高低位水箱供水電氣控制系統(tǒng)

一、控制要求本設(shè)計(jì)為民用建筑生活水泵電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用OMRONPLC為中心控制單元。要設(shè)計(jì)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(hào)器，高位水箱水位達(dá)到低位，低位水箱水位達(dá)到高位時(shí)，水泵起動(dòng)；高位水箱達(dá)到高位或低位水箱達(dá)到低位時(shí)，水泵停止。兩臺(tái)水泵輪番工作，一臺(tái)水泵工作24小時(shí)后，另一臺(tái)水泵自動(dòng)投入工作。當(dāng)工作泵出現(xiàn)故障時(shí)，備用泵自投并報(bào)警。具有手動(dòng)，自動(dòng)工作方式。各種指示和報(bào)警。二、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、基本設(shè)計(jì)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(hào)傳送的設(shè)備控制柜需傳輸相當(dāng)長(zhǎng)的一段距離。為了避免信號(hào)傳輸過(guò)程中由于信號(hào)線中途接地等故障引起的繼電器誤動(dòng)作，信號(hào)控制回路通常采用220V及以下的電壓，本設(shè)計(jì)采用220V的交流電。另外，由于水位信號(hào)器為小容量的繼電器，其觸點(diǎn)不適合于直接控制接觸器，因此，需要通過(guò)中間繼電器進(jìn)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(hào)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(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止應(yīng)受高位水箱水位信號(hào)器和低位水箱水位信號(hào)器發(fā)出信號(hào)控制。當(dāng)?shù)臀凰渌粸楦咚?，且高位水箱水位為低水位時(shí)發(fā)出起泵信號(hào)，當(dāng)?shù)臀凰渌粸榈退?，或高位水箱水位為高水位時(shí)發(fā)出停泵信號(hào)。根據(jù)控制要求（2），工作泵不能正常運(yùn)行時(shí)，備泵應(yīng)能自動(dòng)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(gè)合適的轉(zhuǎn)換信號(hào)，即能反映工作泵不能正常運(yùn)行的信號(hào)。一般情況下，水泵不能正常運(yùn)行的原因?yàn)椋海?）運(yùn)行繼電器的銜鐵卡住，觸點(diǎn)不能正常吸合；（2）水泵運(yùn)行過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)因過(guò)載或線路發(fā)生短路等故障而保護(hù)停機(jī)。這兩種停機(jī)情況反映在接觸器上即是接觸器的觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)不能動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，因此，接觸器的常閉觸點(diǎn)的閉合與否反映了電動(dòng)機(jī)的工作情況。故可利用接觸器的常閉觸點(diǎn)見(jiàn)識(shí)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況并作為備泵電動(dòng)機(jī)的起泵信號(hào)。為了與正常停機(jī)相區(qū)別，由常閉觸點(diǎn)控制備泵起泵的信號(hào)回路受工作泵起泵信號(hào)制約，即備泵自投信號(hào)僅在工作泵起泵信號(hào)發(fā)出后方起作用。為了判別工作泵是否是因?yàn)楣收喜荒芷饎?dòng)，同時(shí)為了消除干擾信號(hào)的影響，備泵自投信號(hào)應(yīng)延時(shí)發(fā)出。本設(shè)計(jì)延時(shí)時(shí)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(shí)1號(hào)泵為工作泵，2號(hào)泵為備用泵；按下SB3時(shí)，1號(hào)泵為備用泵，2號(hào)泵為工作泵，均為自動(dòng)方式。根據(jù)控制要求（3），要有手動(dòng)及自動(dòng)工作方式，這兩種工作方式的轉(zhuǎn)換可通過(guò)按鈕來(lái)控制，當(dāng)按下SB1時(shí)，工作方式為手動(dòng)，再用兩個(gè)旋鈕來(lái)分別實(shí)現(xiàn)1號(hào)和2號(hào)泵的起動(dòng)（ST1、ST2）和停機(jī)（STP1、STP2）。以上工作方式和手自動(dòng)的轉(zhuǎn)換也可用萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但會(huì)增加PLC的輸入點(diǎn)個(gè)數(shù)，故本設(shè)計(jì)全部采用普通按鈕加上中間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)控制要求（4），水泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)應(yīng)有運(yùn)行指示，備泵自投時(shí)也應(yīng)發(fā)出指示，另外在加一個(gè)電源上電指示燈。所以一共需要4個(gè)指示燈。若出現(xiàn)故障，為了盡快通知工作人員及時(shí)排除故障，當(dāng)任何一臺(tái)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，要用警鈴作

