高低位水箱供水系统电气控制系统的设计与调试.doc

建筑电气控制技术课程设计题 目 高低位水箱供水电气控制系统设计与调试学院(部) 电子与控制工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学生姓名 学 号 月 日至 月 日 共 周指导教师(签字) 系 主 任(签字) 年 月 日一、设计任务书1、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，以及安装布置图、接线图和控制箱的设计，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。2、设计原始资料 1、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。 2、两台水泵分工作泵和备用泵，可以互换，只有一台水泵工作。当工作泵出现故障时， 备用泵自投。水泵功率7.5KW。 3、具有手动、自动工作方式。 4、各种指示及报警。3、设计完成后提交的文件和图表1、 计算说明书部分： 1）系统工作原理说明 2）程序调试 3）操作使用说明2、图纸部分：1） 电气原理图：主电路、控制电路、梯形图、指令系统2） 电气箱面板布置图，电气箱内部布置图3） 接线图。（相对编号法）4）元件明细表5）控制箱尺寸4、进程安排1、第1周完成主电路、控制电路、梯形图设计及元件选型2、 第2周完成元件布置图、接线图的设计，并完成综合实验报告书3、第1周 1-20号完成程序的调试4、第2周 21-43号完成程序调试5、主要参考资料 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 3、各种电器元件产品样本二、分析设计在高层建筑中，水泵及其控制室一般位于建筑物的地下层，水箱通常设于大厦的顶部。这样，将水箱的水位信号传输到控制柜需要相当长的距离。为了避免信号在传输过程中因为各种干扰而引起继电器误动作，信号控制回路通常采用220V的电压。另外，由于水位信号为小容量的继电器，其触点不适合于直接控制接触器，因此，需要通过中间继电器进行中间转换。总体来说，为了便于线路的维修，管理等，应将辅助线路分为信号控制回路和电动机控制回路等几部分，这样，才能使控制线路的分工更加明确，可读性更强。本系统能过实现自动和手动的控制水泵供水，在自动模式下，系统能过自动见识高低位水箱水位情况，并根据水位信号器采集到的信号来决定是否启动水泵。同时本系统设置了两台水泵，当其中一台水泵出现了故障时，另一台水泵能过及时的投入到使用中，保障了高层的供水。同时在使用前应对系统进行检验，检查的主要能容包括：检查线路的连接是否正确，连接是否可靠；检查信号灯是否损坏，若损坏要及时更换；检查PLC的接线是否正确；对水泵进行空载试验观察其各项指标是够合格；同时在使用时，要经常的对高低位水箱进行清洁，以免影响水位信号开关的性能。1、主电路设计根据控制要求及水泵的功率,经计算可确定两台水泵电机均可直接启动，如图原理图2-1所示，每个电机分别用1个接触器控制其电源,1个热继电器进行过载及1个低压断路器进行短路瞬时保护.2、 PLC选择及 I/O分配 根据本系统设计只用到20个口（由原理图看以看出），但是考虑的系统在将来可能会改进，这里用了32点的华光PLC。I/O口的分配如下表所示。 I/O分配表 输入输出水泵1M1M1启动灯H1Q3水泵2M2M2启动灯H2Q4M1启动按钮SB1I1M1故障显示灯H3Q5M2启动按钮SB2I2M2故障显示灯H4Q6高水箱高水位I3故障报警Q7低水箱低水位接触器KM1Q1高水箱低水位I4接触器KM2Q2低水箱低水位M1热继电器FR1I12M2热继电器FR2I13M1关机按钮SB3I10M2关机按钮SB4I11选择开关SA手动I5自动A1档I6自动A2档I7图2-2 I/O分配表3、PLC接线图设计根据I/O分配表即可将连接电路,如原理图2-3所示.输入、输出各点共用交流220伏电源.三、系统工作原理 系统具体控制过程如下，如原理图所示。自动部分：当水位条件满足高位水箱达到低位且低位水箱达到高位时，当旋钮SA在A1档时，M1泵为工作泵，M2泵为备用泵，M1泵得电运行，M1泵运行指示灯亮。同理，当旋钮SA在A2档时M2泵为工作泵，M1泵为备用泵，M2泵得电运行，M2泵运行指示灯亮。当高位水箱达到高位或低位水箱到达地位时，系统停止工作。手动部分：当旋钮在手动档时，两泵工作在手动方式状态，当按下SB1时启动M1泵，M1运行指示灯亮,按下SB3 M1泵停止运行,指示灯灭。