长安大学建筑电气课程设计.doc
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电气控制技术
综合实验任务书(A)
题目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2011320402
学生姓名林峰
学号201132040203
12月16日至12月27日共2周
指导教师(签字)
系主任(签字)
2013年12月27日
一.设计目的
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,以及安装布置图、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。
二.设计要求
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。
当工作泵出现故障时,备用泵自投。
水泵功率5.5KW。
3.具有手动、自动工作方式。
4.各种指示及报警。
三.控制系统总体设计
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。
根据控制要求
(1),系统电路共有主电路、信号电路和控制电路等三部分组成。
根据水泵控制要求1,水泵电动机的起动和停止应受高位水箱水位信号器和低位水箱水位信号器发出信号控制。
当低位水箱水位为高水位,且高位水箱水位为低水位时发出起泵信号,当低位水箱水位为低水位,或高位水箱水位为高水位时发出停泵信号。
根据控制要求
(2),工作泵不能正常运行时,备泵应能自动投入。
工作泵与备用泵二者工况转换的关键是寻找一个合适的转换信号,即能反映工作泵不能正常运行的信号。
一般情况下,水泵不能正常运行的原因为:
①运行继电器的衔铁卡住,触点不能正常吸合;②水泵运行过程中,电动机因过载或线路发生短路等故障而保护停机。
这两种停机情况反映在接触器上即是接触器的触点机构不能动作,其常闭触点处于闭合状态,因此,接触器的常闭触点的闭合与否反映了电动机的工作情况。
故可利用接触器的常闭触点见识电动机的运行情况并作为备泵电动机的起泵信号。
为了与正常停机相区别,由常闭触点控制备泵起泵的信号回路受工作泵起泵信号制约,即备泵自投信号仅在工作泵起泵信号发出后方起作用。
为了判别工作泵是否是因为故障不能起动,同时为了消除干扰信号的影响,备泵自投信号应延时发出。
本设计延时时间为10秒。
根据控制要求(3),要有手动及自动工作方式,这两种工作方式的转换可通过旋钮来控制,当旋钮为转动时,两泵处于自动工作方式下;当旋钮旋转后处于手动工作状态。
再分别用两个按钮来分别实现1号和2号泵的起动和停机。
根据控制要求(4),水泵电动机运行时应有运行指示,备泵自投时也应发出指示,机组出现故障时也需要指示灯。
所以一共需要4个指示灯。
2.主电路的设计
主电路中M1、M2为带水泵的电动机,由于电动机的功率是5.5KW,所以两台电动机都采用直接启动方式,每台台电动机分别使用接触器KM1、KM2控制,各台电动机分别由FR1、FR2提供过载保护,并用低压断路器QF1,QF2提供短路保护。
3.I/O点数分配
输入:
有2个水位信号触点(高位水箱的高位和低位水箱的低位SQ1,高位水箱的低位和低位水箱的高位SQ2),1个自动、手动工作方式选择旋钮(SA),两个电动机的工作按钮(SB1,SB2),两个电机手动启动和手动停止按钮共4个(SB3,SB4,SB5,SB6),两个热继电器触点(FR1,FR2),共11个输入点。
输出:
两个电动机的电源接触器(KM1,KM2)以及电机运行指示灯(HL1,HL2),接触器和电机运行指示灯共用一个输出端(KM1+HL1,KM2+HL2),输出备用泵自投指示灯(HL3),机组故障指示灯(HL4),共4个输出。
本课设选用华光SH32R1型PLC,根据要求,共有输入信号11个,输出信号4个,I/O分配表如表1。
表1I/O分配表
输入
输出
1#电动机工作按钮
I00
1#电动机电源接触器KM1
Q00
2#电动机工作按钮
I01
2#电动机电源接触器KM2
Q01
1#电动机手动启动按钮
I02
1#泵工作指示HL1
Q00
1#泵手动停止按钮
I03
2#泵工作指示HL2
Q01
2#电动机手动启动按钮
I04
机组备用自投HL3
Q03
2#泵水泵停止按钮
I05
机组故障报警HL4
Q04
自动旋钮SA
I06
高位水箱高位
低位水箱低位
I07
低位水箱高位
高位水箱低位
I10
1#热继电器FR1
I11
2#热继电器FR2
I12
4.控制电路的设计
PLC根据表1的I/O分配关系和C20P的端子排列位置进行相应的接线,PLC系统外部接线图如附图3,图中各接触器采用220V电源,信号指示及报警指示灯与接触器共用220V电源。
5.控制柜的设计
由表2中各元件的型号尺寸,设计控制柜的尺寸为:
500×250×950mm,控制柜内部接线图和面板接线图的设计如附图2所示。
由附图1的主电路和控制电路原理图和其中标注的线号,用相对编号法画出如图3所示的接线图。
四.梯形图的设计与分析
1.自动控制部分
首先打到自动挡,然后选择工作泵,SB1,SB2并信号保持,当限位开关接通后,给电机一个启动信号,工作泵启动;当限位开关断开后,电机断开,两个电机实现互锁。