為報(bào)警指示。2、主電路設(shè)計(jì)因?yàn)閮膳_(tái)水泵電動(dòng)機(jī)功率均為5.5KW,故可以直接起動(dòng)。分別用接觸器KM1、KM2來(lái)控制兩臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)的接通和切斷；用空氣開(kāi)關(guān)QF1、QF2作為電機(jī)的短路保護(hù)；用熱繼電器FR1、FR2作為電機(jī)的過(guò)載保護(hù)。三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1、I/O點(diǎn)數(shù)確定及PLC外部接線輸入點(diǎn)數(shù)確定本設(shè)計(jì)共用了4個(gè)水位繼電器觸點(diǎn)，KP1、KP2、KPH、KPL；1個(gè)手動(dòng)功能切換按鈕SB1;2個(gè)工作泵與備用泵切換按鈕SB2、SB3；2個(gè)控制1號(hào)電機(jī)起停按鈕ST1、STP1；2個(gè)控制2號(hào)電機(jī)起停按鈕ST2、STP2；還有2個(gè)M1、M2電機(jī)的熱保護(hù)觸點(diǎn)FR1、FR2。所以共需13個(gè)輸入點(diǎn)。輸出點(diǎn)數(shù)確定如圖1-2所示，占用輸出點(diǎn)數(shù)的有2個(gè)M1、M2的控制接觸器KM1、KM2；1個(gè)通電指示燈HL1;1個(gè)工作泵故障備泵自投指示燈HL2；1個(gè)故障報(bào)警警鈴HA；2個(gè)電機(jī)運(yùn)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(lái)實(shí)現(xiàn)，故一共需7個(gè)輸出點(diǎn)即可。綜上所述：可統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)共13個(gè)，輸出信號(hào)共7個(gè)，故所選PLC型號(hào)為ORMONC28P。它可以實(shí)現(xiàn)16點(diǎn)輸入，12點(diǎn)輸出的控制，適合本系統(tǒng)的控制，而且為以后的擴(kuò)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(chǎng)信號(hào)PLC地址現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)PLC地址低位水箱下限觸點(diǎn)KP10001M1接觸器KM10501低位水箱上限觸點(diǎn)KP20002M2接觸器KM20502高位水箱上限觸點(diǎn)KPH0003通電指示燈HL10507高位水箱下限觸點(diǎn)KPL0004故障報(bào)警警鈴HA0508手動(dòng)M1啟動(dòng)按鈕ST10005工作泵故障備泵自投指示燈HL20509手動(dòng)M2啟動(dòng)按鈕ST20006M1電機(jī)運(yùn)行指示燈HL30510手動(dòng)M1停止按鈕STP10007M2電機(jī)運(yùn)行指示燈HL30511手動(dòng)M2停止按鈕STP20008切換為手動(dòng)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(diǎn)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(jì)與分析PLC具體的輸入輸出對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1I/O分配表所示。1、 自動(dòng)控制（1） 按下SB2，中間繼電器1010得電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，SB2自鎖，M1為工作泵，M2為備用泵。正常工作時(shí)，當(dāng)?shù)叵滤疄楦咚粫r(shí)，KP1、KP2均閉合。此時(shí)若高位水箱為低水位，KPL閉合，KA1線圈電路接通，KM1得電，1號(hào)泵啟動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)指示燈HL3點(diǎn)亮。直到高位水箱中的水位達(dá)到高水位時(shí)，水位信號(hào)器KPH動(dòng)作，觸點(diǎn)打開(kāi)，KA1失電，KM1失電，水泵停止供水。當(dāng)KA1閉合，M1卻因故障不能啟動(dòng)運(yùn)行或運(yùn)行過(guò)程中故障停車時(shí)，KM1常閉觸點(diǎn)復(fù)位閉合，警鈴HA得電接通發(fā)出事故聲響，HL2點(diǎn)亮提示事故發(fā)生，同時(shí)時(shí)間繼電器KT線圈得電，延時(shí)10秒后，KA2吸合，KM2得電，備泵M2投入運(yùn)行。當(dāng)?shù)叵滤爻鲇诘退粫r(shí)，水位信號(hào)器KP1打開(kāi)，KA1不能得電，不能送出高位水箱的信號(hào)；同樣的，當(dāng)?shù)叵滤厮晃催_(dá)到允許抽水的高水位信號(hào)時(shí)，水位信號(hào)器KP2不能閉合，KA1也不能得電，此兩種情況下，無(wú)論高位水箱水位如何均不能自動(dòng)起泵。（2） 按下SB3，中間繼電器1011得電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，SB3自鎖，M2為工作泵，M1為備用泵，工作過(guò)程原理與上述相似。2、 手動(dòng)控制按下SB1，中間繼電器1012得電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，SB1自鎖，信號(hào)控制回路不起作用，可以通過(guò)按鈕ST1、STP1實(shí)現(xiàn)對(duì)M1的啟停控制，通過(guò)按鈕ST2、STP2實(shí)現(xiàn)對(duì)M2的啟?？刂?。3、各種指示及報(bào)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(hào)指示燈。當(dāng)工作泵出現(xiàn)故障時(shí)，0501或0502的常閉觸點(diǎn)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(hào)泵運(yùn)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(shí)指示燈亮，表示1號(hào)泵處于運(yùn)行狀態(tài)。HL4為2號(hào)泵運(yùn)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(shí)指示燈亮，表示2號(hào)泵處于運(yùn)行狀態(tài)。HA為故障報(bào)警警鈴。若某一個(gè)工作泵出現(xiàn)故障，則KM1或KM2的常閉觸點(diǎn)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(bào)警聲。