高低位水箱供水电气控制系统PLC课设报告.docx
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高低位水箱供水电气控制系统PLC课设报告
长安大学
电气控制技术
综合实验任务书(B)
题目PLC控制的高低位水箱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
学生姓名
学号
12月18日至12月29日共2周
指导教师(签字)
2017年11月22日
一、设计任务
1.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模拟调试。
2.设计原始资料
(1)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。
(2)两台水泵分工作泵和备用泵,可以互换,只有一台水泵工作。
(3)当工作泵出现故障时,备用泵自投。
水泵功率7.5KW。
(4)具有手动、自动工作方式。
(5)各种指示及报警。
二、分析设计
1.基本设计思路
在高层建筑中,水泵及其控制室一般位于建筑物的地下层,水箱通常设于大厦的顶部。
这样,将水箱的水位信号传输到控制柜需要相当长的距离。
为了避免信号在传输过程中因为各种干扰而引起继电器误动作,信号控制回路通常采用220V的电压。
另外,由于水位信号为小容量的继电器,其触点不适合于直接控制接触器,因此,需要通过中间继电器进行中间转换。
总体来说,为了便于线路的维修,管理等,应将辅助线路分为信号控制回路和电动机控制回路等几部分,这样,才能使控制线路的分工更加明确,可读性更强。
根据系统的控制要求,自动模式下水泵的起停由水位开关的水位信号控制。
水泵起动需要两个条件同时满足:
高位水箱达到低水位,低位水箱达到高水位;水泵停止是以下两个条件达到任一个:
高位水箱达到高水位,或低位水箱达到低水位。
本系统设有两个水泵,一个为主泵一个为备用泵。
自动模式下,当主泵发生故障时,系统会自动地启用备用泵投入工作。
主泵可以在两个水泵间自由切换。
此外系统还设计了手动工作模式,此模式下,每台水泵都可手动起停,满足调试和检修的需要。
2.主电路设计
根据控制要求及水泵的功率,经计算可确定两台水泵电机均可直接启动,如附录中原理图所示,每个电机分别用1个接触器控制其起停,1个热继电器进行过载保护,及1个低压断路器进行短路瞬时保护。
PLC选择及I/O分配
本系统设计有14个输入信号,9个输出信号,因此选择华光SH-32R2的PLC。
此型号具有20个输入点,12个输出点,能够满足设计要求,并为以后的扩展留有了一定裕量。
PLC的I/O分配表如下表2-1所示:
I/O分配表
输入
输出
低位水箱下限水位信号SL1
I0
M1接触器KM1
Q0
低位水箱上限水位信号SL2
I1
M2接触器KM2
Q1
高位水箱下限水位信号SL3
I2
故障警铃HA
Q2
高位水箱下限水位信号SL4
I3
备用泵启用指示灯HL1
Q3
系统启动按钮SB1
I4
M1故障指示灯HL2
Q4
主工作泵切换旋钮SA1
I5
M2故障指示灯HL3
Q5
M1手动/自动切换旋钮SA2
I6
M1手动模式指示灯HL4
Q6
M2手动/自动切换旋钮SA3
I7
M2手动模式指示灯HL5
Q7
M1手动起动按钮SB2
I10
系统上电指示灯HL6
Q10
M1手动停机按钮SB3
I11
M2手动起动按钮SB4
I12
M2手动停机按钮SB5
I13
M1热继电器FR1
I14
M2热继电器FR2
I15
表2-1I/O分配表
3.PLC接线设计
根据I/O分配表即可连接PLC电路,如附录中原理图所示,其输入输出均采用汇点式。
