高低位水箱供水电气控制系统

一、控制要求本设计为民用建筑生活水泵电器控制系统设计，采用OMRON PLC为中心控制 单元。要设计出控制系统原理图、元件布置图，接线图。其具体控制要求为：1. 高地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；高位水箱达到高位或低位水箱达到低位时，水泵停止。2. 两台水泵轮番工作，一台水泵工作24小时后，另一台水泵自动投入工作。当工作泵出现故障时，备用泵自投并报警。3. 具有手动，自动工作方式。4. 各种指示和报警。二、控制系统设计2. 1、基本设计思路在高层建筑中，水泵及其设备控制室一般位于建筑物的地下层，水箱通常设 于建筑的顶部。这样，将水箱中的水位信号传送的设备控制柜需传输相当长的一 段距离。为了避免信号传输过程中由于信号线中途接地等故障引起的继电器误动 作，信号控制回路通常采用220V及以下的电压，本设计采用220V的交流电。另 外，由于水位信号器为小容量的继电器，其触点不适合于直接控制接触器，因此， 需要通过中间继电器进行中间转换。根据控制要求（1），系统电路共有主电路、信号电路和控制电路等三部分组 成。根据水泵控制要求1，水泵电动机的起动和停止应受高位水箱水位信号器和 低位水箱水位信号器发出信号控制。当低位水箱水位为高水位，且高位水箱水位 为低水位时发出起泵信号，当低位水箱水位为低水位，或高位水箱水位为高水位 时发出停泵信号。根据控制要求（2），工作泵不能正常运行时，备泵应能自动投入。工作泵与 备用泵二者工况转换的关键是寻找一个合适的转换信号，即能反映工作泵不能正 常运行的信号。一般情况下，水泵不能正常运行的原因为：（1）运行继电器的衔 铁卡住，触点不能正常吸合；（2）水泵运行过程中，电动机因过载或线路发生短路 等故障而保护停机。这两种停机情况反映在接触器上即是接触器的触点机构不能 动作，其常闭触点处于闭合状态，因此，接触器的常闭触点的闭合与否反映了电 动机的工作情况。故可利用接触器的常闭触点见识电动机的运行情况并作为备泵 电动机的起泵信号。为了与正常停机相区别，由常闭触点控制备泵起泵的信号回 路受工作泵起泵信号制约，即备泵自投信号仅在工作泵起泵信号发出后方起作用。 为了判别工作泵是否是因为故障不能起动，同时为了消除干扰信号的影响，备泵 自投信号应延时发出。本设计延时时间为10秒。工作泵和备用泵功能可互换，故 采用按钮方式，按下SB2时1号泵为工作泵，2号泵为备用泵；按下SB3时，1 号泵为备用泵，2号泵为工作泵，均为自动方式。根据控制要求（3），要有手动及自动工作方式，这两种工作方式的转换可通 过按钮来控制，当按下SB1时，工作方式为手动，再用两个旋钮来分别实现1号 和2号泵的起动（ST1、ST2）和停机（STP1、STP2）。以上工作方式和手自动的转 换也可用万能转换开关来实现，但会增加PLC的输入点个数，故本设计全部采用 普通按钮加上中间继电器来实现。根据控制要求（4），水泵电动机运行时应有运行指示，备泵自投时也应发出 指示，另外在加一个电源上电指示灯。所以一共需要4个指示灯。若出现故障， 为了尽快通知工作人员及时排除故障，当任何一台水泵出现故障时，要用警铃作为报警指示。2. 2、主电路设计因为两台水泵电动机功率均为5.5KW,故可以直接起动。分别用接触器KM1、 KM2来控制两台水泵电动机的接通和切断；用空气开关QF1、QF2作为电机的短路 保护；用热继电器FR1、FR2作为电机的过载保护。三、PLC控制系统设计3.1、I/O点数确定及PLC外部接线(1) 输入点数确定本设计共用了 4个水位继电器触点，KP1、KP2、KPH、KPL； 1个手动功能 切换按钮SB1;2个工作泵与备用泵切换按钮SB2、SB3； 2个控制1号电机起停 按钮ST1、STP1； 2个控制2号电机起停按钮ST2、STP2 ；还有2个M1、M2电 机的热保护触点FR1、FR2。所以共需13个输入点。(2) 输出点数确定如图1-2所示，占用输出点数的有2个M1、M2的控制接触器KM1、KM2； 1个通电指示灯HL1;1个工作泵故障备泵自投指示灯HL2； 1个故障报警警铃HA； 2个电机运行指示灯HL3、HL4。而中间继电器KA1-KA6由PLC的内部辅助继 电器来实现，故一共需7个输出点即可。综上所述：可统计出现场输入信号共13个，输出信号共7个，故所选PLC 型号为ORMON C28P。它可以实现16点输入，12点输出的控制，适合本系统的 控制，而且为以后的扩展留有一定得裕量。