水塔供水电气控制系统设计与调试.docx
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水塔供水电气控制系统设计与调试
电气控制技术
综合实验报告书
题目水塔供水电气控制系统设计与调试
学院（部）电子与控制工程学院
专业电气工程及其自动化
班级2013320402
学生姓名徐通
学号201332040205
12月28日至1月8日共2周
指导教师（签字）
系主任（签字）
摘要
水塔是自动供水系统中的重要部分，在我们的生活中扮演着至关重要的角色。
而且由于水塔很高，不易观察到水箱水位的状况，本设计旨在于通过所学电气方面的知识，设计一个简单的水塔供水电气控制系统,满足一些简单的基本功能.
为了满足该设计中提出的基本功能的要求，本次设计在主电路上采用三台电动机，同时采用了三个电源线圈对电机进行工作的控制,采用热继电器和低压断路器对电机进行过载和短路保护。
控制电路上，为了简单灵活起见，采用华光PLC的SH-32RI进行控制.再加入必需的一些按钮、开关、指示灯等。
从而基本形成了一个简单的水塔供水电气控制系统。
本次设计旨在于学习和了解设计一个系统的流程和需要注意的问题，故在本设计中，主要进行的工作是设计系统原理图，画出系统的接线图和系统平面布置图,最后再进行控制柜大小的设计。
通过这些琐碎的工作,从而了解和掌握相关的设计方法和知识。
关键词：
电动机PLC原理图接线图布置图
一设计内容及要求
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。
二设计原始资料
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,备用泵可在操作台上用按钮任意切换。
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.
三实验仪器设备
综合试验台、PLC、控制面板、继电器、导线若干等
四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。
五水塔供水系统
5。
1系统简介
水塔供水系统是目前生活小区、学校等人口较多的地方常用的供水系统.当水塔水位降低到一定液位时,水泵启动从地面水池向上供水，水塔充水达到液位上线时，水泵停止供水。
该系统配置三台电机，正常情况下两台运行一台备用，当有一台电机故障时备用电机可以自投供水，保障系统在一台电机故障情况下依然可以正常运转。
其中电机M1、M2、M3均采用PLC可编程控制器实现编程自动控制,完成水塔（水池）液位状态读取实现自动抽水、故障自投、故障警报等任务.
5。
2对设计要求做分析
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启动或水池上限液位开关启动,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。
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。
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。
各种指示及报警：
各电机启动指示灯，各电机故障报警警铃.
六设计思路：
1。
电路中有延时起动环节；
2.要求三台水泵正常情况下两运行一备用，且备用泵可在操作台上用按钮任意切换，所以设置3个模块（即：
一1，2为主动泵，3为备用泵。
二2,3为主动泵,1为备用泵。
三1,3为主动泵,2为备用泵）。
通过3个按钮选择不同模块。
将高位水箱水位达到高位或低位水箱水位达到低位的信号作为停止信号，来控制水泵启动.在电路中模拟备用泵自投，设置电机断路作为主动泵电机出现故障，然后备用泵自动投入使用;
3。
在电路设计时用四个不同的信号进行串联与并联，实现起停，但在实际电路中可以仅用两个按钮实现起动与停止，常开触点为最低水位的信号，常闭触点为最高水位的信号，即可实现；
4.要求电机手动控制，设置3个按钮分别控制电机手动。
5.将三个指示灯并联在继电器的周围可以模拟泵的运行，在电路设计时把热继电器的常开触点与报警器与指示灯并联可实现异常环节的提前保护.
七主电路及控制电路设计
7。
1主电路设计
综上分析，设计如下所示主电路图
图一:
主电路图
主电路如图一所示，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。
7.2控制电路设计：
确定好按钮等输入开关，指示灯等输出设备.根据所选用PLC，对输入、输出端口进行分配。
分配详细如表一.
输入
输出
高位水箱高位SL1
I10
电机1电源接触器KM1
Q00
低位水箱低位SL2
I11
电机2电源接触器KM2
Q01
电机1备用按钮SB1
I12
电机3电源接触器KM3
Q02
电机2备用按钮SB2
I13
电机1启动指示
Q00
电机3备用按钮SB3
I14
电机2启动指示
Q01
电机1启动按钮SB4
I16
电机3启动指示
Q02
电机1停止按钮SB5
I17
电机1故障指示
Q04
电机2启动按钮SB6
I20
电机2故障指示
Q05
电机2停止按钮SB7
I21
电机3故障指示
Q06
电机3启动按钮SB8
I22
电机3停止按钮SB9
I23
泵1热继电器触点FR1
I24
泵2热继电器触点FR2
I25
泵3热继电器触点FR3
I26
紧急停车按钮SB7
I27
手动/自动工作方式选择旋钮SS（手）
I30
表一：
I/O口分配表
八实验选型
8。
1PLC的选型：
本次课设要求选取华光PLC的SH—32RI。
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。
8.2元器件的选型:
①接触器的选择
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.电机的额定电流约为9。
3A，故选用的热继电器的型号为LR1—D12热元件的额定电流为12A，并将其额定电流整定为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，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,所以控制电路的空气开关选用型号为DZ-20—10的单项空开.
⑤控制柜的选择
控制柜选用非标准柜，其外部尺寸为400X170X650（单位为mm），因为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。
⑥控制按钮和旋钮的选择
根据系统原理图及系统电压可选择：
按钮用SLA1-11M工作电压为24~220V。
尺寸为:
直径为18mm,安装孔为16mm.旋钮用LA18—44X2,直径为48mm.
