水塔供水电气控制系统设计与调试

1、电气控制技术综 合 实 验 报 告 书（C）题 目 水塔供水电气控制系统设计与调试 学院(部 电控学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 320410002 学生姓名 胡道金 学 号 3204100215 12 月 10 日至 12 月 21 日 共 2 周指导教师(签字 系 主 任(签字 2012年 12 月 1 日目录设计内容及要求： 1设计原始资料： 1PLC可编程控制器简介： 2水塔供水系统简介： 2对设计要求做分析如下： 3水塔供水电气控制系统设计： 3选型： 4主电路设计： 4控制电路设计： 5系统工作原理说明： 7程序调试： 8控制柜设计 ： 9接线安装设计 ： 9操作使用说明

2、： 9参考文献： 10鸣谢： 10附录： 101、图表目录： 102、元件明细表 113、程序代码： 11设计内容及要求：通过对电气控制系统的设计，掌握电气控制系统设计的一般方法，能够设计出满足控制要求的电气原理图，安装布置图、接线图和控制箱的设计，并进行模拟调试。具有电气控制系统工程设计的初步能力。根据系统的控制要求，采用PLC为中心控制单元，设计出满足控制要求的控制系统并进行联机调试。设计原始资料：某生活小区内生活水塔，三台水泵供水。水泵电机5.5KW。1、 三台电机起动时间错开，即上一台电机起动5秒后，下一台电机才能起动。2、 三台水泵正常情况下两运行一备用。为防止备用泵长期闲置锈蚀，运

3、行中，任一台电机出现故障，备用泵自投。3、 起动与停机条件：高低位水箱均设水位信号器。高位水箱水位达到低位，低位水箱水位达到高位时，水泵起动；高位水箱水位达到高位或低位水箱水位达到低位时，水泵停止。4、 设手动、自动工作方式。手动方式下各台水泵不联锁，用按钮分别对水泵起停控制。5、 各种指示及报警。PLC可编程控制器简介：可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程序控制器只能进行逻辑控制，随着技术的发展，可编程序控制器已经发展成为一种数字运算操作的电子系统，可以说是现

4、在的可编程序控制器是专为工业应用下而设计的。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”PLC是通过执行程序来完成控制任务，PLC在执行程序的时候采用的是“先上后下，先左后右，扫描一行，执行一行。”的原则，因此程序的先后顺序对控制要求的实现与否有着重要的影响。特殊的扫描方式决定输入信号只能在输入采样阶段输入。在程序执行阶段，即使输入信号发生变化，输入映像存储区的状态不会发生变化，

5、所以本次扫描不会得到响应，造成输入 / 输出之后的现象，导致程序不能达到控制要求。水塔供水系统简介：水塔供水系统是目前生活小区常用的供水系统。水塔水凭借高位重力势能，实现为小区内用户供水。当水塔水位降低到一定液位时，启动水泵从地面水池向上供水。该系统配置三台电机两运行一备用，用以实现故障自投。保障系统在一台电机故障情况下依然可以正常运转。水塔供水示意图如下。图一：水塔供水示意图对设计要求做分析如下：1自动状态：将控制系统调至自动状态。启动前通过按钮选择备用电机。当水塔下限液位开关SL2启动或水池上限液位开关SL3启动，除选为备用的电机外另外两电机相差5秒依次运行。例如：选电机M1为备用电机，按

6、下按钮。启动时电机M2先启动，延时5秒，电机M3启动。当水塔上限液位开关SL2启动或水池下限液位开关SL4启动，两个电机停止运行。2手动状态：将控制系统调至手动状态。三台电机互不连锁。分别用两个按钮控制每个电机的启动、停止。例如：对电机M1按下电机M1启动按钮，电机M1启动；按下电机M1停止按钮，电机M1停止运行。3故障状态：电机运行中两运行一备用。当运行中某一电机发生故障，备用电机解除备用状态，延时5秒，自投。例如：电机M1备用，当另外两台电机其中一台出现故障，PLC接收信号解除电机M1的备用状态，延时5秒，投入使用。4各种指示及报警：各电机启动指示灯，各电机故障报警警铃。水塔供水电气控制系

7、统设计：选型： 1PLC的选型：此系统中只有三台电动机，有手动和自动俩种运行方式及各电动机过载的声光报警。对于输入输出的点数的需求量不是很大，且没有在线编程的要求以及模拟量输入模块，程序也不是很大，不需要很大的内存，故此程序中选取华光PLC的SH32RI。此型号的PLC输入输出点数均布，十六输入十六输出。采用手持编程器。可以满足系统设计需求。2元器件的选型：(1）、 接触器的选择P=5.5KW，U=380V时由P=1.732UIcos得：I=P/（1.732Ucos）9.3A。接触器线圈的额定电压为220V，故所选接触器的型号为NC8-12M，数量为3个， （2）、热继电器的选择选用具有断相保

