电气控制课程设计123

课 程 设 计 报 告 题 目 消防水泵PLC电气控制系统设计 （OMRON CPM1A） 学院(部) 电 控 学 院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学生姓名 何 玉 毛 学 号 6 月 11 日至 6 月 17 日 共 1 周指导教师(签字) 系 主 任(签字) 2012年 5 月 26 日课 程 设 计 任 务 书（B）一、 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OMRON CPM1A PLC为中心控制单元，设计出满足控制要求的控制系统。二、 设计原始资料1. 2台消防泵，7.5KW，互为备用。当工作泵出现故障时，备泵自投。2. 发生火灾时，打开消火栓箱门，击碎面板玻璃，起动消防泵。手动停泵。3. 当消防给水管网水压过高时，停泵并报警。4. 当低位消防水池缺水，停泵并报警。5. 自动、手动、检修工作方式。5. 设置必要的各种电气保护。三、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）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）元件名细表。5）控制箱尺寸。四、进程安排1周1-周2 完成原理图的设计2。周3 完成元件的选型3。周4-周5 完成布置图、接线图的设计五、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 摘 要进入21世纪以来，随着经济发展和城市化的发展，使得人们居住的楼房越来越高，消防供水系统的安全、可靠、稳定运行显得越来越重要。所以本系统采用可编程序PLC来实现对消防水泵的控制，有效的保证火情发生时及时供水，而且可以手动/自动来回切换，确保消防供水系统的安全、稳定使用。为了满足该设计中提出的基本功能的要求，本次设计主电路上用两台电动机，由于功率较小可直接启动，同时采用了两个接触器对电机进行工作的控制，采用热继电器和低压断路器对电机进行过载和短路保护。控制电路上，为了简单灵活起见，采用课堂中所学过的OMRON CPM1A PLC为中心控制单元。再加入必需的一些压力继电器、按钮、开关、指示灯等。从而基本形成了一个基于PLC控制的智能消防水泵控制系统。关键词：电动机 PLC OMRON 消防水泵第一章、系统概述本系统在主电路上采用两台电动机，因为电机功率小，所以可以直接启动。同时采用了两个接触器对电机进行工作控制，通过对电流的估算，同时还选定了相应合适的热继电器和低压断路器对电机进行过载和短路保护。控制电路上，为了简单灵活起见，采用课堂中所学过的OMRON CPM1A PLC为中心控制单元。同时，为满足控制要求，还需加入一些压力继电器、水位监测装置、按钮、开关、指示灯等。在本次设计中，主要进行的工作是系统原理图的设计、接线图的绘制、元器件的选择、平面布置图的设计和控制柜尺寸的设计等。通过以上这些工作，最终完成了一个基于PLC控制的消防水泵系统的设计。第二章、系统各部分的设计2.1主电路的设计由于两台泵，互为备用泵，所以需要对两台电机分别控制。又因为其功率都为7.5kw，所以可确定两台水泵电机均可直接启动。同时，每个电机分别用1个接触器控制其电源,一个低压断路器进行该支路的短路保护，1个热继电器进行电机的过载保护。为了加强保护，在主干路上也设置了一个低压断路器。即主电路的组成器件为：3个低压断路器，2个接触器的主触头，2个热继电器，2台三相交流电机。主电路电路图见附录一。2.2控制电路的设计在本系统中，控制电路是由PLC进行控制的。按所提出的控制要求，最后定下的电路有15个输入点，10个输出点，所以决定采用OMRON C30P的PLC，该PLC有18个输入点，12个输出点，完全能满足本次设计的要求，并留有一定的余量。该PLC的尺寸为：150*90*85表一 I/O分布表输入输出1#机组备用按钮SB1000001#电机工作线圈KM1010002#机组备用按钮SB2000012#电机工作线圈KM2010011#机组手动启动按钮SB3000021#机组备用指示010022#机组手动启动按钮SB4000032#机组备用指示01003手动/自动选择开自动 手动00004管网压力过高0100400005官网压力过高输入00006水箱水位低01005水箱水位过低信号000071#泵故障指示010061#电机热保护触电FR1000082#泵故障指示010072#电机热保护触电FR200009检修指示010081#泵手动停泵按钮00010警铃报警010091#泵手动停泵按钮00011火警信号00012检修信号00013消铃信号输入000142.3 梯形图的设计与分析为了满足本次设计的基本要求和功能，梯形图设计如附录中原理图所示。分析如下：1. 机组的启动条件在该系统中， 当检测到火警信号时，内部辅助继电器20000锝电，并经过一定的延时，产生一个启动信号20001。 为了对管网系统的压力监测和对水箱的水位监测。将两个个触点分别接至PLC的00006、 00007两个输入端。根据设计要求，当管网系统压力或高或者低位水箱水位过低时，停泵并报警。还有就是，通过一0506和0507线圈触头之间的互锁，使系统任一时刻，只能工作在一台泵工作的情况下，保证了系统的稳定性。 2. 手动、自动的工作方式选择将旋钮SA拨至0005输入点所对应的档位时，系统将进入手动工作状态。