2.手动控制部分
手动时可以任意选择工作泵,也可两台泵均工作,两台泵不需要互锁,按钮SB3,SB4控制泵1的起停,按钮SB5,SB6控制泵2的起停。
因为是按钮,所以选择自锁指令SET/RST。
3.报警自投部分
在自动启动条件满足,选用工作泵为1号泵的情况下,一号泵不工作(Q00无输出或FR1常开触点闭合),此时,警报响起,定时器T0开始工作,延时10秒后,2号泵自投,备用自投灯HL3亮。
工作泵为2号泵的情况与1号泵类似。
指令代码:
1.LDI00
2.SETM001
3.LDM004
4.RSTM001
5.LDI01
6.SETM002
7.LDM005
8.RSTM002
9.LDNI06
10.AND102
11.SETM006
12.LDI03
13.RSTM006
14.LDNI06
15.ANDI04
16.SETM007
17.LDI05
18.RSTM007
19.LDM006
20.ANDNI11
21.OUTQ00
22.LDM007
23.ANDNI12
24.OUTQ01
25.LDI06
26.ANDI10
27.SETM003
28.LDI06
29.ANDI07
30.RSTM003
31.LDM001
32.ORT1
33.ANDM003
34.ANDNQ01
35.ANDNI11
36.SETQ00
37.LDNM003
38.RSTQ00
39.LDM002
40.ORT0
41.ANDM003
42.ANDNQ00
43.ANDNI12
44.SETQ01
45.LDNM003
46.RSTQ01
47.LDM003
48.ANDI00
49.ANDNQ00
50.ANDI00
51.TMRT0K100
52.MLSK1
53.LDNT0
54.OUTQ03
55.MLRK0
56.LDT0
57.ANDQ01
58.OUTQ04
59.LDT0
60.OUTM004
61.LDM003
62.ANDI01
63.ANDNQ01
64.ANDI12
65.TMRT1K100
66.MLSK1
67.LDNT001
68.OUTQ03
69.MLRK0
70.LDT001
71.ANDQ00
72.OUTQ04
73.LDT001
74.OUTM005
75.END
五.元器件的选择
1.接触器的选择
假设cosφ=0.9,当P=5.5KW,U=380V时由P=1.732UIcosφ得:
I=P/(1.732Ucosφ)≈9.3A
接触器线圈的额定电压为220V,故所选接触器的型号为CJ10-10,数量为2个。
2.热继电器的选择
根据热继电器和接触器的配合使用,选择DZ20Y-100型的热继电器。
3.低压断路器的选择
电机正常工作的电流是9.3A,所以选用整定电流范围为6~10A的DZX7-2514型低压断路器作为每个电机的开关。
4.其他元器件的选择
其他各种具体元件型号和规格如下表所示:
表2元器件明细表
序号
名称
型号
个数
1
可编程控制器
SH32R1
1
2
低压断路器
DZX7-2514
2
3
热继电器
DZ20Y-100
2
4
信号指示灯
XDY1-B/12
4
5
接触器
CJ10-10
2
6
SA转换开关
AX16-211
1
7
起动按钮
LAY3-10D/1
4
8
停止按钮
LAY3-10D/3
2
9
水位按钮
FQS-4
2
10
控制箱
500×250×950mm
1
六.使用说明
1.在保证系统电源已经接通的情况下,SA旋钮分别为1、2号电动机的手/自动切换,操作SA旋钮进行手/自动切换。
平常情况下,控制系统处于自动状态下,在系统调试或是出现故障的情况下,使系统处于手动状态下。
2.在自动工作的状态下,按下SB1即可选择1#电动机为工作电动机。
按下SB2即可选择2#电动机作为工作电动机。
3.在手动工作的状态下,按下SB3按钮对1#电动机启动,SB4对1#电动机停止运行。
按下SB5对2#电动机启动,SB6对2#电动机停止运行。
七、设计总结
本次课程设计中,从梯形图的设计,再到具体安装接线,还有元器件的选型,我都学到了很多东西。
原来在学习中很多不理解的地方,经过和实践结合后,对这门课有了更深刻的理解。
在这次设计过程中,培养了自己单独设计控制系统的能力以及综合运用知识的能力,体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情,从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节,从而加以弥补。
特别感谢老师在这个过程中的教导,同学的帮助,使我顺利地完成了这次课设。
由于本人的设计能力有限,在设计过程中难免出现错误,恳请老师多多指教,提出批评与指正。
八.参考资料
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:
附图1
电气原理图(包括主电路图,控制电路图,梯形图与系统指令)
附图2
面板布置图
附图3
接线图
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- 长安 大学 建筑 电气 课程设计