高低位水箱供水系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

1、前言可編程控制器（PLC）作為一種新型的工業(yè)自動化裝置。因其功能強大，可靠性高，操作使用方便而得到了廣泛的應(yīng)用，它在民用建筑行業(yè)中的應(yīng)用也日益廣泛。本設(shè)計以PLC為中心控制單元設(shè)計一高低位水箱供水系統(tǒng)，具體要求見設(shè)計任務(wù)。在本設(shè)計中，充分考慮到了設(shè)計方案的實用性，經(jīng)濟性以及用戶操作的方便性。在給出系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上，同時也附帶了安裝圖，接線圖及操作使用說明書；在保證設(shè)計要求及設(shè)計質(zhì)量的基礎(chǔ)上，通過分時復(fù)用啟動按鈕和認(rèn)真修改梯形圖，最終將原本應(yīng)該用的OMRON C40P可編程控制器現(xiàn)改用OMRON C28P即可實現(xiàn)所有功能，為用戶降低了設(shè)計成本。本著讓用戶使用方便，操作明了的設(shè)計原則，在手動工作

2、時設(shè)置了“允許起泵”和“必須停泵”信號。目錄一、 設(shè)計內(nèi)容及要求3二、分析設(shè)計31、主電路設(shè)計32、PLC選擇及 I/O分配33、PLC接線圖設(shè)計4三、梯形圖設(shè)計與分析41、手動/自動狀態(tài)選擇與指示42、高低位水箱液位開關(guān)的邏輯設(shè)計53、自動狀態(tài)時水泵電機的工作方式選擇及啟動54、手動狀態(tài)時水泵的單獨起停55、故障檢測與備泵自投6四、用戶操作說明71、系統(tǒng)手動工作操作說明72、系統(tǒng)自動工作操作說明73、注意事項8五、元器件選型8六、結(jié)束語91、設(shè)計的收獲與體會92、系統(tǒng)再認(rèn)識9七、指令語言程序10八、參考文獻10九、備注1、控制箱尺寸112、導(dǎo)線選擇11十、附圖111、高低位水箱供水系統(tǒng)電氣控

3、制原理圖122、高低位水箱供水系統(tǒng)電氣安裝接線圖133、高低位水箱供水系統(tǒng)電氣控制箱布置圖14高低位水箱供水系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計一、設(shè)計內(nèi)容及要求通過對電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的一般方法，能夠設(shè)計出滿足控制要求的電氣原理圖，以及安裝布置圖、接線圖和控制箱的設(shè)計，具有電氣控制系統(tǒng)工程設(shè)計的初步能力。根據(jù)高低位水箱供水的控制要求，采用PLC為中心控制單元，設(shè)計出滿足控制要求的控制系統(tǒng)。具體設(shè)計要求：1、高低位水箱均設(shè)水位信號器。當(dāng)高位水箱水位達到低位，低位水箱水位達到高位時，水泵啟動；高位水箱水位達到高位或低位水箱水位達到低位時，水泵停止。2、兩臺水泵分工作泵和備用泵，可以互換，

4、任何時候只有一臺水泵工作。當(dāng)工作泵出現(xiàn)故障時，備用泵自投，水泵功率各為5.5KW。3、具有手動、自動工作方式。4、各種指示及報警。二、分析設(shè)計相關(guān)約定：為了分析表達方便，以下設(shè)計分析中相關(guān)符號表示意義分別為：某個線圈帶電用“+”表示，過度過程用“ ”表示，線圈帶電并保持用“+”表示，線圈失電用“”表示。1、主電路設(shè)計根據(jù)控制要求及水泵的容量,經(jīng)計算可確定兩臺水泵電機均可直接啟動（見附圖主電路），每個電機分別用1個接觸器控制其電源,1個熱繼電器進行過載及短路瞬時保護.2、PLC選擇及 I/O分配根據(jù)控制要求可統(tǒng)計出輸入PLC的信號本應(yīng)為16個,輸出信號為6個(見原理圖和I/O分配表),但I/O分

