課程設計（論文）基于PLC的高低位水箱自動控制系統(tǒng)

1、課 程 設 計 任 務 書（a）題 目 高低位水箱供水系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的設計（f1）學院(部) 電控學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學生姓名 學 號 6 月 11 日至 6 月 17 日 共 1 周指導教師(簽字) 系 主 任(簽字) 2012年 5 月 26 日目錄摘要3第一章 引言4第二章 案的論證及方案確定5第三章 系統(tǒng)各部分的設計63.1主電路的設計63.2控制電路的設計63.3梯形圖的設計與分析73.3.1手動、自動的工作方式選擇73.3.2機組的啟動條件及操作使用73.3.3備泵自投功能的實現(xiàn)83.3.4信號燈的指示83.3.5指令語言程序9第四章 元器件的選擇及依據(jù)10

2、4.1 低壓斷路器的選擇104.2 plc的選擇104.3 交流接觸器的選擇104.4 熱繼電器的選擇114.5 控制按鈕和旋鈕的選擇114.6 指示燈的選擇114.7 端子排的選擇11第五章 控制柜的尺寸設計12總結12參考文獻13鳴謝13附錄13摘要 水箱是自動供水系統(tǒng)中的重要部分，在我們的生活中扮演著非常重要的角色。本設計旨在于通過所學知識，設計一個簡單的高低位水箱供水系統(tǒng)，滿足一些簡單的基本功能。 為了滿足該設計中提出的基本功能的要求，本次設計在主電路上采用兩臺電動機，且為三角形接直接啟動的接法，同時采用了兩個電源線圈對電機進行工作的控制，采用熱繼電器和低壓斷路器對電機進行過載和短路保

3、護?？刂齐娐飞?，為了簡單靈活起見，采用課堂中所學過的三菱f1系列的plc進行控制。再加入必需的一些壓力繼電器、按鈕、開關、指示燈等。從而基本形成了一個簡單的高低位水箱供水系統(tǒng)。本次設計旨在于學習和了解設計一個系統(tǒng)的流程和需要注意的問題，故在本設計中，主要進行的工作是設計系統(tǒng)原理圖，畫出系統(tǒng)的接線圖和系統(tǒng)平面布置圖，最后再進行控制柜大小的設計。通過這些瑣碎的工作，從而了解和掌握相關的設計方法和知識。關鍵詞：電動機 plc 原理圖 接線圖 布置圖第一章 引言隨著我國城市化的不斷發(fā)展，樓宇給水成為了一個新興的行業(yè)，而對于不同的建筑，供水方式也各不相同，本設計主要針對低層建筑的供水設計，采用的是高低位

4、水箱供水。系統(tǒng)的分為自動和手動兩種方式。設計內容及要求：一、 設計內容及要求通過對電氣控制系統(tǒng)的設計，掌握電氣控制系統(tǒng)設計的一般方法，能夠設計出滿足控制要求的電氣原理圖，以及安裝布置圖、接線圖和控制箱的設計，具有電氣控制系統(tǒng)工程設計的初步能力。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用三菱f1 plc為中心控制單元，設計出滿足控制要求的控制系統(tǒng)。二、 設計原始資料1、 高低位水箱均設水位信號器。高位水箱水位達到低位，低位水箱水位達到高位時，水泵起動；高位水箱水位達到高位或低位水箱水位達到低位時，水泵停止。2、 兩臺水泵分工作泵和備用泵，可以互換，只有一臺水泵工作。當工作泵出現(xiàn)故障時，備用泵自投。水泵功率5.5k

5、w。3、 具有手動、自動工作方式。4、 各種指示及報警。三、設計完成后提交的文件和圖表1 計算說明書部分1）系統(tǒng)工作原理說明2）操作使用說明。 2 圖紙部分：1） 電氣原理圖：主電路、控制電路、梯形圖、指令系統(tǒng)。2） 電氣箱面板布置圖，電氣箱內部布置圖。3） 接線圖。（相對編號法）4） 元件名細表。5）控制箱尺寸。第二章 案的論證及方案確定本系統(tǒng)采用三菱f1系列的plc控制兩臺水泵電機的工作，具有手動、自動工作方式，兩臺水泵分工作泵和備用泵，可以互換，只有一臺水泵工作。當工作泵出現(xiàn)故障時，備用泵自投；高低位水箱均設水位信號器。高位水箱水位達到低位，低位水箱水位達到高位時，水泵起動；高位水箱水位

