无塔供水继电器版本.doc

1 论文题目论文题目 无塔供水系统 系 部 电气电子工程系 专 业 电 气 自 动 化 班 级 电 气 一 班 学生姓名 叶 子 豪 指导教师 陈 相 志 2 设计任务书设计任务书 指导教师 陈相志 一 设计题目及说明一 设计题目及说明 题目 无塔供水系统设计 说明 城市自来水管网未延伸到的地方 如城郊 乡村 多采用抽取 井水加压的方式构成一个小范围的供水管网系统 以方便人们生活用水 本课题就是设计这样一个无塔供水系统 二 设计目的二 设计目的 1 培养利用多种渠道查阅技术资料的能力 培养对所学知识进行综 合运用能力 即应用所学过的 继电器 接触器控制 知识 解决一个实 际问题 2 培养从事科学研究的能力 培养严谨 细致 精益求精的科学研 究精神 初步掌握科学文献的撰写格式 3 根据设计要求完成无塔供水系统电气控制设计 三 设备技术数据三 设备技术数据 水泵电机参数 鼠笼式三相异步电动机驱动 额定电压 380V 额定电 流 75A 额定功率 37kW 四 设计要求四 设计要求 1 水泵电机采用自耦变压器补偿降压启动控制方式 2 水泵能根据水箱中压力大小自动起动和停止 压力下降到 0 2Mpa 时起动 压力升高到 0 4Mpa 时停止运行 该功能利用有触点式压 力表实现控制 3 控制系统能在手动和自动两种控制方式下切换 手动控制下 靠 3 启动和停车按钮来控制水泵的运行和停止 自动控制下 根据水箱 中压力大小自动地控制水泵的运行和停止 4 控制系统对水泵电机有可靠的保护 过载保护 短路保护 电源 缺相保护等 5 可实现定时控制 即晚上不用水时段可让水泵停止工作 五 设计任务五 设计任务 1 无塔供水系统的构成 分析采用密闭水箱对水增压的工作原理 水箱容积大小对供水有何影响 2 水泵电机启动方式的选择 3 控制要求的实现方案 4 无塔供水系统控制系统的设计及工作原理分析 5 控制系统保护功能分析 6 电路元器件参数选择 7 撰写设计说明书 即毕业设计论文 六 应完成的技术资料六 应完成的技术资料 1 开题报告 1000 字左右 2 毕业设计说明书 10000 字左右 3 技术资料 1 系统电气原理图 包括主电路和控制电路 2 控制系统元器件选择参数表 4 目录 1 序序 3 2 无塔供水的定义无塔供水的定义 4 3 无塔供水的特色无塔供水的特色 4 4 无塔供水取水的方位无塔供水取水的方位 5 a 无塔供水设备的选择 参考 6 5 无塔供水系统的构成无塔供水系统的构成 7 6 无塔供水装置控制系统的基本原理无塔供水装置控制系统的基本原理 8 7 加压供水原理加压供水原理 9 8 水泵电机启动方式的选择水泵电机启动方式的选择 9 9 三相异步电机的补偿降压启动控制三相异步电机的补偿降压启动控制 11 10 电路图电路图 11 11 接线图接线图 12 12 工作原理分析 12 13 保护性能分析保护性能分析 13 无塔供水压力控制的实现无塔供水压力控制的实现 14 14 根据控制水泵起停工作的意义 14 a 触点式压力表的结构及工作原理 14 5 b 压力控制的实现 电路图及工作分析 15 15 无塔供水系统的设计无塔供水系统的设计 16 16 电气原理图电气原理图 16 17 电路元器件及电路元器件及导导线的选择线的选择 17 序序 随着我们生活水平的提高我们对生活的要求也在不断的提高 什么事 事想省事 都想自动化 这样能实现吗 那是必须的 在我们日常生活中 我们身边有很多自动化得设备 使我们的生活更加的美好 灿烂 水是生命之源我们的生活离不开水的滋润 现在我们用水都是自动化 的了 大大的提高了我们的生活水平 现代化的供水方式有很多 比如直 接供水 水泵水箱联合供水 水泵水池供水 恒压供水 无负压供水等多 种方式 每种方式供水各有千秋 我这篇设计做的是无塔供水 其实无塔供水有很多种 大致分为两大 类 第一类是 PLC 控制的恒压供水 第二类是继电器控制的自动供水 两 类也是各有千秋 第一类适用的方面更大 更方便 更高效 但是造价高 6 不适合小家小户的适用 然而第二类造价不高 技术成熟 操作简便 出 现问题很容易维修 占地面积小等居多的优点 被大家选中 同时也被我 选中 本次设计对无塔供水继电器控制系统做了 