电气控制课程设计.docx
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电气控制课程设计
第一章水泵控制原理
1.1供水系统的要求及控制线路的组成
1.1.1供水系统对水泵的要求
1.在高位水箱中设置水位信号器，由水位信号器控制水泵的自动运行。
当高位水箱水位达到低水位时，生活水泵启动向高位水箱注水；当水箱中水位升至高水位时，自动关闭水泵。
2.为了保障供水的可靠性，生活水泵分为工作泵和备用泵；当工作泵发生故障时，备用泵应能自动投入（简称备泵自投）。
3.应有水泵电动机运行指示及自动、手动控制的切换装置、备用泵自动投入控制指示。
1.1.2控制线路的组成
该供水系统设置地下水池和高位水箱，地下水池设于大厦底层，高位水箱设于大厦顶层。
水泵供水控制系统原理图如下图所示，图1-1为水泵电动机主电路、电源为交流380/220V；图1-2为控制电路，由水位信号控制回路、1#～2#电动机控制回路组成，控制电压分别为交流220v,直流380v.
1-1生活水泵的电气控制主电路
1-2生活水泵的电气控制的控制电路
1.2小功率生活水泵的电气控制线路的工作原理分析
SA是万能转换开关（LW5系列），万能转换开关的操作手柄一般是多档位的，触点数量也较多。
其触点的闭合或断开在电路中是采用展开图来表示，即操作手柄的位置用虚线表示，虚线上的黑圆点表示操作手柄转到此位置时，该对触点闭合；如无黑圆点，表示该对触点断开。
转换开关触点闭合表如下表所示，用“×”表示触头闭合，无此标记表示触头断开。
转换开关触点闭合表
触点编号
1号泵用2号泵备
Z145°
手动S0°
2号泵用1号泵备
Z245°
1-2
×
3-4
×
5-6
×
7-8
×
9-10
×
11-12
×
13-14
×
15-16
×
1.2.1自动控制
将转换开关SA转至“Z1”位，其触点5-6、9-10、15-16接通，其它触头断开，控制过程如下。
1.正常工作时的控制
若高位水箱为低水位，干簧式水位信号器接点SL1闭合，回路1–3–5–2接通，水位继电器KA1线圈得电并自锁，其动合触头闭合，1–7点接通，109-107点接通，209–207点接通，则回路101–109–107–104–102接通，使接触器KM1线圈得电，KM1主触头闭合，使1号泵电动机M1启动运转。
当高位水箱中的水位到达高水位时，水位信号器SL2动断触点断开，KA1线圈失电，其动合触头恢复断开，109-107点断开，KM1线圈失电，KM1主触头断开，使1号泵电动机M1脱离电源停止工作。
2.备用泵自动投入控制
在故障状态下，即使高位水箱的低水位信号发出，水位继电器KA1线圈得电，其动合触头闭合，但如果KM1机械卡住触头不动作，或电动机M1运行中保护电器动作导致电动机停车，KM1的动断触头复位闭合，9–11点接通，所以回路1–7–9–11–13–2接通，警铃HA发出事故音响信号，同时时间继电器KT线圈得电，经预先整定的时间延时后，备用继电器KA2线圈通电，其动合触头211–207接通，故回路201–211–207–204–202接通，使KM2线圈通电，其主触头闭合，备用2号泵M2自动投入。
由于线路对称性，当万能转换开关SA手柄转至“Z2”位时，M2为工作泵，M1为备用泵，其工作原理与SA位于“Z1”档类似。
1.2.2手动控制
将转换开关SA转至“S”档，其触点1-2、3-4接通，其它触头断开，接通M1和M2泵手动控制电路，这时，水泵启停不受水位信号控制。
当按下启动按钮SB1或SB3，使KM1或KM2得电吸合并自锁，可任意启动1号泵M1或2号泵M2。
此档主要用于调试。
1.2.3信号显示
合上开关S，绿色信号灯HL1亮，表示电源已接通，水位控制信号回路投入工作。
电动机M1启动时，开泵红色信号灯HL3亮；M2启动时，开泵红色信号灯HL4亮；当备用泵投入时，黄色事故信号灯HL2亮。
信号灯采用不同的颜色，可以直观地区别电气控制系统的不同状态。
