電氣控制課程設(shè)計(jì) 消防水泵plc電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 題 目 消防水泵PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （OMRON CPM1A） 學(xué)院(部) 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 6 月 11 日至 6 月 17 日 共 1 周指導(dǎo)教師(簽字) 系 主 任(簽字) 目 錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2前言 4一、系統(tǒng)概述 1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 .51.2 系統(tǒng)框圖 .5二、系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì) 2.1主電路的設(shè)計(jì) .52.2控制電路的設(shè)計(jì) .62.3 梯形圖的設(shè)計(jì)與分析 .72.4 指令語言程序 .8三、元器件的選擇及依據(jù) 3.1 交流接觸器的選擇 .93.2 熱繼電器的選擇 .93.3 低壓斷路器的選擇 .93.4 控制按鈕和旋鈕的選擇 .103.5

2、 指示燈的選擇 .103.6 端子排的選擇 .10四、控制柜的尺寸設(shè)計(jì) 10五總結(jié) .11附錄 .12課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書（B）一、 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求通過對(duì)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法，能夠設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，具有電氣控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的初步能力。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用OMRON CPM1A PLC為中心控制單元，設(shè)計(jì)出滿足控制要求的控制系統(tǒng)。二、 設(shè)計(jì)原始資料1. 2臺(tái)消防泵，7.5KW，互為備用。當(dāng)工作泵出現(xiàn)故障時(shí)，備泵自投。2. 發(fā)生火災(zāi)時(shí)，打開消火栓箱門，擊碎面板玻璃，起動(dòng)消防泵。手動(dòng)停泵。3. 當(dāng)消防給水管網(wǎng)

3、水壓過高時(shí)，停泵并報(bào)警。4. 當(dāng)?shù)臀幌浪厝彼?，停泵并?bào)警。5. 自動(dòng)、手動(dòng)、檢修工作方式。5. 設(shè)置必要的各種電氣保護(hù)。三、設(shè)計(jì)完成后提交的文件和圖表1 計(jì)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(nèi)部布置圖。3） 接線圖。（相對(duì)編號(hào)法）4）元件名細(xì)表。5）控制箱尺寸。四、進(jìn)程安排1周1-周2 完成原理圖的設(shè)計(jì)2。周3 完成元件的選型3。周4-周5 完成布置圖、接線圖的設(shè)計(jì)五、主要參考資料 1 建筑電氣控制技術(shù) 王儉 建筑工業(yè)出版社 2建筑電氣控制技術(shù) 馬小軍 機(jī)械工業(yè)出版社 3各種

4、電器元件產(chǎn)品樣本 前 言隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化的發(fā)展，使得人們居住的樓房越來越高，消防供水系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行顯得越來越重要。本系統(tǒng)采用可編程序PLC來實(shí)現(xiàn)對(duì)消防水泵的控制，有效的保證火情發(fā)生時(shí)及時(shí)提供消防用水，還可以手動(dòng)/自動(dòng)來回切換，確保消防供水系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定使用。為了滿足該設(shè)計(jì)中提出的基本功能的要求，本次設(shè)計(jì)主電路上用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，由于功率較小可直接啟動(dòng)，同時(shí)采用了兩個(gè)接觸器對(duì)電機(jī)進(jìn)行工作的控制，采用熱繼電器和低壓斷路器對(duì)電機(jī)進(jìn)行過載和短路保護(hù)?？刂齐娐飞希瑸榱撕唵戊`活起見，采用課堂中所學(xué)過的OMRON CPM1A PLC為中心控制單元。再加入必需的一些壓力繼電器、按鈕、開關(guān)、指示燈

5、，報(bào)警器等，從而基本形成了一個(gè)基于PLC控制的智能消防水泵控制系統(tǒng)。一、系統(tǒng)概述1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求消火栓滅火系統(tǒng)由消火栓、消防水泵、管網(wǎng)、壓力傳感器及電氣控制電路組成。消火栓滅火系統(tǒng)屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，控制電路接到消火栓泵啟動(dòng)指令發(fā)出消防水泵啟動(dòng)的主令信號(hào)后，消防水泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，向室內(nèi)管網(wǎng)提供消防用水，壓力傳感器用來監(jiān)視管網(wǎng)水壓，并將監(jiān)測(cè)水壓信號(hào)送至消防控制電路。1.2 系統(tǒng)框圖水泵控制電路消防水泵供水管道消防栓水壓檢測(cè)水源水箱供水 給定滅火消火栓滅火系統(tǒng)框圖二、系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)2.1主電路的設(shè)計(jì)由于兩臺(tái)泵，互為備用泵，所以需要對(duì)兩臺(tái)電機(jī)分別控制。又因?yàn)槠涔β识紴?.5kw，所以可