全面而又具体的解剖 把 每一部分都解剖的非常清楚的呈现在大家面前 使您能一目了然的知道无 塔压供水的优点和缺点 以及系统控制方式和原理 方便大家在需要的时 候能做出正确的选择 希望我的设计能得到你的青睐 无塔供水的定义无塔供水的定义 无塔供水是通过压力传感器检测压力罐体压力 压力电信号经过自动 控制电路识别 放大 控制接触器动作 从而使水泵根据压力罐体内压力 变化 自动运行和停止 达到自动供水的目的 无塔供水的特色无塔供水的特色 经济效益显着 运用该无塔供水设备 可不缔造水塔 不设 楼顶水箱 既削减工程的施工周期 又处理了工程造价费用高的缺 陷 还克服了气压动摇大 水泵发动频频等不足之处 工作牢靠 该设备选用继电器控制和国内优质水泵 具有完 善的维护功用和主动 手动变换功用 使工作十分牢靠 而且功用 杰出 操控方法灵敏 抗干扰能力强 7 给水设备操作简略 该设备选用全主动操控 操作人员只需 变换电控柜开关 就可以完成用户所需工况 完成全主动无人值守 维护功用完全 具有完满的过载 短路 过压 欠压 缺相 过流 短路等主动维护功用 无塔供水器占地少装置便利 整套压力罐设备只要一组供水 操控柜和水泵机组 装置十分简略便利 无塔全自动水箱具有全自动化 多启停 多控制方式 节电 效果非常显著 节电率可达 30 以上 全自动控制 操作简单 停电停水自动停机 水源来水后自 动恢复供水 无需专人值班 输出水压非常稳定 且不会产生二次 污染 可靠性高 保护功能完善 卫生无毒 耐用性强 内部不滋生藻类 任何时候都保证水 质清洁 造型美观 重量轻 造价低 寿命长 安装简单 用途广 等优点 容易安装每一套设备都是成套供应的 并已装配好连接进出 水口 动力及低水位保护开关的接口和操作设备 无塔供水取水的方位无塔供水取水的方位 1 包管体系供水均匀 单水源供水时 无塔供水设备取水口尽可能接近 大用户地点的首要用水区 用水区用水均勾时 取水口宜设在用水区的中 部 多水源时应先知道其他供水点的方位 新增取水口供水点应使整个体 8 系的供水均匀 最理想的情况是与原供水点构成对角线供水 这样既能使 本来处于管网末梢的用户取得较高的水压 进步服务质量 又能减小原供 水点水泵扬程 节省能耗 2 设在水质较好的点 应避开死水区 回水区 防止水中富含很多的 漂浮物和泥沙 在湖泊和水库取水时应避开浅滩和主导风向正对的湖泊 不然劲风会茵起湖底泥沙 影响水质 为防止工业废水和生计污水的污染 取水口宜设在城市的上游河段 当邻近有污水排放口时 取水点应设在污 水排放口上游 100M 以上 开封无塔供水设备下流 1000M 以外 树立卫 生防护带 对潮汐河段 要思考无塔供水器海水回溜和潮汐对污水排放回 流的两层影响 3 具有安稳的河槽河边 接近干流 有满足的水深 河槽和河边的冲 刷或淤积会影响取水构筑物安全 取水水质和维护费用等 若冲刷或淤积 严峻 会形成取水构筑物崩塌或淤死 因而 需求依据河流水文 泥沙材 料和河槽河边地质材料剖析河槽河边的冲淤情况 联系河流河势的变迁前 史 评估变频无塔供水河槽的发展趋势 通常情况下 取水口宜设在河道 顺宜 干流近岸 水深较大处 4 具有杰出的地势地质和施工条件 杰出的地质条件能削减取水构筑 物地基处置的费用 减小施工难度 添加构筑物的安全性 开阔的地势和 便当的交通条件有利于构筑物的安置 施工和运转办理 5 避开河逃亡其他建筑物和障碍物的影响 河流上的桥梁 码头 拦 河坝等 会影响河流的压力罐流态和水质 取水点应脱离它们必定间隔 防止晦气影响 9 无塔供水设备的选择无塔供水设备的选择 参考 参考 无塔供水器材质分为碳钢和不锈钢两种 其中不锈钢一般是选用进口 SUS304 一级材料 符合国家 0Cr18Ni19 卫生检验标准 不生锈 不长青 苔 不漏水 永久保持清洁卫生 安全稳固 使用寿命是混泥土水箱的 15 倍以上 并可适用于冷水 净水 开水 化学品 溶剂等储存 无塔供水系统的构成无塔供水系统的构成 无塔供水系统构成元器件如下表 10 构成元件构成元件作用作用 深水泵用来抽水 水管控制水流方向 补气罐 用于增加每次起动时向水罐里补 充气体 保持水罐中有充足的气体 对水泵的运行十分有利 补气阀它起到防止罐体负压吸扁的作用 止回阀防止水倒流 