水塔供水电气控制系统设计与调试概要.doc

电气控制技术综 合 实 验 报 告 书（C）题 目 水塔供水电气控制系统设计与调试 学院(部 电控学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 320410002 学生姓名 胡道金 学 号 3204100215 12 月 10 日至 12 月 21 日 共 2 周指导教师(签字 系 主 任(签字 2012年 12 月 1 日目录设计内容及要求： 1设计原始资料： 1PLC可编程控制器简介： 2水塔供水系统简介： 2对设计要求做分析如下： 3水塔供水电气控制系统设计： 3选型： 4主电路设计： 4控制电路设计： 5系统工作原理说明： 7程序调试： 8控制柜设计 ： 9接线安装设计 ： 9操作使用说明： 9参考文献： 10鸣谢： 10附录： 101、图表目录： 102、元件明细表 113、程序代码： 11设计内容及要求：通过对电气控制系统的设计，掌握电气控制系统设计的一般方法，能够设计出满足控制要求的电气原理图，安装布置图、接线图和控制箱的设计，并进行模拟调试。具有电气控制系统工程设计的初步能力。根据系统的控制要求，采用PLC为中心控制单元，设计出满足控制要求的控制系统并进行联机调试。设计原始资料：某生活小区内生活水塔，三台水泵供水。水泵电机5.5KW。1、 三台电机起动时间错开，即上一台电机起动5秒后，下一台电机才能起动。2、 三台水泵正常情况下两运行一备用。为防止备用泵长期闲置锈蚀，运行中，任一台电机出现故障，备用泵自投。3、 起动与停机条件：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。4、 设手动、自动工作方式。手动方式下各台水泵不联锁，用按钮分别对水泵起停控制。5、 各种指示及报警。PLC可编程控制器简介：可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程序控制器只能进行逻辑控制，随着技术的发展，可编程序控制器已经发展成为一种数字运算操作的电子系统，可以说是现在的可编程序控制器是专为工业应用下而设计的。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”PLC是通过执行程序来完成控制任务，PLC在执行程序的时候采用的是“先上后下，先左后右，扫描一行，执行一行。”的原则，因此程序的先后顺序对控制要求的实现与否有着重要的影响。特殊的扫描方式决定输入信号只能在输入采样阶段输入。在程序执行阶段，即使输入信号发生变化，输入映像存储区的状态不会发生变化，所以本次扫描不会得到响应，造成输入 / 输出之后的现象，导致程序不能达到控制要求。水塔供水系统简介：水塔供水系统是目前生活小区常用的供水系统。水塔水凭借高位重力势能，实现为小区内用户供水。当水塔水位降低到一定液位时，启动水泵从地面水池向上供水。该系统配置三台电机两运行一备用，用以实现故障自投。保障系统在一台电机故障情况下依然可以正常运转。水塔供水示意图如下。图一：水塔供水示意图对设计要求做分析如下：1>自动状态：将控制系统调至自动状态。启动前通过按钮选择备用电机。当水塔下限液位开关SL2启动或水池上限液位开关SL3启动，除选为备用的电机外另外两电机相差5秒依次运行。例如：选电机M1为备用电机，按下按钮。启动时电机M2先启动，延时5秒，电机M3启动。当水塔上限液位开关SL2启动或水池下限液位开关SL4启动，两个电机停止运行。2>手动状态：将控制系统调至手动状态。三台电机互不连锁。分别用两个按钮控制每个电机的启动、停止。例如：对电机M1按下电机M1启动按钮，电机M1启动；按下电机M1停止按钮，电机M1停止运行。3>故障状态：电机运行中两运行一备用。当运行中某一电机发生故障，备用电机解除备用状态，延时5秒，自投。例如：电机M1备用，当另外两台电机其中一台出现故障，PLC接收信号解除电机M1的备用状态，延时5秒，投入使用。4>各种指示及报警：各电机启动指示灯，各电机故障报警警铃。水塔供水电气控制系统设计：选型： 1>PLC的选型：此系统中只有三台电动机，有手动和自动俩种运行方式及各电动机过载的声光报警。对于输入输出的点数的需求量不是很大，且没有在线编程的要求以及模拟量输入模块，程序也不是很大，不需要很大的内存，故此程序中选取华光PLC的SH32RI。此型号的PLC输入输出点数均布，十六输入十六输出。采用手持编程器。可以满足系统设计需求。2>元器件的选型：(1）、 接触器的选择P=5.5KW，U=380V时由P=1.732UIcos得：I=P/（1.732Ucos）9.3A。