高低位水箱供水系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

/ 前言可編程限制器（PLC）作為一種新型的工業(yè)自動(dòng)扮裝置。因其功能強(qiáng)大，牢靠性高，操作運(yùn)用便利而得到了廣泛的應(yīng)用，它在民用建筑行業(yè)中的應(yīng)用也日益廣泛。本設(shè)計(jì)以PLC為中心限制單元設(shè)計(jì)一凹凸位水箱供水系統(tǒng)，具體要求見設(shè)計(jì)任務(wù)。在本設(shè)計(jì)中，充分考慮到了設(shè)計(jì)方案的好用性，經(jīng)濟(jì)性以及用戶操作的便利性。在給出系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上，同時(shí)也附帶了安裝圖，接線圖及操作運(yùn)用說明書；在保證設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，通過分時(shí)復(fù)用啟動(dòng)按鈕和細(xì)致修改梯形圖，最終將原本應(yīng)當(dāng)用的OMRONC40P可編程限制器現(xiàn)改用OMRONC28P即可實(shí)現(xiàn)全部功能，為用戶降低了設(shè)計(jì)成本。本著讓用戶運(yùn)用便利，操作明白的設(shè)計(jì)原則，在手動(dòng)工作時(shí)設(shè)置了“允許起泵”和“必需停泵”信號。書目設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3二、分析設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31、主電路設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32、PLC選擇及I/O支配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33、PLC接線圖設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4三、梯形圖設(shè)計(jì)和分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41、手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)選擇和指示．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42、凹凸位水箱液位開關(guān)的邏輯設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53、自動(dòng)狀態(tài)時(shí)水泵電機(jī)的工作方式選擇及啟動(dòng)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54、手動(dòng)狀態(tài)時(shí)水泵的單獨(dú)起停．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．55、故障檢測和備泵自投．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6四、用戶操作說明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71、系統(tǒng)手動(dòng)工作操作說明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72、系統(tǒng)自動(dòng)工作操作說明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．73、留意事項(xiàng)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8五、元器件選型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8六、結(jié)束語．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．91、設(shè)計(jì)的收獲和體會(huì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92、系統(tǒng)再相識．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9七、指令語言程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10八、參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10九、備注1、限制箱尺寸．