电控综合实验报告(水塔供水电气控制系统设计与调试)要点.pdf
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1、电气控制技术 综 合 实 验 报 告 书 题目水塔供水电气控制系统设计与调试 学院(部) 电控学院 专业电气工程及其自动化 班级2011320401 学生姓名周文辉 学号201132040122 12 月16 日至12 月27 日共2 周 指导教师 (签字) 系 主 任(签字) 2013 年 12 月28 日 目录 一 设计内容及要求 - 1 - 二 设计原始资料 - 1 - 三 水塔供水系统简介 - 1 - 四 PLC 可编程控制器简介 . - 2 - 五 设计要求分析计算 - 3 - (一)原始资料分析 - 3 - (二)主电路及控制电路设计 - 4 - (三)选型 - 8 - (四)控制
2、电路PLC 梯形图及指令 - 9 - 六 系统工作原理 - 11 - 七 程序调试 - 12 - 八 控制柜设计 - 13 - 九 接线安装布置 - 13 - 十 操作使用说明 - 14 - 十一参考资料 - 14 - 十二鸣谢 - 15 - 十三附录: - 15 - (一)图纸部分: - 15 - (二)元器件明细表: - 16 - - 1 - 一 设计内容及要求 通过对电气控制系统的设计, 掌握电气控制系统设计的一般方法,能够设计 出满足控制要求的电气原理图,安装布置图、 接线图和控制箱的设计, 并进行模 拟调试。具有电气控制系统工程设计的初步能力。 根据系统的控制要求, 采用 PLC为中
3、心控制单元, 设计出满足控制要求的控 制系统并进行联机调试。 二 设计原始资料 某生活小区内生活水塔,三台水泵供水。水泵电机5.5KW 。 1.三台电机起动时间错开,即上一台电机起动5 秒后,下一台电机才能起动。 2.三台水泵正常情况下两运行一备用。为防止备用泵长期闲置锈蚀,备用泵可 在操作台上用按钮任意切换。运行中,任一台电机出现故障,备用泵自投。 3.起动与停机条件:高低位水箱均设水位信号器。高位水箱水位达到低位,低 位水箱水位达到高位时,水泵起动;高位水箱水位达到高位或低位水箱水位 达到低位时,水泵停止。 4.设手动、自动工作方式。手动方式下各台水泵不联锁,用按钮分别对水泵起 停控制。
4、5.各种指示及报警。 三 水塔供水系统简介 水塔供水系统是目前生活小区常用的供水系统。水塔水凭借高位重力势能, 实现为小区内用户供水。 当水塔水位降低到一定液位时,水泵启动从地面水池向 上供水,水塔充水达到液位上线时,水泵停止供水。该系统配置三台电机,正常 情况下两台运行一台备用, 当有一台电机故障时备用电机可以自投供水,保障系 统在一台电机故障情况下依然可以正常运转。水塔供水示意图如下: - 2 - 图一:水塔供水示意图 其中电机 M1 、M2 、M3均采用 PLC可编程控制器实现编程自动控制,完成水 塔(水池)液位状态读取实现自动抽水、故障自投、故障警报等任务。 四 PLC 可编程控制器简
5、介 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它 采用可以编制程序的存储器, 用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序运算、计时、 计数和算术运算等操作的指令, 并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各 种类型的机械或生产过程。 PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系 统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。它具有以下特点: 可靠性高,抗干扰能力强:PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器, 仅剩下与输入和输出有关的少量硬件,接线可减少到继电器控制系统的1/10 1/100 ,因触点接触不良造成的故障大为减少。 硬件配套齐全,功能完善,适用性强:PLC发
6、展到今天,已经形成标准化、 系列化、模块化的系列产品,品种齐全,用户能灵活方便地进行系统配置,组成 不同功能、 不同规模的系统。 其安装接线也很方便, 一般用接线端子连接外部接 线。PLC有较强的带负载能力,可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器,可以用 于各种规模的工业控制场合。 另外现代 PLC大多具有完善的数据运算能力, 可用 于各种数字控制领域。 近年来 PLC的功能单元大量涌现, 使 PLC渗透到了位置控 制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技 - 3 - 术的发展,使用 PLC组成各种控制系统变得非常容易。 易学易用,深受工程技术人员欢迎:PLC