PLC输入各点共用PLC自带的24V直流电源,输出各点共用交流220V电源。
三、系统工作原理
梯形图和指令符语言程序如附录中所示。
1.系统启动
按下系统启动按钮SB1时,触点I5闭合,中间继电器M3接通并自锁,同时与M3并联的Q10得电使上电指示灯HL7工作。
2.自动模式
在M1手动/自动切换旋钮SA2和M2手动/自动切换旋钮SA3均打至闭合状态时,M1和M2为自动模式,系统能根据水位信号自动起停水泵,并在主工作泵故障时备泵自投。
将主工作泵切换旋钮SA1打至闭合状态,此时主工作泵为M1,打至断开时,主工作泵为M2。
以主工作泵为M1为例:
此时SA1和SA2闭合,常开触点I5和I6闭合。
若同时满足高位水箱达到低水位,低位水箱达到高水位的条件,即水位开关KL2和KL3都闭合时,常开触点I1和I2闭合,中间继电器M0得电并自锁。
与Q0相连的常开触点I5、I6、M0均闭合,Q0得电,接触器KM1闭合使M1起动。
当高位水箱达到高水位,或低位水箱达到低水位,即水位开关KL1和KL4任何一个闭合,常闭触点I0或I4断开,使M0失电并解除其自锁,并且与Q0相连的触点M0断开,Q0失电,接触器KM1断开使M1停止运行。
当M1发生过载使热继电器FR1闭合,导致与Q0相连的常闭触点I14断开,则Q0失电,与时间继电器T0相连的常闭触点Q0闭合,使T0和中间继电器M1得电,同时Q4得电使M1故障指示灯点亮。
常开触点M1闭合使Q2得电,故障警铃开始报警。
T0的设定值为10秒,10秒后,与Q1相连的触点T0闭合,Q1得电,接触器KM2闭合使M2起动。
此外,T0闭合时,Q3得电,使备用泵启用指示灯HL1点亮。
即M1过载后停机,10秒后M2会自动投入使用。
若M1为自动模式,M2为手动模式,则M2无法进行备泵自投。
因此在系统自动模式下,M1和M2都需要切换为自动。
将主工作泵设为M2时,原理与上述相同。
此外继电器Q0与Q1都与对方的常闭触点相串联,即保证了M1和M2不能同时运行。
3.手动模式
在M1手动/自动切换旋钮SA2或M2手动/自动切换旋钮SA3打至断开时,M1或M2为手动模式,此时水泵的运行和停止由人工控制而不受水位信号的控制。
以M1为手动模式为例:
此时SA2断开,常闭触点I6闭合,Q6得电使M1手动模式指示灯HL4点亮。
当按下M1手动起动按钮SB2,触点I10闭合,Q0得电并自锁,接触器KM1闭合使M1起动。
当按下M1手动停机按钮SB3,常闭触点I11断开使Q0失电并解除其自锁,KM1断开,M1停止运行。
M2为手动模式时,原理与上述相同。
四、元器件选型
1.交流接触器
单个电机回路中的电流估算如下:
In=Pn/(1.732×Un×cosφ)=7500/(380×1.732×0.9)≈12.7A
取In=13A,根据此值选择交流接触器型号为GSC1-18N,其额定工作电流为18A,尺寸为56*92*76,数量为2个。
2.热继电器
热继电器的选型根据电机的额定电路来确定,热继电器的额定电流=(0.95-1.05)In
根据所算额定电流选择热继电器型号为JRS4-18321d,其电流调节范围为12-18A,尺寸为45*94*65,数量为2个。
3.低压断路器
低压断路器的额定电流按照被保护电路的脱扣电流来选择。
脱扣电流=(1.5-2.5)In≈19-32A
电机支路上的低压断路器QF1和QF2选择的型号为DZX7-8040,其电流调节范围为25-40A,尺寸为61.5*121*120,数量为2个。
正常情况下,只有一台电机运行,干路上的压断路器QF0选择的型号为DZX7-8040,其电流调节范围为25-40A,尺寸为61.5*121*120,数量为1个。
