長安大學(xué)電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

1、課程設(shè)計任務(wù)書（A）題 目 高低位水箱供水系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計（F1）學(xué)院（部）電子與控制工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化班級 32040901學(xué)生姓名陳得維學(xué)號 32040901056月 11 日至月日 共 周指導(dǎo)教師（簽字）系主任（簽字）2012年 5 月 26 日課程設(shè)計任務(wù)書（A）一、設(shè)計內(nèi)容及要求通過對電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的一般方法，能夠設(shè)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(shè)計，具有 電氣控制系統(tǒng)工程設(shè)計的初步能力。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用PLC為中心控制單元，設(shè)計出滿足控制要求的 控制系統(tǒng)。二、設(shè)計原始資料1、高低位水箱均設(shè)水位信號

2、器。高位水箱水位達(dá)到低位，低位水箱水位達(dá) 到高位時，水泵起動；高位水箱水位達(dá)到高位或低位水箱水位達(dá)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(dāng)工作泵 出現(xiàn)故障時，備用泵自投。水泵功率5.5KW。3、具有于動、自動工作方式。4、各種指示及報警。三、設(shè)計完成后提交的文件和圖表計算說明書部分1）系統(tǒng)工作原理說明2）操作使用說明。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。（相對編號法）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2。 周3完成元件的選型3。周4-

3、周5 完成布置圖、接線圖的設(shè)計五、主要參考資料建筑電氣控制技術(shù)王儉建筑工業(yè)出版社 建筑電氣控制技術(shù)馬小軍機(jī)械工業(yè)出版社各種電器元件產(chǎn)品樣本、系統(tǒng)綜述二、系統(tǒng)各部分的設(shè)計2.1主電路的設(shè)計2.2控制電路的設(shè)計2.3梯形圖的設(shè)計與分析2.3.1機(jī)組停止方式的設(shè)置.2.3.2備泵自投功能的實(shí)現(xiàn).2.3.3信號燈的指示2.4指令語言程序三、元器件的選擇及依據(jù)3.1交流接觸器的選擇3.2熱繼電器的選擇3.3低壓斷路器的選擇3.4控制按鈕和旋鈕的選擇3.5指示燈的選擇3.6端子排的選擇四、控制柜的尺寸設(shè)計五、結(jié)束語六、參考文獻(xiàn)七、附錄6 -7-7 -9 -.-10 -10-10-10-10-11 -11

4、-.-11 -11 -12 -12 -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(shè)計旨在于通過所學(xué)知識，設(shè)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(shè)計中提出的基本功能的要求，本次設(shè)計在主電路上采用兩臺電 動機(jī)，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(jī)進(jìn)行工作 的控制，采用熱繼電器和低壓斷路器對電機(jī)進(jìn)行過載和短路保護(hù)?？刂齐娐飞?， 為了簡單靈活起見，采用課堂中所學(xué)過的三菱F1系列的PLC進(jìn)行控制。再加入 必需的一些壓力繼電器、按鈕、開關(guān)、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(shè)計旨在于學(xué)習(xí)和了解設(shè)計一

5、個系統(tǒng)的流程和需要注意的問題，故在 本設(shè)計中，主要進(jìn)行的工作是設(shè)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(jìn)行控制柜大小的設(shè)計。通過這些瑣碎的工作，從而了解和掌握相 關(guān)的設(shè)計方法和知識。關(guān)鍵詞：電動機(jī) PLC 原理圖 接線圖 布置圖、系統(tǒng)綜述本系統(tǒng)在主電路上采用兩臺電動機(jī)，因?yàn)闆]有采用降壓啟動，所以采用的是三角 形接直接啟動的接法，同時采用了兩個電源線圈對電機(jī)進(jìn)行工作控制，通過對電 流的估算，同時還選定了相應(yīng)合適的熱繼電器和低壓斷路器對電機(jī)進(jìn)行過載和短 路保護(hù)?？刂齐娐飞?，為了簡單靈活起見，采用課堂中所學(xué)過的三菱F1系列的 PLC進(jìn)行控制，根據(jù)設(shè)計方案的輸入輸出點(diǎn)數(shù)的需要，最終決

6、定用三菱F1-40MR型的PLC。同時，為滿足控制要求，還需加入一些壓力繼電器、按 鈕、開關(guān)、指示燈等。在本次設(shè)計中，主要進(jìn)行的工作是系統(tǒng)原理圖的設(shè)計、接線圖的繪制、元器件的 選擇、平面布置圖的設(shè)計和控制柜尺寸的設(shè)計等。通過以上這些工作，最終完成 了一個簡單的高低位水箱供水系統(tǒng)的設(shè)計。二、系統(tǒng)各部分的設(shè)計2.1主電路的設(shè)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(jī)分別對其進(jìn)行控制。 又由于功率都為5.5kw，所以可確定兩臺水泵電機(jī)均可直接啟動。同時，每個電 機(jī)分別用1個接觸器控制其電源，一個低壓斷路器進(jìn)行該支路的短路保護(hù)，1個熱 繼電器進(jìn)行電機(jī)的過載保護(hù)。為了加強(qiáng)保護(hù)，在主干路上也

