高低位水箱供水系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、前言可編程控制器（PLC）作為一種新型的工業(yè)自動(dòng)化裝置。因其功能強(qiáng)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(jì)以PLC為中心控制單元設(shè)計(jì)一高低位水箱供水系統(tǒng)，具體要求見(jiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)。在本設(shè)計(jì)中，充分考慮到了設(shè)計(jì)方案的實(shí)用性，經(jīng)濟(jì)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(shí)也附帶了安裝圖，接線圖及操作使用說(shuō)明書(shū)；在保證設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，通過(guò)分時(shí)復(fù)用啟動(dòng)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(shí)現(xiàn)所有功能，為用戶降低了設(shè)計(jì)成本。本著讓用戶使用方便，操作明了的設(shè)計(jì)原則，在手動(dòng)工作

2、時(shí)設(shè)置了“允許起泵”和“必須停泵”信號(hào)。目錄一、 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求3二、分析設(shè)計(jì)31、主電路設(shè)計(jì)32、PLC選擇及 I/O分配33、PLC接線圖設(shè)計(jì)4三、梯形圖設(shè)計(jì)與分析41、手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)選擇與指示42、高低位水箱液位開(kāi)關(guān)的邏輯設(shè)計(jì)53、自動(dòng)狀態(tài)時(shí)水泵電機(jī)的工作方式選擇及啟動(dòng)54、手動(dòng)狀態(tài)時(shí)水泵的單獨(dú)起停55、故障檢測(cè)與備泵自投6四、用戶操作說(shuō)明71、系統(tǒng)手動(dòng)工作操作說(shuō)明72、系統(tǒng)自動(dòng)工作操作說(shuō)明73、注意事項(xiàng)8五、元器件選型8六、結(jié)束語(yǔ)91、設(shè)計(jì)的收獲與體會(huì)92、系統(tǒng)再認(rèn)識(shí)9七、指令語(yǔ)言程序10八、參考文獻(xiàn)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(jì)一、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求通過(guò)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法，能夠設(shè)計(jì)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(jì)，具有電氣控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)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(jì)出滿足控制要求的控制系統(tǒng)。具體設(shè)計(jì)要求：1、高低位水箱均設(shè)水位信號(hào)器。當(dāng)高位水箱水位達(dá)到低位，低位水箱水位達(dá)到高位時(shí)，水泵啟動(dòng)；高位水箱水位達(dá)到高位或低位水箱水位達(dá)到低位時(shí)，水泵停止。2、兩臺(tái)水泵分工作泵和備用泵，可以互換，

4、任何時(shí)候只有一臺(tái)水泵工作。當(dāng)工作泵出現(xiàn)故障時(shí)，備用泵自投，水泵功率各為5.5KW。3、具有手動(dòng)、自動(dòng)工作方式。4、各種指示及報(bào)警。二、分析設(shè)計(jì)相關(guān)約定：為了分析表達(dá)方便，以下設(shè)計(jì)分析中相關(guān)符號(hào)表示意義分別為：某個(gè)線圈帶電用“+”表示，過(guò)度過(guò)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(jì)根據(jù)控制要求及水泵的容量,經(jīng)計(jì)算可確定兩臺(tái)水泵電機(jī)均可直接啟動(dòng)（見(jiàn)附圖主電路），每個(gè)電機(jī)分別用1個(gè)接觸器控制其電源,1個(gè)熱繼電器進(jìn)行過(guò)載及短路瞬時(shí)保護(hù).2、PLC選擇及 I/O分配根據(jù)控制要求可統(tǒng)計(jì)出輸入PLC的信號(hào)本應(yīng)為16個(gè),輸出信號(hào)為6個(gè)(見(jiàn)原理圖和I/O分配表),但I(xiàn)/O分

5、配表中輸入信號(hào)實(shí)為14個(gè).原因是從經(jīng)濟(jì)性與元件的利用效率上考慮,在本設(shè)計(jì)中將輸入按鈕SWK1,SWK2通過(guò)軟件改變成了多功能按鈕,即當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí),選擇1#水泵為工作方式的選擇按鈕SWK1,在系統(tǒng)處于手動(dòng)工作狀態(tài)時(shí),它也是1#水泵手動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)按鈕.同理, SWK2也具有相同的功能.經(jīng)過(guò)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(shí)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(jī)接觸器線圈05042#泵作為工泵選擇按鈕SWK200012#水泵電機(jī)接觸器線圈0505自動(dòng)