PLC工作电流约为1A,PLC输出端的额定电流约为1A,所以低压断路器QF3和QF4选择的型号为DZX7-2507,其电流调节范围为1.6-2.5A,尺寸为46*83.5*98,数量为2个。
4.按钮与旋钮
按钮型号为XA2EA31,绿色平头复位按钮,直径尺寸为22mm,数量为5个。
旋钮型号为ZB4BD29,黑色滚花旋钮,直径尺寸为22mm,数量为3个。
5.指示灯与警铃
绿色指示灯型号为XA2EVM3LC,绿色LED灯,额定电压220V,直径尺寸为22mm,数量为4个。
红色指示灯型号为XA2EVM4LC,红色LED灯,额定电压220V,直径尺寸为22mm,数量为2个。
警铃型号为AD16-30SM,闪光蜂鸣器,额定电压220V,直径尺寸为30mm,数量为1个。
6.水位信号开关
水位信号开关型号为MD-UK221,电缆式水位浮球液位开关,额定电压220V,数量4个。
7.端子排
端子排型号为TD-2020,额定电流20A,端子数量20个。
本系统使用了18个端子,此型号能满足设计要求,并留有一定裕量。
8.电缆与导线
主电路所用电缆选择BV450/750V2.5mm²铜芯导线,其载流量为27A。
一般导线选择聚氯乙烯软管BVR5导线。
五、操作说明
本系统为高低位水箱供水系统,请使用者务必按操作说明进行。
在使用之前请先打开控制箱门,合上低压断路器,检查PLC是否正常带电。
主要技术指标:
额定电压和频率:
380V/220V5
备用泵投入工作延时时间:
10秒
1.系统启动
按下系统启动按钮SB1,上电指示灯点亮,系统启动后即可进行后续操作。
2.工作模式说明
本系统有自动与手动两种工作模式可供选择。
自动模式:
水泵的起停由水位开关的水位信号控制。
水泵起动需要两个条件同时满足:
高位水箱达到低水位,低位水箱达到高水位;水泵停止是以下两个条件达到任一个:
高位水箱达到高水位,或低位水箱达到低水位。
本系统设有两个水泵,一个为主泵一个为备用泵。
自动模式下,当主泵发生过载停机时,10秒后系统会自动地启用备用泵投入工作,并且相应水泵的故障信号灯点亮,警铃报警,备用泵启用指示灯点亮。
手动模式:
切换到此模式即有相应水泵的手动模式指示灯点亮。
每台水泵都可手动起停,不受水位信号控制,满足调试和检修的需要。
3.模式切换
自动模式:
将M1手动/自动切换旋钮SA2和M2手动/自动切换旋钮SA3均打至闭合状态时,即为自动模式。
注意:
若主泵为自动模式,备用泵为手动模式,则无法进行备泵自投。
手动模式:
在M1手动/自动切换旋钮SA2或M2手动/自动切换旋钮SA3打至断开时,M1或M2为手动模式。
按下M1手动起动按钮SB2,M1起动;按下M1手动停机按钮SB3,M1停止运行。
按下M2手动起动按钮SB4,M2起动;按下M2手动停机按钮SB5,M2停止运行。
4.主泵切换
将主工作泵切换旋钮SA1打至闭合状态,主工作泵为M1;打至断开时,主工作泵为M2。
六、收获与体会
本学期学了建筑电气控制技术这门课程,其中PLC相关理论的内容看似不难,落到实际应用上却并非那么简单。
拿到课题后,我比较轻松地完成了梯形图的初步设计,但在其他部分上却遇上各种各样的问题,多亏有老师与同学们的帮助,我才能顺利地完成这次课程设计。
首先是接线,自己对接线颇为生疏,在这上面花费了大量的时间,而且一开始对PLC接线的概念不是很明晰,经过几次修改之后才完全正确。
其次是开关的逻辑问题,我一开始错误的认为梯形图中使用了常闭触点,则实际对应使用的就是常闭开关,后来经过老师的讲解后才纠正了这个错误的想法。
这个问题实际上老师在课堂上强调过多次,但并没有十分理解和牢记正确的概念,但经过此次实验后我终于彻底理解并掌握了这个要点。
接线完成并向PLC输入完指令后,我的指令基本上能成功的运行下来,但仍有几处纰漏:
