PLC水电站排水电气控制系统设计

智能制造

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PLC 水电站排水电气控制系统设计

于涛铭 陈玉玲 沈阳工学院信息与控制学院

摘要：此文为供水压力PLC 控制系统设计，采用西门子S7-300PLC 其中的CPU314-2DP ，其中包含24路数字量输入、16路数字量输出、5路模拟量输入、2路模拟量输出，外加一个ABB 变频器，2个水泵进行供水控制。

关键词：S7-300PLC CPU314-2DP ABB 变频器

1 前言

对排水电气控制系统进行硬件设计，包括选用PLC 型号，设计主电路，控制电路和PLC 接线，分配输入输出进行系统设计。对PLC 内部地址定义，进行硬件组态设计。

2 设计方案

系统由水位信号自动启动和停止主用泵和备用泵，维持集水井水位在规定的范围内；

(1)系统由PLC 和变频器控制两台水泵组成，系统正常情况下，一台为主用泵，一台为备用泵，电机运行时应有指示。

(2)系统由变频器控制，当主用泵启动条件满足时，由变频器控制按斜坡启动主用泵，当备用泵启动条件满足要求时将主用泵投给工频恒速运行，备用泵再由变频器带的完成按斜坡启动，两台泵均采用自由停车。

(3) 当备用泵投入时，应同时发出报警信号(光报警)。(4)按电动机功率10kW 设计主回路。(5)系统有过高水位(备用泵启动水位)、主用泵启动水位、水泵停止水位触点信号输入PLC。

整个系统由二台水泵，一台变频调速器，一台PLC 和三个电极水位传感器及若 干辅助部件构成。启动和停止按钮接PLC 的输入，用于自动启动和停止系统。急停开关接PLC 的输入，用于有紧急情况，按下急停，停止所有输出。消声按钮接PLC 的输入，用于按下停止声音报警。泵1自动手动为选择开关，用于选择泵1自动手动模式，为ON 选择手动模式，为OFF 选择自动模式。泵1主用备用用于选择泵1主备用，为ON 选择泵1主用泵，为OFF 选择泵1备用泵。泵1启动按钮用于选择泵1为手动模式时，手动启动泵1。泵1停止按钮用于选择泵1为手动模式时，手动停止泵1。泵2控制跟泵1类似，都有自动手动选择，主备用选择，和泵2启动和停止按钮。泵1故障反馈，泵2故障反馈,变频器故障信号接PLC 的输入，用于进行故障报警，停止相应的系统。水位过高，启动主泵水位，停止水位，接PLC 的输入，用于启动停止泵，启动一台还是2台泵运行。

PLC 输出接变频器启动，用于启动变频器。PLC 输出接泵1变频器启动接触器，用于启动泵1变频运行。PLC 输出接泵1工频器启动接触器，用于启动泵1 I 频运行。PLC 输出接泵2变频器启动接触器，用于启动泵2变频运行。PLC 输出接泵2工频器启动接触器，用于启动泵2工频运行。

PLC 输出接泵1过载指示灯，泵2过载指示灯，变频器故障指示灯，总故障指示灯，用于状态显示。PLC 输出接报警，用于声音报警提示。

3 硬件设备

3.1 PLC 选择

对此系统进行分析共使用了18路数字星输入，10路数字量输出,没有使用模拟星输入和模拟量输出，系统为小型自动化应用。西门子的S7-300 PLC 是高性能的中型PLC,其中的S7-314C,性能如下：48 KB 工作内存；0.1 ms/1000条指令；DI24/D016；集成有AI5/AO2；4路脉冲输出(2.5 kHz)；4通道计数与测星增星型编码器24 V (60 kHz);集成有定位功能；多排最多可组态31个模块；用于直接数据交换的发送和接收功能；恒定总线循环时间；固化程序V1.0，,可以满足本次控制要求。

3.2主电路设计

主电路中电源采用3相5线，380V 交流电经L1，L2，L3，N，PE 供设备使用。L1, L2,L3是三相火线，N 是零线，PE 是接地线。QA01是总断路器，可以通断整台设备电源。

QA02是变频器断路器,起到通断变频器电源作用。VFD1是变频器，驱动水泵1，2变频抽水，变频器输出经QA11, FR1接MA1,控制泵1变频运行;经QA13，FR2接MA2, 控制泵2变频运行。PLC 输出的变频器控制信号KF1,接变频器的端子14、15，用于启动变频器，PLC 控制KF1线圈得电，KF1常开触点闭合，接通变频器的端子8、12和14、 15, 启动变频器。24V 接变频器故障端子17,经变频器内部，经端子19接PLC 的I1.6， 用于变频故障反馈。

MA1是水泵1电机，驱动水泵1抽水。QA11是水泵1电机变频

启动接触器，接变频器VF1的U,V,W, 用于泵1变频运行。QA03是水泵1电机工频断路器，QA12是水泵1电机工频接触器，FR1是水泵1电机过载保护热继电器，起到保护电机作用，防止长时间过载运行烧毁电机作用。

同样的，MA2是泵2电机， QA13是水泵2电机变频接触器，QA04是水泵2电机工频断路器，QA14是水泵2电机工频接触器，FR2是水泵2电机过载热保护。

3.3 控制电路设计

控制电路如图1所示。外部220V 交流电经L1， N 供控制电路使用。QA05是控制电路断路器。

DY1是开关电源，将交流220V 变成24V 供PL C 的数字量输入和输出，PLC 的模拟量输入和输出使用。PG1是电源指示灯，灯亮表示有电。

图1 控制电路4调试

4.1 硬件配置

总的硬件配置为插入S7-300机架， 然后插入电源PS3075A，插入CPU314-2DP，双击DI24/DO16，更改地址为数字量输入开始地址为0，数字量输出开始地址为0。

4.2 PLC 程序设计OB1是主程序，循环执行。开始是自动运行程序控制。然后是启动-台泵，二台泵运行条件判断程序。然后是选择主用备用错误判断程序。然后是泵1变频，泵1工频，泵2变频，泵2工频控制程序。然后是各故障指示输出程序，声音报警和消声程序。详细的程序如图2所示：

图2 PLC 程序设计

5 结束语

通过本次设计，采用西]子的S7-300 PLC 为控制核心，外加ABB 变频器，2台泵，实现一拖二恒压水电站集水井排水。通过检测高水位，启动主泵水位，停止水位，根据水位情况控制泵启动和停止，1台或者2台运行，或者都停止。通过分析控制要求，进行了总体设计,进行了硬件设计，软件设计。

参考文献

[1]王永华.《现代电气控制及PLC 应用技术》.北京航空航天大学出版社[2]严盈富.《监控组态软件与PLC 入门》.人民邮电出版社

作者简介

于涛铭 1997年12月出生，男 汉族 沈阳工学院 学生。陈玉玲（通讯作者） 1981年出生，女 汉族 辽宁凌源人 沈阳工学院信息与控制学院 讲师硕士 研究方向，图像处理。