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

7、00121#水泵電機(jī)觸點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)00131#水泵電機(jī)觸點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)00143、PLC接線圖設(shè)計(jì)由于采用了OMRON C28P,其輸入輸出均為分組式的,其中輸入點(diǎn)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(diǎn)共用PLC自帶的24伏直流電源,輸出各點(diǎn)共用交流220伏電源.三、梯形圖設(shè)計(jì)與分析1、手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)選擇與指示這部分梯形圖的設(shè)計(jì)主要用KEEP指令來(lái)實(shí)現(xiàn).在梯形圖中,當(dāng)外部自動(dòng)選SATO有按下時(shí),0003+ 1000+ 1001(手動(dòng)狀態(tài)時(shí)PLC內(nèi)部輔助繼電器1001復(fù)位清零) 0506+ 自動(dòng)狀態(tài)指示燈HLATO亮,同理手動(dòng)工作方式時(shí)

8、0507會(huì)帶電,手動(dòng)狀態(tài)指示燈HLMAN亮.由于自動(dòng),手動(dòng)在KEEP復(fù)位時(shí)采用了互鎖,所以每個(gè)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(kāi)關(guān)的邏輯設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求,高低位水箱的水位信號(hào)需要檢測(cè)出來(lái),現(xiàn)用干簧水位信號(hào)器進(jìn)行水位測(cè)量,高低位水箱各設(shè)一只,其示意圖見(jiàn)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(hào)器的示意圖可得知只有0005與0007帶電時(shí),即高位水箱水位達(dá)到低位且低位水箱水位達(dá)到高位時(shí)才允許啟泵;而只要0006與0008中的一個(gè)動(dòng)作,即高位水箱水位達(dá)到高位或低位水箱水位達(dá)到低位時(shí)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(hào),

9、用0005與0007的常開(kāi)與邏輯作為啟泵信號(hào).相互之間也應(yīng)有互鎖.工作過(guò)程為:啟泵信號(hào)發(fā)出 0005+，0007+ 1301+ 啟泵信號(hào)發(fā)出1310（停泵保持繼電器復(fù)位，解除停泵信號(hào)） 停泵信號(hào)發(fā)出啟泵保持繼電器復(fù)位,啟泵信號(hào)解除0006或0008 1200+ (短時(shí)帶電) 1300+ 3、自動(dòng)狀態(tài)時(shí)水泵電機(jī)的工作方式選擇及啟動(dòng)自動(dòng)狀態(tài)時(shí)水泵電機(jī)的工作方式選擇信號(hào)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(dòng)/手動(dòng)選擇一樣,這兩種工作方式之間也需要互鎖,同樣通過(guò)KEEP指令來(lái)實(shí)現(xiàn).

10、自動(dòng)工作時(shí)1#水泵為工作泵, 2#水泵為備用泵的工作過(guò)程如下:1101+1301+（液位信號(hào)允許起泵）1401+ 0504+（1#水泵正常工作）由于1000已帶電(自動(dòng)狀態(tài)),此時(shí)若SWK1按下4、手動(dòng)狀態(tài)時(shí)水泵的單獨(dú)起?？紤]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(dòng)工作方式下時(shí)，有必要在控制室設(shè)置一水位信號(hào)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(hào)應(yīng)該與自動(dòng)狀態(tài)時(shí)高低位水箱里的干簧水位信號(hào)器的邏輯相同，所以就將自動(dòng)狀態(tài)時(shí)的水位邏輯作為手動(dòng)工作時(shí)的起停泵邏輯，用兩個(gè)指示燈分別表示手動(dòng)方式時(shí)的“允許起泵”和“必須停泵”信號(hào)。工作過(guò)程如下：手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，