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．112、導(dǎo)線選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11十、附圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．111、凹凸位水箱供水系統(tǒng)電氣限制原理圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122、凹凸位水箱供水系統(tǒng)電氣安裝接線圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．133、凹凸位水箱供水系統(tǒng)電氣限制箱布置圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14凹凸位水箱供水系統(tǒng)電氣限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求通過對電氣限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，駕馭電氣限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法，能夠設(shè)計(jì)出滿足限制要求的電氣原理圖，以及安裝布置圖、接線圖和限制箱的設(shè)計(jì)，具有電氣限制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的初步實(shí)力。依據(jù)凹凸位水箱供水的限制要求，接受PLC為中心限制單元，設(shè)計(jì)出滿足限制要求的限制系統(tǒng)。具體設(shè)計(jì)要求：1、凹凸位水箱均設(shè)水位信號器。當(dāng)高位水箱水位達(dá)到低位，低位水箱水位達(dá)到高位時(shí)，水泵啟動(dòng)；高位水箱水位達(dá)到高位或低位水箱水位達(dá)到低位時(shí)，水泵停止。2、兩臺(tái)水泵分工作泵和備用泵，可以互換，任何時(shí)候只有一臺(tái)水泵工作。當(dāng)工作泵出現(xiàn)故障時(shí)，備用泵自投，水泵功率各為5.5KW。3、具有手動(dòng)、自動(dòng)工作方式。4、各種指示及報(bào)警。二、分析設(shè)計(jì)相關(guān)約定：為了分析表達(dá)便利，以下設(shè)計(jì)分析中相關(guān)符號表示意義分別為：某個(gè)線圈帶電用“+”表示，過度過程用“→”表示，線圈帶電并保持用“＿+”表示，線圈失電用“－”表示。1、主電路設(shè)計(jì)依據(jù)限制要求及水泵的容量,經(jīng)計(jì)算可確定兩臺(tái)水泵電機(jī)均可干脆啟動(dòng)（見附圖主電路），每個(gè)電機(jī)分別用1個(gè)接觸器限制其電源,1個(gè)熱繼電器進(jìn)行過載及短路瞬時(shí)愛惜.2、PLC選擇及I/O支配依據(jù)限制要求可統(tǒng)計(jì)出輸入PLC的信號本應(yīng)為16個(gè),輸出信號為6個(gè)(見原理圖和I/O支配表),但I(xiàn)/O支配表中輸入信號實(shí)為14個(gè).緣由是從經(jīng)濟(jì)性和元件的利用效率上考慮,在本設(shè)計(jì)中將輸入按鈕SWK1,SWK2通過軟件變更成了多功能按鈕,即當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí),選擇1#水泵為工作方式的選擇按鈕SWK1,在系統(tǒng)處于手動(dòng)工作狀態(tài)時(shí),它也是1#水泵手動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)按鈕.同理,SWK2也具有相同的功能.