必須大于或等于線路的工作電壓。（2） 斷路器的額定短路通斷能力線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流。（

12、3） 斷路器的額定電流線路的負載電流。（4） 漏電斷路器的額定漏電動作電流必須2倍的線路業(yè)已存在的泄漏電流。（5） 斷路器末端單相對地短路時能使選用B、C、D型瞬時脫扣器的開關(guān)動作，對于不同類型的負載（用電設(shè)備）選用不同的瞬時脫扣器和相應(yīng)的電流等級的產(chǎn)品。（6） 在裝漏電保護器之前必須搞清原有的供電保護型式，以便判斷是否可以直接安裝或需改動。（7） 有進出線規(guī)定的產(chǎn)品必須嚴格按要求接線，進出線不可反接。綜合以上因素考慮，則本設(shè)計選用DZL25斷路器2.4 電機的保護本設(shè)計中通過采用三個PTC熱敏電阻內(nèi)置于電動機定子繞組內(nèi)監(jiān)測電動機運轉(zhuǎn)時定子繞組內(nèi)溫度，溫度開關(guān)兩端引致PLC相應(yīng)輸入端。溫度開關(guān)

13、為雙金屬片結(jié)構(gòu)，正常工作時觸點處于閉合狀態(tài)(具體見第四章溫度開關(guān)介紹)。當(dāng)電動機過熱時，任一個PTC熱敏電阻溫度達到額定斷開溫度時，電阻值急劇上升，溫度開關(guān)的雙金屬片觸點斷開， PLC機溫檢測輸入端斷開，PLC立即切斷電動機啟動器； 保護電機繞組、軸承、電容器等易發(fā)熱器件。溫度開關(guān)額定斷開溫度也即是欲控制電動機定子繞組最高溫度參考設(shè)置為90。另外，采用斷路器和熔斷器用于電動機的短路保護。第三章 系統(tǒng)控制回路設(shè)計3.1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖3-1 集水井排水裝置的自動控制原理流程圖3.2 控制系統(tǒng)的工作原理可編程控制器進入運行狀態(tài)，先檢測各狀態(tài)量和通過A/D模塊檢測水位變送器傳送的水位信號，如發(fā)現(xiàn)某一

14、事故則作對應(yīng)的事故處理，如果發(fā)現(xiàn)LCU傳送的手動開和停泵的信號，也作對應(yīng)的處理。為了準(zhǔn)確可靠的工作，PC對水位的檢測通過開關(guān)量輸入和A/D采樣對節(jié)點式和模擬量輸出的水位信號進行檢測，當(dāng)兩水位信號都是大于工作泵啟動水位時，則置M1 =1，當(dāng)水位不小于備用泵啟動水位時，則置M2 =1，當(dāng)水位不大于水泵停止水位時，則置M1=M2=0。M1和M2中間繼電器狀態(tài)如表3-1所示。表3-1 M1和M2中間繼電器狀態(tài)圖備用泵啟動工作泵啟動停泵M111保持狀態(tài)“0”或“1”0M21保持某狀態(tài)“0”或“1”0自動投入：當(dāng)M1 =1，即集水井水位上升到工作泵啟動水位時，則PC發(fā)一開關(guān)量輸出信號控制工作泵電動機啟動。

15、當(dāng)集水井水位下降到停泵水位（M1 =0）時，PC發(fā)出信號控制關(guān)閉水泵電動機。備用投入：當(dāng)M2=1，即當(dāng)工作泵故障或來水量大增，使集水井水位上升到備用泵啟動水位時，PC發(fā)一控制信號控制打開備用水泵，并發(fā)出報警信號。當(dāng)集水井中水位下降到停泵水位時即M2 =0時，則PC發(fā)一控制信號控制備用泵停機。第四章 PLC控制回路的設(shè)計4.1 PLC的選擇1、輸入點數(shù)的確定：設(shè)置4個水位點從高到低依次是過高水位、備用泵啟動水位、工作泵啟動水位、停泵水位，用到4個輸入端；電源信號用到2個輸入端；泵出口示流信號、壓力信號各用到2個輸入端，潤滑水示流信號用到2個輸入端，用于電機運行的接觸器KM1、KM2、KM6、KM