5、配表中輸入信號實為14個.原因是從經(jīng)濟性與元件的利用效率上考慮,在本設(shè)計中將輸入按鈕SWK1,SWK2通過軟件改變成了多功能按鈕,即當(dāng)系統(tǒng)處于自動工作狀態(tài)時,選擇1#水泵為工作方式的選擇按鈕SWK1,在系統(tǒng)處于手動工作狀態(tài)時,它也是1#水泵手動時的啟動按鈕.同理, SWK2也具有相同的功能.經(jīng)過改變之后可將原本必須選用的OMRON C40P PLC現(xiàn)改用OMRON C28P(16輸入,12輸出)即可實現(xiàn)控制要求,且留有一定的余量.I/O分配表輸 入輸 出1#泵作為工泵選擇按鈕SWK1 00001#水泵電機接觸器線圈05042#泵作為工泵選擇按鈕SWK200012#水泵電機接觸器線圈0505自動

6、工作方式選擇按扭SAUT0003自動工作方式指示燈0506手動工作方式選擇按扭SMAN0004手動工作方式指示燈0507高位水箱下限水位信號SHL00051#水泵電機故障報警指示0500高位水箱上限水位信號SHH00062#水泵電機故障報警指示0501低位水箱上限水位信號SLH00071#水泵正常工作狀態(tài)指示0504高位水箱下限水位信號SLL00081#水泵正常工作狀態(tài)指示05051#水泵電機過載保護觸點FR10009手動工作時“允許起泵”指示05022#水泵電機過載保護觸點FR20010手動工作時“必須停泵”指示05031#水泵電機手動停止按鈕STP100112#水泵電機手動停止按鈕STP2

7、00121#水泵電機觸點檢測信號00131#水泵電機觸點檢測信號00143、PLC接線圖設(shè)計由于采用了OMRON C28P,其輸入輸出均為分組式的,其中輸入點0000,0001為一組,其余合為一組.根據(jù)I/O分配表即可將連接電路,如原理圖所示.在主電路中輸入各點共用PLC自帶的24伏直流電源,輸出各點共用交流220伏電源.三、梯形圖設(shè)計與分析1、手動/自動狀態(tài)選擇與指示這部分梯形圖的設(shè)計主要用KEEP指令來實現(xiàn).在梯形圖中,當(dāng)外部自動選SATO有按下時,0003+ 1000+ 1001(手動狀態(tài)時PLC內(nèi)部輔助繼電器1001復(fù)位清零) 0506+ 自動狀態(tài)指示燈HLATO亮,同理手動工作方式時

8、0507會帶電,手動狀態(tài)指示燈HLMAN亮.由于自動,手動在KEEP復(fù)位時采用了互鎖,所以每個工作狀態(tài)下只有相應(yīng)的工作指示燈亮.2、高低位水箱液位開關(guān)的邏輯設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求,高低位水箱的水位信號需要檢測出來,現(xiàn)用干簧水位信號器進行水位測量,高低位水箱各設(shè)一只,其示意圖見系統(tǒng)接線圖和原理圖。從控制要求,I/O分配表及干簧水位信號器的示意圖可得知只有0005與0007帶電時,即高位水箱水位達到低位且低位水箱水位達到高位時才允許啟泵;而只要0006與0008中的一個動作,即高位水箱水位達到高位或低位水箱水位達到低位時就必須得停泵.據(jù)這一邏輯關(guān)系,在梯形圖中用0006與0008的或邏輯去發(fā)出停泵信號,

9、用0005與0007的常開與邏輯作為啟泵信號.相互之間也應(yīng)有互鎖.工作過程為:啟泵信號發(fā)出 0005+，0007+ 1301+ 啟泵信號發(fā)出1310（停泵保持繼電器復(fù)位，解除停泵信號） 停泵信號發(fā)出啟泵保持繼電器復(fù)位,啟泵信號解除0006或0008 1200+ (短時帶電) 1300+ 3、自動狀態(tài)時水泵電機的工作方式選擇及啟動自動狀態(tài)時水泵電機的工作方式選擇信號由PLC內(nèi)部輔助繼電器1101,1102發(fā)出,其中1101用于選定1#水泵為工作泵,2#水泵為備用泵;1102用于選定2#水泵為工作泵,1#水泵為備用泵.與自動/手動選擇一樣,這兩種工作方式之間也需要互鎖,同樣通過KEEP指令來實現(xiàn).

