高低位水箱供水系统电气控制系统设计

前言可编程控制器（PLC）作为一种新型的工业自动化装置。因其功能强大，可靠性高，操作使用方便而得到了广泛的应用，它在民用建筑行业中的应用也日益广泛。本设计以PLC为中心控制单元设计一高低位水箱供水系统，具体要求见设计任务。在本设计中，充分考虑到了设计方案的实用性，经济性以及用户操作的方便性。在给出系统原理图的基础上，同时也附带了安装图，接线图及操作使用说明书；在保证设计要求及设计质量的基础上，通过分时复用启动按钮和认真修改梯形图，最终将原本应该用的OMRONC40P可编程控制器现改用OMRONC28P即可实现所有功能，为用户降低了设计成本。本着让用户使用方便，操作明了的设计原则，在手动工作时设置了“允许起泵”和“必须停泵”信号。1目录一、设计内容及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3二、分析设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31、主电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32、PLC选择及I/O分配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33、PLC接线图设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4三、梯形图设计与分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41、手动/自动状态选择与指示．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42、高低位水箱液位开关的逻辑设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53、自动状态时水泵电机的工作方式选择及启动．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54、手动状态时水泵的单独起停．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．55、故障检测与备泵自投．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6四、用户操作说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71、系统手动工作操作说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72、系统自动工作操作说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．73、注意事项．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8五、元器件选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8六、结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．91、设计的收获与体会．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92、系统再认识．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9七、指令语言程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10八、参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10九、备注1、控制箱尺寸．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．112、导线选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11十、附图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．111、高低位水箱供水系统电气控制原理图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122、高低位水箱供水系统电气安装接线图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．133、高低位水箱供水系统电气控制箱布置图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．142高低位水箱供水系统电气控制系统的设计一、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，以及安装布置图、接线图和控制箱的设计，具有电气控制系统工程设计的初步能力。根据高低位水箱供水的控制要求，采用PLC为中心控制单元，设计出满足控制要求的控制系统。具体设计要求：1、高低位水箱均设水位信号器。当高位水箱水位达到低位，低位水箱水位达到高位时，水泵启动；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。2、两台水泵分工作泵和备用泵，可以互换，任何时候只有一台水泵工作。当工作泵出现故障时，备用泵自投，水泵功率各为5.5KW。3、具有手动、自动工作方式。4、各种指示及报警。二、分析设计相关约定：为了分析表达方便，以下设计分析中相关符号表示意义分别为：某个线圈带电用“+”表示，过度过程用“→”表示，线圈带电并保持用“＿+”表示，线圈失电用“－”表示。1、主电路设计根据控制要求及水泵的容量,经计算可确定两台水泵电机均可直接启动（见附图主电路），每个电机分别用1个接触器控制其电源,1个热继电器进行过载及短路瞬时保护.2、PLC选择及I/O分配根据控制要求可统计出输入PLC的信号本应为16个,输出信号为6个(见原理图和I/O分配表),但I/O分配表中输入信号实为14个.