16、7，用于電機三角形降壓啟動的接觸器KM3、KM8，用于閥門電動機正反轉(zhuǎn)的接觸器KM4、KM5、KM9、KM10用到10個輸入端，共計22個開關(guān)量輸入點。2、輸出點數(shù)的確定：水位指示燈4個；1號泵啟動/停泵信號2個；2號泵啟動/停泵信號2個；兩組沖水電磁閥2個；兩組閥門正/反轉(zhuǎn)及停車信號6個；電源指示燈2個；手動指示燈和自動指示燈2個；兩組故障指示燈和蜂鳴器報警輸出共3個；總計23個開關(guān)量輸出點。3、根據(jù)以上分析選用FX2N-48MR-001，共24個開關(guān)量輸入端，24個開關(guān)量輸出端。輸入點余出2個可用于主備水位計各自輸入端，亦可作為余量。FX2N是FX系列中功能最強、速度最高的微型PLC，內(nèi)置

17、用戶存儲器8Kb，可擴展到16Kb，最大可擴展到256個I/O點，可有多種特殊功能擴展，實現(xiàn)多種特殊控制功能（PID、高速計數(shù)、A/D、D/A、等）。有功能很強的數(shù)學(xué)指令集。通過通信擴展板或特殊適配器可實現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接。4.2 I/O端子分配及接線圖PLC外部端子接線圖如圖4-1所示：4.3 梯形圖程序設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)工藝和控制要求，依據(jù)I/O端子分配，在梯形圖程序中設(shè)置了相應(yīng)的程序段功能模塊，設(shè)計梯形圖如圖4-2所示。圖4-2 PLC梯形圖4.4 語句指令表表4-1 排水泵控制參考程序表地址指令數(shù)據(jù)說明地址指令數(shù)據(jù)說明0LDX0工作泵啟泵水位52ANIT71ORM1機組潤滑水供應(yīng)53OUT

18、Y10電鈴（響5s停2s）2ANIM354LDT73LDM155OUTT84OUTT256SPK205SPK30延時3s57LDX20閥門1電動機正轉(zhuǎn)6ANDT258ORY117OUTT159ANIX21停車8SPK1230延時123s60ANIX10閥門1電動機反轉(zhuǎn)9OUTY0啟動工作泵電機61ANIY1210ANIT162OUTY1111OUTY4切斷潤滑水供應(yīng)63LDX1012LDX1備用泵啟動水位64ORY12 13ORM2潤滑水供應(yīng)65ANIX2114ANIM466ANIX2015LDM267ANIY1116OUTT368OUTY1217SPK30延時3s69LDX11閥門2電動機正

19、轉(zhuǎn)18ANDT370ORY1319OUTT471ANIX12停車20SPK1230延時123s72ANIX13閥門2電動機反轉(zhuǎn)21OUTY2啟動備用泵電機73ANIY1422ANIT474OUTY1323OUTY5切斷潤滑水供應(yīng)75LDX1324ANIX2停泵水位76ORY1425OUTM377ANIX1226OUTM478ANIX1127LDX379ANIY1328OUTY6電源指示燈80OUTY1429LDY081LDX14切換泵信號30OUTY7工作泵運行指示燈82OUTY131LDY283LDY132OUTY20備用泵運行指示燈84ANIT133LDX4接觸器故障85OUTT134OR

20、M5啟動超時86SPK1440定時144s35OUTY21故障指示燈87LDT136LDM188OUTC1計時600次37ANIX589LDC138OUTT590OUTY2啟動備用泵39SPK480延時48s91RSTC1復(fù)位40ANDT592OUTY0關(guān)閉工作泵41OUTM593LDY242LDM294ANIT243ANIX695OUTT244OUTT696SPK144045SPK480延時48s97LDT246ANDT698OUTC247OUTM599LDC248LDX7報警水位100OUTX1449ANIT8101RSTC250OUTT7102OUTY2關(guān)閉備用泵51SPK50103END4.5 設(shè)備清單表4-1 設(shè)備清單表序號名稱型號數(shù)量1接觸器CJ20-2