一是没有设计启动开关,这不符合实际的操作;二是只要接通电源,没有启动系统手动模式的指示灯就会点亮;三是手动模式下没有加入过载保护;四是手动模式设计成了点动,不符合实际的操作,在老师建议下最终修改成了长动和加上了停机按钮。
经过对梯形图的修改之后,这些纰漏全部都得到了纠正,并最终完成了设计任务。
还有在元器件选型和控制柜设计的方面上我可谓是一片茫然,但在老师耐心且细致的讲解下,让我明白了具体的思路方法和操作。
这次课设我收获良多,不仅体验了动手操作的过程,课堂上许多模糊不清的概念也得到了纠正和巩固,让我对PLC有了更深的认识。
最后再次感谢无私帮助我的老师和同学们。
七、结束语
可编程控制器(PLC)作为一种新型的工业自动化装置。
因其功能强大,可靠性高,操作使用方便而得到了广泛的应用,它在民用建筑行业中的应用也日益广泛。
本设计以PLC为中心控制单元设计了高低位水箱供水系统。
在本设计中,充分考虑到了设计方案的实用性,经济性以及用户操作的方便性。
在给出系统原理图的基础上,同时也附带了安装图,接线图及操作使用说明书;在保证设计要求及设计质量的基础上,用华光PLC实现所有功能,为用户提供了简单迅速的操作方式。
八、主要参考资料
1.建筑电气控制技术马小军机械工业出版社
2.建筑电气控制技术王俭建筑工业出版社
3.各种电器元件产品样本
九、附录
1.元件明细表
元件明细表
序号
元件名称
型号
数量
备注
1
交流接触器
GSC1-18N
2
2
低压断路器
DZX7-2522
3
三相
3
低压断路器
DZX7-2507
2
两相
4
热继电器
JRS4-18321d
2
6
按钮
XA2EA31
5
7
旋钮
ZB4BD29
3
8
指示灯
XA2EVM3LC
4
绿色
9
指示灯
XA2EVM4LC
6
红色
10
警铃
AD16-30SM
1
11
水位信号开关
MD-UK221
4
12
端子排
TD-2020
1
13
线槽
SWD-15
1
表9-1元件明细表
2.指令符语言
地址
指令
数据
地址
指令
数据
1
LD
I4
32
OR
Q1
2
OR
M3
33
ANDN
I7
3
OUT
M3
34
ANDN
I13
4
LD
Q10
35
LDN
I5
5
LD
I1
36
OR
T0
6
AND
I2
37
AND
M0
7
OR
M0
38
AND
I7
8
ANDN
I0
39
ANDN
Q0
9
ANDN
I4
40
ORLD
10
AND
M3
41
ANDN
I15
11
OUT
M0
42
OUT
Q1
12
LD
I10
43
LDN
I5
13
OR
Q0
44
AND
M0
14
ANDN
I6
45
AND
I7
15
ANDN
I11
46
ANDN
Q1
16
LD
I5
47
TMR
T1K100
17
OR
T1
48
OUT
M2
18
AND
M0
49
OUT
Q5
19
AND
I6
50
LD
T0
20
ANDN
Q1
51
OR
T1
21
ORLD
52
OUT
Q3
22
ANDN
I14
53
LDN
I6
23
OUT
Q0
54
AND
M3
24
LD
I5
55
OUT
Q6
25
AND
M0
56
LDN
I7
26
AND
I6
57
AND
M3
27
ANDN
Q0
58
OUT
Q7
28
TMR
T0K100
59
LD
M1
29
OUT
M1
60
OR
M2
30
OUT
Q4
61
OUT
Q2
31
LD
I12
表9-2指令符语言
- 配套讲稿:
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- 高低 水箱 供水 电气控制 系统 PLC 报告