6、確定兩臺(tái)水泵電機(jī)均可直接啟動(dòng)。每個(gè)電機(jī)分別用1個(gè)接觸器控制其電源,一個(gè)低壓斷路器進(jìn)行該支路的短路保護(hù)，1個(gè)熱繼電器進(jìn)行電機(jī)的過載保護(hù)。同時(shí)，在主干路上也設(shè)置了一個(gè)低壓斷路器。即主電路的組成器件為：3個(gè)低壓斷路器，2個(gè)接觸器的主觸頭，2個(gè)熱繼電器，2臺(tái)三相交流電機(jī)。主電路電路圖見附錄圖。2.2控制電路的設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，控制電路是由PLC進(jìn)行控制的。按所提出的控制要求，最后定下的電路有14個(gè)輸入點(diǎn)，9個(gè)輸出點(diǎn)，所以決定采用OMRON C30P的PLC，該P(yáng)LC有18個(gè)輸入點(diǎn)，12個(gè)輸出點(diǎn)，完全能滿足本次設(shè)計(jì)的要求，并留有一定的余量。該P(yáng)LC的尺寸為：150*90*85表一 I/O分布表輸入輸出電源

7、提示S100000電源提示燈010001#電機(jī)啟動(dòng)按鈕SB1000011#電機(jī)工作線圈KM1010012#電機(jī)啟動(dòng)按鈕SB2000022#電機(jī)工作線圈KM201002管網(wǎng)壓力高輸入BP00004管網(wǎng)壓力過高01003低水位輸入SL00005水箱水位低01004檢修信號(hào)輸入SB300006檢修指示01005手動(dòng)自動(dòng)模式轉(zhuǎn)換SA00007警鈴指示01006000081#電機(jī)熱保護(hù)觸電FR1000092#電機(jī)熱保護(hù)觸電FR20000101#泵手動(dòng)停泵按鈕000112#泵手動(dòng)停泵按鈕00012火警信號(hào)00013警鈴控制009002.3 梯形圖的設(shè)計(jì)與分析為了滿足本次設(shè)計(jì)的基本要求和功能，梯形圖設(shè)計(jì)如附

8、錄中原理圖所示。分析如下：1. 機(jī)組的啟動(dòng)條件在該系統(tǒng)中， 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，用硬物擊碎消防按鈕的面板玻璃，產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)00013。 SB3 為水泵檢修開關(guān)，SA為萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)，對(duì)手動(dòng)投入還是自動(dòng)投入進(jìn)行選擇控制。為了對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力監(jiān)測(cè)和對(duì)水箱的水位監(jiān)測(cè)。將兩個(gè)個(gè)觸點(diǎn)分別接至PLC的00004、 00005兩個(gè)輸入端。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)管網(wǎng)系統(tǒng)壓力或高或者低位水箱水位過低時(shí)，停泵并報(bào)警。如果一號(hào)水泵發(fā)生故障或過載，熱繼電器FR1 的常閉觸頭斷開，KM1斷電釋放，KM2通電，二號(hào)泵投入使用。機(jī)組停止方式的設(shè)置在正常情況下，若機(jī)組開始了工作，管網(wǎng)水壓過高和地位水箱水位過低作為停泵信號(hào)。還有就是當(dāng)水

9、泵發(fā)生故障，水泵自動(dòng)停機(jī)并報(bào)警。2. 備泵自投功能的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)中要求當(dāng)工作泵出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)備泵自投的功能。因此，在設(shè)計(jì)中，電機(jī)的啟動(dòng)方式除了自動(dòng)和手動(dòng)的啟動(dòng)方式外，應(yīng)再加一種作為備泵自投的啟動(dòng)方式，即在確認(rèn)一臺(tái)工作泵出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)泵的備用狀態(tài)自然解除。在系統(tǒng)仍滿足起泵的條件下，應(yīng)在感應(yīng)工作泵的故障線圈一旦得電，則備泵應(yīng)立即啟動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)了備泵自投的功能。3. 信號(hào)燈的指示在本次設(shè)計(jì)中，共使用了6個(gè)指示燈。分別電源提示指示燈HL1；一號(hào)電機(jī)工作指示燈HL2；二號(hào)電機(jī)工作指示燈HL3；管網(wǎng)壓力過高以及低位水箱水位過低的報(bào)警指示HL4、HL5；檢修指示HL6；以及最后的警鈴裝置。在該設(shè)計(jì)中