6、達到高位或低位水箱水位達到低位時，水泵停止。通過分析系統(tǒng)所需要的i/o口，可以選擇plc，由于f1系列的plc種類很多，并且plc的點數(shù)越多，價格越貴，因此應在程序上減少輸入輸出點數(shù)；為了減少點數(shù)，將手動的啟停按鈕用旋鈕代替這樣就節(jié)約了兩個輸入點，最終系統(tǒng)的輸入為13點，輸出為12點；考慮到經(jīng)濟和裕量的關系，我最終確定的是三菱f1-30mr的plc。第三章 系統(tǒng)各部分的設計 3.1主電路的設計由于兩臺泵，一臺工作，一臺作為備用泵，所以需要兩臺電機分別對其進行控制。又由于功率都為5.5kw，所以可確定兩臺水泵電機均可直接啟動。同時，每個電機分別用1個接觸器控制其電源,一個低壓斷路器進行該支路的短

7、路保護，1個熱繼電器進行電機的過載保護1個壓力繼電器保證電機正常工作。為了加強保護，在主干路上也設置了一個低壓斷路器。即主電路的組成器件為：3個低壓斷路器，2個接觸器的主觸頭，2個熱繼電器，2個壓力繼電器，2臺三相交流電機。主電路與控制電路見附頁。3.2控制電路的設計在本設計中，控制電路是由plc進行控制的。在進行一次又一次的設計和修改后，最后定下的電路有13個輸入點，12個輸出點，故最終決定采用三菱f1-30mr的plc，該plc有16個輸入點，14個輸出點，完全能滿足本次設計的要求，并留有一定的余量。該plc的尺寸為：275*90*90。系統(tǒng)的i/o分配表如下：輸入輸出1#機組手動啟動按鈕

8、sb1x4001#電機工作線圈km1y4302#機組手動啟動按鈕sb1x4012#電機工作線圈km2y4311#自投2#備用開關sax402高位水箱下限hl3y432手動/自動選擇開關sax403低位水箱上限hl4y4331#自投2#備用開關sax404高位水箱上限hl5y434高位水箱下限接點s1x405低位水箱下限hl6y435低位水箱上限接點s2x4061#備用指示hl7y436高位水箱上限接點s3x4072#備用指示hl8y437低位水箱下限接點s4x4101#故障指示hl9y5301#電機熱保護觸電fr1x4112#故障指示hl10y5312#電機熱保護觸電fr2x412手動狀態(tài)指示

9、lh11y5321#水泵壓力繼電器接點sp1x413聲音報警y5332#水泵壓力繼電器接點sp2x5003.3梯形圖的設計與分析為了滿足本次設計的基本要求和功能，梯形圖設計如附錄中原理圖所示。分析如下：3.3.1手動、自動的工作方式選擇將旋鈕sa撥至x403輸入點所對應的檔位時，系統(tǒng)將進入手動工作狀態(tài)。此時，若旋轉sb1（sb2）至啟動位置，則將啟動1（2）號機組，若旋轉sb1（sb2）至停機位置，則將關閉1（2）號機組；當將旋鈕sa撥至x402輸入點對應的檔位時，則系統(tǒng)將進入自動工作狀態(tài)，且1號機為自投，2號機位備用；當將旋鈕sa撥至x404輸入點對應的檔位時，則系統(tǒng)將進入自動工作狀態(tài)，且2