經(jīng)過變更之后可將原本必需選用的OMRONC40PPLC現(xiàn)改用OMRONC28P(16輸入,12輸出)即可實(shí)現(xiàn)限制要求,且留有確定的余量.I/O支配表輸入輸出1#泵作為工泵選擇按鈕SWK100001#水泵電機(jī)接觸器線圈05042#泵作為工泵選擇按鈕SWK200012#水泵電機(jī)接觸器線圈0505自動(dòng)工作方式選擇按扭SAUT0003自動(dòng)工作方式指示燈0506手動(dòng)工作方式選擇按扭SMAN0004手動(dòng)工作方式指示燈0507高位水箱下限水位信號SHL00051#水泵電機(jī)故障報(bào)警指示0500高位水箱上限水位信號SHH00062#水泵電機(jī)故障報(bào)警指示0501低位水箱上限水位信號SLH00071#水泵正常工作狀態(tài)指示0504高位水箱下限水位信號SLL00081#水泵正常工作狀態(tài)指示05051#水泵電機(jī)過載愛惜觸點(diǎn)FR10009手動(dòng)工作時(shí)“允許起泵”指示05022#水泵電機(jī)過載愛惜觸點(diǎn)FR20010手動(dòng)工作時(shí)“必需停泵”指示05031#水泵電機(jī)手動(dòng)停止按鈕STP100112#水泵電機(jī)手動(dòng)停止按鈕STP200121#水泵電機(jī)觸點(diǎn)檢測信號00131#水泵電機(jī)觸點(diǎn)檢測信號00143、PLC接線圖設(shè)計(jì)由于接受了OMRONC28P,其輸入輸出均為分組式的,其中輸入點(diǎn)0000,0001為一組,其余合為一組.依據(jù)I/O支配表即可將連接電路,如原理圖所示.在主電路中輸入各點(diǎn)共用PLC自帶的24伏直流電源,輸出各點(diǎn)共用溝通220伏電源.三、梯形圖設(shè)計(jì)和分析1、手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)選擇和指示這部分梯形圖的設(shè)計(jì)主要用KEEP指令來實(shí)現(xiàn).在梯形圖中,當(dāng)外部自動(dòng)選SATO有按下時(shí),0003+1000+1001－(手動(dòng)狀態(tài)時(shí)PLC內(nèi)部幫助繼電器1001復(fù)位清零)0506+自動(dòng)狀態(tài)指示燈HLATO亮,同理手動(dòng)工作方式時(shí)0507會(huì)帶電,手動(dòng)狀態(tài)指示燈HLMAN亮.由于自動(dòng),手動(dòng)在KEEP復(fù)位時(shí)接受了互鎖,所以每個(gè)工作狀態(tài)下只有相應(yīng)的工作指示燈亮.2、凹凸位水箱液位開關(guān)的邏輯設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)要求,凹凸位水箱的水位信號須要檢測出來,現(xiàn)用干簧水位信號器進(jìn)行水位測量,凹凸位水箱各設(shè)一只,其示意圖見系統(tǒng)接線圖和原理圖。。從限制要求,I/O支配表及干簧水位信號器的示意圖可得知只有0005和0007帶電時(shí),即高位水箱水位達(dá)到低位且低位水箱水位達(dá)到高位時(shí)才允許啟泵;而只要0006和0008中的一個(gè)動(dòng)作,即高位水箱水位達(dá)到高位或低位水箱水位達(dá)到低位時(shí)就必需得停泵.據(jù)這一邏輯關(guān)系,在梯形圖中用0006和0008的或邏輯去發(fā)出停泵信號,用0005和0007的常開和邏輯作為啟泵信號.相互之間也應(yīng)有互鎖.工作過程為:啟泵信號發(fā)出00050005+，0007+1301+啟泵信號發(fā)出1310－（停泵保持繼電器復(fù)位，解除停泵信號）停泵信號發(fā)出啟泵保持繼電器復(fù)位,啟泵信號解除0006－或0008－1200+(短時(shí)帶電)1300停泵信號發(fā)出啟泵保持繼電器復(fù)位,啟泵信號解除3、自動(dòng)狀態(tài)時(shí)水泵電機(jī)的工作方式選擇及啟動(dòng)自動(dòng)狀態(tài)時(shí)水泵電機(jī)的工作方式選擇信號由PLC內(nèi)部幫助繼電器1101,1102發(fā)出,其中1101用于選定1#水泵為工作泵,2#水泵為備用泵;1102用于選定2#水泵為工作泵,1#水泵為備用泵.和自動(dòng)/手動(dòng)選擇一樣,這兩種工作方式之間也須要互鎖,同樣通過KEEP指令來實(shí)現(xiàn).自動(dòng)工作時(shí)1#水泵為工作泵,2#水泵為備用泵的工作過程如下:1101+13011101+1301+（液位信號允許起泵）1401+→0504+（1#水泵正常工作）

→4、手動(dòng)狀態(tài)時(shí)水泵的單獨(dú)起停考慮凹凸位水箱供水系統(tǒng)一般為城市居民樓供水，在系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式下時(shí)，有必要在限制室設(shè)置一水位信號指示燈，以使操作人員知道什么狀態(tài)下可以起泵，什么狀態(tài)下必需停泵。而且這一信號應(yīng)當(dāng)和自動(dòng)狀態(tài)時(shí)凹凸位水箱里的干簧水位信號器的邏輯相同，所以就將自動(dòng)狀態(tài)時(shí)的水位邏輯作為手動(dòng)工作時(shí)的起停泵邏輯，用兩個(gè)指示燈分別表示手動(dòng)方式時(shí)的“允許起泵”和“必需停泵”信號。