10、自動工作時1#水泵為工作泵, 2#水泵為備用泵的工作過程如下:1101+1301+（液位信號允許起泵）1401+ 0504+（1#水泵正常工作）由于1000已帶電(自動狀態(tài)),此時若SWK1按下4、手動狀態(tài)時水泵的單獨起停考慮高低位水箱供水系統(tǒng)一般為城市居民樓供水，在系統(tǒng)處于手動工作方式下時，有必要在控制室設(shè)置一水位信號指示燈，以使操作人員知道什么狀態(tài)下可以起泵，什么狀態(tài)下必須停泵。而且這一信號應(yīng)該與自動狀態(tài)時高低位水箱里的干簧水位信號器的邏輯相同，所以就將自動狀態(tài)時的水位邏輯作為手動工作時的起停泵邏輯，用兩個指示燈分別表示手動方式時的“允許起泵”和“必須停泵”信號。工作過程如下：手動狀態(tài)時，

11、1001+，若1301+，則表示可以起泵了，此時是否起泵完全由手動啟動按鈕 SWK1,SWK2決定?！霸试S起泵”信號由KEEP指令實現(xiàn)，且只有在手動工作方式時有效，自動工作方式時，通過1000將其互鎖。而且“允許起泵”信號和“必須停泵”信號必須互鎖。“必須停泵”信號的產(chǎn)生原理類似于“允許起泵”信號，它也是由水位信號器發(fā)出的，到底何時停泵，何時起泵完全由操作人員自主決定，只不過起泵必須在“允許起泵”指示燈亮了之后進行，而停泵的最終期限為“必須停泵”指示燈亮。起停過程由操作人員根據(jù)指示燈狀態(tài)自主進行，適合在際環(huán)境中使用。5、故障檢測與備泵自投在本設(shè)計中，將系統(tǒng)的故障簡化為兩種類型：一個是電機的過載

12、，這一信號可由設(shè)在電機主回路中的熱繼電器常開觸點發(fā)出（當(dāng)水泵電機過負(fù)荷或者缺相時），所以可將這一信號設(shè)為備泵自投信號；另一個故障是接觸器水泵工作過程中或啟動時可能出現(xiàn)的銜鐵卡澀，導(dǎo)致接觸器線圈雖帶電但觸點不動作，所以電機就無法正常工作。在設(shè)計中將兩個接觸器的常閉觸點接入PLC用于監(jiān)視接觸器的工作情況并將此信號也作為一個備泵自投信號。另外?？紤]到接觸器的動作時間小于PLC的掃描時間，所以為了排除啟動時的虛假故障信號，在梯形圖中設(shè)置了時間繼電器TIM01 進行5秒的延時，如果延時時間到，且接觸器的故障信號還存在，則啟動備用泵。由于熱繼電器本身就具有過載延時，所以一旦熱繼電器常開觸點動作，則立即啟動

13、備泵并給出報警。具體工作過程如下：0504（1#泵停） 過載：假設(shè)1#水泵過載，則0009+1002+0505+（啟動2#備用泵）0500+（故障指示燈HL1 亮， HA1報警） 接觸器1KM故障：設(shè)線圈KM1帶電，但其觸點沒動作，即：0504+，0013+ 0504+（停止1#水泵） 延時5S TIM01+1002+ 0505+（啟動2#備用泵） 0500+（故障指示燈HL1亮，HA1報警） 當(dāng)延時5秒沒到時，若0013，則不會啟動備泵自投信號1002。同理，當(dāng)2#水泵為工作泵，1#水泵為備用泵，出故障時也能實現(xiàn)備泵自投。四、用戶操作說明本系統(tǒng)為高低位水箱供水系統(tǒng)，請使用者務(wù)必按操作說明進行

14、。在使用之前請先打開控制箱門，合上低壓斷路器QF,檢查PLC是否正常帶電。1、 系統(tǒng)手動工作操作說明：按下控制箱面板上的手動工作方式選擇按鈕SMAN，此時手動工作指示燈 HL6亮 ，表示系統(tǒng)已進入手動工作狀態(tài)，再按SWK1或者SWK2即可選擇讓1#或2#水泵工作。當(dāng)某個水泵正常工作時，相應(yīng)的水泵工作指示燈 HL3 ，HL4將維持點亮直到相應(yīng)的水泵停止工作。需要停泵時，只需按下停泵按鈕 STP1或STP2即可。2、 系統(tǒng)自動工作操作說明：需要系統(tǒng)自動工作時，首先按下自動工作方式選擇按鈕SATO，此時系統(tǒng)自動退出手動工作方式，進入自動工作模式，并等待用戶發(fā)出機組選擇信號。若選擇2#泵為工作泵，1#