此时，若系统满足起泵要求，按下SB1（SB2），则将启动1（2）号机组。当将旋钮SA拨至00004输入点对应的档位时，则系统将进入自动工作状态。同样，如果系统满足起泵条件，则1（2）号机组将作为工作机组首先启动，另一台机组则将作为备用机组。3. 机组停止方式的设置在正常情况下，若机组开始了工作，管网水压过高和地位水箱水位过低作为停泵信号。还有就是当水泵发生故障，水泵自动停机并报警。4. 备泵自投功能的实现设计任务中要求当工作泵出现故障时，应实现备泵自投的功能。因此，在设计中，电机的启动方式除了自动和手动的启动方式外，应再加一种作为备泵自投的启动方式，即在确认一台工作泵出现故障时，另一台泵的备用状态自然解除。（通过01006和01007分别实现其备用解除）在系统仍满足起泵的条件下，应在感应工作泵的故障线圈一旦得电，则备泵应立即启动。从而实现了备泵自投的功能。5. 信号灯的指示在本次设计中，共使用了10个指示灯。分别为1、2号电机的工作指示灯HL1，HL2，指示1、2号机组故障的HL7、HL8和管网压力过高以及低位水箱水位过低的报警指示HL5、HL6；备用指示HL3，HL4;还有就是检修指示HL9，和最后的警铃装置HL10。在该设计中，将HL1 HL2接在1、2号电机所对应的工作线圈KM1 和KM2的两端，只要KM1 或KM2得电，即0500或0500得电，则表明HL1 或HL2也就亮了。机组的故障情况包括：机组过载了，热继电器线圈动作了，即01000（01001）常开闭合、常闭断开，当00008（00009）常开闭合时， 01004（01005）线圈将得电，则该触点所接的HL7(HL8)将亮，指示1（2）号机组故障。同时该线圈的辅助触点接触非工作泵的备用状态，如任然有火警信号，则备用泵自动投入。从而实现备泵自投。其他灯的工作原理类似。2.4 指令语言程序梯形图中对应的指令语言程序如下：LD 00000LD 01007KEEP 01002LD 00001LD 01006 OR 01006KEEP 01003 KEEP 01000LD 00012 LD 00005OR 20000 AND 00003OUT 20000 LD 20001LD 20000 AND NOT 01003TIM 000 OR LD #0050 LD 00010LD 20000 OR 01004AND TIM000 OR 01005OR 20001 OR 01007AND NOT 01008 KEEP 01001OUT 20001 LD 00006LD 00005 OUT 01004AND 00002 LD 00007LD 00004 OUT 01005AND 20001 LD 00008AND NOT 01002 OUT 01006OR LD LD 00009LD 00010 OUT 01007OR 01004 LD 00013OR 01005 OUT 01008 LD 01004 OR 01005 OR 01009 OR 20001 AND 00014 OUT 01009第三章、元器件的选择及依据3.1 交流接触器的选择电机回路中的电流估算如下：INPN/(1.732UNCOS)=7500/(3801.7320.9)12.66A.所以根据IN=13A选交流择接触器LC1-D169。额定工作电流为16A。尺寸大小为58*60*96（单位都为mm，下同）。3.2 热继电器的选择因为系统中电机为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。选带有断相保护的热继电器：LR1-D16321 ,并将其值整定为14A 。采用卡轨式安装，则尺寸为45*84*1023.3 低压断路器的选择根据动力供电支线用断路器的动作电流整定原则，现采用非选择型二段式（过载延时及短路瞬动保护）保护，各参数计算如下： 断路器额定电压UN=380V。 过载保护：Idz=KkIn,取Kk=1.1，则Idz=13.93 (所以设定Idz=14A)A,所以干路上电流约为30A。 短路瞬动保护： Ioc=(1012)IN,则支路上短路瞬动电流至少为127A.按130A选，干路上短路瞬动电流至少应为260A，按260A选。综合以上各个条件，支路上选DZX7-2520型低压断路器，电流整定为16A，尺寸为46*83.5*89.干路上选DZX7-8040型低压断路器，电流整定为30A,尺寸为163*122*115。3.4 控制按钮和旋钮的选择根据系统原理图及系统电压可选择：按钮用SLA1-11M 工作电压为24220V。尺寸为：直径为18mm,安装孔为16mm.旋钮用LA18-44X2，直径为48mm.3.5 指示灯的选择在控制电路上，为了接线简单起见，给指示灯供电为220V。故选择指示灯类型为：XDY1-B/41 颜色：红色 额定电压为220V XDY1-B/42 颜色：绿色 额定电压为220V.尺寸为：直径28mm,安装时，两灯水平之间距离不小于65mm，垂直之间距离不小于50mm.3.6 端子排的选择在本设计中，一共用了13个端子进行导线的引入和引出，故选用端子排的型号为：TZ1-20.总共有20个端子，每个端子的尺寸为：10*51*72，在本设计中用了其中的13个，余下的7-个作为预留端子。第四章、控制柜的尺寸设计根据以上关于本系统所选择的各元器件的实际安装尺寸，同时考虑各元件之间的间隔，最终将电气控制箱的尺寸定为450750150mm，具体的元器件尺寸分布参见系统平面布置图中的尺寸