3.3、指令語(yǔ)言的編寫根據(jù)梯形圖可得指令語(yǔ)言如下：LD1813OUT0507LDNOT0001LD0002OR1005ANDLDANDLDANDNOT0003LD0004OR1005ANDLDOUT1005LD1005OUTTR0AND0010OR1010OUTTR1ANDNOT1011ANDNOT1012OUT1010LDTR1ANDNOT0501LDTR0AND1011OR0011OUTTR2AND0502ORLDANDNOT1000OUTTR3TIM00#0100LDTR3OUT0511LDTR2ANDNOT1010ANDNOT1012OUT1011LDTR0ANDTIM00OR1000OUTTR4OUT1000LDTR4OUT0509LD0009OR1012OUTTR0ANDNOT1010ANDNOT1011OUT1012LDTR0ANDNOT0007LD0005OR0501ANDLDLD1010AND1005ORLDLD1011AND1000ORLDANDNOT0502ANDNOT0012OUT0501LD0501OUT0510LD1010ANDNOT0008LD0006OR0502ANDLDLD1011AND1005ORLDLD1010AND1000ORLDANDNOT0501ANDNOT0013OUT0502LD0502OUT0511四、柜內(nèi)外安裝布置圖設(shè)計(jì)4.1元器件的選擇、接觸器的選擇假設(shè)cos?=0.85，當(dāng)P=5.5KW，U=380V時(shí)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(hào)為L(zhǎng)C1-D18,數(shù)量為2個(gè)，、熱繼電器的選擇由于功率大于4KW的電機(jī)繞組多為三角形接法，所以應(yīng)該選用具有斷相保護(hù)功能的熱繼電器。因?yàn)殡姍C(jī)的額定電流約為10A，故選用的熱繼電器的型號(hào)為L(zhǎng)R1-D12316，熱元件的整定電流范圍是10~13A，380V功率為5.5KW。、信號(hào)繼電器的選擇信號(hào)繼電器選用浮球水位信號(hào)器，高低位水箱均需一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)即可。故選用的浮球磁性開(kāi)關(guān)的型號(hào)為FQS-4，數(shù)量為2個(gè)。、空氣開(kāi)關(guān)的選擇因?yàn)殡姍C(jī)的額定電流約為10A，故額定電壓為380V。用作電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)時(shí)，瞬動(dòng)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(kāi)關(guān)型號(hào)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(biāo)準(zhǔn)柜即浪費(fèi)空間又不經(jīng)濟(jì)，不符合實(shí)際，所以控制柜選用非標(biāo)準(zhǔn)柜，根據(jù)所選元件的尺寸設(shè)計(jì)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(hào)見(jiàn)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(kāi)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(jiàn)圖紙部分。高低位水箱供水電氣控制系統(tǒng)

使用說(shuō)明書本系統(tǒng)以PLC為中心控制器件。能自動(dòng)監(jiān)視高低位水箱水位情況，并根據(jù)水位號(hào)器采集到的信號(hào)來(lái)決定是否啟動(dòng)水泵。一共設(shè)置2臺(tái)水泵，1臺(tái)為工作泵，另一臺(tái)為備用泵，兩泵的工作狀態(tài)可以在任意時(shí)刻進(jìn)行切換。讓兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分時(shí)工作，并且在工作泵出?故障時(shí)，備用泵能在短暫延時(shí)后自啟動(dòng)。本系統(tǒng)常用于高層建筑，自來(lái)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(biāo)：額定電壓和頻率：380V/220V；50HZ備用泵投入工作延時(shí)時(shí)間：10秒二、 安裝，調(diào)試方法：在安裝前檢查性能，合上空開(kāi)，電源指示燈HL1亮，水位信號(hào)指示回路開(kāi)始工作，監(jiān)視水位。若達(dá)到水泵啟動(dòng)要求，則指示燈HL3亮，1號(hào)電機(jī)啟動(dòng)。檢查運(yùn)行情況，若一切正常運(yùn)行，再設(shè)置人為故障，此時(shí)警鈴報(bào)警。再檢查2號(hào)電機(jī)能否經(jīng)過(guò)10秒延時(shí)后自啟動(dòng)，及備泵自投信號(hào)燈HL2是否會(huì)亮。在一臺(tái)泵工作若干小時(shí)后進(jìn)行主/備泵切換，看切換能否正常進(jìn)行，若能自動(dòng)切換，則說(shuō)明設(shè)計(jì)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(hào)器的檢測(cè)。定期排專人維護(hù)管理，防止線路出現(xiàn)人為損壞或老化，及時(shí)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(dòng)切換：按下SB1按鈕，系統(tǒng)為手動(dòng)控制方式運(yùn)行。平常情況下，控制系統(tǒng)處于自動(dòng)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(dòng)狀態(tài)下。手動(dòng)起停：ST1、STP1分別是電動(dòng)機(jī)M1起、停按鈕；ST2、STP2分別是電動(dòng)機(jī)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(yùn)行指示；指示燈HL4為M2泵運(yùn)行