PLC的I/O分配表如表1所示: 表1 I/O分配表输入输出现场信号PLC地址现场信号PLC地址低位水箱下限触点KP10001M1接触器KM10501低位水箱上限触点KP20002M2接触器KM20502高位水箱上限触点KPH0003通电指示灯HL10507高位水箱下限触点KPL0004故障报警警铃HA0508手动M1启动按钮ST10005工作泵故障备泵自投指示 灯HL20509手动M2启动按钮ST20006M1电机运行指示灯HL30510手动M1停止按钮STP10007M2电机运行指示灯HL30511手动M2停止按钮STP20008切换为手动方式按钮SB10009设置为M1工作泵、M2备 用泵按钮SB20010设置为M1备用泵、M2工 作泵按钮SB30011M1热继电器FR10012M2热继电器FR20013输入输出点数确定后便可以得到PLC的外部接线图,各接触器及指示灯、警铃均 采用交流220V电源供电。3.2、梯形图的设计与分析PLC具体的输入输出对应关系如表1 I/O分配表所示。1、自动控制（1）按下SB2，中间继电器1010得电，常开触点闭合，SB2自锁，M1为 工作泵，M2为备用泵。正常工作时，当地下水为高水位时，KP1、KP2均闭合。 此时若高位水箱为低水位，KPL闭合，KA1线圈电路接通，KM1得电，1号泵启 动运行，同时指示灯HL3点亮。直到高位水箱中的水位达到高水位时，水位信号 器KPH动作，触点打开，KA1失电，KM1失电，水泵停止供水。当KA1闭合， M1却因故障不能启动运行或运行过程中故障停车时，KM1常闭触点复位闭合， 警铃HA得电接通发出事故声响，HL2点亮提示事故发生，同时时间继电器KT 线圈得电，延时10秒后，KA2吸合，KM2得电，备泵M2投入运行。当地下水池出于低水位时，水位信号器KP1打开，KA1不能得电，不能送出 高位水箱的信号；同样的，当地下水池水位未达到允许抽水的高水位信号时，水 位信号器KP2不能闭合，KA1也不能得电，此两种情况下，无论高位水箱水位如 何均不能自动起泵。（2）按下SB3，中间继电器1011得电，常开触点闭合，SB3自锁，M2为 工作泵，M1为备用泵，工作过程原理与上述相似。2、手动控制按下SB1，中间继电器1012得电，常开触点闭合，SB1自锁，信号控制回路 不起作用，可以通过按钮ST1、STP1实现对M1的启停控制，通过按钮ST2、STP2 实现对M2的启停控制。3、各种指示及报警HL1为电源上电指示灯。只要PLC 一上电，则1813立即为ON，使输出继 电器0512为ON，HL1回路被接通，指示灯亮，表示系统已经得电。HL2为备泵自投信号指示灯。当工作泵出现故障时，0501或0502的常闭触 点为ON，使输出继电器0510得电，HL2回路被接通，指示灯亮，表示备泵自投。HL3为1号泵运行指示。由于HL3直接并联在KM1两端，只要输出继电器 0501为ON，在接触器KM1得电的同时指示灯亮，表示1号泵处于运行状态。HL4为2号泵运行指示。由于HL4直接并联在KM2两端，只要输出继电器 0502为ON，在接触器KM2得电的同时指示灯亮，表示2号泵处于运行状态。HA为故障报警警铃。若某一个工作泵出现故障，则KM1或KM2的常闭触 点为ON，使输出继电器0511为ON，警铃所在回路接通，发出故障报警声。3.3、指令语言的编写根据梯形图可得指令语言如下：LD 1813OUT 0507LD NOT 0001LD 0002OR 1005AND LDAND NOT 0003LD 0004OR 1005AND LDOUT 1005LD 1005OUT TR0AND 0010OR 1010OUT TR1AND NOT 1011AND NOT 1012OUT 1010LD TR1AND NOT 0501LD TR0AND 1011OR 0011OUT TR2AND 0502OR LDAND NOT 1000OUT TR3TIM 00#0100LD TR3OUT 0511LD TR2AND NOT 1010AND NOT 1012OUT 1011LD TR0AND TIM00OR 1000OUT TR4OUT 1000LD TR4OUT 0509LD 0009OR 1012OUT TR0AND NOT 1010AND NOT 1011OUT 1012LD TR0AND NOT 0007LD 0005OR 0501AND LDLD 1010AND 1005OR LDLD 1011AND 1000OR LDAND NOT 0502AND NOT 0012OUT 0501LD 0501OUT 