1.3总结设计控制线路的要点
1.明确控制线路的分工，增强线路的可读性。
由于水位信号器为小容量继电器，其触点不适合直接控制接触器，故需要通过中间继电器进行转换，达到扩展触点容量的目的。
为了便于线路的维护、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，这样既使控制线路的分工更加明确，又增强了复杂线路的可读性。
2.区别水泵电动机正常停车和故障状态下的保护停车。
当工作泵不能正常运行时，要求备用水泵电动机能自动投入。
工作泵与备用泵两者运行情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。
接触器的动断触点（即9–11点或15–11点）的闭合与否反映了电动机的工作情况。
为了与正常停车相区别，要求备用泵自投信号仅在工作泵信号发出后方起作用。
即只有高位水箱的低水位信号器发出起泵信号后，水位继电器KA1的线圈得电，其动合触点（1-7点）闭合后，警铃HA才能发出事故音响信号。
另外，为了判别工作泵是否因故障不能起动，备用泵起泵信号应延时发出，即由时间继电器KT的延时闭合的常开触头（7-17）点控制。
3.利用万能转换开关的不同档位进行手动和自动控制之间的转换。
为了实现手动和自动控制的切换，利用万能转换开关的不同档位进行手动和自动控制之间的转换。
自动控制时，由水位信号器发出信号起动工作泵或备用泵；手动控制时，直接由控制柜上的按钮开关送出控制信号。
4.水泵电动机的起动方案由电网功率及电动机功率决定。
第二章识读复杂电气图的步骤和方法
2.1看电气图的一般步骤
1．详看图纸说明
拿到图纸后，首先要仔细阅读图纸的主标题栏和有关说明，如图纸目录、技术说明、电器元件明细表、施工说明书等，结合已有的电工知识，对该电气图的类型、性质、作用有一个明确的认识，从整体上理解图纸的概况和所要表述的重点。
2．看概略图和框图
由于概略图和框图只是概略表示系统或分系统的基本组成、相互关系及其主要特征，因此紧接着就要详细看电路图，才能搞清它们的工作原理。
概略图和框图多采用单线图，只有某些380／220V低压配电系统概略图才部分地采用多线图表示。
3．看电路图是看图的重点和难点
电路图是电气图的核心，也是内容最丰富、最难读懂的电气图纸。
看电路图首先要看有哪些图形符号和文字符号，了解电路图各组成部分的作用、分清主电路和辅助电路，交流回路和直流回路。
其次，按照先看主电路，再看辅助电路的顺序进行看图。
看主电路时，通常要从下往上看，即先从用电设备开始，经控制电器元件，顺次往电源端看。
看辅助电路时，则自上而下、从左至右看，即先看主电源，再顺次看各条支路，分析各条支路电器元件的工作情况及其对主电路的控制关系，注意电气与机械机构的连接关系。
通过看主电路，要搞清负载是怎样取得电源的，电源线都经过哪些电器元件到达负载和为什么要通过这些电器元件。
通过看辅助电路，则应搞清辅助电路的构成，各电器元件之间的相互联系和控制关系及其动作情况等。
同时还要了解辅助电路和主电路之间的相互关系，进而搞清楚整个电路的工作原理和来龙去脉。
4．电路图与接线图对照起来看
接线图和电路图互相对照看图，可帮助看清楚接线图。
读接线图时，要根据端子标志、回路标号从电源端顺次查下去，搞清楚线路走向和电路的连接方法，搞清每条支路是怎样通过各个电器元件构成闭合回路的。
配电盘（屏）内、外电路相互连接必须通过接线端子板。
一般来说，配电盘内有几号线，端子板上就有几号线的接点，外部电路的几号线只要在端子板的同号接点上接出即可。
因此，看接线图时，要把配电盘（屏）内、外的电路走向搞清楚，就必须注意搞清端子板的接线情况。
2.2看电气控制电路图的方法
看电气控制电路图一般方法是先看主电路，再看辅助电路，并用辅助电路的回路去研究主电路的控制程序。
1．看主电路的步骤
第一步：
看清主电路中用电设备。
用电设备指消耗电能的用电器具或电气设备，看图首先要看清楚有几个用电器，它们的类别、用途、接线方式及一些不同要求等。
