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1、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.第 2页 二、设计原始资料.第 2页 三、系统原理说明.第 3页 四、系统总体设计.第 4页 五、元件的选择.第 8页 六、程序的设计与调试.第 9页 七、操作使用说明.第 12页 八、总结.第 13页 九、主要参考资料.第14页 附表：元件明细表 附图一：电气原理图 1（主电路与控制电
2、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）动化班级学生姓名学号月日至月日共周指导教师签字年月日目录一设计内容及要求二设计原始资料三系统原理说明四系统总体设计五元件的选择第页第页第页第页第页六程序的设计与调试第页七操作使用说明八总结九主要参考资料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始资料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
3、或低位水箱水位达到低位时水泵停止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
4、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。根据水动化班级学生姓名学号月日至月日
5、共周指导教师签字年月日目录一设计内容及要求二设计原始资料三系统原理说明四系统总体设计五元件的选择第页第页第页第页第页六程序的设计与调试第页七操作使用说明八总结九主要参考资料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始资料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电机的控制要求，水泵电
6、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；S
7、L1 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
8、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，同动化班级学生姓名学号月日至月日共周指导教师签字年月日目录一设计内容及要求二设计原始资料三系统原理说明四系统总体设计五元件的选择第页第页第页第页第页六程序的设计与调试第页七操作使用说明八总结九主要参考资料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
9、控制系统工程设始资料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
10、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
11、PLC 一些 I/O 口损坏不能使用，所以没有依次分配 I/O 口）：动化班级学生姓名学号月日至月日共周指导教师签字年月日目录一设计内容及要求二设计原始资料三系统原理说明四系统总体设计五元件的选择第页第页第页第页第页六程序的设计与调试第页七操作使用说明八总结九主要参考资料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始资料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
12、泵停止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输入口 输出口 手动模式信号 SA1 I3 手动模式指示灯 HL4 Q01 自动模式信号 SA1 I3 自动模式指示灯 HL5 Q02 启动按钮 SB1 信号 I0 主泵指示灯 HL1 Q03 停机按钮 SB2 信号 I1 备泵扌曰示灯 HL2 Q04 低位水箱低水位开关 SL1 信号 I11 备泵电机运行信号 Q05 低位水箱咼水位开关 SL2 信号 I10 主泵电机运行信号 Q06 手动时主泵启停信号 SA2 I4 报警警铃 Q07 手动时备泵启停信号 SA3 I4 主泵热继电器 FR1 I12 备泵热继电器 FR
13、2 I13 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 cos =0.9,当 P=5.5KW,U=380V 时由 P=1.73Ulcos 动化班级学生姓名学号月日至月日共周指导教师签字年月日目录一设计内容及要求二设计原始资料三系统原理说明四系统总体设计五元件的选择第页第页第页第页第页六程序的设计与调试第页七操作使用说明八总结九主要参考资料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
14、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始资料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得:I=P/(1.732Ucos)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。
15、因为电机的额定 电流约为10.5A，即热元件的脱扣电流约为(11.1)*10.5A=(10.5-11.55)A，故选用的热继电器的型号为 JR36-16Q /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
16、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 700X 900 x 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 的实动化班级学生姓名学号月日至月日共周指导教师签字年月日目录一设计内容及要求二设计原始资料三系统原理说明四系统总体设计五元件的选择第页第页第页第
17、页第页六程序的设计与调试第页七操作使用说明八总结九主要参考资料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始资料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
18、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
19、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 动化班级学生姓名学号月日至月日共周指导教师签字年月日目录一设计内容及要求二设计原始资料三系统原理说明四系统总体设计五元件的选择第页第页第页第页第页六程序的设计与调试第页七操作使用说明八总结九主要参考资料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
20、程设始资料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
21、 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，
22、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，我已经可以为动化班级学生姓名学号月日至月日共周指导教师签字年月日目录一设计内容及要求二设计原始资料三系统原理说明四系统总体设计五元件的选择第页第页第页第页第页六程序的设计与调试第页七操作使用说明八总结九主要参考资料气箱布置图附图四接线图相对编
23、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始资料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
24、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。动化班级学生姓名学号月日至月日共周指导教师签字年月日目录一设计内容及要求二设计原始资料三系统原理说明四系统总体设计五元件的选择第
25、页第页第页第页第页六程序的设计与调试第页七操作使用说明八总结九主要参考资料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始资料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
26、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 动化班级学生姓名学号月日至月日共周指导教师签字年月日目录一设计内容及要求二设计原始资料三系统原理说明四系统总体设计五元件的选择第页第页第页第页第页六程序的设计与调试第页七操作使用说明八总结九主要参考资料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始资料高低位水箱均设水位信
27、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序号 名称 型号 数量 备注 1 接触器 CJ10-20 2 2 热继电器 JR36-160 2 3 指示灯 ND16 6 4 PLC 光洋 SH-64 1 5 按钮 LAY 39-BN 4 6 旋钮 LAY 39-X 2 7 液位开关 EPC3 2 8 空气开关 DZ20-160 1 9 端子排 NJD-7P-1 1 10 导轨 TH35-7.5(C45)5 11 线槽 PVC-20 8 20mm*12mm 12 控制
28、柜 1 700*900*400mm 动化班级学生姓名学号月日至月日共周指导教师签字年月日目录一设计内容及要求二设计原始资料三系统原理说明四系统总体设计五元件的选择第页第页第页第页第页六程序的设计与调试第页七操作使用说明八总结九主要参考资料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始资料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