11、1001+，若1301+，則表示可以起泵了，此時(shí)是否起泵完全由手動(dòng)啟動(dòng)按鈕 SWK1,SWK2決定?！霸试S起泵”信號(hào)由KEEP指令實(shí)現(xiàn)，且只有在手動(dòng)工作方式時(shí)有效，自動(dòng)工作方式時(shí)，通過(guò)1000將其互鎖。而且“允許起泵”信號(hào)和“必須停泵”信號(hào)必須互鎖?！氨仨毻１谩毙盘?hào)的產(chǎn)生原理類似于“允許起泵”信號(hào)，它也是由水位信號(hào)器發(fā)出的，到底何時(shí)停泵，何時(shí)起泵完全由操作人員自主決定，只不過(guò)起泵必須在“允許起泵”指示燈亮了之后進(jìn)行，而停泵的最終期限為“必須停泵”指示燈亮。起停過(guò)程由操作人員根據(jù)指示燈狀態(tài)自主進(jìn)行，適合在際環(huán)境中使用。5、故障檢測(cè)與備泵自投在本設(shè)計(jì)中，將系統(tǒng)的故障簡(jiǎn)化為兩種類型：一個(gè)是電機(jī)的過(guò)載

12、，這一信號(hào)可由設(shè)在電機(jī)主回路中的熱繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)發(fā)出（當(dāng)水泵電機(jī)過(guò)負(fù)荷或者缺相時(shí)），所以可將這一信號(hào)設(shè)為備泵自投信號(hào)；另一個(gè)故障是接觸器水泵工作過(guò)程中或啟動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)的銜鐵卡澀，導(dǎo)致接觸器線圈雖帶電但觸點(diǎn)不動(dòng)作，所以電機(jī)就無(wú)法正常工作。在設(shè)計(jì)中將兩個(gè)接觸器的常閉觸點(diǎn)接入PLC用于監(jiān)視接觸器的工作情況并將此信號(hào)也作為一個(gè)備泵自投信號(hào)。另外?？紤]到接觸器的動(dòng)作時(shí)間小于PLC的掃描時(shí)間，所以為了排除啟動(dòng)時(shí)的虛假故障信號(hào)，在梯形圖中設(shè)置了時(shí)間繼電器TIM01 進(jìn)行5秒的延時(shí)，如果延時(shí)時(shí)間到，且接觸器的故障信號(hào)還存在，則啟動(dòng)備用泵。由于熱繼電器本身就具有過(guò)載延時(shí)，所以一旦熱繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)作，則立即啟動(dòng)

13、備泵并給出報(bào)警。具體工作過(guò)程如下：0504（1#泵停） 過(guò)載：假設(shè)1#水泵過(guò)載，則0009+1002+0505+（啟動(dòng)2#備用泵）0500+（故障指示燈HL1 亮， HA1報(bào)警） 接觸器1KM故障：設(shè)線圈KM1帶電，但其觸點(diǎn)沒(méi)動(dòng)作，即：0504+，0013+ 0504+（停止1#水泵） 延時(shí)5S TIM01+1002+ 0505+（啟動(dòng)2#備用泵） 0500+（故障指示燈HL1亮，HA1報(bào)警） 當(dāng)延時(shí)5秒沒(méi)到時(shí)，若0013，則不會(huì)啟動(dòng)備泵自投信號(hào)1002。同理，當(dāng)2#水泵為工作泵，1#水泵為備用泵，出故障時(shí)也能實(shí)現(xiàn)備泵自投。四、用戶操作說(shuō)明本系統(tǒng)為高低位水箱供水系統(tǒng)，請(qǐng)使用者務(wù)必按操作說(shuō)明進(jìn)行