第二步：
要弄清楚用电设备是用什么电器元件控制的。
控制电气设备的方法很多，有的直接用开关控制，有的用各种启动器控制，有的用接触器控制。
第三步：
了解主电路中所用的控制电器及保护电器。
前者是指除常规接触器以外的其他控制元件，如电源开关（转换开关及空气断路器）、万能转换开关。
后者是指短路保护器件及过载保护器件，如空气断路器中电磁脱扣器及热过载脱扣器的规格、熔断器、热继电器及过电流继电器等元件的用途及规格。
一般来说，对主电路作如上内容的分析以后，即可分析辅助电路。
第四步：
看电源。
要了解电源电压等级，是380V还是220V，是从母线汇流排供电还是配电屏供电，还是从发电机组接出来的。
2．看辅助电路的步骤
辅助电路包含控制电路、信号电路和照明电路。
分析控制电路。
根据主电路中各电动机和执行电器的控制要求，逐一找出控制电路中的其他控制环节，将控制线路“化整为零”，按功能不同划分成若干个局部控制线路来进行分析。
如果控制线路较复杂，则可先排除照明、显示等与控制关系不密切的电路，以便集中精力进行分析。
第一步：
看电源。
首先看清电源的种类．是交流还是直流。
其次．要看清辅助电路的电源是从什么地方接来的，及其电压等级。
电源一般是从主电路的两条相线上接来，其电压为380V。
也有从主电路的一条相线和一零线上接来，电压为单相220V；此外，也可以从专用隔离电源变压器接来，电压有140、127、36、6.3V等。
辅助电路为直流时，直流电源可从整流器、发电机组或放大器上接来，其电压一般为24、12、6、4.5、3V等。
辅助电路中的一切电器元件的线圈额定电压必须与辅助电路电源电压一致。
否则，电压低时电路元件不动作；电压高时，则会把电器元件线圈烧坏。
第二步：
了解控制电路中所采用的各种继电器、接触器的用途，如采用了一些特殊结构的继电器，还应了解他们的动作原理。
第三步：
根据辅助电路来研究主电路的动作情况。
分析了上面这些内容再结合主电路中的要求，就可以分析辅助电路的动作过程。
控制电路总是按动作顺序画在两条水平电源线或两条垂直电源线之间的。
因此，也就可从左到右或从上到下来进行分析。
对复杂的辅助电路，在电路中整个辅助电路构成一条大回路，在这条大回路中又分成几条独立的小回路，每条小回路控制一个用电器或一个动作。
当某条小回路形成闭合回路有电流流过时，在回路中的电器元件（接触器或继电器）则动作，把用电设备接人或切除电源。
在辅助电路中一般是靠按钮或转换开关把电路接通的。
对于控制电路的分析必须随时结合主电路的动作要求来进行，只有全面了解主电路对控制电路的要求以后，才能真正掌握控制电路的动作原理，不可孤立地看待各部分的动作原理，而应注意各个动作之间是否有互相制约的关系，如电动机正、反转之间应设有联锁等。
第四步：
研究电器元件之间的相互关系。
电路中的一切电器元件都不是孤立存在的而是相互联系、相互制约的。
这种互相控制的关系有时表现在一条回路中，有时表现在几条回路中。
第五步：
研究其他电气设备和电器元件。
如整流设备、照明灯等。
综上所述，电气控制电路图的查线看图法的要点为：
（1）分析主电路。
从主电路人手，根据每台电动机和执行电器的控制要求去分析各电动机和执行电器的控制内容，如电动机启动、转向控制、制动等基本控制环节。
（2）分析辅助电路。
看辅助电路电源，弄清辅助电路中各电器元件的作用及其相互间的制约关系。
（3）分析联锁与保护环节。
生产机械对于安全性、可靠性有很高的要求，实现这些要求，除了合理地选择拖动、控制方案以外，在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。
（4）分析特殊控制环节。
在某些控制线路中，还设置了一些与主电路、控制电路关系不密切，相对独立的某些特殊环节。
如产品计数装置、自动检测系统、晶闸管触发电路、自动调温装置等。
这些部分往往自成一个小系统，其读图分析的方法可参照上述分析过程，并灵活运用所学过的电子技术、交流技术、自控系统、检测与转换等知识逐一分析。