安全阀防止水压过高造成事故 压力表显示水压的大小 水罐用来装水 控制室 选择开始和停止或者是自动或者 手动 无塔供水装置控制系统的基本原理无塔供水装置控制系统的基本原理 水泵电机选择鼠笼式三相异步电动机驱动 额定电压 380V 额定 电流 75A 额定功率 37kW 直接启动时 将出现很大的起动电流 为了减小起动电流我采用补偿器降压起动 补偿降压起动 是大容量 三相异步电动机常用的起动方式之一 该电路具有手动和自动两种控 制功能 动控制时 依靠起动按钮和停止按钮来控制水泵的工作和 停止 当按下起动按钮时水泵电机开始工作 按下停止按 手 11 钮时水泵电机停止工作 这样的工作方式适用于当用水量较小时 水 罐进水量大于出水量 水罐内压力不断升高 如果安全阀不能正常工 作的时候 水罐压力过大造成崩裂 严重威胁到财产和人生安全 这 种工作方式适合于有人看管的情况下 或者是短时间供水这样可以 动供水的时候就不会出现手动控制的时候出现的威胁 当 自动控制的时候 可根据水罐最大的承受压力的大小来制 定水罐的上限和下限 为了能具体的显示出水罐压力的大小可以在水 罐上装一个压力表来随时测量水罐内压力的大小 当水罐压力小于或 者等于我们所设定的下限值时 水泵电机开始工作 水罐内开始进水 当水罐压力等于上限值时 水泵电机停止工作 随着不断的用水水压 下降至下限水泵电机开始工作 进水压力上升到上限水泵电机停止工 作 周而复始 即提供了不间断的供水 又保证了水罐的安全 加压供水原理加压供水原理 无塔供水的基本原理是利用水泵向水箱内进水 压缩被封闭在水箱内 的气体实现增压 由理想气体的状态方程可知 在气体温度不变的情况下 密闭容器中气体的体积V和压强P关系为 PV 定值 最初 水箱内气体的压强为外界大气压P0 其体积V0 水箱容积 随 着水箱内水位升高 气体的体积在减小 其压强在升高 水箱内水的压力 也在升高 因此 虽无高高的水塔也可向高处供水 自 12 水泵电机启动方式的选择水泵电机启动方式的选择 起动方法使用场合特点 直 接 起动电机容量小于 10km 控制线路简单 起动电流大 定子串电阻起动电机容量不大 起动不频繁且要求平 稳 起动转矩较大 加速平滑 电路简单 电阻损耗大 星 三 角 起动电机正常工作为 三角接法 空载或者 轻载和负载起动 起动电流小 起 动转矩小 延边三角形起动电机正常工作为 三角形接法 要求起 动转矩较大 起动电流 转矩 较大 用线较多而复 杂 成本高 自耦变压器起动电机容量较大 要求限制对电网的冲 击电流不频繁起动 起动转矩大 加 速平稳 损耗低 设 备教庞大 成本高 在这次课题中我选择的是自耦变压器起动 主要是因为它容量大 损耗小 价格便宜 容易购买的有优点 所以我才在这次课题中选中 它 13 三相异步电机的补偿降压启动控制三相异步电机的补偿降压启动控制 电路图电路图 14 接线图接线图 工作原理分析工作原理分析 1 合上空气开关 QF 接通三相电源 2 按启动按钮 SB2交流接触器 KM1线圈通电吸合并自锁 其主触头 闭合 将自耦变压器线圈接成星形 与此同时由于 KM1辅助常开触点闭合 使得接触器 KM2线圈通电吸合 KM2的主触头闭合由自耦变压器的低压低 压抽头 50 将三相电压的 50 接入电动机 15 3 KM1辅助常开触点闭合 使时间继电器 KT 线圈通电 并按已整定 好的时间开始计时 当时间到达后 KT 的延时常开触点闭合 使中间继 电器 KA 线圈通电吸合并自锁 4 由于 KA 线圈通电 其常闭触点断开使 KM1线圈断电 KM1常开触 点全部释放 主触头断开 使自耦变压器线圈封星端打开 同时 KM2线圈 断电 其主触头断开 切断自耦变压器电源 KA 的常开触点闭合 通过 KM1已经复位的常闭触点 使 KM3线圈得电吸合 KM3主触头接通电动机 在全压下运行 5 KM1的常开触点断开也使时间继电器 KT 线圈断电 其延时闭合触 点释放 也保证了在电动机启动任务完成后 使时间继电器 KT 可处于断 电状态 6 欲停车时 可按 SB1则控制回路全部断电 电动机切除电源而停转 保护性能分析保护性能分析 该电路具有三种必备的保护功能 短路保护 过电流保护和缺相保护 当电机内部或主电路中发生短路时 熔断器 FU1熔断 