8、护功能的热继电器。因为电机的额定电流约为9.3A，即热元件的动作电流约为9.3A，故选用的热继电器的型号为JRS4-12316d热元件的额定电流为12A，并将其整定为12A。（3）、水位信号器的选择信号继电器选用浮球水位信号器，水塔和水箱均需一对常开触点和常闭触点。选用的浮球磁性开关的型号为FQS-4，数量为2个。（4）、 空气开关的选择电机的额定电流约为9.3A，故额定电压为380V。用作电动机的短路保护时，瞬动脱扣器的整定电流Idz=（10-12）Ie=（10-12）*9.3=（93-111.6）A，故选用的空气开关规格为DZ-20-100。通过控制回路的电流比较小，所选空气开关的型号为D

9、Z-20-10，只在相线上加一个单相的空开即可。（5）控制柜的选择由于控制柜内及面板上所安装的元器件均比较少，选用标准柜即浪费空间又不经济，不符合实际，所以控制柜选用非标准柜，其外部尺寸为540X900X20（单位为mm）。（6）、其他元器件的选择指示灯、旋钮、警铃、线槽、端子排等元器件的选择型号见附表元件明细表。主电路设计： 本系统采用三台小容量的电动机，采用直接启动的方式。通过接触器接入三相电源，接触器的选择依据电动机的容量确定。 图二：主电路原理图主电路如图二所示，其中QF1、QF2、QF3分别为主电路和各电动机的运行断路器，F1、F2、F3为熔断器。FR1、FR2、FR3分别为电动机过

10、载保护用热继电器。热继电器和低压断路器依据被保护电路的电流选择。从而实现电机正常状态下 运行，非正常状态下保护。控制电路设计： 确定好按钮等输入开关，指示灯、警铃等输出设备。根据所选用PLC，对输入、输出端口进行分配。分配详细如表二。I/O口分配表： 输 入输 出 高位水箱高位I00电机1电源接触器KM1 Q00高位水箱低位I01电机2电源接触器KM2Q01低位水箱高位I02电机3电源接触器KM3Q02低位水箱低位I03电机1启动指示Q03电机1备用按钮SB8I04电机2启动指示Q04电机2备用按钮SB9I05电机3启动指示Q05电机3备用按钮SB10I06电机1故障指示Q06手动/自动工作方

11、式选择旋钮SS（手）I07电机2故障指示Q07电机1启动按钮SB1I10电机3故障指示Q10电机1停止按钮SB2I11电机2启动按钮SB3I12电机2停止按钮SB4I13电机3启动按钮SB5I14电机3停止按钮SB6I15泵1热继电器触点FR1I16泵2热继电器触点FR2I17泵3热继电器触点FR3I20紧急停车按钮SB7I21表一：I/O口分配表PLC编程如下：图三：控制梯形图系统工作原理说明：当输入信号I07为ON时（即按下手动按钮SS），系统为调至手动工作方式。当输入信号I07为OFF时（即手动按钮不动作），系统为自动工作方式。当输入信号I04为ON时（即按下电机一备用按钮SB1），M0

12、1为ON，输出信号Q1不能得电，从而选择1号泵备用。同理当输入信号I05为ON时（即按下电机二备用按钮SB2）,2号泵备用。当输入信号为I06为ON时（即按下电机三备用按钮SB3），3号泵备用。水位信号作为输入的触点均为常开。当水塔水位达到低位下限时I00输入为ON,当水池水位到达高位上限时I01输入为ON。M00得电，进而除选为备用的电机外相继启动。即另外两个输出信号Qxx,Qxx为ON。延时时间设置了5秒。当水塔水位达到高位或水池水位达到低位时两运行电机自动停止。故障时，备用电机解除备用状态，延时5秒自投。同时接通故障电机对应警铃报警。以1号泵为例，自动工作方式下，I07为OFF，当1号泵

13、为备用泵时，线圈M01为ON。水塔达到低水位下限时，或低位水箱达到高水位时，I01、I02 由OFF变为ON，线圈M00 变为ON,发出2号泵启动信号，线圈Q01变为ON并保持，KM2线圈得电，2号泵启动，相应的指示灯亮，定时器T0开始计时，5秒后定时器触点T0变为ON并保持，线圈Q02变为ON并保持，KM3线圈得电，3号泵启动，相应的指示灯亮。当高位水箱达到高水位或低位水箱达到低水位时，I00或I03为OFF，线圈M00复位，线圈失电，水泵停机。当水泵出现过载时，相应的热继电器触点闭合，相应的故障指示灯亮，定时器T1或T3 开始计时，5秒后，1号泵自投。若要紧急停车，按下SB7，I21由ON