（5）总体检查。
经过“化整为零”，逐步分析了每一局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后，还必须用“集零为整”的方法，检查整个控制线路，看是否有遗漏。
最后还要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系，以达到清楚地理解电路图中每一电气元器件的作用、工作过程及主要参数。
第三章气压罐给水方式
3.1气压罐给水方式
气压给水：
利用气压给水设备按照设定的高低压力值自动运行，向用户自动供水的控制技术。
所谓气压给水设备，它是一种局部升压设备，以密闭的气压水罐取代高位水箱，节省投资。
3.2气压给水设备的构成
如图3-1所示，气压给水设备主要由气压罐、补气系统、管路阀门系统、加压系统和电控系统所组成。
该系统选用YX–150型电接点压力表作为水位传感器，并选用浮球式传感器作为高水位超限保护水位开关。
3.3气压给水系统工作原理
气压给水系统是利用密闭的钢罐，由水泵将水压入罐内，靠罐内被压缩的空气压力将储存的水送入给水管网。
但随着水量的减少，水位下降，罐内的空气比容增大，压力逐渐减小。
当压力下降到设定的最小工作压力时，水泵便在压力继电器作用下启动，将水压入罐内。
当罐内压力上升到设定的最大工作压力时，水泵停止供水。
其实，气压给水设备的控制系统在原理上同水塔（水箱）供水系统是一致的，只是以气压罐中的两个气液界面代替了水塔（水箱）中的两个自由液位。
当气压罐中的气液界面低于限定值时，水泵启动加压，使气压罐内压力升高；当压力升高使气液界面达到限定值时，水泵停止工作；此后随用户用水，气压罐内压力下降，当气液界面降至限定值时，水泵再次启动供水，增大罐内压力，如此循环工作下去，保证向用户供水的压力符合给定值要求。
气压给水罐内的空气与水直接接触，在运行过程中，空气由于损失和溶解于水而减少，当罐内空气压力不足时，可由呼吸阀自动增压补气。
3-1系统示意图
1－水池；2－闸阀；3－水泵；4－补气罐；5－电控箱；6－呼吸阀；
7－液位报警器；8－气压罐；9－压力控制器
3-2水位信号电路
3.4电气控制线路的工作过程
该系统的水位信号电路如图3-2所示。
水泵电动机M1、M2一用一备，电动机的控制线路参见图1-2。
1.正常工作时的控制
将万能转换开关SA手柄转至“Z1”位时，M1为工作泵，M2为备用泵，当水位低于低水位时，气压罐内压力低于设定的最低压力值。
电接点压力表下限接点SP1闭合，低水位继电器KA1线圈得电并自锁，使接触器KM1线圈得电，1号泵电动机M1启动运转，向罐内压水；当罐内水位上升到高水位时，压力达到最大设定压力，电接点压力表上限接点SP2闭合，高水位继电器KA线圈得电，其动断触点断开，使KA1线圈断电，KA1动合触点断开，于是交流接触器KM1失电释放，1号泵电动机停转。
这样保持罐内有足够的压力，以保证用户用水。
SL为浮球继电器触点，当水位高于高水位时，SL触点闭合，使继电器KA线圈通电，使1号泵电动机停转，可以防止气压罐因压力过高而爆炸。
2.备用泵自动投入的控制
当1号泵电动机M1发生故障时，报警电铃HA发出报警声，同时延时继电器KT线圈得电，其延时闭合的动合触头使继电器KA2得电，交流接触器KM2线圈得电，使2号泵电动机M2启动运转。
第四章热水循环泵的控制
生活用热水主要是洗脸、洗衣、食堂洗涤及洗澡等，所需温度各异，一般在30～60℃。
热水的供水温度应高于用水点的用水温度，供水温度要比用水温度至少多5℃，即供水出口温度不低于55～65℃，设计时应按65～70℃考虑。
设定为55℃启泵，65℃停泵。
下面以民用建筑的热水循环泵为例加以说明。
4.1线路的构成
热水循环泵一般安装在热水系统的管道上，两台泵一台工作，一台备用。
受安在回水管上的同一个电接点温度计ST控制，或受楼宇自动化（BAS）系统、计算机数字式直接控制（DDC）空调自控系统控制，如图4-1所示。