10、號機為自投，1號機位備用；如果系統(tǒng)滿足起泵條件，自投泵自投，直到滿足停機條件時停機，在運行過程中，如果自投泵出現(xiàn)故障，備用泵將自動投入使用。3.3.2機組的啟動條件及操作使用在自動工況下，為了對高、低位水箱的高、低位進行檢測，用了四個觸點進行檢測。將四個觸點分別接至plc的x405，x406,x407，x410四個輸入端。根據(jù)設計要求，當高位水箱達到高位或者低位水箱達到低位時，水泵不啟動；當高位水箱達到低位或者低位水箱達到高位時，應起泵。在梯形圖中，當x406或x405觸點閉合時，則m201線圈得點，在使得m202（m203）線圈得電，最終使y430（y431）線圈的復位端接通，則系統(tǒng)將會啟動

11、；當x407或x410觸點閉合時，將是線圈m201失電斷開，則使得m202（m203）線圈失電，使得y430（y431）線圈失電，電機停止。通過y436和y437線圈觸頭之間的互鎖，使系統(tǒng)任一時刻，只能工作在氣泵或不起泵狀態(tài)，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 在手動情況下電機的啟停不在受液位高低的控制，直接通過人為的操作來實現(xiàn)電機的啟動和停止：旋轉sb1（sb2）至啟動位置，則將啟動1（2）號機組，若旋轉sb1（sb2）至停機位置，則將關閉1（2）號機組。3.3.3備泵自投功能的實現(xiàn)設計任務中要求當工作泵出現(xiàn)故障時，應實現(xiàn)備泵自投的功能。因此，在設計中，電機的啟動方式除了自動和手動的啟動方式外，應再加一種

12、作為備泵自投的啟動方式，即在在自動工作模式下確認工作泵出現(xiàn)故障時，在系統(tǒng)仍滿足起泵的條件下，應在感應工作泵的故障線圈一旦得電，則備泵應立即啟動。因此將1號機組的故障線圈的常開觸點y530并在1號機組自動控制停止線圈m202的回路和2號機組啟動線圈m203的回路上，這樣當1號機故障時m202線圈失電1號機停止，同時m203得電啟動2號機；同樣，將2好機組的故障線圈的常開觸點y531并在并在2號機組自動控制停止線圈m203的回路和1號機組啟動線圈m202的回路上，這樣當2號機故障時m203線圈失電2號機停止，同時m202得電啟動1號機,從而實現(xiàn)了備泵自投的功能。3.3.4信號燈的指示在本次設計中，

13、共使用了11個指示燈。分別為1、2號電機的工作指示燈hl1，hl2，高位水箱下限指示燈hl3，低位水箱上限指示燈hl4,，高位水箱上限指示燈hl5，低位水箱下限指示燈hl6，1號機作為備用的指示燈lh7；2號機作為備用的指示燈hl8；1號機故障指示燈hl9，2號機故障指示燈hl10；手動工況指示燈hl11；單電機啟動30秒后，壓力檢測起作用，如果壓力沒達到設定值，則認為是故障狀態(tài)，此時發(fā)出故障提示，如果是在自動模式下還要是使備用泵自投。3.3.5指令語言程序梯形圖中對應的指令語言程序如下：指令數(shù)據(jù)指令數(shù)據(jù)指令數(shù)據(jù)ldx402rm202ldy430ory437ldm202outt450aniy5

14、30outy430k30outy437ldx403ldy431ldx404andx401outt451ory436ldy436k30aniy531ory531ldt450outy436andm201andx413ldx405anix403orx411orx406orbory530sm201sm203outy530ldx407ldx403ldt451orx410anix401andx500rm201ldix403orx412ldx403anim201ory531andx400ory531outy531ldy437orbldx403ory531rm203outy532andm201ldm203ld

15、y432anix403outy431ory433orbldx405ory434sm202outy432ory435ldx403ldx406ory530anix400outy433ory531ldix403ldx407outy533anin201outy437endory530ldx410orbouty435第四章 元器件的選擇及依據(jù)4.1 低壓斷路器的選擇根據(jù)動力供電支線用斷路器的動作電流整定原則，現(xiàn)采用非選擇型二段式（過載延時及短路瞬動保護）保護，各參數(shù)計算如下： 斷路器額定電壓un=380v。 過載保護：idz1=kkin,取kk=1.1，則idz1=10 a。 短路瞬動保護： idz2=

