排水泵电气控制课程设计

长沙学院课程设计说明书

题目排水泵的电气控制

系(部) 电子信息与电气工程系

专业(班级)

姓名

学号

指导教师

起止日期 2014/12/1—2014/12/15

电气控制技术课程设计任务书

系（部）：：电子信息与电气专业：电气工程及其自动化指导教师：

长沙学院课程设计鉴定表

目录

摘要 (2)

1 课程设计目的 (2)

2课题要求与分析 (2)

3水泵控制电路原理分析 (3)

3.1水泵控制部分 (3)

3.2报警和指示部分 (3)

4电气元件的选择 (4)

5水泵控制系统的使用说明及注意事项 (7)

设计心得 (8)

参考文献 (8)

摘要

随着社会的发展，各种建筑也在不断地增加，排水系统的好坏会也成为决定一个建筑质量的关键因素，因此排水系统十分重要。对排水泵的控制方式有多种多样，主要通过PLC控制电气元件，我们需根据不同的要求采用不同的控制方式。本课题利用电气元件对两台排水泵的自动控制和手动控制。

关键词：排水泵自动控制手动控制 plc

1 课程设计目的

通过对工厂电气控制设备电气控制系统的设计实践，使学生了解一般电气控制设计过程、设计要求、设计内容、设计方法，能根据生产机械的拖动要求及工艺需要进行电气控制设计并制定有关技术文件。培养学生综合运用已学知识解决实际工程技术问题的能力、查阅图书资料和各种工具书的能力、工程绘图能力、撰写技术报告和编制技术资料的能力，电气工程安装和调试方面的基本训练等。

2课题要求与分析

课题名称：排水泵的电气控制

设计要求：某民用建筑配有排水泵两台。

对排水泵的控制要求如下：

1、应有手动和自动控制功能，高水位时自动起泵，低水位时停泵；

2、能发出各种警报信息，如故障报警、溢出水位报警等；

3、两台排水泵，应能互为备用，工作泵故障时，备用泵自起用，同时发出报警信号；

4、两台排水泵应能同时工作，以满足排水量过大的要求。

主电路中，明显需要两台排水泵机，检测报警信息部分也要求主电路中做好短路、过载、缺相等保护，可以在主电路中串入热继电器、熔断器来实现过载和短路保护；在两组主熔断器两端并入中间继电器KA2—KA7，一旦主电路出现缺相，KA线圈得电，控制电路中的KA 常闭就会断开，及时切断主电路中的排水泵的缺相运行故障，实现了缺相保护。当然，为防止控制电路出现混乱，也需要在主电路中分别串入断路器QF，便于紧急事故时可以手动切除线路故障，保护排泵机。

控制电路中，只需两个交流接触器和一个中间继电器即可满足控制要求，减少了电气元器件的使用数量。同时使用六个中间继电器来实现水泵的缺相故障的保护和报警指示。整个控制电路比较简单易于接线、也比较实用；所用的元件比较少接线少；并且具有缺相保护功能，能够达到互为备用水泵的控制要求。

监测指示和报警电路中，接入单相电源，在每个监测指示和报警电路部分串入保护的相应的接触器常开触头，只要出现故障，监测指示和报警电路中对应的接触器常开触头就会闭合，实现监测信号的指示和故障的报警。不同指示灯就可以区分出各种运行状态和各种故障。

3水泵控制电路原理分析

3.1水泵控制部分

（1）转换开关SA1打到手动时，手动控制排水泵。闭合SB3，1#排水泵工作；闭合SB2，2#排水泵工作，SB1和SB2同时闭合，1#排水泵和2#排水泵同时工作。

（2）转换开关SA2打到自动式，排水泵自动运行。

SB1开关打开，当水位高于低水位时，限位开关SQ1闭合，KM1线圈得电自锁，此时1#排水泵工作，同时KM1常闭断开，保证了1#排水泵工作时2#排水泵不工作；以及KM1常开闭合，2#排水泵进入备用状态，1#排水泵工作。

SB1开关闭合，KA1线圈得电自锁，KA1常开闭合，当水位高于低水位时，限位开关SQ1闭合，KM2线圈得电自锁，此时2#排水泵工作，同时KM2常闭断开，保证了2#排水泵工作时1#排水泵不工作；此时1#排水泵进入备用状态，2#排水泵工作。当水位高于高水位时，限位开关SQ2闭合，KM1和KM2同时得电自锁，1#排水泵和2#排水泵同时工作，能够满足排水量过大的要求。

