高低位水箱供水電氣控制系統(tǒng)

一、控制要求本設(shè)計為民用建筑生活水泵電器控制系統(tǒng)設(shè)計，采用OMRONPLC為中心控制單元。要設(shè)計出控制系統(tǒng)原理圖、元件布置圖，接線圖。其具體控制要求為：高地位水箱均設(shè)水位信號器，高位水箱水位達到低位，低位水箱水位達到高位時，水泵起動；高位水箱達到高位或低位水箱達到低位時，水泵停止。兩臺水泵輪番工作，一臺水泵工作24小時后，另一臺水泵自動投入工作。當工作泵出現(xiàn)故障時，備用泵自投并報警。具有手動，自動工作方式。各種指示和報警。二、控制系統(tǒng)設(shè)計1、基本設(shè)計思路在高層建筑中，水泵及其設(shè)備控制室一般位于建筑物的地下層，水箱通常設(shè)于建筑的頂部。這樣，將水箱中的水位信號傳送的設(shè)備控制柜需傳輸相當長的一段距離。為了避免信號傳輸過程中由于信號線中途接地等故障引起的繼電器誤動作，信號控制回路通常采用220V及以下的電壓，本設(shè)計采用220V的交流電。另外，由于水位信號器為小容量的繼電器，其觸點不適合于直接控制接觸器，因此，需要通過中間繼電器進行中間轉(zhuǎn)換。根據(jù)控制要求（1），系統(tǒng)電路共有主電路、信號電路和控制電路等三部分組成。根據(jù)水泵控制要求1，水泵電動機的起動和停止應(yīng)受高位水箱水位信號器和低位水箱水位信號器發(fā)出信號控制。當?shù)臀凰渌粸楦咚?，且高位水箱水位為低水位時發(fā)出起泵信號，當?shù)臀凰渌粸榈退?，或高位水箱水位為高水位時發(fā)出停泵信號。根據(jù)控制要求（2），工作泵不能正常運行時，備泵應(yīng)能自動投入。工作泵與備用泵二者工況轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是尋找一個合適的轉(zhuǎn)換信號，即能反映工作泵不能正常運行的信號。一般情況下，水泵不能正常運行的原因為：（1）運行繼電器的銜鐵卡住，觸點不能正常吸合；（2）水泵運行過程中，電動機因過載或線路發(fā)生短路等故障而保護停機。這兩種停機情況反映在接觸器上即是接觸器的觸點機構(gòu)不能動作，其常閉觸點處于閉合狀態(tài)，因此，接觸器的常閉觸點的閉合與否反映了電動機的工作情況。故可利用接觸器的常閉觸點見識電動機的運行情況并作為備泵電動機的起泵信號。為了與正常停機相區(qū)別，由常閉觸點控制備泵起泵的信號回路受工作泵起泵信號制約，即備泵自投信號僅在工作泵起泵信號發(fā)出后方起作用。為了判別工作泵是否是因為故障不能起動，同時為了消除干擾信號的影響，備泵自投信號應(yīng)延時發(fā)出。本設(shè)計延時時間為10秒。工作泵和備用泵功能可互換，故采用按鈕方式，按下SB2時1號泵為工作泵，2號泵為備用泵；按下SB3時，1號泵為備用泵，2號泵為工作泵，均為自動方式。根據(jù)控制要求（3），要有手動及自動工作方式，這兩種工作方式的轉(zhuǎn)換可通過按鈕來控制，當按下SB1時，工作方式為手動，再用兩個旋鈕來分別實現(xiàn)1號和2號泵的起動（ST1、ST2）和停機（STP1、STP2）。以上工作方式和手自動的轉(zhuǎn)換也可用萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)，但會增加PLC的輸入點個數(shù)，故本設(shè)計全部采用普通按鈕加上中間繼電器來實現(xiàn)。根據(jù)控制要求（4），水泵電動機運行時應(yīng)有運行指示，備泵自投時也應(yīng)發(fā)出指示，另外在加一個電源上電指示燈。所以一共需要4個指示燈。若出現(xiàn)故障，為了盡快通知工作人員及時排除故障，當任何一臺水泵出現(xiàn)故障時，要用警鈴作

為報警指示。2、主電路設(shè)計因為兩臺水泵電動機功率均為5.5KW,故可以直接起動。分別用接觸器KM1、KM2來控制兩臺水泵電動機的接通和切斷；用空氣開關(guān)QF1、QF2作為電機的短路保護；用熱繼電器FR1、FR2作為電機的過載保護。三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計3.1、I/O點數(shù)確定及PLC外部接線輸入點數(shù)確定本設(shè)計共用了4個水位繼電器觸點，KP1、KP2、KPH、KPL；1個手動功能切換按鈕SB1;2個工作泵與備用泵切換按鈕SB2、SB3；2個控制1號電機起停按鈕ST1、STP1；2個控制2號電機起停按鈕ST2、STP2；還有2個M1、M2電機的熱保護觸點FR1、FR2。所以共需13個輸入點。