建筑电气控制课设报告

电气控制技术
综合实验报告书
题目高低位水箱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_ ____
学生姓名
学号
12 月12 日至12 月25 日共 2 周
指导教师(签字)
2015年11 月15 日
目录
一、设计内容及要求 (2)
二、设计原始资料 (2)
三、系统原理说明 (3)
四、系统总体设计 (4)
五、元件的选择 (8)
六、程序的设计与调试 (9)
七、操作使用说明 (12)
八、总结………………………………………第 13页
九、主要参考资料 (14)
附表：元件明细表
附图一：电气原理图1（主电路与控制电路）
附图二：电气原理图2（梯形图与指令系统）
附图三：电气箱布置图
附图四：接线图（相对编号法）
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
1、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。

2、两台水泵分工作泵和备用泵，可以互换，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5.5KW。

3、具有手动、自动工作方式。

4、各种指示及报警。

三、系统原理说明
在高层建筑中，一般都会采用高低位水箱供水方式，它主要有两个作用：1.是为生活及消防用水储备一定的水量。

2.为生活及消防用水提供一定的压力，给用水提供一定压力还可采用加压水泵及气压罐等办法，这种办法可不增加建筑物的结构荷载，但需耗电能，停电或机械故障时会影响给水，故我国多用高位水箱调压。

一般水泵电机及控制室位于建筑物的地下，水箱通常设于建筑的顶部。

根据控制要求1，系统电路共有主电路和控制电路两部分组成。

根据水泵电机的控制要求，水泵电机的起动和停止应受高位水箱水位和低位水箱水位的共同控制。

当低位水箱水位为高水位并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，这也就可以得出，电机不运行时，水箱内的水位应该是低位水箱低于高水位高于低水位，高位水箱也是这样，我把这个水位定义为正常水位。

水位的表示用4个液位开关SL 指出，每个水箱高水位和低水位各一个，水位高于该开关时，开关闭合，低于该开关时，开关断开。

低位水箱低位开关为SL1，高位开关为SL2，高位水箱低位开关为SL3，高位开关为SL4。

故易得出：SL1，SL3闭合，SL2断开时，水箱水位正常；SL1闭合时，SL2闭合并且SL3断开，发出启泵信号；SL1断开或者SL4闭合时，发出停泵信号。

根据控制要求2，需要两个水泵电机，主泵电机不能正常运行时，备泵电机应能自动投入。

解决备泵的自投的关键是寻找一个合适的转换信号，它能反映主泵没有正常运行。

从结果上看，主泵不能正常工作，那么水箱内的水位就不能到达正常水位以至于发出停泵信号，所以可以设定一个延时时间，若在这个时间内水箱水位到达正常水位，则系统工作正常，否则说明主泵出现故障，备泵应启动。

本设计为了观察方便不浪费时间，设定的延时时间为30秒，实际中时间应该更长。

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旋钮开关来控制，接入电源后先选择工作方式。

在自动工
作方式下：按下启动，系统即刻开始运行，通过判断水位条件来控制电机的启停。

而在手动工作方式下：用两个旋钮开关来分别控制主泵电机和备泵电机，同一时刻只有一台电机运行。

操作人员通关接通开关和断开开关来控制电机，电机的运行和水箱内的水位无关。

根据控制要求4，工作模式需要指示，水泵电机运行时也应有运行指示，故障也要有提示。

提示用指示灯来实现，一共用5个指示灯，分别是：手动模式指示，自动模式指示，主泵运行指示，备泵运行指示，故障报警指示。

四、系统总体设计
1、主电路的设计
主电路图见附图一，图中的M1、M2为带动水泵的电动机，因为两台水泵电动机功率均为 5.5KW，容量不大，所以两台电机都没有采用降压启动，而是直接启动。

两台电动机分别使用一个接触器控制，即用接触器KM1、KM2来控制两台电机的接通和切断。

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。

2、控制电路的设计
控制电路见附图一，控制电路主要由PLC，按钮开关，旋钮开关和指示灯组成。

根据给定的控制要求，可统计出现场输入信号共11个，输出信号共7个，实验PLC用的是光洋S系列，此型号具有38点输入和38点输出，满足设计要求。

具体I/O分配如下表所示（因PLC一些I/O口损坏不能使用，所以没有依次分配I/O口）：
PLC根据表中的I/O分配关系和端子排列位置进行相应的接线，附图一中，PLC电源为220V，输出端各接触器，信号灯也都采用220V 电源。

五、元件的选择
（1）接触器的选择：查阅资料，得知水泵的配套电机功率因数一般
在0.8到0.92，取cosφ=0.9，当P=5.5KW，U=380V时由P=1.73UIcos φ得： I=P/（1.732Ucosφ）≈10.5A ，接触器线圈的额定电压为220V，故所选接触器的型号为CJ10-20，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10.5A，即热元件的脱扣电流约为(1~1.1)*10.5A=(10.5-11.55)A，故选用的热继电器的型号为JR36-160。

