【A發(fā)電廠滲漏排水系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)11000字（論文）】

PAGEPAGE6A發(fā)電廠滲漏排水系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 3關(guān)鍵詞 30.前言 41.緒言 51.1原始資料 51.2設(shè)計(jì)目標(biāo) 51.3控制要求 51.4控制流程圖 62.電機(jī)啟動(dòng)方式 72.1電機(jī)啟動(dòng)的基本要求 72.2各類啟動(dòng)方式特點(diǎn) 72.3電機(jī)的軟啟動(dòng) 83.電機(jī)保護(hù) 123.1過(guò)載保護(hù) 123.2低電壓保護(hù) 123.3相間短路保護(hù) 124.短路計(jì)算 144.1短路計(jì)算相關(guān)公式 144.2短路計(jì)算過(guò)程 155.電氣元器件選型 185.1電氣設(shè)備的選擇原則 185.2斷路器選擇原則 185.3熔斷器選擇 195.4接觸器的選擇 205.5電纜的選擇 205.6熱繼電器的選擇 216.控制回路與元件選型 226.1控制電路的電源 226.2轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 226.3帶燈按鈕開(kāi)關(guān) 226.4蜂鳴器 226.5信號(hào)燈 236.6中間繼電器 237.PLC硬件及軟件的設(shè)計(jì)與選型 247.1PLC概述 247.2I/O端口分配 247.3型號(hào)確定 267.4PLC人機(jī)界面HMI 268.程序設(shè)計(jì) 278.1程序主流程圖 278.2液位信號(hào)處理 278.3水泵控制流程圖 278.4故障檢測(cè) 28參考文獻(xiàn) 29摘要：本文選擇通過(guò)PLC方式來(lái)控制水電站滲漏排水系統(tǒng)，以助于實(shí)現(xiàn)水電站的自動(dòng)化運(yùn)行，文章在分析了原始資料后，確定了電機(jī)的啟動(dòng)方式，控制需求，以及保護(hù)方式，然后在計(jì)算了電機(jī)的短路電流后，對(duì)相關(guān)的電氣設(shè)備進(jìn)行了選擇與校驗(yàn)，接著就是設(shè)計(jì)控制回路，從實(shí)際的需求出發(fā)來(lái)選擇PLC的具體類型，最后就是使用具體語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行程序的編寫，設(shè)計(jì)完成了該自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：滲漏排水PLC控制前言近年來(lái)我國(guó)水電站的裝機(jī)容量和數(shù)量都處于世界領(lǐng)先地位，但在技術(shù)方面還有所差距，隨著我國(guó)技術(shù)不斷發(fā)展，水能發(fā)電站設(shè)備的自動(dòng)化水平也不斷提高，本次設(shè)計(jì)便是運(yùn)用PLC對(duì)A發(fā)電站的滲漏排水系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制功能。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，該發(fā)電站共運(yùn)用兩臺(tái)相同的電動(dòng)機(jī)和排水泵，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，由傳感器產(chǎn)生的水位信號(hào)來(lái)對(duì)PLC的輸出量進(jìn)行控制，從而使兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)和水泵有了不同的工作方式，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)拖動(dòng)排水泵運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)排出滲漏水，自動(dòng)化控制其滲漏排水系統(tǒng)，在充分對(duì)比與調(diào)查了不同廠家的PLC容量、I/O口數(shù)量后，決定使用PLC型號(hào)是FX2N-48MR-D。

緒言1.1原始資料A水電站自身的滲漏排水系統(tǒng)包括了兩個(gè)主要部分，一部分是電動(dòng)機(jī)（2臺(tái)），另一部分是滲漏排水泵（2臺(tái)），具體對(duì)應(yīng)的型號(hào)是；主要參數(shù)有：流量Q=320m3/min，揚(yáng)程200米，配套電機(jī)功率30kW，轉(zhuǎn)1460r/min；水位要求為：在水位處于1370.5米位置上，將排水泵進(jìn)行停用；在水位處1375.0米位置上，將主排水泵進(jìn)行啟用；在水位處于1380.0米位置上，將備用泵進(jìn)行啟用；在水位處于1390.0米位置上，將響起警報(bào)聲，提示水位過(guò)高。表SEQ表格\*ARABIC1電機(jī)基本參數(shù)型號(hào)額定功率（KW）額定電流（A）轉(zhuǎn)速(r/min)效率（%）300jc/kf1853056.89146076.51.2設(shè)計(jì)目標(biāo)在水電站集水井中匯集滲漏水后，需經(jīng)過(guò)深井排水泵將滲漏水抽出，由于滲漏水受諸多因素的影響，滲漏量難以計(jì)算，在滲漏量激增時(shí)難免會(huì)存在排水泵不能及時(shí)啟動(dòng)排水，容易導(dǎo)致水淹廠房事件的發(fā)生，將嚴(yán)重影響到發(fā)電站的生產(chǎn)效益。