对电机和主电 路起短路保护 起过载保护的热继电器 当出现电机内部绝缘损坏或水泵内部机械故 16 障等问题 引起主电路电流增大时 热继电器 FR 动作 控制电路中其常 闭触点断开 切断控制电路 起到过电流保护作用 当三相电源出现缺相时 水泵电机可能在短时间内烧坏 为此应有瞬 间动作的缺相保护 本控制电路的电源采用 A B 两相 定时开关的电源 采用 C 相 当任一相断电时 控制电路都无法工作 从而起到缺相保护作 用 无塔供水压力控制的实现无塔供水压力控制的实现 根据控制水泵起停工作的意义根据控制水泵起停工作的意义 无塔供水器工作过程是水泵启动 将水通过止回阀注入压力罐体 从 而使罐体内压力增大 当压力达到所设定压力上限时 压力自动控制器自 动关闭水泵 使水泵停止运行 由于无塔供水器体内压力高于供水管网压 力 所以能自动降压供水 当压力减小到设定压力下限时 自动控制水泵 启动 自动向供水罐内注水 如此往复 使无塔供水器不停供水 全自动 运行 触点式压力表的结构及工作原理触点式压力表的结构及工作原理 仪表由测量系统 指示装置 磁助电接点装置 外壳 调节装置及接 线盒等组成 当被测压力作用于弹簧管时 其末端产生相应的弹性变形 位移 经传 动机构放大后 由指示装置在度盘上指示出来 同时指针带动电接点装置 的活动触点与设定指针上的触头 上限或下限 相接触的瞬时 致使控制 17 系统接通或断开电路 以达到自动控制和发信报警的目的 压力控制的实现 电路图及工作分析 压力控制的实现 电路图及工作分析 当压力到达下限时公共端和下限位触头接触 水泵电机开始工作 当压力到达上限位时公共端和上限位触头接触 水泵电机停止工作 无 塔供水系统的设计 18 电气原理图电气原理图 1 1 工作原理分析 手动控制 压力自动控制和定时控制 手动控制 转换开关 SA 置手动操作位置 其触点 SA2 为断开状态 按下起 动按钮 SB2 接触器 KM2 KM3 和时间继电器 KT 线圈通电 主 电路中 KM2 和 KM3 的主触点闭合 使电机开始降压起动 控制电路 中 常闭触点 KM21 断开实现互锁 KM22 闭合实现自锁 同时时间 继电器 KT 开始延时 一段时间后 其常开触点 KT 闭合 中间继电 器 KA1 线圈通电 触点 KM13 断开 使 KM2 KM3 KT 线圈断电 触 点 KM21 恢复闭合 触点 KA11 闭合 接触器 KM1 线圈通电 其主 19 触点闭合 电机切断为全压运行状态 电机在工作状态下 按一下停车按钮 可使线圈断电 电机停止 作 自动控制 转移开关 SA 置自动操作位置 其触点 SA2为闭合状态 压力表对 电机起控制作用 电机的起动 当压力表指针落到下限位置时 图中 1 2 两触点接通 中间继电器 KA2线圈通电 其触点 KA22闭合 实现自锁 触点 KA21 闭合 使 KM2 KM3和 KT 三个线圈通电 电机降压起动 经延时后 时间继电器 KT 触点闭合 线圈 KA1通电并自锁 触点 KA13打开 使线圈断电 触点 闭合使线圈 KM1通电 电机切换到全压运行 水 泵进入正常工作状态 定时控制定时控制 本控制电路采用定时开关设定允许系统工作的时间 图中 DS 触点 即为定时开关的触点 该触点闭合时控制系统才能工作 从而实现 定时控制 如夜间 11 点至次日早上 5 点用水量很小 通过设定使这段 时间内 DS 触点断开 切断控制电路 从而使电机无法起动 防止夜 间电机起动频繁 0 会缩短电机使用寿命 定时开关可采用 KS36T 型 微电脑定时开关 该开关定时设置灵活 一周七天设定可相同也可不 同 20 电路元器件及导线的选择电路元器件及导线的选择 元器件名称型 号额定电压额定电流备注 自耦变压器 QZB 45380V200A 上海正上电 气 断中器 QF AM1 225l 3300 380V200A 德利 接触器 KM1 CJ20 100380V100A 环宇集团 接触器 KM2 CJ20 100380V100A 环宇集团 接触器 KM3 CJ20 40380V40A 环宇集团 热继电器 FR JR36 160380V 浙江正泰 中间继电器 KA1 3 380V 时间继电器 KT JS14P380V 浙江东亮 按钮 SB1 SB2 GB T14