当1#排水泵故障时：

①缺相故障：KA2、KA3、KA4至少有一个得电自锁，KA2、KA3、KA4常闭开关断开，KM1线

圈断电，KM1常闭恢复，KM2线圈得电，KM2常开闭合，KM2自锁，2#排水泵工作。

②过载故障：FR2常闭断开，KM1线圈断电，KM1常闭恢复，KM2线圈得电， KM2常开闭合，

KM2自锁，2#排水泵工作。当水位高于高水位时，SQ2闭合，KM1和KM2同时得电，1#排水泵和2#排水泵同时工作。SB1开关闭合，默认排水泵2首先工作。当水位高于低水位时SQ1闭合，KM2线圈得电，KM2常开闭合，KM2自锁，KM2常闭断开，确保1#排水泵不工作进入备用状态；2#排水泵工作。

当排水泵2故障时：

①缺相故障：KA5、KA6、KA7至少有一个得电自锁，KA5、KA6、KA7常闭开关断开，KM2线

圈断电，KM2常闭恢复，KM1线圈得电，KM1常开闭合，KM1自锁，1#排水泵工作。

②过载故障：FR1常闭断开，KM2线圈断电，KM2常闭恢复，KM1线圈得电，KM1常开闭合，

KM1自锁，1#排水泵工作。当水位高于高水位时SQ2闭合，KM1和KM2同时得电，1#排水泵和2#排水泵同时工作。

3.2报警和指示部分

（1）总开关闭合电源指示灯L1灯亮，1#排水泵工作时KM1常开闭合，L2灯亮；2#排水泵工作时KM2常开闭合，L3灯亮；

（2）2#排水泵出现过载故障时FR1常开闭合，L4灯亮并铃声报警；1#排水泵出现过载故障时FR2常开闭合，L5灯亮并铃声报警；

（3）到了报警水位时SQ3常开闭合，L6灯亮并铃声报警；

（4）自动运行时KA1常开闭合，L7灯亮并铃声报警；

（5）1#排水泵缺W相时KA2常开闭合，L8灯亮并铃声报警；1#排水泵缺U相时KA3常开闭合，L9灯亮并铃声报警；1#排水泵缺V相时KA4常开闭合，L10灯亮并铃声报警；（6）2#排水泵缺W相时KA5常开闭合，L11灯亮并铃声报警；2#排水泵缺U相时KA6常开闭合，L12灯亮并铃声报警；2#排水泵缺V相时KA7常开闭合，L13灯亮并铃声报警；

图一：水泵电气控制电路

4电气元件的选择

课题任务书中的具体参数要求没有体现，所以我假定为一建筑工程设计排水系统，根据当地的气候条件，每年雨涝期的时间和程度来计算需要排水量的大小,然后选择合适的排水功率大小,所以排水泵我们选择Y90S-2型是功率为1.5KW，额定电压为380V，额定电流为3A，满足此建筑的排水要求,电气元件列表及其参数详见下面表一。

（1）、断路器的选择

断路器在最大负载的情况下就是两台电机同时启动时的电流相对较大，加上控制电路上的电流QF1选择一个大于60A的断路器。QF2和QF3选择一个大于30A的断路器。所以断路器QF1选择DZ15-63/3901（额定电压380V，额定电流63A）。QF2和QF3选择DZ15-40/3901（额定电压380V，额定电流40A）

（2）、接触器的选择

KM1、KM2按照连续工作制，其额定电流选择与电动机的额定电流1～2倍，即： I1=I2 =6A

所以接触器选择CJ10-10型（主触头额定电压500V，主触头额定电流10A）

（3）、热继电器的选择

热继电器的整定电路Ifr=（1.1～1.5）Ie=4A。热继电器选择JR20-4Z（热继电器额定电流4A）

（4）、熔断器的选择

由熔体额定电流的经验公式

熔体额定电流(A)=电动机额定电流(A)×3

得出FU1=FU2=10A，由此熔断器FU1和FU2选择RL1-15（熔体额定电流10A）FU3选择RL1-15（熔体额定电流2A）

（5）、指示灯的选择

由控制系统的报警指示部分可知指示灯采用6V的交流电所以指示灯选用6V/3W的灯泡其中红色指示灯AD38-23A-01R型9个，绿色指示灯AD38-23A-01G型4个