14、变为OFF，水泵全部停机。手动工作方式下，I07为ON，按下SB1，I10为ON，QOO为ON并保持，线圈KM1得电，1号泵启动。按下SB2，I11由ON变为OFF，KM1线圈失电，1号泵停机。2号泵备用、3号泵备用工作情况同上所述。程序调试：问题一：直接用水位信号作为电动机的启动信号，导致电机启动不能按预想状态启动，运行过程中，出现三台电机同时运行状态，问题分析：直接用水位信号作为电机启动信号导致程序逻辑不够清晰，以致信号输入错误或逻辑发生变化。从而影响电机正常状态。解决方案：利用辅助继电器M00设置水位上限信号和下限信号，用辅助继电器M01,M02，M03设置备用泵选择，充分利用中间继电器

15、，调理逻辑。通过水位信号控制中间继电器M00/M01/M02/M03，再以中间继电器分别控制输出继电器信号，从而控制接触器动作。控制电机启停。备用泵选择信号同时作为电动机启动信号。按下备用泵选择按钮后，即启动相应的电动机。如图四所示。 图四：问题一修改方案实例问题二：程序在两台电机运行，故障自投时，总是会发生备用电机立即启动情况。没有按预期效果（故障后延时5S启动），其余功能基本正常。问题分析：在故障自投过程中，程序直接跳过了延时而立即自投。应该是故障电机对应的常闭触点将延时程序部分短接。以使程序中虽有延时但不起作用的局面。解决方案：对程序进一步仔细分析，修改如图五。 图五：解决故障自投不延时

16、方案通过另外加延时程序部分“T4”、“T5”，分别单独给故障自投时提供延时。与启动延时彻底分开避免逻辑上的混乱。经调试验证此种设计程序修改方案成功。可以在任一电机做备用，故障自投时，都能实现延时五秒。至此，程序调试基本完成。控制柜设计 ：柜内外安装布置图。具体布置图见附录：图4所示。接线安装设计 ：接线图的设计。安装图见附录：图3所示。操作使用说明：按钮SS（手）为自动/手动工作方式转换开关，断开时默认为自动工作方式，闭合时为手动工作方式。自动工作方式状态下：按下SB8即为选择水泵1备用工作状态。按下SB9即为选择水泵2备用工作状态。按下SB10即为选择水泵3备用工作状态。手动工作方式状态下：

17、按下SB1，水泵1启动。按下SB2，水泵1停止。按下SB3，水泵2启动。按下SB4，水泵2停止。按下SB5，水泵3启动。按下SB6，水泵3停止。紧急制动：头特殊情况需要停止所有水泵运行，按下SB7实现。参考文献：1建筑电气控制技术 王俭 建筑工业出版社2建筑电气控制技术 马小军 机械工业出版社鸣谢：两周的建筑电气综合实验，从题目分析-系统设计-编程序-程序调试-报告总结，每一个过程都不是一帆风顺。只有不断地请教老师，指导老师不厌其烦的帮着我分析一开始乱如麻的程序，才使得我思路一点点变得清晰，系统设计的一步步趋于完整。首先，向辛苦这么多天跑来为我们解惑的老师致以谢意和敬意。再者，通过两周的对完整

18、系统的设计明显感觉的之前学的很多东西变的形象有了依托，能初步掌握所要设计一套完整系统的必备条件。同时，也是我们清楚地感觉到重要何为学习的重点。在构建专业思维的同时，提高了自己一定的操作水平，收获不少。附录：1、图表目录：1：主电路原理图+PLC外部接线图2：控制电路原理图（梯形图）3：接线图4：元件布置图2、元件明细表附表1 元器件明细表序号名称型号数量备注1接触器NC8-12M32热继电器JRS4-12316d33指示灯ND16-22 BS/23绿色(直径22mm）4PLC华光SH32RI15水位信号器FQS-446空气开关DZ-20-1003三相7空气开关DZ-20-102单相8线槽SWD-1519端子排RJ14HWP110控制箱1550X900X20（mm）11按钮NP2-BW1361 24V1130mm*40mm12熔断器RT36N-00/163表一：元件明细3、程序代码：LD I00OR I03RST M00LD I01AND I0