7、設(shè)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臺三相交流電機(jī)。主電路中還包括壓力繼電器線圈，閥門等，但在本設(shè) 計中不進(jìn)行相應(yīng)的討論。2.2控制電路的設(shè)計在本設(shè)計中，控制電路是由PLC進(jìn)行控制的。在進(jìn)行一次又一次的設(shè)計和修改 后，最后定下的電路有15個輸入點(diǎn)，6個輸出點(diǎn)，故最終決定采用三菱F1-40MR 型的PLC，該P(yáng)LC有24個輸入點(diǎn)，16個輸出點(diǎn)，完全能滿足本次設(shè)計的要求， 并留有一定的余量。該P(yáng)LC的尺寸為：250*110*100表一 I/O分布表輸入輸出總停止按鈕SB0X0001#電機(jī)工作線圈KM1Y5301#機(jī)組手動啟動按鈕SB1

8、X0012#電機(jī)工作線圈KM2Y5312#機(jī)組手動啟動按鈕SB2X002水泵不能啟動指示HL3Y532手動/自動 選擇開關(guān)手動SA自動X003水泵應(yīng)該啟動指示HL4Y533X0041#機(jī)組故障報警HL5Y534高位水箱上限接點(diǎn)SU1X0052#機(jī)組故障報警HL6Y535高位水箱下限接點(diǎn)SD1X006低位水箱上限接點(diǎn)SU2X007低位水箱下限接點(diǎn)SD2X4001#電機(jī)熱保護(hù)觸點(diǎn)FR1X4012#電機(jī)熱保護(hù)觸點(diǎn)FR2X402自動時1#電機(jī)工作按鈕SW1X403自動時2#電機(jī)工作按鈕SW2X4041#水泵壓力繼電器接點(diǎn)SP1X4052#水泵壓力繼電器接點(diǎn)SP2X4062.3梯形圖的設(shè)計與分析為了滿足

9、本次設(shè)計的基本要求和功能，梯形圖設(shè)計如附錄中原理圖所示。分析如下：1、機(jī)組的啟動條件在該系統(tǒng)中，為了對高、低位水箱的高、低位進(jìn)行檢測，用了四個觸點(diǎn)進(jìn) 行檢測。將四個觸點(diǎn)分別接至PLC的X005、X006、X007、X400四個輸入端。 根據(jù)設(shè)計要求，當(dāng)高位水箱達(dá)到高位或者低位水箱達(dá)到低位時，水泵不啟動；當(dāng) 高位水箱達(dá)到低位或者低位水箱達(dá)到高位時，應(yīng)起泵。在梯形圖中，當(dāng)X005或 X400觸點(diǎn)閉合時，則Y534線圈得點(diǎn)，使Y535線圈的復(fù)位端接通，則系統(tǒng)將不 會啟動；當(dāng)X006和X007觸點(diǎn)同時閉合時，將接通啟動線圈Y535。通過一 Y534 和Y535線圈觸頭之間的互鎖，使系統(tǒng)任一時刻，只能工

10、作在氣泵或不起泵狀態(tài)， 保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2、手動、自動的工作方式選擇將旋鈕SA撥至X003輸入點(diǎn)所對應(yīng)的檔位時，系統(tǒng)將進(jìn)入手動工作狀態(tài)。 此時，若系統(tǒng)滿足起泵要求，即Y535常開觸點(diǎn)閉合時，若再按下SB1（SB2）， 則將啟動1（2）號機(jī)組。當(dāng)將旋鈕SA撥至X004輸入點(diǎn)對應(yīng)的檔位時，則系統(tǒng) 將進(jìn)入自動工作狀態(tài)。同樣，如果系統(tǒng)滿足起泵條件，若再按下SW1（SW2），則 1（2）號機(jī)組將作為工作機(jī)組首先啟動，另一臺機(jī)組則將作為備用機(jī)組。2.3.1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，則將高位水箱達(dá)到高位或低位水箱達(dá) 到了低位作為機(jī)組停泵的信號。但是，當(dāng)機(jī)組在工作的過程中出現(xiàn)異常情

11、況時， 工作的機(jī)組應(yīng)馬上停止工作，為了實(shí)現(xiàn)該功能，在本次設(shè)計中，設(shè)置了一個總停 機(jī)按鈕SB0。即當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，按下該鍵，接通X000，系統(tǒng)將停止工 作。2.3.2備泵自投功能的實(shí)現(xiàn)設(shè)計任務(wù)中要求當(dāng)工作泵出現(xiàn)故障時，應(yīng)實(shí)現(xiàn)備泵自投的功能。因此，在設(shè) 計中，電機(jī)的啟動方式除了自動和手動的啟動方式外，應(yīng)再加一種作為備泵自投 的啟動方式，即在確認(rèn)工作泵出現(xiàn)故障時，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。因此將1號機(jī)組的故障線圈 的常開觸點(diǎn)Y532并在2號機(jī)組手動和自動控制觸點(diǎn)的兩端，同樣，將2好機(jī)組 的故障線圈的常開觸點(diǎn)Y533并在1號機(jī)組手動和自動控制