0510LD 1010AND NOT 0008LD 0006OR 0502AND LDLD 1011AND 1005OR LDLD 1010AND 1000OR LDAND NOT 0501AND NOT 0013OUT 0502LD 0502OUT 0511四、柜内外安装布置图设计4.1元器件的选择(1) 、接触器的选择假设 cos? =0.85，当 P=5.5KW，U=380V 时由 P= 3UIcos 得：I=P/ (1.732Ucos? )10A接触器线圈的额定电压为220V，故所选接触器的型号为LC1-D18,数量为2个，(2) 、热继电器的选择由于功率大于4KW的电机绕组多为三角形接法，所以应该选用具有断相保护 功能的热继电器。因为电机的额定电流约为10A，故选用的热继电器的型号为 LR1-D12316，热元件的整定电流范围是1013A，380V功率为5.5KW。(3) 、信号继电器的选择信号继电器选用浮球水位信号器，高低位水箱均需一个常开触点和常闭触点即 可。故选用的浮球磁性开关的型号为FQS-4，数量为2个。(4) 、空气开关的选择因为电机的额定电流约为10A，故额定电压为380V。用作电动机的短路保护 时，瞬动脱扣器的整定电流 Idz= (10-12) Ie= (10-12) X10= (100-120) A，故 选用的空气开关型号为DZX72520O(5) 控制柜的选择由于控制柜内及面板上所安装的元器件均比较少，选用标准柜即浪费空间又 不经济，不符合实际，所以控制柜选用非标准柜，根据所选元件的尺寸设计控制 柜，其外部尺寸为500X800X200 (单位为mm)。(6) 、其他元器件的选择指示灯、旋钮、警铃、端子排等元器件的选择型号见附表1。4.2柜内外安装布置图元器件在控制柜内从上到下依次为空气开关、接触器、热继电器、PLC、 接线端子排。主电路、控制电路原理图、接线图及控制面板箱内外布置图见图纸部分。高低位水箱供水电气控制系统使用说明书本系统以PLC为中心控制器件。能自动监视高低位水箱水位情况，并根据水 位号器采集到的信号来决定是否启动水泵。一共设置2台水泵，1台为工作泵， 另一台为备用泵，两泵的工作状态可以在任意时刻进行切换。让两台电动机分时 工作，并且在工作泵出故障时，备用泵能在短暂延时后自启动。本系统常用于高层建筑，自来水厂的水压不能直接为大厦的高层和中层供水。 安装本系统后，可以保证大厦的高层和中层正常的供水需求。一、主要技术指标：1. 额定电压和频率：380V/220V； 50HZ2. 备用泵投入工作延时时间：10秒二、安装，调试方法：1. 在安装前检查性能，合上空开，电源指示灯HL1亮，水位信号指示回路开 始工作，监视水位。2. 若达到水泵启动要求，则指示灯HL3亮，1号电机启动。检查运行情况， 若一切正常运行，再设置人为故障，此时警铃报警。再检查2号电机能否 经过10秒延时后自启动，及备泵自投信号灯HL2是否会亮。3. 在一台泵工作若干小时后进行主/备泵切换，看切换能否正常进行，若能 自动切换，则说明设计成功。4. 在高低位水箱中，应保持水箱的洁净，以免影响到水位信号器的检测。5. 定期排专人维护管理，防止线路出现人为损坏或老化，及时排除故障。三、使用方法：1. 主/备泵切换：SB2、SB3按钮为主/备泵切换旋钮，按下SB2按钮M1为主 泵，M2为备用泵，按下SB3按钮M2为主泵，M1为备用泵。2. 手/自动切换：按下SB1按钮，系统为手动控制方式运行。平常情况下，控 制系统处于自动状态下，在系统调试或是出现故障的情况下，使系统处于手动状 态下。3. 手动起停：ST1、STP1分别是电动机M1起、停按钮；ST2、STP2分别是电 动机M2起、停按钮。4. 各种指示灯及警铃：指示灯HL1为电源指示，表示系统上电；指示灯HL2 为备泵自投指示；指示灯HL3为M1泵运行指示；指示灯HL4为M2泵运行指示； 警铃HA为主泵故障指示。附表1元器件明细表序号名称型号数量备注1接触器LC1-D1822热继电器LR1-D1231623指示灯XDY-B1/424全为绿色4警铃ISL80161连续声音5PLCORMON C28P16按钮LA18-6677水位信号器FQS-428空气开关DZX725202三相9空气开关DZX725201单相10线槽SWD-15111端子排RJ14HWP112控制箱1500X800X200 （mm）附表2图纸目录表序号图号图名尺寸11-1主电路图、梯形图、PLC原理图A321-2主电路、PLC外部接线图A331-3控制箱内外元器件布置图A3