当控制温度低于给定值时,ST的触头ST（5-7）闭合,当温度上升到限定值时,ST的触头ST（5-11）闭合。
当开关SM处于SM（1-5）闭合位置时,则中间继电器KA1、KA2受电接点温度计ST控制。
SM处于SM（1－3）闭合位置时，则中间继电器KA1、KA2不受ST控制，而由楼宇自动化系统BAS或计算机系统控制。
转换开关SA可以使水泵处于自动、零位或手动工作方式。
图4-1两台热水循环泵温度自动控制转换电气控制线路
4.2线路的工作原理
1.手动控制
合上自动开关QF1（或QF2），将转换开关SA转至“手动”位置。
其触点1—2及7—8闭合。
按下启动按钮SB2，接触器KM1的线圈通电，其主触头闭合，KM1的常开辅助触头KM1（19–21）闭合自锁，电动机M1启动。
按下停止按钮SB1，接触器KM1的线圈失电，其主触头断开，电动机M1停转。
2号泵电动机由启动按钮SB4和停止按钮SB3进行手动控制，原理与1号泵电动机类似。
2.自动控制
合上自动开关QF1（或QF2），将转换开关SA转至“自动”位置，其触点3—4及5—6闭合。
当温度低于给定值时，ST的触头ST（5–7）闭合，使KA1线圈得电，KA1的常开触头KA1（5–7）、KA1（25–27）均闭合，使接触器KM1和时间继电器KT1得电吸合，KM1的主触头闭合，KM1的常闭辅助触头KM1（43–37）断开对KM2和KT2联锁，1号泵电动机启动；时间继电器KT1的常开触头KT1（27–29）闭合，经过预定的时间后，KT1的常开触头KT1（1–13）延时闭合，使KA3得电吸合自锁，KA3的常开触头KA3（41–43）闭合，为启动2号泵电动机做好准备。
当温度上升到限定值时，ST的触头ST（5–11）闭合，使KA2线圈得电，KA2的常闭触头KA2（7–9）断开，使KA1线圈失电，KA1的常开触头KA1（25–27）复位断开，使接触器KM1和时间继电器KT1失电释放，KM1的主触头断开，1号泵电动机停机。
KA2的常开触头KA2（39–41）闭合，使接触器KM2和时间继电器KT2得电吸合，KM2的主触头闭合，KM2的常闭辅助触头KM2（29–21）断开对KM1和KT1联锁，2号泵电动机启动运转；时间继电器KT2的常开触头KT2（41–43）闭合，经过预定的时间后，KT2的常闭触头KT2（13–13a）延时断开，使KA3失电释放，KA3的常开触头KA3（41–43）复位断开，KA3的常闭触头KA3（27–29）复位闭合，为再启动1号泵电动机做好准备。
这样就完成了第一次循环。
3.信号显示
合上电源开关，绿色信号灯HL亮，表示电源已接通。
电动机M1启动时，红色开泵信号灯HL2亮，停泵信号灯HL1熄灭；M2启动时，红色开泵信号灯HL4亮，停泵信号灯HL3熄灭。
第五章排水泵的控制
民用建筑的排水，主要是排除生活污水、溢水、漏水和消防废水等。
根据具体情况，确定合适的排水方案，下面介绍两台泵的排水方案，一台工作，一台备用。
5.1线路的构成
如图5-1,5-2所示，线路由水位信号回路、水泵机组的主回路和控制回路构成。
图中采用了转换开关SA，两台排水泵互为备用，使控制具有灵活性。
污水集水池中设置水位信号器（干簧或浮球式），由水位信号器控制水泵的自动运行。
高水位启泵，低水位停泵，溢水水位报警。
图5-1主电路
5-2控制电路
5.2线路的工作原理
1.自动控制
①正常工作时的控制
合上自动开关QF、QF1、QF2，将转换开关SA转至“1号用，2号备”位置，其触点9–10、11–12闭合。
当污水集水池内水位升高，达到需要排水的位置时，水位信号器SL2触点闭合，使中间继电器KA3线圈得电并自锁，其动合触头闭合，接触器KM1线圈通电，KM1主触头闭合，1号泵电动机M1启动排污。
KM1常开辅助触头闭合，接通109–111点，使中间继电器KA1线圈得电，同时红色信号灯HLRD1亮，表明1号泵电动机M1处于运行状态，黄色故障信号灯HLYE1和绿色停泵信号灯HLGN1灭。