12、觸點(diǎn)的兩端。從而實(shí) 現(xiàn)了備泵自投的功能。2.3.3信號燈的指示在本次設(shè)計中，共使用了六個指示燈。分別為1、2號電機(jī)的工作指示燈HL1， HL2，指示1、2號機(jī)組故障的HL3、HL4和顯示液位，即顯示機(jī)組應(yīng)起泵還是 不宜起泵信號的HL5、HL6.在該設(shè)計中，將HL1 HL2接在1、2號電機(jī)所對應(yīng)的 工作線圈KM1和KM2的兩端，只要KM1或KM2得電，即Y530或Y530得 電，則表明HL1或HL2也就亮了。機(jī)組的故障情況包括：工作線圈已得電，但 是壓力不夠或者是機(jī)組過載了，熱繼電器線圈動作了。即Y530 (Y531)常開閉 合，X405(X406)常閉不打開或者X401 (X402)常開觸點(diǎn)閉

13、合時，則Y532CY533) 線圈將得電，則該觸點(diǎn)所接的HL3(HL4)將亮，指示1(2)號機(jī)組故障。同時該 線圈的輔助觸點(diǎn)將接通另一臺電機(jī)的工作線圈Y531(Y530)。從而實(shí)現(xiàn)備泵自 投。如機(jī)組啟動條件中所述，當(dāng)滿足不宜起泵條件時，則線圈Y534得電，則 Y534輸出觸點(diǎn)所接的HL5亮，指示系統(tǒng)此時不宜起泵。HL6指示燈得工作原理 類似。2.4指令語言程序梯形圖中對應(yīng)的指令語言程序如下:表二指令語言程序指令數(shù)據(jù)指令數(shù)據(jù)LD005LD534OR400OR004S534AND404LD535LD002R534AND003LD006ORBAND007AND535S535S531LD534LD53

14、3R535OR534LD535OR000OR004R531AND403LD401LD001S532AND003LD005ORBANI405AND535R532S530LD402LD532S533OR534LD006OR000ANI406R530R533三、元器件的選擇及依據(jù)3.1交流接觸器的選擇單個電機(jī)回路中的電流估算如下：IN = PN/(1.732xUNxCOS)=5500/(380 x 1.732x0.9)涵以根艮據(jù) IN=10A 選交流擇接觸器LC1-D129M。額定工作電流為12A。尺寸為46*60*81 (單位都 為mm,下同)。3.2熱繼電器的選擇因?yàn)橄到y(tǒng)中電機(jī)為5.5KW，電源

15、線電壓為380V，所以電機(jī)正常工作時應(yīng) 為三角形接法。選帶有斷相保護(hù)的熱繼電器：LR1-D12316 ,并將其值整定為 10A。尺寸為 35*84*933.3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(hù))保護(hù)，各參數(shù)計算如下：斷路器額定電壓UN=380V。 過載保護(hù):Idz1=KkIN，取Kk=1.1，則Idz1=10 A,所以十路上電流約為20A。 短路瞬動保護(hù)：Idz2=(1012)IN，則支路上短路瞬動電流至少為100A， 按100A選，十路上短路瞬動電流至少應(yīng)為200A，按200A選。.綜合以上各個條件，支路上選BM100-

16、HB型低壓斷路器，電流整定為100A， 尺寸為60*155*68.十路上選BM225-SB型低壓斷路器，電流整定為200A，尺寸為 105*165*86。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顏色：紅色額定電壓為220VXDY1-B/42顏色：綠色額定電壓為220V尺寸為：直徑28mm，安裝時，兩燈水平之間距離不小于65mm，垂直之

17、間距離不小于50mm.3.6端子排的選擇在本設(shè)計中，一共用了 17個端子進(jìn)行導(dǎo)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*51*72,在本設(shè)計中用了其中的 17個，余下的3個作為預(yù)留端子。四、控制柜的尺寸設(shè)計根據(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，同時考慮各元件之 間的間隔，最終將電氣控制箱的尺寸定為400 x820 x150mm，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、結(jié)束語電氣控制技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，通過這次課程設(shè)計更是感受頗深。 一些理論知識，在通過這次課程設(shè)計后得到了更深的理解。在此次課程設(shè)計中， 我通過查找資料，與同學(xué)討論，向老師答疑，解決了一個又一個問題，最終較為 成功的設(shè)計出了這個系統(tǒng)。此次課設(shè)使我對用PLC設(shè)計電氣控制系統(tǒng)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識，更加認(rèn)識 到了用PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)越性，而且初步具備了設(shè)計電氣控制系統(tǒng)工程的能力。 對于設(shè)計一個系統(tǒng)的流程和需要注意的問題都有了更感性的認(rèn)識與了解，這些對 于我們將來從事相關(guān)工作來說是非常重要的。同時，通過這次課程設(shè)計，我還對 平時學(xué)習(xí)的一些薄弱知識進(jìn)行了夯實(shí)，比如說相對標(biāo)號法的運(yùn)用。這次課設(shè)讓我 收獲頗多。六、參考文獻(xiàn)建筑電氣控制技術(shù)王 儉