為有效防止該類事件的出現(xiàn)，選用PLC方式來(lái)控制滲漏排水系統(tǒng)，促進(jìn)其運(yùn)行更加穩(wěn)定與高效，滲漏集水井水位發(fā)生變化會(huì)使傳感器迅速反應(yīng)，將信號(hào)輸入PLC，做出反應(yīng)及時(shí)控制電動(dòng)機(jī)啟停，另外，假如水位上升至最高限制水位，就會(huì)有警報(bào)信號(hào)發(fā)出，這是預(yù)先設(shè)置好的，使得水電站的值班人員可以了解到相關(guān)信息，以便處理更加及時(shí)，更好地保障水電站安全與穩(wěn)定的運(yùn)行。1.3控制要求按照電站具體控制要求，對(duì)水泵啟停的控制一般設(shè)計(jì)上使用的是電動(dòng)機(jī)，包括了兩臺(tái)水泵，還有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)電站在正常的運(yùn)行過(guò)程中：假如水泵出水率大于集水井中滲漏的進(jìn)水率，此時(shí)水位會(huì)小于1370.5米，停止排水泵與電動(dòng)機(jī)的工作，排水也就停了下來(lái)；假如水泵出水率小于集水井的滲漏進(jìn)水率值，在水位提高到1375米以上后，將排水泵進(jìn)行啟動(dòng)，排水也就開(kāi)始了；假如主排水泵在啟用后，其出水率還是沒(méi)有達(dá)到滲漏進(jìn)水率的要求，就會(huì)繼續(xù)提高集水井的水位，當(dāng)提高至1380米以后，就要將備用泵進(jìn)行啟用，同時(shí)運(yùn)行兩臺(tái)水泵與兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，使得其排水率得到大大增加；若這時(shí)排水率仍然低于滲漏進(jìn)水率，水位到達(dá)1390米，高水位報(bào)警器發(fā)出信號(hào)，相關(guān)工作人員將采取緊急措施?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，該發(fā)電站運(yùn)用兩臺(tái)相同的電動(dòng)機(jī)和排水泵，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，由傳感器產(chǎn)生的水位信號(hào)來(lái)對(duì)PLC的輸出量進(jìn)行控制，從而使兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)和水泵有了不同的工作方式，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)拖動(dòng)排水泵運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)排出滲漏水，自動(dòng)化控制其滲漏排水系統(tǒng)。其控制流程如圖1所示：圖SEQ圖1\*ARABIC1滲漏排水系統(tǒng)控制流程圖

電機(jī)啟動(dòng)方式2.1電機(jī)啟動(dòng)的基本要求電機(jī)啟動(dòng)與停下的操作控制，主要依據(jù)的是液位浮子開(kāi)關(guān)，還有就是整定后形成的變送器水位信號(hào)，考慮到計(jì)算滲漏進(jìn)水速度太難，電機(jī)的啟停頻率也相對(duì)頻繁，頻繁啟停電機(jī)難免對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響，不同的啟動(dòng)方式對(duì)電機(jī)的影響也有所差異，所以對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)要求相對(duì)較高。首先，在啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，要盡量保證其經(jīng)濟(jì)性與快捷性，將啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的時(shí)間盡可能減少，形成的啟動(dòng)矩陣也會(huì)盡可能大，于是使得其啟動(dòng)電流也會(huì)盡可能小，將其對(duì)電網(wǎng)與電機(jī)的不良影響降到最小。2.2各類啟動(dòng)方式特點(diǎn)在啟動(dòng)電機(jī)的過(guò)程中，其啟動(dòng)電流值往往會(huì)達(dá)到5倍，甚至7倍的額定電流，電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要作用就是對(duì)水泵進(jìn)行驅(qū)使，必須要經(jīng)歷好幾十秒鐘，轉(zhuǎn)子速度才可以逐漸轉(zhuǎn)變成額定值，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值也是額定值。本文設(shè)計(jì)中在進(jìn)行啟動(dòng)方式的選擇時(shí)，主要是依據(jù)適用條件和不同特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行的。常見(jiàn)有以下五種啟動(dòng)方式：一、直接啟動(dòng)當(dāng)電網(wǎng)容量比電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)所需容量大很多時(shí)，一般才會(huì)用到直接啟動(dòng)方式，而當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率超過(guò)了11千瓦以后，就一般不選擇該啟動(dòng)方式，防止其對(duì)電機(jī)使用壽命與運(yùn)行的穩(wěn)定性造成影響。這種啟動(dòng)方式所需設(shè)備較少，一般配合交流接觸器即可使用，啟動(dòng)方式較其他方式簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單。