当污水集水池内的污水排完，低水位信号器SL1触点断开，使中间继电器KA3线圈失电释放，其常开辅助触头复位断开，接触器KM1线圈失电，KM1主触头断开，1号泵电动机M1停转。
②备用泵自动投入运行的控制
在故障状态下，即使污水集水池内水位达到需要排水的位置时，水位信号器SL2接通，使水位继电器KA3线圈得电，其动合触头闭合，接通1–13点，但如果接触器KM1机械卡住触头不动作，则电铃HA响，发出故障报警。
此时，时间继电器KT2线圈得电，KT2延时闭合的常开触头延时闭合，使接触器KM2线圈通电，KM2主触头闭合，2号泵电动机M2启动排污。
KM2常开辅助触头闭合，接通209–211点，使中间继电器KA2线圈得电，同时2号泵电动机M2运行红色信号灯HLRD2亮，黄色故障信号灯HLYE2和绿色停泵信号灯HLGN2灭。
检修人员可以检修1号泵电动机M1。
2.手动控制
如果两台水泵同时发生故障，虽然污水集水池内水位升高，水位继电器KA3线圈得电，其动合触头闭合，接通1–13点，但接触器KM1、KM2触头都不动作，接通1–13–15–9–11回路，则电铃HA响，发出故障报警。
检修人员听到报警后，可以略停片刻，当超过备用泵的投入时间时警铃HA仍继续响，则表明两台水泵同时发生故障，应将转换开关SA转至“手动”位置，其触点5–6、7–8接通，检修人员进行检修，或操作SB1~SB4对两台泵试运行。
并按下解除按钮SBR，使继电器KA5线圈得电自锁，其常闭辅助触头断开，9–11点断电，切断警铃HA回路。
3.溢流水位自动报警
当污水集水池内水位升高，达到需要排水的位置时，水位信号器SL2触点本来应该闭合却因故障而没有闭合，排水泵不能启动，污水不断上升，直到达到溢流水位时，，水位信号器SL3闭合，使中间继电器KA4得电，KA4常开辅助触头闭合，接通3–5、1–9点，警铃HA响报警通知检修人员，同时KA3线圈得电，启动排污泵电动机排污。
心得体会与致谢
电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置与系统为对象，以实现生产过程自动化的控制技术。
电气控制系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛的应用，是实现工业生产自动化的重要技术手段。
随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断进步，特别是计算机的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。
在控制方面上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从笨重发展到信息化处理；在操作原理上，从单一的有触点硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微计算机为中心的网络化自动控制系统。
现代电气控制技术综合应用了计算机技术，微电子技术，检测技术。
自动控制技术，智能技术，通信技术，网络技术等先进的科学技术成果。
本次课程设计包括了从控制图的设计到选型再到具体安装接线，是一次相对完整的设计作业。
在这次设计过程中，体现出我设计控制系统的能力以及综合运用知识的能力，从中发现我平时学习的不足之处和薄弱环节，从而加以弥补。
特别感谢马老师在这个过程中对我们的教导，帮助我顺利的完成这次设计。
由于我是初次接触此类课程的设计，再加上资料也有限，设计时间仓促，难免在设计过程中会出现不足之处，希望老师不吝批评指正。
尽管这次作业的时间是短暂的，但我的收获是很大的，不仅掌握了电气对水泵等的控制还学会了如何进行团队合作，也不仅仅对电气控制有了更进一步的掌握，对我来说，收获更大的是那些分析和解决问题的方法与能力，在整个过程中，我发现像我们这些学生最缺少的是经验，没有感
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