（6）、变压器的选择

整个报警指示部分有13个指示灯和一个电铃。每个灯3W，有于指示灯不可能同时全亮，所以变压器采用220V/6V容量为40VA的足以。

（7）、中间继电器的选择

中间继电器用于缺相保护，有1.5KW三相电机运行缺相时缺相的两端会有40V左右的电压所以中间继电器采用额定电压为500V，吸引线圈电压为36V的JZ7-22型

表一：电气元件列表及其参数

图二：电控柜安装布置图

电控柜安装接线面板布置图中，导线首先从外部由接线端子进入，接断路器QS，经过短路保护FU，三相的短路保护元件放在一起，下面紧接缺相故障的保护，也放在一起便于清晰的观看查找电路，然后把接水泵电机的主继电器和过载保护的热继电器放在一起，先接主继电器的常开触点，后接热继电器实现过载保护，再由端子排出来接排水泵电机。

图三：控制台面板布置图

控制台面板布置图中，将缺相故障、水位溢出等报警信息指示分别按类排放在一起，方便出现故障时能够快速的分辨出是哪种电气故障，便于及时有效的发现并排除故障，减少电气事故；将水泵电机正常运行及电源接通显示的指示灯放在一起，并用绿色信号指示工作正常；必要的手动控制开关闸也需要用不同的字母注释，以免搞混而导致电气事故。所以，清晰简答明了的控制台面板图是电气控制设计中很重要的一部分，一目了然且安全方便快捷。

5水泵控制系统的使用说明及注意事项

（1）、水泵的自动控制运行

自动控制水泵运行时先将转换开关SA打到自动挡；合上断路器QF2、QF3和QF1。合上QF1，打开电源则电源指示灯亮。当水位高于低水位时水泵2#泵自动启动抽水，1#水泵作为备用。（如需将1#泵投入使用而2#泵作备用则在启动系统时先将组合开关SB3闭合。）如果水位高于高水位则两台水泵自动同时启动抽水。

（2）、水泵的手动控制运行

如果水泵需手动控制运行（将水抽干时则需手动控制因为当水位低于低水位时水泵不能自动运行）先将转换开关打到手动挡再开电源。需要运行1#泵时手动将组合开关SB3闭合；需要运行2#泵时手动将组合开关SB2闭合；

(3)、控制系统的检测信息指示和报警

水泵控制系统在运行时有各种指示通过指示灯来识别。如电源指示灯亮表示开电源；通过水泵运行指示灯可看出哪个水泵在运行；当系统出现故障或水位溢出时有铃声报警，通过结合指示灯的信息即可得出是哪种报警了；包括溢出水位报警、水泵缺相报警、过载和短路

报警等。

设计心得

这次的电气控制课程设计又让我复习了一遍电气控制的专业知识，相信会对我即将到来的实习有很大的帮助。这次课程设计我做的是排水泵的电气控制，综合分析后排水系统需要两台排水泵，并设计相应控制方案。设计中主电路的电路部分相对来说较为简单，常用的电机连接加上必要的电气保护，电气保护包括过载、短路、缺相等保护；而控制电路和检测检测报警电路的多样性也使设计变得多样化，就这样，经过大家讨论，在设计过程中，我们通过网络、书籍等途径学习新的知识和一起讨论解决设计中遇到的问题，提高了自己的分析能力和独立思考以及合作能力，而且通过多种方法的比较，除了达到对应的设计要求以外，还能使控制性能不断优化，同时减少赘余元器件的使用，既能简化了电路，又能节约成本，提高经济性。

参考文献

[1] 熊幸明，电气控制与PLC，机械工业出版社，2011.1

[2] 张宪，张大鹏，电气制图与识图，化学工业出版社，2009.8

[3] 孙景芝，建筑电气控制系统安装，机械工业出版社，2007.3

[4] 胡晓林，电气控制与PLC应用技术，北京理工大学出版社，2010.7

[5] 俞艳，金国砥，工厂电气控制，机械工业出版社，2007.2

[6] 薛岩,电气控制与PLC技术,航空航天大学出版社,2010

[7] 王兆明，电气控制与PLC技术，清华大学出版社

[8] 邓旭东，分散控制系统的电气控制技术的研究和开发，湖北电力第5期,2010

[9] 冯圣华，浅论电气控制发展，科技资讯，2009

[10]刘莉玲，论电气控制技术的发展技术，北京电力高等专科学校学报3期，2011

[11]张伟林，电气控制与PLC综合应用技术，人民邮电出版社，2009

[12] 张伟林，电气控制与PLC应用，人民邮电出版社，2007