二、自耦減壓?jiǎn)?dòng)一般使用對(duì)抽頭的轉(zhuǎn)換來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這種啟動(dòng)方式就是自耦減壓?jiǎn)?dòng)，對(duì)于不同的負(fù)荷情況下，該啟動(dòng)方式均能很好地適應(yīng)，體現(xiàn)了其較低維護(hù)成本與較大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，在啟動(dòng)大功率的電機(jī)時(shí)是非常適用的。三、Y-△啟動(dòng)針對(duì)鼠籠異步電機(jī)，其正常運(yùn)行方式下所對(duì)應(yīng)的定子繞組接線方式所采用的是三角形接法，剛開(kāi)始進(jìn)行啟動(dòng)，定子繞組采用星形接線方式，而在完成啟動(dòng)后就迅速將定子繞組換成三角形接線方式，保持恒定的繞組阻抗，改變其啟動(dòng)電壓后就可以將對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)電流值減小，其值約等于1/3的直接啟動(dòng)方式的啟動(dòng)電流值。使用該啟動(dòng)方式時(shí)，一般可組合兩種接線方式，在啟動(dòng)過(guò)程中將其啟動(dòng)電壓減小，盡量讓其對(duì)電機(jī)與電網(wǎng)的沖擊影響降到最低。因此，Y-△啟動(dòng)方式適于啟動(dòng)負(fù)載輕，正常運(yùn)行負(fù)載重使用，且僅電機(jī)為籠型電機(jī)才能使用。四、軟啟動(dòng)現(xiàn)階段相對(duì)時(shí)髦的一種啟動(dòng)方式就是軟啟動(dòng)，采用的裝置也比較先進(jìn)，通過(guò)可控硅的移相調(diào)壓技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)其啟動(dòng)電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)特性進(jìn)行改變，進(jìn)而將其啟動(dòng)電流減小，確保安全可靠地啟動(dòng)電機(jī)，將對(duì)電網(wǎng)的沖擊影響降到最小。相比上述幾種啟動(dòng)方式，軟啟動(dòng)具有自己顯著的優(yōu)勢(shì)，包括可靠性更高，功能更多，性能更優(yōu)等，所以本文選擇使用軟啟動(dòng)方式來(lái)啟動(dòng)電機(jī)。五、變頻器啟動(dòng)在啟動(dòng)變頻器時(shí)，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)電源輸入的頻率改變，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，這是一種高技術(shù)含量的電機(jī)啟動(dòng)控制技術(shù)，具有著良好控制效果，但涉及領(lǐng)域較廣，制作成本高，對(duì)運(yùn)維人員的要求很高，不適于應(yīng)用到本次設(shè)計(jì)中。綜上所述，對(duì)比傳統(tǒng)的減壓?jiǎn)?dòng)方式，軟啟動(dòng)具有以下三種優(yōu)點(diǎn)：①無(wú)沖擊電流；②啟動(dòng)參數(shù)可調(diào)；③具備軟停車功能。軟啟動(dòng)器啟動(dòng)方式更能滿足水電站設(shè)備安全可靠高效的運(yùn)行，所以綜合考慮選擇軟啟動(dòng)器啟動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)滲漏排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中兩臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)。2.3電機(jī)的軟啟動(dòng)近年來(lái)軟啟動(dòng)方式在國(guó)民生產(chǎn)運(yùn)輸中應(yīng)用愈加廣泛，能使用的領(lǐng)域也越來(lái)越廣，有著非常優(yōu)異的啟動(dòng)性能，例如：得到的啟動(dòng)特性曲線具有連續(xù)可調(diào)可控的特點(diǎn)，且具有較好的安全性與較寬的調(diào)速范圍。2.3.1軟啟動(dòng)原理我們?cè)趩?dòng)電機(jī)時(shí)，需要緩慢提升其啟動(dòng)電壓，從零逐漸提高至額定電壓值，使得啟動(dòng)電流成為一種可控的量，并從啟動(dòng)需求出發(fā)，對(duì)啟動(dòng)電流進(jìn)行合適的調(diào)節(jié)，使得整個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程中避免了沖擊的情況，從而得到更為平滑的電機(jī)啟動(dòng)特性曲線，這樣的啟動(dòng)方式就叫軟啟動(dòng)。軟啟動(dòng)器中使用的調(diào)壓器，其主要元器件為三相反并聯(lián)晶閘管，在電源和電機(jī)之間進(jìn)行串聯(lián)形成，在軟啟動(dòng)器中采用類似于三相全控整流電路的內(nèi)部接線方式。通過(guò)上述方式來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，并將其輸出電壓從零開(kāi)始逐漸提高，平滑地將其轉(zhuǎn)速提高至額定大小，此時(shí)晶閘管處于全導(dǎo)通模式下工作，電機(jī)的運(yùn)行電壓也是額定值，這就實(shí)現(xiàn)了平滑啟動(dòng)電機(jī)，將其啟動(dòng)電流發(fā)生激增的現(xiàn)象進(jìn)行了限制，防止啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)電流而導(dǎo)致跳閘的情況發(fā)生。電機(jī)啟動(dòng)完成后，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行，這時(shí)晶閘管在主回路中會(huì)增加電能損耗，應(yīng)用旁路接觸器取代晶閘管，將晶閘管的損耗大大降低，進(jìn)而提高了該軟啟動(dòng)器的工作效率及使用壽命。