15、泵為備用泵，只需按下 SWK2；若選擇1#泵為工作泵，2#泵為備用泵，只需按下 SWK2即可。系統(tǒng)便可自動運行。3、 注意事項： 由于本系統(tǒng)在自動手動方式工作時是分時復(fù)用按鈕AWK1,SWK2的，所以用戶不必?fù)?dān)心在這兩種工作方式時都按同樣的按鈕會產(chǎn)生什么影響。 為了保證系統(tǒng)安全長久運行，本系統(tǒng)對手動工作方式有一定的限制：在高位水箱的水位達到高位或低位水位達到低位之前，如果使用者還沒有停泵，則系統(tǒng)將自動停泵，這樣可以有效的避免水泵的“干抽”和高位水箱水位的冒出；同時只有當(dāng)高位水箱的水位達到低位且低位水位達到高位時才允許使用者手動啟動泵。五、元器件選型1、交流接觸器單個電機回路中的電流估算如下：I

16、NPN/(1.732×UN×COS)=5500/(380×1.732×0.9)9.3A.所以根據(jù)IN=10A選交流擇接觸器LC1-D129MA652 、熱繼電器因為系統(tǒng)中電機為5.5KW，電源線電壓為380V ，所以電機正常工作時應(yīng)為三角形接法。選帶有段相保護的熱繼電器：LR1-D12316 ,并將其值整定為10A 。4、 熔斷器由于水泵功率為5.5KW ,屬于小功率電機驅(qū)動，所以選用選擇熔斷器時應(yīng)選熔化系數(shù)較小的熔斷器，根據(jù)熔體整定電流Ire(1.52)IN,取Ire=2IN=20A,可選擇螺旋塞式熔斷器RL1-60系列，容體電流為20A的熔斷器。5、

17、 低壓斷路器根據(jù)動力供電支線用斷路器的動作電流整定原則，現(xiàn)采用非選擇型二段式（過載延時及短路瞬動保護）保護，各參數(shù)計算如下： 斷路器額定電壓UN=380V。 過載保護：Idz1=KkIN,取Kk=1.1，則Idz1=11A,所以干路上電流約為22A。 短路瞬動保護： Idz2=(1012)IN,則干路上短路瞬動電流至少應(yīng)為220A. 綜合以上各個條件選DZX7-2522F2TH型低壓斷路器。6、 按鈕開關(guān)的選擇根據(jù)系統(tǒng)原理圖及系統(tǒng)電流可選擇用LAY5-10M3.14152FTH7、 元器件明細(xì)表序號名稱型號數(shù)量單位1交流接觸器LC1-D129MA652個2熱繼電器LR1-D123161個3熔斷

18、器RL1-602個48、 低壓斷路器DZX7-2522F2TH1個5按鈕開關(guān)LAY5-10M3.14152FTH6個六、結(jié)束語1、設(shè)計的收獲與體會電氣控制技術(shù)是一門實踐性很強的課程，一些理論上的東西只有經(jīng)過了實踐鍛煉才能真正的被我們掌握。在此次課程設(shè)計中，我通過查找資料，與同學(xué)討論，解決了一個又一個問題，最終較為成功的設(shè)計出了這個系統(tǒng)。此次課設(shè)使我對用PLC 設(shè)計電氣控制系統(tǒng)有了更進一步的認(rèn)識，而且初步具備了設(shè)計電氣控制系統(tǒng)工程的能力。這些都為我們將來的工作打下了良好而堅實的實踐基礎(chǔ)。2、系統(tǒng)再認(rèn)識本系統(tǒng)為開關(guān)量的控制系統(tǒng)，優(yōu)點是設(shè)計成本低，設(shè)計簡單；缺點是控制精度不高，缺乏實時監(jiān)控上下液位的

19、模擬量控制，比如可再添入變頻器，重新用PLC設(shè)計一現(xiàn)在較為流行的變頻衡壓供水系統(tǒng)。由于在整個設(shè)計過程中始終堅持以“操作簡潔、明了、節(jié)約、實用”為原則，所以該系統(tǒng)還是具有其可以競爭的優(yōu)勢。七、指令語言程序電氣原理圖中梯形圖的指令語言程序如下：LD0003LD1000OR1002LD1001OR1001LD0012KEEP1000AND1301OR1003LD0004ILOR1300LD1000LD1101KEEP0505KEEP1001DIFU1401LD0504LD1000LD1102AND0013OUT0506DIFU1402LD0505LD1001ILCAND0014OUT0507LD1001OR LDLD0000AND1301TIM01LD1102LD0503#0050KEEP1101OR1000LDTIM01L