10、，將HL2 HL3接在1、2號(hào)電機(jī)所對(duì)應(yīng)的工作線圈KM1 和KM2的兩端，只要KM1 或KM2得電，即00001或00002得電，則表明HL2 或HL3也就亮了。若需要檢修，則00006有信號(hào)，檢修指示燈HL6亮。2.4 指令語言程序梯形圖中對(duì)應(yīng)的指令語言程序如下：LD 00000OUT 01000LD 00013TIM 002 #0030LD TIM002AND 00008LD 00001AND 00007OR TIM001LD 00009OR 00011OR 20004 KEEP 01001LD NOT 01001TIM 000#0030LD 00007 AND 00002 OR TIM0

11、00LD 00010OR 00012 OR 20004 KEEP 01002LD NOT 01002 TIM 001#0030LD 00004OUT 01003LD 00005OUT 01004LD 00006OUT 01005LD 01003OR 01004OR 01005AND 00002OUT 01006OUT 20004END 三、元器件的選擇及依據(jù)3.1 交流接觸器的選擇電機(jī)回路中的電流估算如下：INPN/(1.732UNCOS)=7500/(3801.7320.9)12.66A.所以根據(jù)IN=13A選交流擇接觸器LC1-D169。額定工作電流為16A。尺寸大小為58*60*96（單

12、位都為mm）。3.2 熱繼電器的選擇系統(tǒng)中電機(jī)為7.5KW，電源線電壓為380V ，電機(jī)正常工作時(shí)應(yīng)為三角形接法。選帶有斷相保護(hù)的熱繼電器：LR1-D16321 ,并將其值整定為14A 。采用卡軌式安裝，則尺寸為45*84*1023.3 低壓斷路器的選擇根據(jù)動(dòng)力供電支線用斷路器的動(dòng)作電流整定原則，現(xiàn)采用非選擇型二段式（過載延時(shí)及短路瞬動(dòng)保護(hù)）保護(hù)，各參數(shù)計(jì)算如下： 斷路器額定電壓UN=380V。 過載保護(hù)： I d z =K k I n ,取 K k=1.1，則I d z = 13.93 (所以設(shè)定I d z=14A)A,所以干路上電流約為30A。 短路瞬動(dòng)保護(hù)： I o c=(1012)IN

13、,則支路上短路瞬動(dòng)電流至少為127A.按130A選，干路上短路瞬動(dòng)電流至少應(yīng)為260A，按260A選。綜合以上各個(gè)條件，支路上選DZX7-2520型低壓斷路器，電流整定為16A，尺寸為46*83.5*89.干路上選DZX7-8040型低壓斷路器，電流整定為30A,尺寸為163*122*115。3.4 控制按鈕和旋鈕的選擇根據(jù)系統(tǒng)原理圖及系統(tǒng)電壓可選擇：按鈕用SLA1-11M 工作電壓為24220V。尺寸為：直徑為18mm,安裝孔為16mm.旋鈕用LA18-44X2，直徑為48mm.3.5 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/41

14、 顏色：紅色 額定電壓為220V XDY1-B/42 顏色：綠色 額定電壓為220V.尺寸為：直徑28mm,安裝時(shí)，兩燈水平之間距離不小于65mm，垂直之間距離不小于50mm.3.6 端子排的選擇在本設(shè)計(jì)中，一共用了13個(gè)端子進(jìn)行導(dǎo)線的引入和引出，故選用端子排的型號(hào)為：TZ1-20.總共有20個(gè)端子，每個(gè)端子的尺寸為：10*51*72，在本設(shè)計(jì)中用了其中的13個(gè)，余下的7-個(gè)作為預(yù)留端子。四、控制柜的尺寸設(shè)計(jì)根據(jù)以上關(guān)于本系統(tǒng)所選擇的各元器件的實(shí)際安裝尺寸，同時(shí)考慮各元件之間的間隔，最終將電氣控制箱的尺寸定為450750150mm，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(biāo)注。 五總結(jié) 通過本次的課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)PLC電氣控制設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)有了更加深刻的了解，對(duì)OMRON CPM1A PLC也有了具體的應(yīng)用，只有通過自己動(dòng)腦與設(shè)計(jì)實(shí)踐，才可以將課本上的知識(shí)學(xué)以致用。 但同時(shí)我也意識(shí)到了自己的不足，對(duì)于課本的知識(shí)掌握的不夠熟練，雖然本次設(shè)計(jì)還存在缺陷，但我會(huì)在今后的學(xué)習(xí)中不斷鞏固和提高。 參考文獻(xiàn)1.