大部分的軟啟動(dòng)器具有軟停車的功能，在進(jìn)行停車的過(guò)程中，其額定電壓會(huì)緩慢減小至零值，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)變成零，以免出現(xiàn)因?yàn)樗ω?fù)荷給電網(wǎng)帶來(lái)大的沖擊后果。2.3.2軟啟動(dòng)器主接線方法常用有以下三種方法：在線型：軟啟動(dòng)器具備了過(guò)載保護(hù)的能力，如果該軟啟動(dòng)器選擇的接線方式為在線型接線，那么其控制器就可在電動(dòng)機(jī)發(fā)生過(guò)載后保護(hù)動(dòng)作，進(jìn)而省去了安裝過(guò)載繼電器的操作。一般來(lái)說(shuō)，晶閘管不僅價(jià)格高昂，而且很難更換，出于更好地保護(hù)晶閘管考慮，在啟動(dòng)器上安裝了相應(yīng)的快速熔斷器，以免啟動(dòng)器短路故障后對(duì)晶閘管造成燒毀。旁路型：當(dāng)軟啟動(dòng)器選用的接線方式為旁路型接線，那就必須要借助于旁路接觸器才能正常工作，在軟啟動(dòng)器上安裝的旁路接觸器，其作用類似于在線型方式，但存在一點(diǎn)差異，那就是其熱繼電器是在接觸器下口處安裝的，將電機(jī)啟動(dòng)后，可以沒(méi)有啟動(dòng)電流從中流過(guò)。在啟動(dòng)該接線方式下的軟啟動(dòng)器時(shí)，由于晶閘管只有很短的工作時(shí)間，因此不用在上面安裝快速熔斷器了，同時(shí)還能防止電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中軟啟動(dòng)器諧波的產(chǎn)生，以免長(zhǎng)時(shí)間造成晶閘管的高溫運(yùn)行，間接地將軟啟動(dòng)器使用壽命進(jìn)行了延長(zhǎng)。內(nèi)置旁路型：該類型的主接線方式有點(diǎn)類似于在線型，其最大的優(yōu)勢(shì)就是，考慮到晶閘管只有很短的工作時(shí)間，省去了快速熔斷器的使用。直接利用軟啟動(dòng)器的控制系統(tǒng)，便能具備過(guò)載保護(hù)電機(jī)運(yùn)行，不管是在功能方面，還是在性能方面，均要優(yōu)于熱繼電器，同時(shí)還與主回路進(jìn)行了隔離，避免了諧波影響導(dǎo)致其誤動(dòng)作的情況發(fā)生。2.3.3軟啟動(dòng)器的控制方式電壓斜坡控制方式：是最原始的控制方式，其他幾種啟動(dòng)方式都是在此基礎(chǔ)上發(fā)展的。使用該控制方式時(shí)，軟啟動(dòng)器電壓的提高呈斜線狀，改變了傳統(tǒng)的有級(jí)降壓方式，轉(zhuǎn)為無(wú)級(jí)啟動(dòng)，當(dāng)電機(jī)帶著較大負(fù)載進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)一般選用該控制方式。然而這種控制方式也有明顯的不足，只有很小的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)矩的提高呈現(xiàn)的是拋物線狀，需要花費(fèi)較長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間，這對(duì)于電機(jī)啟動(dòng)是很不利的，一般選擇雙斜坡方式去優(yōu)化其啟動(dòng)過(guò)程，使得輸出電壓可以在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最小轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的電壓值，并根據(jù)設(shè)置好的斜率去不斷提高數(shù)值，等到位于電機(jī)額定電壓后，其轉(zhuǎn)速也將是額定值。限流起動(dòng)：可以理解成在對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行限制時(shí)所對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)電流值，不允許其值超過(guò)設(shè)電流設(shè)定值Imax，一般適用于電機(jī)帶著小負(fù)載實(shí)施降壓?jiǎn)?dòng)的情景，有點(diǎn)類似于電壓斜坡控制法，慢慢地提高其輸出電壓，方輸出電流超過(guò)I電壓控制起動(dòng)：在啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，需要確保一定的啟動(dòng)壓降，讓電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩獲得最大。轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)：在啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，它的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩上升呈現(xiàn)的是線性，便于輸出電壓的控制，更好地平滑了電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程，柔韌性更好，讓電網(wǎng)受到的沖擊變得更輕，只是有一點(diǎn)，那就是花費(fèi)的啟動(dòng)時(shí)間會(huì)變得較多。常用于重載條件下使用。2.3.4軟啟動(dòng)器的選型隨著本世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能控制領(lǐng)域也被人們廣泛應(yīng)用，例如無(wú)人值守的智能水電站、智能家居等，這些也就說(shuō)明了中國(guó)的科技現(xiàn)代化進(jìn)程正在加快推進(jìn)，這也成為當(dāng)代年輕人的使命使然。