工作過程如下：手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，1001+，若1301+，則表示可以起泵了，此時(shí)是否起泵完全由手動(dòng)啟動(dòng)按鈕SWK1,SWK2確定。“允許起泵”信號由KEEP指令實(shí)現(xiàn)，且只有在手動(dòng)工作方式時(shí)有效，自動(dòng)工作方式時(shí)，通過1000將其互鎖。而且“允許起泵”信號和“必需停泵”信號必需互鎖。“必需停泵”信號的產(chǎn)生原理類似于“允許起泵”信號，它也是由水位信號器發(fā)出的，原委何時(shí)停泵，何時(shí)起泵完全由操作人員自主確定，只不過起泵必需在“允許起泵”指示燈亮了之后進(jìn)行，而停泵的最終期限為“必需停泵”指示燈亮。起停過程由操作人員依據(jù)指示燈狀態(tài)自主進(jìn)行，適合在際環(huán)境中運(yùn)用。5、故障檢測和備泵自投在本設(shè)計(jì)中，將系統(tǒng)的故障簡化為兩種類型：一個(gè)是電機(jī)的過載，這一信號可由設(shè)在電機(jī)主回路中的熱繼電器常開觸點(diǎn)發(fā)出（當(dāng)水泵電機(jī)過負(fù)荷或者缺相時(shí)），所以可將這一信號設(shè)為備泵自投信號；另一個(gè)故障是接觸器水泵工作過程中或啟動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)的銜鐵卡澀，導(dǎo)致接觸器線圈雖帶電但觸點(diǎn)不動(dòng)作，所以電機(jī)就無法正常工作。在設(shè)計(jì)中將兩個(gè)接觸器的常閉觸點(diǎn)接入PLC用于監(jiān)視接觸器的工作狀況并將此信號也作為一個(gè)備泵自投信號。另外?？紤]到接觸器的動(dòng)作時(shí)間小于PLC的掃描時(shí)間，所以為了解除啟動(dòng)時(shí)的虛假故障信號，在梯形圖中設(shè)置了時(shí)間繼電器TIM01進(jìn)行5秒的延時(shí)，假如延時(shí)時(shí)間到，且接觸器的故障信號還存在，則啟動(dòng)備用泵。由于熱繼電器本身就具有過載延時(shí)，所以一旦熱繼電器常開觸點(diǎn)動(dòng)作，則立刻啟動(dòng)備泵并給出報(bào)警。具體工作過程如下： 0504－（1#泵停）=1\*GB2⑴過載：假設(shè)1#水泵過載，則0009+→1002+ 0505+（啟動(dòng)2#備用泵） 0500+（故障指示燈HL1 亮，HA1報(bào)警）=2\*GB2⑵接觸器1KM故障：設(shè)線圈KM1帶電，但其觸點(diǎn)沒動(dòng)作，即：0504+，0013+ 0504+（停止1#水泵）→延時(shí)5S→TIM01+→1002+→ 0505+（啟動(dòng)2#備用泵）0500+（故障指示燈HL1亮，HA1報(bào)警）當(dāng)延時(shí)5秒沒到時(shí)，若0013－，則不會(huì)啟動(dòng)備泵自投信號1002。同理，當(dāng)2#水泵為工作泵，1#水泵為備用泵，出故障時(shí)也能實(shí)現(xiàn)備泵自投。四、用戶操作說明本系統(tǒng)為凹凸位水箱供水系統(tǒng)，請運(yùn)用者務(wù)必按操作說明進(jìn)行。在運(yùn)用之前請先打開限制箱門，合上低壓斷路器QF,檢查PLC是否正常帶電。系統(tǒng)手動(dòng)工作操作說明：按下限制箱面板上的手動(dòng)工作方式選擇按鈕SMAN，此時(shí)手動(dòng)工作指示燈HL6亮，表示系統(tǒng)已進(jìn)入手動(dòng)工作狀態(tài)，再按SWK1或者SWK2即可選擇讓1#或2#水泵工作。當(dāng)某個(gè)水泵正常工作時(shí)，相應(yīng)的水泵工作指示燈HL3，HL4將維持點(diǎn)亮直到相應(yīng)的水泵停止工作。須要停泵時(shí)，只需按下停泵按鈕STP1或STP2即可。系統(tǒng)自動(dòng)工作操作說明：須要系統(tǒng)自動(dòng)工作時(shí)，首先按下自動(dòng)工作方式選擇按鈕SATO，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)退出手動(dòng)工作方式，進(jìn)入自動(dòng)工作模式，并等待用戶發(fā)出機(jī)組選擇信號。若選擇2#泵為工作泵，1#泵為備用泵，只需按下SWK2；若選擇1#泵為工作泵，2#泵為備用泵，只需按下SWK2即可。系統(tǒng)便可自動(dòng)運(yùn)行。