按下SB2时启动M2泵，M2泵运行指示灯亮，按下SB4 M2泵停止运行,指示灯灭。若工作泵出现故障，故障显示灯亮并有警报声，其热继电器常开触点闭合备用泵自投。四、梯形图设计 梯形图设计如原理图3-1所示.五、元器件选型1、交流接触器单个电机回路中的电流估算如下：InPn/(1.732Uncos)=7500/(3801.7320.9)12.7A.所以根据In =12.7A且选接触器线圈的额定电压为220V，因此选择交流择接触器CJ10-20，数量为2个。2 、热继电器因为系统中电机为7.5KW，电源线电压为380V ，所以电机正常工作时应为三角形接法。因为电机的额定电流约为12.7A，即热元件的动作电流约为12.7A，故选用的热继电器的型号为JR16-20/3D热元件的额定电流为16A，并将其整定为12.7A。3、 低压断路器 因为电机的额定电流约为12.7A，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）X12.7=（127-152.4）A，故选用的低压断路器规格为DZ-20-160。通过控制回路的电流比较小，所选低压断路器的型号为DZ-20-16。4、按钮为了实验简单易于操作我们选用半径为3mm，型号为LAY39的按钮，旋钮选用型号为LAY39-X的旋钮。 5、信号指示灯为了使实验能够简单操作，我们选用开孔半径为2.25mm，灯罩半径为2.5mm，线圈电压为220V，运行灯为绿色，过载灯为红色，型号为ND16-22DS/4的指示灯。6、端子排经计算，端子排选择型号为TB-2510,规格为140mm8*19mm。7、元器件明细表序 号元件名称及型号单位数量备注1交流接触器CJ10-20个22低压断路器DZ-20-16个33热继电器JR16-20/3D个24按钮开关LAY39个45旋钮开关LAY39-X个16信号指示灯ND16-22DS/4个5全为绿色7警铃个1连续声音8水位信号器FQS-4个29端子排个110线槽SWD-15个135mm*35mm六、指令语言程序及调试电气原理图中梯形图的指令语言程序如下：地址指令数据地址指令数据1LDI422LDI22ORQ123ORQ23LDI724ANDI54ANDI1325ANDNI115ORI626OR LD6AND LD27ANDNI137ANDNI328OUTQ28LDI129LDI49ORQ130ORM110ANDI531OUTM111ANDNI1032LDQ112OR LD33OUTQ313ANDNI1234LDQ214OUTQ135OUTQ415LDI436LDI1216ORQ237OUTQ517LDI638LDI1318ANDI1239OUTQ619ORI740LDI1220AND LD41ORI1321ANDNI342OUTQ7七、用户操作说明本系统为高低位水箱供水系统，请使用者务必按操作说明进行。在使用之前请先打开控制箱门，合上低压断路器QF,检查PLC是否正常带电。1、 系统手动工作操作说明：把模式选择开关SA打在手动档，系统已进入手动工作状态。按下按钮SB1时M1泵工作或按下按钮SB2时M2泵工作。 当某个水泵正常工作时，相应的水泵工作指示灯H1或H2将维持点亮直到相应的水泵停止工作。需要停泵时，只需按下停泵按钮SB3或SB4即可。2、系统自动工作操作说明：需要系统自动工作时，首先把模式选择开关打在自动A1档或A2档上，此时系统自动退出手动工作方式，进入自动工作模式。若选择A1档则M1泵为工作泵，M2泵为备用泵，M1故障时M2就会自启动；若选择A2档则M2泵为工作泵，M1泵为备用泵，M2故障时M1就会自启动，使系统正常运行。3、故障显示：当M1或M2故障时，即电机过载时，热继电器就会动作故障显示灯H3或H4就会报警，并且会有铃声报警提示。4、注意事项： （1） 为了保证系统安全长久运行，本系统对手动工作方式有一定的限制：在高位水箱的水位达到高位或低位水位达到低位之前，如果使用者还没有停泵，则系统将自动停泵，这样可以有效的避免水泵的“干抽”和高位水箱水位的冒出；当高位水箱的水位达到低位且低位水位达到高位时才给出手动必须开机指示信号来通知操作人必须起泵。 （2）为了保证故障信号能够及时的让操作人员呢知道，当故障发生时，就会有铃声响起，同时有指示灯来说明哪个泵出现故障问题。八、结束语可编程控制器（PLC）作为一种新型的工业自动化装置。因其功能强大，可靠性高，操作使用方便而得到了广泛的应用，它在民用建筑行业中的应用也日益广泛。本设计以PLC为中心控制单元设计一高低位水箱供水系统，具体要求见设计任务。在本设计中，充分考虑到了设计方案的实用性，经济性以及用