7、作为通用工业控制计算机,是面向 工矿企业的工控设备。 它接口容易, 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器 电路图相当接近,只用 PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器 电路的功能。因此深受工程技术人员欢迎。 系统的设计、安装、调试工作量小,维护方便,容易改造:PLC的梯形图程 序一般采用顺序控制设计法。 这种编程方法很有规律, 很容易掌握。 对于复杂的 控制系统,梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC用 存储逻辑代替接线逻辑, 大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建 造的周期大为缩短, 同时维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过改变 程序
8、改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 体积小,重量轻,能耗低: 以超小型 PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小 于 100mm ,仅相当于几个继电器的大小,因此可将开关柜的体积缩小到原来的 1/2 1/10。它的重量小于 150g,功耗仅数瓦。 由于体积小很容易装入机械内部, 是实现机电一体化的理想控制设备。 五 设计要求分析计算 (一) 原始资料分析 1.三台电机起动时间错开,即上一台电机起动5 秒后,下一台电机才能起动。 PLC内部定时器可在得到上一台电机启动(输出)信号后开始计时延时得电 从而按要求控制输出信号,使得相应输出口线圈得电从而控制电机相继(间 隔五秒)启动
9、。 2.三台水泵正常情况下两运行一备用。为防止备用泵长期闲置锈蚀,备用泵可 在操作台上用按钮任意切换。运行中,任一台电机出现故障,备用泵自投。 可通过事先输入选择备用电机信号控制PLC内部继电器得失电, 利用相应继 电器状态控制输出状态从而控制电机的启停。运行中,任意一台电机若出现 故障,外部热继电器常闭触点断开,PLC读入信号并按照程序控制相应电机 - 4 - 线路立即断电, 报警指示并利用该信号控制当前备用电机解除备用状态投入 工作。 3.起动与停机条件:高低位水箱均设水位信号器。高位水箱水位达到低位,低 位水箱水位达到高位时, 水泵起动; 高位水箱水位达到高位或低位水箱水位 达到低位时,
10、水泵停止。 同样利用水位信号开关输入信号控制内部继电器得失电,通过内部继电器状 态控制当前电机组应当处于何种工作状态,并投入工作。 4.设手动、自动工作方式。手动方式下各台水泵不联锁,用按钮分别对水泵起 停控制。 可选择用旋钮对工作方式选择信号输入给PLC ,PLC根据该信号控制当前应 处于何种工作状态。 手动工作时,分别利用六个按钮输入信号控制输出信号, 从而控制电机的启停。 5.各种指示及报警。 电机工作状态指示, 电机故障指示、 报警。通过相应的信号控制输出完成报 警指示功能。 (二)主电路及控制电路设计 综上分析,设计如下所示主电路图及控制电路图: - 5 - 图二:主电路图 主电路图
11、中采用三个空气开关分别控制三台电机电源,以便其中某一台或两 台电机故障检修时无故障电机能投入工作,并设有进线总电路空开, 继电器线圈 主触点用以实现自动控制电机工作,另接入热继电器起保护电机作用。 - 6 - 图三:控制电路图 控制电路中, PLC 输入信号口如图分配, PLC 根据相应口的输入信号控制 - 7 - 输出信号,实现自动控制供水水泵启停、运行指示、故障报警等。如下: 自动状态:通过旋钮SA 将控制系统调至自动状态。启动前通过按钮选择 备用电机。当水塔下限液位开关SL2 启动或水池上限液位开关SL3 启动,除 选为备用的电机外另外两电机先后5 秒依次启动。例如:自动状态下,选电 机
12、 M1 为备用电机, 按下按钮 SB1 选择。当液位达到抽水条件时, 电机 M2、 M3 相继 5 秒启动。当水塔上限液位开关SL2 启动或水池下限液位开关SL4 启动,两个电机停止运行。 手动状态:手动状态下。三台电机互不连锁。分别用两个按钮控制每个电 机的启动、停止。例如:对电机M1 按下电机 M1 启动按钮 SB4,电机 M1 启动;按下电机 M1 停止按钮 SB5,电机 M1 停止运行。 故障状态:自动运行状态下,三电机两运行一备用。当运行中某一电机发 生故障,立即切断该电机电源,备用电机解除备用状态,延时5 秒,自投。 例如:电机 M1 备用,当另外两台电机其中一台出现故障,PLC
13、接收信号解 除电机 M1 的备用状态,延时5 秒,投入使用。 各种指示及报警: HL1、HL2、HL3 分别为三台电机正常工作指示灯,三 个警铃分别为各电机故障报警警铃。 控制电路 PLC I/O 分配表如下: 输入输出 水塔高位I00 M1 电源接触器KM1 (及工作指示灯)Q00 水池低位I01 M2 电源接触器KM2 (及工作指示灯)Q01 电机 M1 备用按钮 SB1 I02 M3 电源接触器KM3 (及工作指示灯)Q02 电机 M2 备用按钮 SB2 I03 故障报警Q03 电机 M3 备用按钮 SB3 I04 M1 故障指示灯Q04 手动 /自动工作方式选择旋钮SA I05 M2
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