接触器线圈的额定电压为220V，故所选接触器的型号为NC8-12M，数量为3个， （2）、热继电器的选择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9.3A，即热元件的动作电流约为9.3A，故选用的热继电器的型号为JRS4-12316d热元件的额定电流为12A，并将其整定为12A。（3）、水位信号器的选择信号继电器选用浮球水位信号器，水塔和水箱均需一对常开触点和常闭触点。选用的浮球磁性开关的型号为FQS-4，数量为2个。（4）、 空气开关的选择电机的额定电流约为9.3A，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）*9.3=（93-111.6）A，故选用的空气开关规格为DZ-20-100。通过控制回路的电流比较小，所选空气开关的型号为DZ-20-10，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540X900X20（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元件明细表。主电路设计： 本系统采用三台小容量的电动机，采用直接启动的方式。通过接触器接入三相电源，接触器的选择依据电动机的容量确定。 图二：主电路原理图主电路如图二所示，其中QF1、QF2、QF3分别为主电路和各电动机的运行断路器，F1、F2、F3为熔断器。FR1、FR2、FR3分别为电动机过载保护用热继电器。热继电器和低压断路器依据被保护电路的电流选择。从而实现电机正常状态下 运行，非正常状态下保护。控制电路设计： 确定好按钮等输入开关，指示灯、警铃等输出设备。根据所选用PLC，对输入、输出端口进行分配。分配详细如表二。I/O口分配表： 输 入输 出 高位水箱高位I00电机1电源接触器KM1 Q00高位水箱低位I01电机2电源接触器KM2Q01低位水箱高位I02电机3电源接触器KM3Q02低位水箱低位I03电机1启动指示Q03电机1备用按钮SB8I04电机2启动指示Q04电机2备用按钮SB9I05电机3启动指示Q05电机3备用按钮SB10I06电机1故障指示Q06手动/自动工作方式选择旋钮SS（手）I07电机2故障指示Q07电机1启动按钮SB1I10电机3故障指示Q10电机1停止按钮SB2I11电机2启动按钮SB3I12电机2停止按钮SB4I13电机3启动按钮SB5I14电机3停止按钮SB6I15泵1热继电器触点FR1I16泵2热继电器触点FR2I17泵3热继电器触点FR3I20紧急停车按钮SB7I21表一：I/O口分配表PLC编程如下：图三：控制梯形图系统工作原理说明：当输入信号I07为ON时（即按下手动按钮SS），系统为调至手动工作方式。当输入信号I07为OFF时（即手动按钮不动作），系统为自动工作方式。当输入信号I04为ON时（即按下电机一备用按钮SB1），M01为ON，输出信号Q1不能得电，从而选择1号泵备用。同理当输入信号I05为ON时（即按下电机二备用按钮SB2）,2号泵备用。当输入信号为I06为ON时（即按下电机三备用按钮SB3），3号泵备用。水位信号作为输入的触点均为常开。当水塔水位达到低位下限时I00输入为ON,当水池水位到达高位上限时I01输入为ON。M00得电，进而除选为备用的电机外相继启动。即另外两个输出信号Qxx,Qxx为ON。延时时间设置了5秒。当水塔水位达到高位或水池水位达到低位时两运行电机自动停止。故障时，备用电机解除备用状态，延时5秒自投。同时接通故障电机对应警铃报警。以1号泵为例，自动工作方式下，I07为OFF，当1号泵为备用泵时，线圈M01为ON。水塔达到低水位下限时，或低位水箱达到高水位时，I01、I02 由OFF变为ON，线圈M00 变为ON,发出2号泵启动信号，线圈Q01变为ON并保持，KM2线圈得电，2号泵启动，相应的指示灯亮，定时器T0开始计时，5秒后定时器触点T0变为ON并保持，线圈Q02变为ON并保持，KM3线圈得电，3号泵启动，相应的指示灯亮。当高位水箱达到高水位或低位水箱达到低水位时，I00或I03为OFF，线圈M00复位，线圈失电，水泵停机。当水泵出现过载时，相应的热继电器触点闭合，相应的故障指示灯亮，定时器T1或T3 开始计时，5秒后，1号泵自投。若要紧急停车，按下SB7，I21由ON变为OFF，水泵全部停机。手动工作方式下，I07为ON，按下SB1，I10为ON，QOO为ON并保持，线圈KM1得电，1号泵启动。按下SB2，I11由ON变为OFF，KM1线圈失电，1号泵停机。2号泵备用、3号泵备用工作情况同上所述。程序调试：问题一：直接用水位信号作为电动机的启动信号，导致电机启动不能按预想状态启动，运行过程中，出现三台电机同时运行状态，问题分析：直接用水位信号作为电机启动信号导致程序逻辑不够清晰，以致信号输入错误或逻辑发生变化。