作為水電站重要的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)來(lái)說(shuō)，它的控制方式也在不斷的發(fā)展，得到了技術(shù)人員的廣泛關(guān)注，一方面成了只嗯呢該電站的基礎(chǔ)，另一方面也能將電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中給電網(wǎng)的沖擊大大降低了。正是由于出現(xiàn)了軟啟動(dòng)技術(shù)，使得電機(jī)具備了平滑啟動(dòng)的能力，在啟動(dòng)過(guò)程中可將其電流與電壓降低，防止電機(jī)因?yàn)檫^(guò)流而發(fā)生跳閘現(xiàn)象。但是目前國(guó)內(nèi)外的軟啟動(dòng)生產(chǎn)廠家各種各樣，尚未形成品牌效應(yīng)，各自在市場(chǎng)中的份額都是存在的，因此很難進(jìn)行挑選，例如國(guó)產(chǎn)的有上海奧大電氣、雷諾爾、四川佳靈電氣、天津諾爾電氣、偉創(chuàng)、山宇、西普等，國(guó)外廠家主要有施耐德、ABB、以及西門子等。本次設(shè)計(jì)是選用兩臺(tái)額定電壓為380V的低壓電機(jī)作為滲漏排水泵的控制器，對(duì)排水流量沒(méi)有調(diào)速要求。在分析A水電廠電機(jī)型號(hào)和控制需求后，該電廠的電機(jī)可能啟停比較頻繁，水泵的流量也不高，所以選用電壓斜坡啟動(dòng)方式。結(jié)合本次設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)器的選擇需要，對(duì)比眾多各品牌的軟啟動(dòng)性能后，最終選擇了具備完善保護(hù)系統(tǒng)以及性能更加全面的施耐德系列軟啟動(dòng)器。表2軟啟動(dòng)器參數(shù)型號(hào)額定電流（A）額定電壓（V）匹配電機(jī)功率（KW）臺(tái)數(shù)（臺(tái)）施耐德ATS48D75Q130380302能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)一定電流范圍的鼠籠電機(jī)的力矩進(jìn)行控制，包括軟啟動(dòng)與軟停機(jī)，電流從17安培到1200安培之間變化，具備保護(hù)電機(jī)與軟啟動(dòng)的能力，利用對(duì)機(jī)械應(yīng)力的改善，促進(jìn)電氣設(shè)備運(yùn)行成本的進(jìn)一步降低，對(duì)電機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，通過(guò)降低峰值電流與線路電壓的方式，最終實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)壓力減小的目的。為了防止電機(jī)起停期間對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，該啟動(dòng)器采用了該公司獨(dú)有的轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)來(lái)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行線性控制，利用旁路接觸器以實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備的目的。為更好地將系統(tǒng)的控制功能最終實(shí)現(xiàn)，將啟動(dòng)器選擇使用插入式的I/O接口，具體涵蓋的繼電器有3個(gè)，邏輯輸出有2個(gè)，邏輯輸入有4個(gè)。

電機(jī)保護(hù)在拖動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)，電動(dòng)機(jī)屬于很重要的部分，通過(guò)一段時(shí)間的發(fā)展，目前已占據(jù)了人們?nèi)粘Ｉ钆c生產(chǎn)的重要地位，對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)來(lái)說(shuō)，其重要作用也是很大的，有利于對(duì)經(jīng)濟(jì)朝著更快、更高質(zhì)量的方向發(fā)展。若在重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)突然發(fā)生故障，可能造成不可挽回的損失，對(duì)人類生命造成巨大威脅，于是，對(duì)電機(jī)的保護(hù)也是刻不容緩的。接下來(lái)就對(duì)以下幾種保護(hù)方式分別展開(kāi)介紹：3.1過(guò)載保護(hù)電機(jī)在發(fā)生過(guò)載運(yùn)行，或者發(fā)生缺相運(yùn)行，亦或者在頻繁地進(jìn)行啟停操作時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于超額電流運(yùn)行的狀態(tài)。假如過(guò)載運(yùn)行的時(shí)間太長(zhǎng)，使得電機(jī)產(chǎn)生大量熱量，甚至?xí)沟贸鲎畲笤试S值，加速其絕緣材料的老化，簡(jiǎn)短其使用壽命，甚至?xí)㈦姍C(jī)燒壞，所以一定要保護(hù)好電機(jī)。一般而言，熱繼電器本身就能在過(guò)載情境下保護(hù)電機(jī)，只是該保護(hù)也是有前提條件的，即：如果電機(jī)工作電流等于額定值，溫度處于正常范圍，此時(shí)熱繼電器維持原狀；如果電機(jī)工作電流超過(guò)了額定值，長(zhǎng)時(shí)間的較小過(guò)載運(yùn)行后，熱繼電器便會(huì)動(dòng)作，而短時(shí)間的較大過(guò)載會(huì)導(dǎo)致熱繼電器跳閘。3.2低電壓保護(hù)電網(wǎng)在受到了干擾后，便會(huì)降低其主回路電壓，使得電機(jī)運(yùn)行在低電壓狀態(tài)下，由于電機(jī)具有恒定的負(fù)載，因此便會(huì)降低電機(jī)扭矩，進(jìn)一步提高了電機(jī)的進(jìn)線端電流，對(duì)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生了影響。