（3）空气开关的选择：因为电机的额定电流约为10.5A，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）*10.5=（105-126）A，故选用的空气开关规格为DZ20-160。

（注：因为条件所限，所以本次联机调试并未连接主电路，只是用接触器的吸合与释放来模拟电机的启停，所以未使用空气开关和热继电器，过载保护用开关来模拟）
（5）控制柜的选择：一般配电房用的GGD柜为800*600*2200mm，而控制现场使用的XL-21柜为700*350*1700，由于本控制系统控制柜内及面板上所安装的元器件比较少，我认为选用这两种标准的控制柜比较浪费空间，不符合实际，所以控制柜选则非标准柜，其外部尺寸经过计算为700×900×400mm。

（6）其他器件的选择：指示灯、旋钮、空开、导轨、端子排等器件的选择型号见附表。

六、程序的设计与调试
梯形图与指令系统见附图二，程序的I/O口使用参考了现场PLC 的实际情况，一部分I/O不能使用。

在程序调试过程中，熟练地使用手持式编程器是个大问题，手持式编程器好处是便携性好，不受空间的影响，随时都可以输入与修改程序，但是较之计算机输入来说，它的操作比较繁琐，要将梯形图转换为对应的指令，编辑比较麻烦。

程序主要由以下几个部分构成:
1、模式切换与指示灯
2、自动模式下主泵的电机的启停
3、自动模式下备泵与主泵的延时切换
4、手动模式下主泵与备泵的启停
实验中使用手持式编程器输入程序，手持式编程器好处是便携性好，不受空间的影响，随时都可以输入与修改程序，但是较之计算机输入来说，它的操作比较繁琐，要将梯形图转换为对应的指令才能输入。

在调试程序过程中，为防止因误操作导致的危险，输出端没有接交流电源，通过观察PLC上输出指示灯来判断程序运行状态，在调试无误后，输出口才可连接，要注意SH-64的每4个输出口共用一个COM端，所以与输入端的汇点式接法不同。

七、操作使用说明
主电路额定电压：AC380V/50HZ
控制电路额定电压：AC220V/50HZ
1、自动模式
接通电源后，PLC电源灯与运行灯亮，旋钮SA1切换到最左边，系统默认为自动模式，HL5亮，此时按下启动按钮SB1，系统开始运行。

根据四个水位开关的状态启停电机。

当高位水箱的水为低位（SA4断开），低位水箱的水为高位（SA3闭合）时，接触器KM1得电，电机M1立即启动，HL1亮，若30秒内水位未到达正常水位，则KM1失电，M1停机，HL1灭，接触器KM2得电，电机M2启动，HL2亮。

若30秒内水位依然没有到达正常水位，则KM2失电，M2停机，HL2灭，报警指示HL3亮。

在任何时刻按下停机按钮SB2，KM1或KM2立刻失电，电机停止运行。

同理，按下模拟热继电器开关SB3，SB4时，KM1，KM2也将失电，电机停止运行。

2、手动模式
旋钮SA1切换至最右边，系统由自动状态转到手动运行状态，HL4亮。

此时，二台电动机分别由旋钮SA2，SA3来控制，且不会同时运行，此时电机不受水位开关的影响。

以电机M1为例，右旋SA2，接触器KM1得电，M1运行，HL1亮，左旋SA2，KM1失电，M1停机，HL1灭。

M2同理。

八、总结
经过这次课程设计，我切身的感受到了电气的力量，通过一些元件就可以让水箱自动维持在正常水位，解放了人得双手，也让我意识到了专业课和公共课乃至专业基础课的巨大差异，公共课和专业基础
课给我的感觉是数学和电路学的更进一步，但是专业课，往小了说，我感觉我已经可以通过设计，维护一些电气设备来挣钱养活自己了，往大了说，我已经可以为国家，为国民经济做贡献了。

另一方面，通过这次课设，理论联系实践，巩固了我们的课堂上所学的知识，提高了我们对电气设备的认知水平，锻炼了我们的实际操作及绘图能力，为我们将来从事电气控制类的工作打下了基础。

总的来说，通过这次电气控制技术课程设计，我们掌握了电气控制系统的设计方法、元器件的选用，以及电气原理图，布置图等一系列图纸的绘制。

最重要的一点，提高了我们对电气设备的熟悉程度，比如一些安全措施的设计，元器件分布是否合理，I/O接口是否正确，走线是否规则等等，既对自己负责又对他人负责。

严谨的态度也是我的一大收获，作为一名电气工程专业并且梦想成为电气工程师的学生，我在以后的今后的学习工作中，会牢记这次课设的一些经验和教训，努力提高自身水平，保持一个电气人该有的严谨的学习工作态度。

九、主要参考资料
1、《电气设备选择与计算实例》王越明化学工业出版社
2、《建筑电气设计与施工资料集-设备选型》孙成群中国电力出版社
3、《建筑电气控制技术》王检建筑工业出版社
4、《建筑电气控制技术》马小军机械工业出版社
5、华光S系列编程手册
6、各种电气原件产品样本
附表：元件明细表。