14、。在使用之前請(qǐng)先打開(kāi)控制箱門(mén)，合上低壓斷路器QF,檢查PLC是否正常帶電。1、 系統(tǒng)手動(dòng)工作操作說(shuō)明：按下控制箱面板上的手動(dòng)工作方式選擇按鈕SMAN，此時(shí)手動(dòng)工作指示燈 HL6亮 ，表示系統(tǒng)已進(jìn)入手動(dòng)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(gè)水泵正常工作時(shí)，相應(yīng)的水泵工作指示燈 HL3 ，HL4將維持點(diǎn)亮直到相應(yīng)的水泵停止工作。需要停泵時(shí)，只需按下停泵按鈕 STP1或STP2即可。2、 系統(tǒng)自動(dòng)工作操作說(shuō)明：需要系統(tǒng)自動(dòng)工作時(shí)，首先按下自動(dòng)工作方式選擇按鈕SATO，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)退出手動(dòng)工作方式，進(jìn)入自動(dòng)工作模式，并等待用戶發(fā)出機(jī)組選擇信號(hào)。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(dòng)運(yùn)行。3、 注意事項(xiàng)： 由于本系統(tǒng)在自動(dòng)手動(dòng)方式工作時(shí)是分時(shí)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(shí)都按同樣的按鈕會(huì)產(chǎn)生什么影響。 為了保證系統(tǒng)安全長(zhǎng)久運(yùn)行，本系統(tǒng)對(duì)手動(dòng)工作方式有一定的限制：在高位水箱的水位達(dá)到高位或低位水位達(dá)到低位之前，如果使用者還沒(méi)有停泵，則系統(tǒng)將自動(dòng)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(shí)只有當(dāng)高位水箱的水位達(dá)到低位且低位水位達(dá)到高位時(shí)才允許使用者手動(dòng)啟動(dòng)泵。五、元器件選型1、交流接觸器單個(gè)電機(jī)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?yàn)橄到y(tǒng)中電機(jī)為5.5KW，電源線電壓為380V ，所以電機(jī)正常工作時(shí)應(yīng)為三角形接法。選帶有段相保護(hù)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(jī)驅(qū)動(dòng)，所以選用選擇熔斷器時(shí)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(dòng)力供電支線用斷路器的動(dòng)作電流整定原則，現(xiàn)采用非選擇型二段式（過(guò)載延時(shí)及短路瞬動(dòng)保護(hù)）保護(hù)，各參數(shù)計(jì)算如下： 斷路器額定電壓UN=380V。 過(guò)載保護(hù)：Idz1=KkIN,取Kk=1.1，則Idz1=11A,所以干路上電流約為22A。 短路瞬動(dòng)保護(hù)： Idz2=(1012)IN,則干路上短路瞬動(dòng)電流至少應(yīng)為220A. 綜合以上各個(gè)條件選DZX7-2522F2TH型低壓斷路器。6、 按鈕開(kāi)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(hào)名稱型號(hào)數(shù)量單位1交流接觸器LC1-D129MA652個(gè)2熱繼電器LR1-D123161個(gè)3熔斷

18、器RL1-602個(gè)48、 低壓斷路器DZX7-2522F2TH1個(gè)5按鈕開(kāi)關(guān)LAY5-10M3.14152FTH6個(gè)六、結(jié)束語(yǔ)1、設(shè)計(jì)的收獲與體會(huì)電氣控制技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，一些理論上的東西只有經(jīng)過(guò)了實(shí)踐鍛煉才能真正的被我們掌握。在此次課程設(shè)計(jì)中，我通過(guò)查找資料，與同學(xué)討論，解決了一個(gè)又一個(gè)問(wèn)題，最終較為成功的設(shè)計(jì)出了這個(gè)系統(tǒng)。此次課設(shè)使我對(duì)用PLC 設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，而且初步具備了設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)工程的能力。這些都為我們將來(lái)的工作打下了良好而堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。2、系統(tǒng)再認(rèn)識(shí)本系統(tǒng)為開(kāi)關(guān)量的控制系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)成本低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是控制精度不高，缺乏實(shí)時(shí)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(jì)一現(xiàn)在較為流行的變頻衡壓供水系統(tǒng)。由于在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中始終堅(jiān)持以“操作簡(jiǎn)潔、明了、節(jié)約、實(shí)用”為原則，所以該系統(tǒng)還是具有其可以競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)。七、指令語(yǔ)言程序電氣原理圖中梯形圖的指令語(yǔ)言程序如下：LD0003LD1000OR1002LD1001OR1001LD0012KEEP1000AND1301OR1003LD0004ILOR1300LD1000LD1101KEEP0505KEEP1001DIFU1401LD0504LD1000LD1102AND0013OUT0506DIFU1402LD0505LD1001ILCAND0014OUT0507LD1001OR LDLD0000AND1301TIM01LD1102LD0503#0050KEEP1101OR1000LDTIM01L