輸出點數(shù)確定如圖1-2所示，占用輸出點數(shù)的有2個M1、M2的控制接觸器KM1、KM2；1個通電指示燈HL1;1個工作泵故障備泵自投指示燈HL2；1個故障報警警鈴HA；2個電機運行指示燈HL3、HL4。而中間繼電器KA1-KA6由PLC的內(nèi)部輔助繼電器來實現(xiàn)，故一共需7個輸出點即可。綜上所述：可統(tǒng)計出現(xiàn)場輸入信號共13個，輸出信號共7個，故所選PLC型號為ORMONC28P。它可以實現(xiàn)16點輸入，12點輸出的控制，適合本系統(tǒng)的控制，而且為以后的擴展留有一定得裕量。PLC的I/O分配表如表1所示:表1I/O分配表輸入輸出現(xiàn)場信號PLC地址現(xiàn)場信號PLC地址低位水箱下限觸點KP10001M1接觸器KM10501低位水箱上限觸點KP20002M2接觸器KM20502高位水箱上限觸點KPH0003通電指示燈HL10507高位水箱下限觸點KPL0004故障報警警鈴HA0508手動M1啟動按鈕ST10005工作泵故障備泵自投指示燈HL20509手動M2啟動按鈕ST20006M1電機運行指示燈HL30510手動M1停止按鈕STP10007M2電機運行指示燈HL30511手動M2停止按鈕STP20008切換為手動方式按鈕SB10009設(shè)置為M1工作泵、M2備用泵按鈕SB20010設(shè)置為M1備用泵、M2工作泵按鈕SB30011M1熱繼電器FR10012M2熱繼電器FR20013輸入輸出點數(shù)確定后便可以得到PLC的外部接線圖,各接觸器及指示燈、警鈴均采用交流220V電源供電。3.2、梯形圖的設(shè)計與分析PLC具體的輸入輸出對應(yīng)關(guān)系如表1I/O分配表所示。1、 自動控制（1） 按下SB2，中間繼電器1010得電，常開觸點閉合，SB2自鎖，M1為工作泵，M2為備用泵。正常工作時，當?shù)叵滤疄楦咚粫r，KP1、KP2均閉合。此時若高位水箱為低水位，KPL閉合，KA1線圈電路接通，KM1得電，1號泵啟動運行，同時指示燈HL3點亮。直到高位水箱中的水位達到高水位時，水位信號器KPH動作，觸點打開，KA1失電，KM1失電，水泵停止供水。當KA1閉合，M1卻因故障不能啟動運行或運行過程中故障停車時，KM1常閉觸點復(fù)位閉合，警鈴HA得電接通發(fā)出事故聲響，HL2點亮提示事故發(fā)生，同時時間繼電器KT線圈得電，延時10秒后，KA2吸合，KM2得電，備泵M2投入運行。當?shù)叵滤爻鲇诘退粫r，水位信號器KP1打開，KA1不能得電，不能送出高位水箱的信號；同樣的，當?shù)叵滤厮晃催_到允許抽水的高水位信號時，水位信號器KP2不能閉合，KA1也不能得電，此兩種情況下，無論高位水箱水位如何均不能自動起泵。（2） 按下SB3，中間繼電器1011得電，常開觸點閉合，SB3自鎖，M2為工作泵，M1為備用泵，工作過程原理與上述相似。2、 手動控制按下SB1，中間繼電器1012得電，常開觸點閉合，SB1自鎖，信號控制回路不起作用，可以通過按鈕ST1、STP1實現(xiàn)對M1的啟停控制，通過按鈕ST2、STP2實現(xiàn)對M2的啟?？刂?。3、各種指示及報警HL1為電源上電指示燈。只要PLC一上電，則1813立即為ON，使輸出繼電器0512為ON，HL1回路被接通，指示燈亮，表示系統(tǒng)已經(jīng)得電。HL2為備泵自投信號指示燈。當工作泵出現(xiàn)故障時，0501或0502的常閉觸點為ON，使輸出繼電器0510得電，HL2回路被接通，指示燈亮，表示備泵自投。HL3為1號泵運行指示。由于HL3直接并聯(lián)在KM1兩端，只要輸出繼電器0501為ON，在接觸器KM1得電的同時指示燈亮，表示1號泵處于運行狀態(tài)。HL4為2號泵運行指示。由于HL4直接并聯(lián)在KM2兩端，只要輸出繼電器0502為ON，在接觸器KM2得電的同時指示燈亮，表示2號泵處于運行狀態(tài)。HA為故障報警警鈴。若某一個工作泵出現(xiàn)故障，則KM1或KM2的常閉觸點為ON，使輸出繼電器0511為ON，警鈴所在回路接通，發(fā)出故障報警聲。