這種狀態(tài)下，熱繼電器和熔斷器是不能對(duì)其進(jìn)行保護(hù)的，原因是進(jìn)線端電流上升的幅度不能使他們動(dòng)作。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行于正常狀態(tài)下，便會(huì)逐步減小電機(jī)的供電電壓值，此時(shí)會(huì)將電源切斷，以達(dá)到保護(hù)電機(jī)的效果，這樣的保護(hù)便為欠電壓保護(hù)。3.3相間短路保護(hù)因電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載運(yùn)行促使電機(jī)繞組、導(dǎo)線絕緣損壞，絕緣性能大幅降低導(dǎo)致?lián)舸?，此時(shí)，主回路會(huì)產(chǎn)生很大時(shí)立即切斷電源。在熔斷器的作用下，即使發(fā)生短路故障，也頂多會(huì)熔斷一相電路，但是采用斷路器的話，一旦發(fā)生短路故障，便會(huì)將三相電源迅速切斷。主回路電源設(shè)計(jì)及短路計(jì)算4.1主回路電源接線方式選擇根據(jù)A水電站滲漏排水系統(tǒng)調(diào)研所得，本次設(shè)計(jì)電源來(lái)源為廠用電380V，由該水電站發(fā)電機(jī)發(fā)出的電經(jīng)升壓至10.5KV，通過(guò)降壓變壓器（10.5KV/0.4KV）降壓得來(lái)。為保證電源供電的可靠性、靈活性及經(jīng)濟(jì)性，主接線采用雙回路接線方式對(duì)本系統(tǒng)供電，電源直接由廠用電提供，經(jīng)降壓后電壓等級(jí)為380V，滿足本次電氣設(shè)計(jì)需求。兩個(gè)電機(jī)的電源相互獨(dú)立，這樣便可使兩電機(jī)相互備用。系統(tǒng)都應(yīng)有主電源和備用電源，這樣便可隨機(jī)應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，更好滿足可靠性要求。4.2短路計(jì)算我們?cè)趯?duì)工廠的供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，除了要將系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài)考慮在內(nèi)以外，還要對(duì)故障等非正常運(yùn)行狀態(tài)考慮進(jìn)去。在電力系統(tǒng)中，短路故障就是一種常見(jiàn)且危險(xiǎn)性最大的故障類型，當(dāng)該類型故障發(fā)生后，便會(huì)降低系統(tǒng)的電壓，在短時(shí)間內(nèi)增大短路回路流過(guò)的電流值，對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，甚至將電氣設(shè)備直接損毀。所以針對(duì)本次設(shè)計(jì)，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行短路計(jì)算，以根據(jù)計(jì)算結(jié)果正確的對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行選型，下面對(duì)供電系統(tǒng)的各元件進(jìn)行短路計(jì)算。4.2.1短路計(jì)算相關(guān)公式（1）電力線路（4-1）；；。（2），（4-2）；（3）（4-3）；（4）（4-4）；；（5）（4-5）（4-6）（4-7）（4-8）；；；。4.2.2短路計(jì)算過(guò)程本次主回路設(shè)計(jì)電源是由電站中廠用電來(lái)獲取的，廠房中安裝兩臺(tái)單機(jī)容量為26MVA的發(fā)電機(jī)組，額定功率因數(shù)為0.85，次暫態(tài)電抗為0.168；廠用變壓器是采用的是10.5/0.4kv降壓變壓器，容量為0.5MVA,阻抗電壓百分位比為4%；滲漏排水系統(tǒng)中電機(jī)額定電壓為380V，額定功率為30kW，效率為0.765，功率因數(shù)為0.8，則額定電流為。變壓器到滲漏排水電機(jī)間的電纜線路長(zhǎng)度大約為50m左右，查閱《供電工程師技術(shù)手冊(cè)》資料可知，對(duì)于電纜電壓為380~660V的線路每相單位長(zhǎng)度電抗平均值為0.066。假設(shè)在電機(jī)端口發(fā)生三相短路，其接線圖如圖2所示：圖SEQ圖1\*ARABIC2電氣主接線采用標(biāo)幺值法對(duì)主回路進(jìn)行三相短路計(jì)算：設(shè)則：各主要元件的標(biāo)幺值電抗計(jì)算：由于發(fā)電機(jī)距離短路點(diǎn)距離相對(duì)較遠(yuǎn)，假設(shè)系統(tǒng)為無(wú)限大容量，此時(shí)發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)取為：電機(jī)的次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)為：所以最大運(yùn)行方式的等值網(wǎng)絡(luò)圖3如下：圖3等值網(wǎng)絡(luò)圖因此，短路回路的等值電抗為短路電流周期分量的有效值為因?yàn)槎搪钒l(fā)生在電機(jī)端口，所以沖擊系數(shù)取，則沖擊電流為：短路電流的最大有效值為：電氣元器件選型5.1電氣設(shè)備的選擇原則為保證電氣設(shè)備能可靠運(yùn)行，電氣設(shè)備的選型有兩個(gè)共同原則，簡(jiǎn)而言之，先按照正常運(yùn)行進(jìn)行設(shè)備選型，接下來(lái)就是校驗(yàn)設(shè)備的熱穩(wěn)定性能與動(dòng)穩(wěn)定性能。