高低位水箱供水电气控制系统设计定稿.doc

高低位水箱供水电气控制系统高低位水箱供水电气控制系统课程设计说明书课程设计说明书一、控制要求本设计为民用建筑生活水泵电器控制系统设计，采用 OMRON PLC 为中心控制 单元要设计出控制系统原理图、元件布置图，接线图其具体控制要求为： 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 5.5KW3、具有手动、自动工作方式4、各种指示及报警二、控制系统设计 1、 基本设计思路 在高层建筑中，水泵及其设备控制室一般位于建筑物的地下层，水箱通常 设于建筑的顶部这样，将水箱中的水位信号传送的设备控制柜需传输相当长的 一段距离为了避免信号传输过程中由于信号线中途接地等故障引起的继电器误 动作，信号控制回路通常采用 220V 及以下的电压，本设计采用 220 的交流电 另外，由于水位信号器为小容量的继电器，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，即扩展触点容量 根据控制要求（1） ，系统电路共有主电路、信号电路和控制电路等三部分 组成。

根据水泵控制要求 1，水泵电动机的起动和停止应受高位水箱水位信号器 和低位水箱水位信号器发出信号控制当低位水箱水位为高水位，且高位水箱水 位为低水位时发出起泵信号，当低位水箱水位为低水位，或高位水箱水位为高水 位时发出停泵信号 根据控制要求（2） ，工作泵不能正常运行时，备泵应能自动投入工作泵 与 备用泵二者工况转换的关键是寻找一个合适的转换信号，即能反映工作泵不能正 常运行的信号一般情况下，水泵不能正常运行的原因为：（1）运行继电器的 衔铁卡住，触点不能正常吸合;(2) 水泵运行过程中，电动机因过载或线路发生 短路等故障而保护停机这两种停机情况反映在接触器上即是接触器的触点机构 不能动作，其常闭触点处于闭合状态，因此，接触器的常闭触点的闭合与否反映 了电动机的工作情况故可利用接触器的常闭触点见识电动机的运行情况并作为 备泵电动机的起泵信号为了与正常停机相区别，由常闭触点控制备泵起泵的信 号回路受工作泵起泵信号制约，即备泵自投信号仅在工作泵起泵信号发出后方起 作用为了判别工作泵是否是因为故障不能起动，同时为了消除干扰信号的影响， 备泵自投信号应延时发出本设计延时时间为 10 秒 根据控制要求（3） ，要有手动及自动工作方式，这两种工作方式的转换可通过旋钮来控制，当旋钮为转动时，两泵处于自动工作方式下;当旋钮旋转后处 于手动工作状态。

再用两个旋钮来分别实现 1 号和 2 号泵的起动和停机以上工 作方式和手自动的转换也可用万能转换开关来实现，但会增加 PLC 的输入点个数， 故本设计全部采用旋钮来实现 根据控制要求（4） ，水泵电动机运行时应有运行指示，备泵自投时也应发 出指示，另外在加一个电源上电指示灯所以一共需要 3 个指示灯 2、系统工作原理及操作使用说明 为了表达简便，用记号“↑”表示“ON”状态，用“↓”表示“OFF”状态 （1）自动控制 在自动工作方式下 0004↑，控制过程如下 ： 1）正常工作：当下水池水位为高水位时，KP1 触点闭合，既 0000↑此时，若 高位水箱为低水位，KP1 闭合，既 0001↑，则 1000↑1000↑后启动 0500，既 KM1 启动，1#电动机为工作泵，起动运行直到高们水箱中的水位到达高水位时， 触点打开，KM1 失电，水泵停止供水 2）备泵自投：高位水箱的低水位信号发出后，KP1 闭合，若工作泵 M1 不能起动 或运行中保护电器动作导致工作泵停车，KM1 复位闭合，则 TIM00↑→1001↑→0501↑，则 KM2 得电吸合，备泵自动投入 由于线路的对称性，当 0005↑时，M2 为工作泵，M1 为备泵，其工作原理与 0004↑是类似。