3.3、指令語言的編寫根據(jù)梯形圖可得指令語言如下：LD1813OUT0507LDNOT0001LD0002OR1005ANDLDANDLDANDNOT0003LD0004OR1005ANDLDOUT1005LD1005OUTTR0AND0010OR1010OUTTR1ANDNOT1011ANDNOT1012OUT1010LDTR1ANDNOT0501LDTR0AND1011OR0011OUTTR2AND0502ORLDANDNOT1000OUTTR3TIM00#0100LDTR3OUT0511LDTR2ANDNOT1010ANDNOT1012OUT1011LDTR0ANDTIM00OR1000OUTTR4OUT1000LDTR4OUT0509LD0009OR1012OUTTR0ANDNOT1010ANDNOT1011OUT1012LDTR0ANDNOT0007LD0005OR0501ANDLDLD1010AND1005ORLDLD1011AND1000ORLDANDNOT0502ANDNOT0012OUT0501LD0501OUT0510LD1010ANDNOT0008LD0006OR0502ANDLDLD1011AND1005ORLDLD1010AND1000ORLDANDNOT0501ANDNOT0013OUT0502LD0502OUT0511四、柜內(nèi)外安裝布置圖設(shè)計4.1元器件的選擇、接觸器的選擇假設(shè)cos?=0.85，當P=5.5KW，U=380V時由P="3UIcos^得：I=P/(1.732Ucos?)^10A接觸器線圈的額定電壓為220V，故所選接觸器的型號為LC1-D18,數(shù)量為2個，、熱繼電器的選擇由于功率大于4KW的電機繞組多為三角形接法，所以應(yīng)該選用具有斷相保護功能的熱繼電器。因為電機的額定電流約為10A，故選用的熱繼電器的型號為LR1-D12316，熱元件的整定電流范圍是10~13A，380V功率為5.5KW。、信號繼電器的選擇信號繼電器選用浮球水位信號器，高低位水箱均需一個常開觸點和常閉觸點即可。故選用的浮球磁性開關(guān)的型號為FQS-4，數(shù)量為2個。、空氣開關(guān)的選擇因為電機的額定電流約為10A，故額定電壓為380V。用作電動機的短路保護時，瞬動脫扣器的整定電流Idz=(10-12)Ie=(10-12)X10=(100-120)A，故選用的空氣開關(guān)型號為DZX72520O控制柜的選擇由于控制柜內(nèi)及面板上所安裝的元器件均比較少，選用標準柜即浪費空間又不經(jīng)濟，不符合實際，所以控制柜選用非標準柜，根據(jù)所選元件的尺寸設(shè)計控制柜，其外部尺寸為500X800X200(單位為mm)。、其他元器件的選擇指示燈、旋鈕、警鈴、端子排等元器件的選擇型號見附表1。4.2柜內(nèi)外安裝布置圖元器件在控制柜內(nèi)從上到下依次為空氣開關(guān)、接觸器、熱繼電器、PLC、接線端子排。主電路、控制電路原理圖、接線圖及控制面板箱內(nèi)外布置圖見圖紙部分。高低位水箱供水電氣控制系統(tǒng)

使用說明書本系統(tǒng)以PLC為中心控制器件。能自動監(jiān)視高低位水箱水位情況，并根據(jù)水位號器采集到的信號來決定是否啟動水泵。一共設(shè)置2臺水泵，1臺為工作泵，另一臺為備用泵，兩泵的工作狀態(tài)可以在任意時刻進行切換。讓兩臺電動機分時工作，并且在工作泵出?故障時，備用泵能在短暫延時后自啟動。本系統(tǒng)常用于高層建筑，自來水廠的水壓不能直接為大廈的高層和中層供水。安裝本系統(tǒng)后，可以保證大廈的高層和中層正常的供水需求。一、 主要技術(shù)指標：額定電壓和頻率：380V/220V；50HZ備用泵投入工作延時時間：10秒二、 安裝，調(diào)試方法：在安裝前檢查性能，合上空開，電源指示燈HL1亮，水位信號指示回路開始工作，監(jiān)視水位。若達到水泵啟動要求，則指示燈HL3亮，1號電機啟動。檢查運行情況，若一切正常運行，再設(shè)置人為故障，此時警鈴報警。再檢查2號電機能否經(jīng)過10秒延時后自啟動，及備泵自投信號燈HL2是否會亮。在一臺泵工作若干小時后進行主/備泵切換，看切換能否正常進行，若能自動切換，則說明設(shè)計成功。在高低位水箱中，應(yīng)保持水箱的潔凈，以免影響到水位信號器的檢測。定期排專人維護管理，防止線路出現(xiàn)人為損壞或老化，及時排除故障。三、使用方法：主/備泵切換：SB2、SB3按鈕為主/備泵切換旋鈕，按下SB2按鈕M1為主泵，M2為備用泵，按下SB3按鈕M2為主泵，M1為備用泵。手/自動切換：按下SB1按鈕，系統(tǒng)為手動控制方式運行。平常情況下，控制系統(tǒng)處于自動狀態(tài)下，在系統(tǒng)調(diào)試或是出現(xiàn)故障的情況下，使系統(tǒng)處于手動狀態(tài)下。手動起停：ST1、STP1分別是電動機M1起、停按鈕；ST2、STP2分別是電動機M2起、停按鈕。各種指示燈及警鈴：指示燈HL1為電源指示，表示系統(tǒng)上電；指示燈HL2為備泵自投指示；指示燈HL3為M1泵運行指示；指示燈HL4為M2泵運行