選擇的基本要求：電氣設(shè)備端電壓值應(yīng)大于或者等于其額定電壓值，即：（5-1）電氣設(shè)備額定電流值應(yīng)大于或者等于其對(duì)應(yīng)回路持續(xù)工作電流的最大值，即：（5-2）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)原則：（5-3）；。熱穩(wěn)定校驗(yàn)原則：(5-4)5.2斷路器選擇原則在選擇斷路器類型時(shí)，其電壓等級(jí)需保持同電源額定電壓一致，且電流額定值需要比正常運(yùn)行時(shí)的電機(jī)電流值大，最后再結(jié)合性價(jià)比與質(zhì)量，以及脫扣器類型，選擇合適的斷路器。斷路器支持的最大工作電流：斷路器額定通斷能力：（5-5）額定關(guān)合電流：（5-6）式中：按照以下表達(dá)式來(lái)計(jì)算斷路器過(guò)電流保護(hù)的延時(shí)整定值：（5-7）式中：查閱電氣相關(guān)手冊(cè)得知：整定的瞬態(tài)過(guò)電流整定值約為電機(jī)啟動(dòng)電流的2倍到2.5倍之間。因?yàn)楸疚乃玫碾妱?dòng)機(jī)額定功率為30千瓦，于是計(jì)算出其額定電流等于56.98安培。對(duì)于斷路器長(zhǎng)延時(shí)，應(yīng)滿足以下要求實(shí)現(xiàn)脫扣：綜上，斷路器選擇100A的DZ20-100/22005.3熔斷器選擇在主回路中，熔斷器的主要職責(zé)是在嚴(yán)重過(guò)載時(shí)與發(fā)生短路故障時(shí)可以保護(hù)電機(jī)，如果在電機(jī)中流過(guò)的電流值超過(guò)其額定電流值很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)殡娏髟趯?dǎo)體中會(huì)發(fā)生熱效應(yīng)，從而熔斷熔斷器，最終達(dá)到對(duì)電機(jī)保護(hù)的目的。熔斷器選型判定公式：（5-8）（5-9）式中：結(jié)合本次設(shè)計(jì)：從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，最終選定的熔斷器是一種螺旋式熔斷器，具體型號(hào)為RL1-100，其分段能力非常高，額定電流值等于100安培，該熔斷器中使用了石英砂，該石英砂的降溫能力非常好，可以將熔體完全包裹，為方便相關(guān)人員快速分辨熔體是否斷開(kāi)，設(shè)計(jì)熔斷器時(shí)在一端裝了色點(diǎn)，在熔體斷開(kāi)、閉合分別呈現(xiàn)不同的顏色。5.4接觸器的選擇本次設(shè)計(jì)的電機(jī)具有頻繁起停的特點(diǎn)，根據(jù)此特點(diǎn)選用具有分?jǐn)嚯娐泛皖l繁起動(dòng)功能的交流接觸器，這種接觸器的主要特點(diǎn)包括了較輕質(zhì)量，較小體積，以及較低功耗，并具有安全穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。本文設(shè)計(jì)的電機(jī)可通過(guò)的工作電流最大值為59.24安培，然后根據(jù)實(shí)際需要，確定最終的接觸器，具體型號(hào)是CJX2-6511，它的電流額定值等于65安培。5.5電纜的選擇由于本文所用的電纜需要較短的傳輸距離，屬于一種很常見(jiàn)的低壓動(dòng)力線路，在對(duì)其導(dǎo)線截面積進(jìn)行選擇時(shí)，主要參考的是其發(fā)熱條件，然后利用截面積換算出電纜對(duì)應(yīng)的截流量值，考慮到該電纜是安裝在室內(nèi)的，無(wú)需考慮室外復(fù)雜環(huán)境、氣候?qū)﹄娎|的影響，因此，就應(yīng)對(duì)電纜導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、防腐蝕性等方面進(jìn)行考慮，通過(guò)對(duì)比多種不同類型的電纜后，確定本設(shè)計(jì)中所用的是一種銅芯電纜，并通過(guò)對(duì)銅芯電纜載流量對(duì)應(yīng)情況進(jìn)行查閱后可得：截面積：（5-10）式中：載流量：計(jì)算結(jié)果顯示，銅芯電纜的截面積取值在7.1225平方毫米到11.396平方毫米之間，在該范圍內(nèi)我們最后選擇的銅芯電纜類型為VV22-3×16，對(duì)應(yīng)的載流量等于66安培，其載流量高于主回路最大載流量，能在本次設(shè)計(jì)環(huán)境下使用。5.6熱繼電器的選擇在主回路中，熱繼電器起到的主要作用是對(duì)電機(jī)元件提供保護(hù)，通過(guò)電流熱效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)觸頭的閉合與開(kāi)斷實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以控制電機(jī)的相關(guān)發(fā)熱狀態(tài)，具體包括了不平衡電流，斷相保護(hù)，以及過(guò)載保護(hù)等，比方說(shuō)，在碰到電機(jī)過(guò)載運(yùn)行時(shí)，會(huì)迅速降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而提升電機(jī)繞組溫度，當(dāng)超過(guò)了其允許值以后，便會(huì)對(duì)電機(jī)使用壽命構(gòu)成直接的影響，嚴(yán)重情況下還會(huì)使得其繞組被燒毀。我們?cè)谠O(shè)計(jì)主回路過(guò)程中，為了防止電機(jī)過(guò)載造成的不良后果，需要用到熱繼電器，在主回路發(fā)生過(guò)載時(shí)及時(shí)提供保護(hù)。額定電流：（5-11）因此進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，熱繼電器計(jì)算出的電流額定值取值范圍在54.13安培到59.82安培之間，于是確定選用的熱繼電器型號(hào)是JR28-3361，,該繼電器允許的工作電流范圍在（55A-70A）之間。

