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（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 2011320401 学生姓名 王轩 学 号 201132040126

12 月 10 日至 12 月 21 日 共 2 周

指导教师(签字) 系 主 任(签字)

2013年 11 月20 日

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目录

一、设计内容及要求：................................................................................................................... 2 二、设计原始资料： ...................................................................................................................... 2 三、系统工作原理说明：............................................................................................................... 3 四、程序调试： .............................................................................................................................. 3 五、各个元件型号的确定............................................................................................................... 5 六、操作使用说明： ...................................................................................................................... 6 七、参考文献： .............................................................................................................................. 6 八、附录： ...................................................................................................................................... 6

1、PLC I/O分配表及图表目录： ...................................................................................... 6 2、元件明细表......................................................................................................................... 7 3、程序代码：......................................................................................................................... 8 九、鸣谢： ...................................................................................................................................... 9

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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，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。

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三、系统工作原理说明：

当输入信号I07为ON时（即转动旋钮SA），系统为调至手动工作方式。当输入信号I07为OFF时（即旋钮不动作），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。

四、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M0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

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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。

如图一所示。

I00

图一：问题一修改方案实例

RST M0 M1 Q01 I03 I01 I04 M2 M0 I07 SET M0 T0 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，修改如图二。

M01 M00 I07 I21 I17 Q01 T2 T4 I12 I13 I07 Q01 I16 M02 TMR T4 K50 I20 I17 M03 TMR T5 K50 I16

图二：解决故障自投不延时方案

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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。

五、各个元件型号的确定.

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。 2>元器件的选型： (1）、 接触器的选择

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。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520X200X720（单位为mm）。 （6）、其他元器件的选择

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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。

六、操作使用说明：

旋钮SA为自动/手动工作方式转换开关，未旋转时默认为自动工作方式，旋转时为手动工作方式。

（1）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。 （2）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。

七、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

八、附录：

1、PLC I/O分配表及图表目录：

（1）PLC I/O口分配表：

输 入 高位水箱高位SL1 高位水箱低位SL2 低位水箱高位SL3 低位水箱低位SL4 电机1备用按钮SB8 电机2备用按钮SB9

输 出 I00 I01 I02 I03 I04 I05 6

电机1电源接触器KM1 电机2电源接触器KM2 电机3电源接触器KM3 电机1启动指示 电机2启动指示 电机3启动指示 Q10 Q11 Q12 Q13 Q14 Q15 电机3备用按钮SB10 手动/自动工作方式选择旋钮SA 电机1启动按钮SB1 电机1停止按钮SB2 电机2启动按钮SB3 电机2停止按钮SB4 电机3启动按钮SB5 电机3停止按钮SB6 泵1热继电器触点FR1 泵2热继电器触点FR2 泵3热继电器触点FR3 紧急停车按钮SB7 I06 I07 I10 I11 I12 I13 I14 I15 I16 I17 I20 I21 电机1故障指示 电机2故障指示 电机3故障指示 故障报警警铃 Q16 Q17 Q20 Q21 表一：I/O口分配表

（2）图表目录：

1：原理图1（主电路原理图+PLC外部接线图） 2：原理图2（梯形图） 3：接线图 4：控制面板布置图 5：控制柜俯视图

2、元件明细表

附表1 元器件明细表 序号 1 2 3 4 名称 接触器 热继电器 指示灯 PLC 型号 NC8-12M JRS4-12316d ND16-22 BS/2 华光SH—32RI 数量 3 3 3 1 备注 绿色(直径22mm）

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5 6 7 8 9 10 11 12 水位信号器 空气开关 空气开关 线槽 端子排 控制箱 按钮 熔断器 FQS-4 DZ-20-100 DZ-20-10 SWD-15 RJ14HWP NP2-BW1361 24V RT36N-00/16 表一：元件明细

4 3 2 1 1 1 11 3 三相 单相 550X900X20（mm） 30mm*40mm 》3、程序代码：

LD I00 OR I03 RST M00 LD I01 AND I02 SET M00 LD I04 SET M01 LD I21 OR I05 OR I06 RST M01 LD I05 SET M02 LD I21 OR I04 OR I06 RST M02 LD I06 SET M03 LD I21 OR I04 OR I05 RST M03

LD M01 OR Q11 AND M00 ANDN I07 OR T2 OR T4 LD I12 OR Q11 ANDN I13 AND I07 ORLD

ANDN I21 ANDN I17 OUT Q11 LD M01 AND Q11 TMR T0 K50 LD M02 OR Q12 AND M00 ANDN I07 OR T0 OR T5 LD I14

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OR Q12 AND I07 ORLD

ANDN I21 ANDN I20 OUT Q12 LD M02 AND Q12 TMR T1 K50 LD M03 OR Q10 AND M00 ANDN I07 OR T1 OR T3 LD I10 OR Q10 AND I07 ANDN I11 ORLD

ANDN I21 ANDN I16 OUT Q10 LD M03

AND Q10 TMR T2 K50 LD I17 OR I20 AND M01 TMR T3 K50 LD I16 OR I20 AND M02

TMR T4 K50 LD I17 OR I16 AND M03 TMR T5 K50 LD I16 OUT Q16 LD I17 OUT Q17 LD I20 OUT Q20 LD Q10 OUT Q13 LD Q11 OUT Q04 LD Q12 OUT Q05 END

九、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，在调试过程中张帆同学、李嘉豪同学和周文辉同学帮我解决了不少问题，在这里向他们表示衷心的感谢。最后，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。

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