从而影响电机正常状态。解决方案：利用辅助继电器M00设置水位上限信号和下限信号，用辅助继电器M01,M02，M03设置备用泵选择，充分利用中间继电器，调理逻辑。通过水位信号控制中间继电器M00/M01/M02/M03，再以中间继电器分别控制输出继电器信号，从而控制接触器动作。控制电机启停。备用泵选择信号同时作为电动机启动信号。按下备用泵选择按钮后，即启动相应的电动机。如图四所示。 图四：问题一修改方案实例问题二：程序在两台电机运行，故障自投时，总是会发生备用电机立即启动情况。没有按预期效果（故障后延时5S启动），其余功能基本正常。问题分析：在故障自投过程中，程序直接跳过了延时而立即自投。应该是故障电机对应的常闭触点将延时程序部分短接。以使程序中虽有延时但不起作用的局面。解决方案：对程序进一步仔细分析，修改如图五。 图五：解决故障自投不延时方案通过另外加延时程序部分“T4”、“T5”，分别单独给故障自投时提供延时。与启动延时彻底分开避免逻辑上的混乱。经调试验证此种设计程序修改方案成功。可以在任一电机做备用，故障自投时，都能实现延时五秒。至此，程序调试基本完成。控制柜设计 ：柜内外安装布置图。具体布置图见附录：图4所示。接线安装设计 ：接线图的设计。安装图见附录：图3所示。操作使用说明：按钮SS（手）为自动/手动工作方式转换开关，断开时默认为自动工作方式，闭合时为手动工作方式。自动工作方式状态下：按下SB8即为选择水泵1备用工作状态。按下SB9即为选择水泵2备用工作状态。按下SB10即为选择水泵3备用工作状态。手动工作方式状态下：按下SB1，水泵1启动。按下SB2，水泵1停止。按下SB3，水泵2启动。按下SB4，水泵2停止。按下SB5，水泵3启动。按下SB6，水泵3停止。紧急制动：头特殊情况需要停止所有水泵运行，按下SB7实现。参考文献：1建筑电气控制技术 王俭 建筑工业出版社2建筑电气控制技术 马小军 机械工业出版社鸣谢：两周的建筑电气综合实验，从题目分析-系统设计-编程序-程序调试-报告总结，每一个过程都不是一帆风顺。只有不断地请教老师，指导老师不厌其烦的帮着我分析一开始乱如麻的程序，才使得我思路一点点变得清晰，系统设计的一步步趋于完整。首先，向辛苦这么多天跑来为我们解惑的老师致以谢意和敬意。再者，通过两周的对完整系统的设计明显感觉的之前学的很多东西变的形象有了依托，能初步掌握所要设计一套完整系统的必备条件。同时，也是我们清楚地感觉到重要何为学习的重点。在构建专业思维的同时，提高了自己一定的操作水平，收获不少。附录：1、图表目录：1：主电路原理图+PLC外部接线图2：控制电路原理图（梯形图）3：接线图4：元件布置图2、元件明细表附表1 元器件明细表序号名称型号数量备注1接触器NC8-12M32热继电器JRS4-12316d33指示灯ND16-22 BS/23绿色(直径22mm）4PLC华光SH32RI15水位信号器FQS-446空气开关DZ-20-1003三相7空气开关DZ-20-102单相8线槽SWD-1519端子排RJ14HWP110控制箱1550X900X20（mm）11按钮NP2-BW1361 24V1130mm*40mm12熔断器RT36N-00/163表一：元件明细3、程序代码：LD I00OR I03RST M00LD I01AND I02SET M00LD I04SET M01LD I21OR I05OR I06RST M01LD I05SET M02LD I21OR I04OR I06RST M02LD I06SET M03LD I21OR I04OR I05RST M03LD M01AND M00ANDN I07OR T2OR T4LD I12OR Q01ANDN I13AND I07ORLDANDN I21ANDN I17OUT Q01LD M01AND Q01TMR T0 K50LD M02AND M00ANDN I07OR T0OR T5LD I14OR Q02AND I07 ANDN I15ORLDANDN I21ANDN I20OUT Q02LD M02AND Q02TMR T1 K50LD T1OR M03AND M00ANDN I07OR T3LD I10OR Q00AND I07ANDN I11ORLDANDN I21ANDN I16OUT Q00LD M03AND Q00TMR T2 K50LD I17OR I20AND M01TMR T3 K50LD 16OR I20AND M02TMR T4 K50LD I17OR I16AND M03TMR T5 K50LD I16OUT Q06LD I17OUT Q07LD I20OUT Q10LD Q00OUT Q03LD Q01OUT Q04LD Q02OUT Q05END