控制回路與元件選型6.1控制電路的電源本文所設(shè)計(jì)的電機(jī)中選用的電源共有兩臺(tái)，彼此互為備用，由于它的控制回路電壓額定值等于24伏特，因此要裝上相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電源，將主回路的電壓從交流的220伏特變成直流24伏特，在充分比對(duì)了市場(chǎng)中的典型開(kāi)關(guān)電源類型后，將本設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源選擇為施耐德的ABL2REM24100K開(kāi)關(guān)電源，它能支持200-240VAC的輸入，輸出電壓為24VDC，輸出功率為250W。6.2轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在本文設(shè)計(jì)過(guò)程中，還要控制排水泵的操作，在操作過(guò)程中還要使用各種不同的動(dòng)作方式進(jìn)行，所以為了讓各種控制需求都能得到滿足，那就有必要選擇合適的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的主要優(yōu)點(diǎn)有便于操作，可靠性高，可靈活安裝，以及較小體積等，針對(duì)不同的控制方案，其需求均可滿足，所以最終的設(shè)計(jì)所用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)型號(hào)是LW26-20。6.3帶燈按鈕開(kāi)關(guān)本文選擇的按鍵開(kāi)關(guān)為帶燈，對(duì)應(yīng)的型號(hào)是XB2-BW33B1C，生產(chǎn)廠家是施耐德，有自復(fù)位功能，開(kāi)關(guān)閉合時(shí)帶燈顯示可更直觀的看到開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)，工作電壓可為AC/DC24V，觸點(diǎn)共作可根據(jù)系統(tǒng)需要自由切換。6.4蜂鳴器在控制系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)中可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果的工作狀態(tài)應(yīng)該用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，便于值班人員及時(shí)采取措施，將危險(xiǎn)工作狀態(tài)進(jìn)行消除，因此很有必要將蜂鳴器安裝在滲漏排水系統(tǒng)內(nèi)，本文此次選用的蜂鳴器生產(chǎn)廠家是正泰集團(tuán)，對(duì)應(yīng)的型號(hào)為ND16-22FS，可在AC/DC24V、AC220V下正常工作。6.5信號(hào)燈為將系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行直觀的展示與了解，一般會(huì)用到很多的信號(hào)燈，且使用的信號(hào)燈顏色也不一樣，將其不同的工作狀態(tài)進(jìn)行顯示時(shí)，以便對(duì)各個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)與準(zhǔn)確的掌握，本設(shè)計(jì)就選用西門子生產(chǎn)的AD16-22D信號(hào)燈。6.6中間繼電器在對(duì)中間繼電器工作原理展開(kāi)分析后，確定選用正泰集團(tuán)生產(chǎn)的繼電器，具體型號(hào)為JXZ-22F，24伏特的直流電是其額定電壓，5安培是其正常運(yùn)行的電流值，共有八個(gè)管腳，其中四個(gè)是閉合的，四個(gè)是開(kāi)放的。

PLC硬件及軟件的設(shè)計(jì)與選型7.1PLC概述在自動(dòng)控制領(lǐng)域，PLC指的是一種可編程控制器，通過(guò)數(shù)字化手段來(lái)實(shí)現(xiàn)電子控制，如今廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中。這個(gè)技術(shù)，能夠根據(jù)控制需求對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行編程，內(nèi)部運(yùn)算單元對(duì)程序進(jìn)行精確運(yùn)算后，輸出模擬量或數(shù)字量對(duì)元件進(jìn)行各種類型的控制。本文在控制排水系統(tǒng)方面所使用的就是PLC。下圖是PLC的內(nèi)部構(gòu)成：圖6PLC的構(gòu)成7.2I/O端口分配按照排水系統(tǒng)具體的控制需求，將其輸入、輸出設(shè)備進(jìn)行確定后，還要確定PLC控制器的具體I/O接口數(shù)量。接下來(lái)，就按照以下方式來(lái)分配PLC控制器的輸入與輸出接口：本文的控制系統(tǒng)內(nèi)的輸入端口數(shù)量一共為十四個(gè)，模擬量輸入共有十二個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸入共有兩個(gè)。該控制器的工作定義為按順序進(jìn)行掃描，并不斷循環(huán)下去，將編寫好的程序指令來(lái)分析其不同的輸入信號(hào)，如果完成執(zhí)行指令以后，那就要利用繼電器來(lái)對(duì)相關(guān)設(shè)備提供驅(qū)動(dòng)力。輸入信號(hào)如表1所示：表SEQ表格\*ARABIC2輸入信號(hào)分配表本次設(shè)計(jì)中被控設(shè)備的執(zhí)行元件輸出控制信號(hào)是PLC輸出接口進(jìn)行輸出的，系統(tǒng)中執(zhí)行元件有指示燈、接觸器、蜂鳴器等，共計(jì)11個(gè)輸出信號(hào)。輸出信號(hào)如