(2)手动控制当 0007↑时，信号控制回路不起作用，此时操作手动按钮开关，可以通过 KM1 和 KM2 对电动机 M1、M2 进行起停控制，此档主要用于调试 (3)信号显示:当 1001↑ 时，控制电源信号灯 HL1 亮，说明水位控制信号回路投 入工作电动机 M1 起动时，信号灯 HL2 亮；M2 起动时，HL3 亮 3、 指令语言的编写 根据梯形图可得指令语言如下: LD 0000 AND 0001 LD 0002 AND 0003 KEEP 1000 LD 0004 AND NOT 0500 LD 0005 AND NOT 0501 OR LD LD 1000 AND NOT 1001 AND LDTIM 00#0150 LD TIM00 AND 1001 OUT 1001LD 0006 AND 0500 LD 0007 AND NOT 0103 AND LD LD 0004 AND 1000 OR LD LD 0005 AND 1001 OR LD LD NOT 0101 AND LD OUT 0500 LD 0008 OR 0501 LD 0007 AND NOT 0104 AND LD LD 0004 AND 1001 OR LD LD 0005 AND 1000 OR LD LD NOT 0102 AND LD OUT 0501 LD 1001 OUT 0600 LD 0500 OUT 0601 LD 0501 OUT 0602三、 柜内外安装布置图设计 3.1 元器件的选择 （1） 、 接触器的选择假设 cosφ=0.9，当 P=7.5KW，U=380V 时由 P=1.732UIcosφ 得： I=P/（1.732Ucosφ）≈12.7A 接触器线圈的额定电压为 220V，故所选接触器的型号为 CJ10-20，数量为 2 个， （2） 、热继电器的选择由于功率大于 4KW 的电机绕组多为三角形接法，所以应该选用具有断相保护 功能的热继电器。

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） 、信号继电器的选择信号继电器选用浮球水位信号器，高低位水箱均需一个常开触点和常闭触点即 可故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 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，故选用的空气开关规格为 DZ-20-160通过控制回路的电流比较小， 所选空气开关的型号为 DZ-20-16，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 600X900X20（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 1 4.2 柜内外安装布置图元器件在控制柜内从上到下依次为空气开关、接触器、热继电器、PLC、 接线端子排。

具体布置图见图 1-4 所示五 安装图的设计安装图若完全按照布置图绘制，则会使安装图过于狭长而很不美观， 故空气开关、接触器、热继电器的安装图的绘制按照布置图而 PLC 及接线端子 排则放于右侧，以使图形美观而又不影响读图，整个安装图如图 1-5 所示高低位水箱供水电气控制系统高低位水箱供水电气控制系统使用说明书使用说明书本系统以 PLC 为中心控制器件能自动监视高低位水箱水位情况，并根据 水位号器采集到的信号来决定是否启动水泵一共设置 2 台水泵，1 台为工作泵，另一台为备用泵，两泵的工作状态可以在任意时刻进行切换让两台电动机分时 工作，并且在工作泵出·故障时，备用泵能在短暂延时后自启动 本系统常用于高层建筑，自来水厂的水压不能直接为大厦的高层和中层供水 安装本系统后，可以保证大厦的高层和中层正常的供水需求一一、主要技术指标：1. 额定电压和频率：380V/220V；50HZ 2. 备用泵投入工作延时时间：5 秒二二、安装，调试方法：1. 在安装前检查性能，合上空开，电源指示灯 HL1 亮，水位信号指示回路 开始工作，监视水位 2. 若达到水泵启动要求，则指示灯 HL3 亮，1 号电机启动。

检查运行情况， 若一切正常运行，再设置人为故障，此时警铃报警再检查 2 号电机能 否经过 10 秒延时后自启动，及备泵自投信号灯 HL2 是否会亮 3. 在一台泵工作若干小时后进行主/备泵切换，看切换能否正常进行，若能 自动切换，则说明设计成功 4. 在高低位水箱中，应保持水箱的洁净，以免影响到水位信号器的检测 5. 定期排专人维护管理，防止线路出现人为损坏或老化，及时排除故障三、使用方法：1.主/备泵切换：SA1 旋钮为主/备泵切换旋钮，操作 SA1 旋钮进行主/备泵 切换 2.手/自动切换：SA2、SA3 旋钮分别为 1、2 号电机的手/自动切换，操作 SA2、SA3 旋钮进行手/自动切换平常情况下，控制系统处于自动状态下，在系 统调试或是出现故障的情况下，使系统处于手动状态下 3.手动起停：SA2、SA3 旋钮同时兼有手动起停的功能，在切换到手动状态 的同时电机启动附表 1 元器件明细表 序号名称型号数量备注 1接触器CJ10-202 2热继电器JR16-20/3D2 3指示灯ZSQ34全为绿色 4警铃LA16J-V1连续声音 5PLCORMON C20P-EDR-A1 6旋钮AX16-2113 7水位信号器FQS-428空气开关DZ-20-1601三相 9空气开关DZ-20-161单相 10线槽SWD-151 11端子排RJ14HWP1 12控制箱1600X900X20（mm）附表 2 图纸目录表 序号图号图名尺寸 11-1主电路图A4 21-2PLC 外部接线图A4 31-3梯形图A4 41-4元器件布置图A4 51-5安装图A3。