原因是从经济性与元件的利用3效率上考虑,在本设计中将输入按钮SWK1,SWK2通过软件改变成了多功能按钮,即当系统处于自动工作状态时,选择1#水泵为工作方式的选择按钮SWK1,在系统处于手动工作状态时,它也是1#水泵手动时的启动按钮.同理,SWK2也具有相同的功能.经过改变之后可将原本必须选用的OMRONC40PPLC现改用OMRONC28P(16输入,12输出)即可实现控制要求,且留有一定的余量.I/O分配表输入输出1#泵作为工泵选择按钮SWK100001#水泵电机接触器线圈05042#泵作为工泵选择按钮SWK200012#水泵电机接触器线圈0505自动工作方式选择按扭SAUT0003自动工作方式指示灯0506手动工作方式选择按扭SMAN0004手动工作方式指示灯0507高位水箱下限水位信号SHL00051#水泵电机故障报警指示0500高位水箱上限水位信号SHH00062#水泵电机故障报警指示0501低位水箱上限水位信号SLH00071#水泵正常工作状态指示0504高位水箱下限水位信号SLL00081#水泵正常工作状态指示05051#水泵电机过载保护触点FR10009手动工作时“允许起泵”指示05022#水泵电机过载保护触点FR20010手动工作时“必须停泵”指示05031#水泵电机手动停止按钮STP100112#水泵电机手动停止按钮STP200121#水泵电机触点检测信号00131#水泵电机触点检测信号00143、PLC接线图设计由于采用了OMRONC28P,其输入输出均为分组式的,其中输入点0000,0001为一组,其余合为一组.根据I/O分配表即可将连接电路,如原理图所示.在主电路中输入各点共用PLC自带的24伏直流电源,输出各点共用交流220伏电源.三、梯形图设计与分析1、手动/自动状态选择与指示4这部分梯形图的设计主要用KEEP指令来实现.在梯形图中,当外部自动选SATO有按下时,0003+1000+1001－(手动状态时PLC内部辅助继电器1001复位清零)0506+自动状态指示灯HLATO亮,同理手动工作方式时0507会带电,手动状态指示灯HLMAN亮.由于自动,手动在KEEP复位时采用了互锁,所以每个工作状态下只有相应的工作指示灯亮.2、高低位水箱液位开关的逻辑设计根据设计要求,高低位水箱的水位信号需要检测出来,现用干簧水位信号器进行水位测量,高低位水箱各设一只,其示意图见系统接线图和原理图。。从控制要求,I/O分配表及干簧水位信号器的示意图可得知只有0005与0007带电时,即高位水箱水位达到低位且低位水箱水位达到高位时才允许启泵;而只要0006与0008中的一个动作,即高位水箱水位达到高位或低位水箱水位达到低位时就必须得停泵.据这一逻辑关系,在梯形图中用0006与0008的或逻辑去发出停泵信号,用0005与0007的常开与逻辑作为启泵信号.相互之间也应有互锁.工作过程为:启泵信号发出0006－或0008－1200+(短时带电)1300+3、自动状态时水泵电机的工作方式选择及启动自动状态时水泵电机的工作方式选择信号由PLC内部辅助继电器1101,1102发出,其中1101用于选定1#水泵为工作泵,2#水泵为备用泵;1102用于选定2#水泵为工作泵,1#水泵为备用泵.与自动/手动选择一样,这两种工作方式之间也需要互锁,同停泵信号发出启泵保持继电器复位,启泵信号解除0005+，0007+1301+启泵信号发出1310－（停泵保持继电器复位，解除停泵信号）5样通过KEEP指令来实现.自动工作时1#水泵为工作泵,2#水泵为备用泵的工作过程如下:由于1000已带电(自动状态),此时若SWK1按下→→4、手动状态时水泵的单独起停考虑高低位水箱供水系统一般为城市居民楼供水，在系统处于手动工作方式下时，有必要在控制室设置一水位信号指示灯，以使操作人员知道什么状态下可以起泵，什么状态下必须停泵。而且这一信号应该与自动状态时高低位水箱里的干簧水位信号器的逻辑相同，所以就将自动状态时的水位逻辑作为手动工作时的起停泵逻辑，用两个指示灯分别表示手动方式时的“允许起泵”和“必须停泵”信号。工作过程如下：手动状态时，1001+，若1301+，则表示可以起泵了，此时是否起泵完全由手动启动按钮SWK1,SWK2决定。“允许起泵”信号由KEEP指令实现，且只有在手动工作方式时有效，自动工作方式时，通过1000将其互锁。而且“允许起泵”信号和“必须停泵”信号必须互锁。“必须停泵”信号的产生原理类似于“允许起泵”信号，它也是由水位信号器发出的，到底何时停泵，何时起泵完全由操作人员自主决定，只不过起泵必须在“允许起泵”指示灯亮了之后进行，而停泵的最终期限为“必须停泵”指示灯亮。起停过程由操作人员根据指示灯状态自主进行，适合在际环境中使用。5、故障检测与备泵自投在本设计中，将系统的故障简化为两种类型：一个是电机的过载，这一信号可由设在电机主回路中的热继电器常开触点发出（当水泵电机过负荷或者缺相时），所以可将这一信号设为备泵自投信号；另一个故障是接触器水泵工作过程中或启动时可能出现的衔铁卡涩，导致接触器线圈虽带电但触点不动作，所以电机就无法正常工作。在设计中将两个接触器的常闭触点接入PLC用于监视接触器的工1101+1301+（液位信号允许起泵）1401+→0504+（1#水泵正常工作）6作情况并将此信号也作为一个备泵自投信号。另外。考虑到接触器的动作时间小于PLC的扫描时间，所以为了排除启动时的虚假故障信号，在梯形图中设置了时间继电器TIM01进行5秒的延时，如果延时时间到，且接触器的故障信号还存在，则启动备用泵。由于热继电器本身就具有过载延时，所以一旦热继电器常开触点动作，则立即启动备泵并给出报警。具体工作过程如下：0504－（1#泵停）⑴过载：假设1#水泵过载，则0009+→1002+0505+（启动2#备用泵）0500+（故障指示灯HL1亮，HA1报警）⑵接触器1KM故障：设线圈KM1带电，但其触点没动作，即：0504+，0013+0504+（停止1#水泵）→延时5S→TIM01+→1002+→0505+（启动2#备用泵）0500+（故障指示灯HL1亮，HA1报警）当延时5秒没到时，若0013－，则不会启动备泵自投信号1002。同理，当2#水泵为工作泵，1#水泵为备用泵，出故障时