⑦指示灯的选择
在控制电路上，为了接线简单起见，给指示灯供电为220V.故选择指示灯类型为：
XDY1—B/41颜色：
红色额定电压为220V，XDY1-B/42颜色：
绿色额定电压为220V。
尺寸为:
直径28mm，安装时，两灯水平之间距离不小于65mm，垂直之间距离不小于50mm.
⑧端子排的选择
在本设计中,一共用了17个端子进行导线的引入和引出，故选用端子排的型号为：
TZ1-20,总共有20个端子,每个端子的尺寸为：
10＊51＊72.
九控制柜设计
柜内外安装布置图。
具体见图纸部分水塔供水系统布置图.
十接线安装布置
接线安装布置图.具体见图纸部分水塔供水系统接线图.
十一操作使用说明
旋钮SA为自动/手动工作方式转换开关，旋钮不接通时默认为自动工作方式，接通时为手动工作方式。
自动工作方式状态下：
按下SB1即为选择水泵1备用工作状态.
按下SB2即为选择水泵2备用工作状态.
按下SB3即为选择水泵3备用工作状态.
手动工作方式状态下：
按下SB4，水泵1启动.
按下SB5，水泵1停止。
按下SB6，水泵2启动。
按下SB7，水泵2停止。
按下SB8,水泵3启动。
按下SB9,水泵3停止。
紧急制动:
特殊情况需要停止所有水泵运行，按下SB10实现。
指示灯:
绿色为对应电机正常工作状态,红色为该电机故障（故障时警铃报警）。
十二系统工作原理
当输入信号I30为ON时（即旋钮开关接通），系统处于手动工作方式状态。
当输入信号I30为OFF时（即旋钮开关不接通），系统为自动工作方式.
当输入信号I12为ON时（即按下选择电机M1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I13为ON时（即按下选择电机M2备用按钮SB2）,2号泵备用。
当输入信号为I14为ON时（即按下选择电机M3备用按钮SB3），3号泵备用。
水位信号作为输入的触点水塔高位接常开,水池低位接常闭。
当水塔水位未达到高位（不满）时I10输入为OFF，当水池水位未达到低位（还可以抽水）时I11输入为OFF.M00得电（可抽水状态）,进而除选为备用的电机外的电机相继（延时五秒）启动。
当水塔水位达到高位或水池水位达到低位时I10、I11均有输入,为ON状态，M00失电，两运行电机自动停止.
故障时，故障电路自动断电,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指示灯显示以及警铃报警。
以1号泵为例，自动工作方式下，I30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，或水池达到高水位时（实际上水塔不满并且水池未达到低水位线时即可抽水），I10、I11均为OFF，线圈M00为ON，发出可抽水信号,2号泵启动，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I01为ON,线圈M00复位失电，水泵停机。
当水泵出现过载时，相应的热继电器触点断开，相应的故障指示灯亮，定时器T3开始计时，5秒后，1号泵自投。
若要紧急停车，按下SB7，I27由ON变为OFF，水泵全部停机.手动工作方式下,I30为ON，按下SB4，I16为ON，QOO为ON并保持，线圈KM1得电,1号泵启动.按下SB5，I17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。
十三实验调试
1.接好线，按下启动按钮，当按下故障1，发现备用泵并不自投，按下其他的故障,都可以自投,于是检查程序发现故障延时自投忘记输入PLC了，修改后便能正常工作了。
2.PLC的输出端没有显示,检查发现输出端的COM端要和电源相连接。
3,按钮在接线时,要注意常开，常闭端.
4,接线时，注意断电操作,否则容易导致触电。
实验中一不小心碰到输出口的铁片，被电了一下，还好由于绝缘地板电流不是很大.
十四结束语
电气控制技术是一门实践性很强的课程，通过这次课程设计更是深有体会.我们从开始看任务书，确定方案，设计系统，调试，实验室操作,最后完成,一步步去发现问题,解决问题，不仅使我们对电气控制，PLC的了解更加深入透彻,而且使我们解决问题的素养得到很大的提升,而且初步具备了设计电气控制系统工程的能力.要真正意义上设计一个东西出来，与我们课堂上学到的理论知识是有千差万别的,这次设计让我彻底的体会到理论上看似一个简单的问题，但是当我们要把它设计出来用以实践的时候，仍有很多问题需要我们去解决。
这次课程知识得到应用与巩固，真正的做到把知识用于实践生产，这对我们今后的生活工作起到基础性的作用。
最后感谢刘老师,张老师的耐心指导。
十五参考资料
【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
【3】光洋（无锡）电子有限公司SH系列编程手册
【4】各种电器元件产品样本
十六附录
16.1元器件明细表
名称
型号
数量
单位
尺寸（mm）
PLC
华光SH—32RI
1
台
交流接触器
NC8—12M
3
个
热继电器
LR1-D12
3
个
空气开关
DZ-20-10
1
个
按钮开关
SLA1-11M
5
个
直径18
浮球水位信号开关
FQS—4
2
个
指示灯
XDY1—B/41
3
个
直径28
指示灯
XDY1—B/42
3
个
直径28
端子排
TZ1—20
1
个
10*51＊72（每个）
熔断器
RT36N-00/16
3
个
控制柜
非标准
1
台
550X900X20（mm）
16。
2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
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