留意事項(xiàng)：=1\*GB2⑴由于本系統(tǒng)在自動(dòng)手動(dòng)方式工作時(shí)是分時(shí)復(fù)用按鈕AWK1,SWK2的，所以用戶不必?fù)?dān)憂在這兩種工作方式時(shí)都按同樣的按鈕會(huì)產(chǎn)生什么影響。=2\*GB2⑵為了保證系統(tǒng)平安許久運(yùn)行，本系統(tǒng)對手動(dòng)工作方式有確定的限制：在高位水箱的水位達(dá)到高位或低位水位達(dá)到低位之前，假如運(yùn)用者還沒有停泵，則系統(tǒng)將自動(dòng)停泵，這樣可以有效的避開水泵的“干抽”和高位水箱水位的冒出；同時(shí)只有當(dāng)高位水箱的水位達(dá)到低位且低位水位達(dá)到高位時(shí)才允許運(yùn)用者手動(dòng)啟動(dòng)泵。五、元器件選型1、溝通接觸器單個(gè)電機(jī)回路中的電流估算如下：IN＝PN/(1.732×UN×COS＠)=5500/(380×1.732×0.9)≈9.3A.所以依據(jù)IN=10A選溝通擇接觸器LC1-D129MA652、熱繼電器因?yàn)橄到y(tǒng)中電機(jī)為5.5KW，電源線電壓為380V，所以電機(jī)正常工作時(shí)應(yīng)為三角形接法。選帶有段相愛惜的熱繼電器：LR1-D12316,并將其值整定為10A。熔斷器由于水泵功率為5.5KW,屬于小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以選用選擇熔斷器時(shí)應(yīng)選熔化系數(shù)較小的熔斷器，依據(jù)熔體整定電流Ire≥(1.5～2)IN,取Ire=2IN=20A,可選擇螺旋塞式熔斷器RL1-60系列，容體電流為20A的熔斷器。低壓斷路器依據(jù)動(dòng)力供電支線用斷路器的動(dòng)作電流整定原則，現(xiàn)接受非選擇型二段式（過載延時(shí)及短路瞬動(dòng)愛惜）愛惜，各參數(shù)計(jì)算如下：=1\*GB2⑴斷路器額定電壓UN=380V。=2\*GB2⑵過載愛惜：Idz1=KkIN,取Kk=1.1，則Idz1=11A,所以干路上電流約為22A。=3\*GB2⑶短路瞬動(dòng)愛惜：Idz2=(10～12)IN,則干路上短路瞬動(dòng)電流至少應(yīng)為220A.綜合以上各個(gè)條件選DZX7-2522F2TH型低壓斷路器。按鈕開關(guān)的選擇依據(jù)系統(tǒng)原理圖及系統(tǒng)電流可選擇用LAY5-10M3.14152FTH’元器件明細(xì)表序號名稱型號數(shù)量單位1溝通接觸器LC1-D129MA652個(gè)2熱繼電器LR1-D123161個(gè)3熔斷器RL1-602個(gè)4低壓斷路器DZX7-2522F2TH1個(gè)5按鈕開關(guān)LAY5-10M3.14152FTH6個(gè)六、結(jié)束語1、設(shè)計(jì)的收獲和體會(huì)電氣限制技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，一些理論上的東西只有經(jīng)過了實(shí)踐熬煉才能真正的被我們駕馭。在此次課程設(shè)計(jì)中，我通過查找資料，和同學(xué)探討，解決了一個(gè)又一個(gè)問題，最終較為成功的設(shè)計(jì)出了這個(gè)系統(tǒng)。此次課設(shè)使我對用PLC設(shè)計(jì)電氣限制系統(tǒng)有了更進(jìn)一步的相識，而且初步具備了設(shè)計(jì)電氣限制系統(tǒng)工程的實(shí)力。這些都為我們將來的工作打下了良好而堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。2、系統(tǒng)再相識本系統(tǒng)為開關(guān)量的限制系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)成本低，設(shè)計(jì)簡潔；缺點(diǎn)是限制精度不高，缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)控上下液位的模擬量限制，比如可再添入變頻器，重新用PLC設(shè)計(jì)一現(xiàn)在較為流行的變頻衡壓供水系統(tǒng)。由于在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中始終堅(jiān)持以“操作簡潔、明白、節(jié)約、好用”為原則，所以該系統(tǒng)還是具有其可以競爭的優(yōu)勢。七、指令語言程序電氣原理圖中梯形圖的指令語言程序如下：LD0003LD1000OR1002LD1001OR1001LD0012KEEP1000AND1301OR1003LD0004ILOR1300LD1000LD1101KEEP0505KEEP1001DIF