16、(1012)in,則支路上短路瞬動電流至少為100a，按110a。綜合以上各個條件，支路上選dzx7-2520型低壓斷路器，其電流整定范圍為1016a，極限短路分斷能力為6ka，這里將電流整定為10a，短路脫扣電流整定為110a，尺寸為46*83.5*98（單位都為mm，下同）。干路上支路上選dzx7-2520型低壓斷路器，由于任何時候都只可能最多有一臺電機工作，考慮到控制電路的電流，將電流整定為15a, 短路電流整定為200a。4.2 plc的選擇由于系統(tǒng)要求使用三菱f1系列的plc。有i/o分配表可知輸入點為13點，輸出帶了為12點，故選用三菱f1-30mr型的plc，其輸入繼電器為x40

17、0x413和x500x503共16點，輸出繼電器為y430y437和y530y535共14點，其尺寸為：275*90*90。4.3 交流接觸器的選擇單個電機回路中的電流估算如下：inpn/(1.732uncos)=5500/(3801.7320.9)9.3a.所以根據(jù)in=10a選交流接觸器cjx4-12d,額定工作電流為12a。尺寸為45*45*80。4.4 熱繼電器的選擇因為系統(tǒng)中電機為5.5kw，電源線電壓為380v ，所以電機正常工作時應為三角形接法。選帶有斷相保護的熱繼電器：lr1-d12316 ，電流調整范圍為：1013a，這里將其值整定為10a 。尺寸為45*62*93。4.5

18、轉換開關和旋鈕的選擇根據(jù)系統(tǒng)原理圖及系統(tǒng)電壓可選擇：轉換開關用hzz5-d0213型 工作電壓為交流380v及一下；直流220v及以下。尺寸為：48*48*61.5，直徑為29mm,安裝孔為16mm.旋鈕用la18-22x2，直徑為48mm.長度為80mm。4.6 指示燈的選擇在控制電路上，為了接線簡單起見，給指示燈供電為220v。故選擇指示燈類型為：xdy1-b/61 顏色：紅色 額定電壓為220v，xdy1-b/62 顏色：綠色 額定電壓為220v.尺寸為：直徑29mm,安裝時，安裝孔徑為22.3mm，兩燈水平之間距離不小于30mm，垂直之間距離不小于40mm。其中水位指示燈和故障指示燈為

19、紅色的，共六個，選擇的型號為xdy1-b/61；水泵運行狀態(tài)指示燈，手動指示燈，備用泵指示燈為綠色，共五個，選擇的型號為xdy1-b/62。另外水位和故障的線圈輸出還要為蜂鳴器供點，起提示報警作用。4.7 端子排的選擇在本設計中，一共用了16個端子進行導線的引入和引出，故選用端子排的型號為：tz1-20總共有20個端子，每個端子的尺寸為：10*40*51，在本設計中用了其中的16個，余下的4個作為預留端子。第五章 控制柜的尺寸設計根據(jù)以上關于本系統(tǒng)所選擇的各元器件的實際安裝尺寸，同時考慮各元件之間的間隔，最終將電氣控制箱的尺寸定為400640180mm具體的元器件尺寸分布參見系統(tǒng)平面布置圖中的尺寸標注。另外為了便于檢修控制柜內的元件都采用卡軌式安裝，柜內設有布線槽，考慮到導線的根數(shù)不是很多，線槽的寬度設為15mm。系統(tǒng)平面布置圖和接線圖見附頁?？偨Y對建筑電氣控制技術這門課程的學習，使我掌握了很多關于建筑電氣方面的知識，在這次的課程設計當中更是學到了許多的專業(yè)知識。在這一周的設計當中，通過查閱相關書籍，和相關產(chǎn)品手冊，經(jīng)過不斷的努力和改進終于完成了設計要求。本設計的主要優(yōu)點是各個過程都有明顯的指示和提示，能使用戶再在使用時清楚明了地知道系統(tǒng)正在干什么，或者現(xiàn)在該怎么操作，并且為系統(tǒng)設