电气控制课程设计--- 消防水泵PLC电气控制系统设计.docx

课 程 设 计 报 告 题 目 消防水泵plc电气控制系统设计 （omron cpm1a） 学院(部) 专 业 班 级 学生姓名 学 号 6 月 11 日至 6 月 17 日 共 1 周指导教师(签字) 系 主 任(签字) 目 录课程设计任务书 2前言 4一、系统概述 1.1系统设计要求 .51.2 系统框图 .5二、系统各部分的设计 2.1主电路的设计 .52.2控制电路的设计 .62.3 梯形图的设计与分析 .72.4 指令语言程序 .8三、元器件的选择及依据 3.1 交流接触器的选择 .93.2 热继电器的选择 .93.3 低压断路器的选择 .93.4 控制按钮和旋钮的选择 .103.5 指示灯的选择 .103.6 端子排的选择 .10四、控制柜的尺寸设计 10五总结 .11附录 .12课 程 设 计 任 务 书（b）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。根据系统的控制要求，采用omron cpm1a plc为中心控制单元，设计出满足控制要求的控制系统。二、 设计原始资料1. 2台消防泵，7.5kw，互为备用。当工作泵出现故障时，备泵自投。2. 发生火灾时，打开消火栓箱门，击碎面板玻璃，起动消防泵。手动停泵。3. 当消防给水管网水压过高时，停泵并报警。4. 当低位消防水池缺水，停泵并报警。5. 自动、手动、检修工作方式。5. 设置必要的各种电气保护。三、设计完成后提交的文件和图表1 计算说明书部分1）系统工作原理说明2）操作使用说明。 2 图纸部分：1） 电气原理图：主电路、控制电路、梯形图、指令系统。2） 电气箱面板布置图，电气箱内部布置图。3） 接线图。（相对编号法）4）元件名细表。5）控制箱尺寸。四、进程安排1周1-周2 完成原理图的设计2。周3 完成元件的选型3。周4-周5 完成布置图、接线图的设计五、主要参考资料 1 建筑电气控制技术 王俭 建筑工业出版社 2建筑电气控制技术 马小军 机械工业出版社 3各种电器元件产品样本 前 言随着经济发展和城市化的发展，使得人们居住的楼房越来越高，消防供水系统的安全、可靠、稳定运行显得越来越重要。本系统采用可编程序plc来实现对消防水泵的控制，有效的保证火情发生时及时提供消防用水，还可以手动/自动来回切换，确保消防供水系统的安全、稳定使用。为了满足该设计中提出的基本功能的要求，本次设计主电路上用两台电动机，由于功率较小可直接启动，同时采用了两个接触器对电机进行工作的控制，采用热继电器和低压断路器对电机进行过载和短路保护。控制电路上，为了简单灵活起见，采用课堂中所学过的omron cpm1a plc为中心控制单元。再加入必需的一些压力继电器、按钮、开关、指示灯，报警器等，从而基本形成了一个基于plc控制的智能消防水泵控制系统。一、系统概述1.1系统设计要求消火栓灭火系统由消火栓、消防水泵、管网、压力传感器及电气控制电路组成。消火栓灭火系统属于闭环控制系统。当发生火灾时，控制电路接到消火栓泵启动指令发出消防水泵启动的主令信号后，消防水泵电动机启动，向室内管网提供消防用水，压力传感器用来监视管网水压，并将监测水压信号送至消防控制电路。1.2 系统框图水泵控制电路消防水泵供水管道消防栓水压检测水源水箱供水 给定灭火消火栓灭火系统框图二、系统各部分的设计2.1主电路的设计由于两台泵，互为备用泵，所以需要对两台电机分别控制。又因为其功率都为7.5kw，所以可确定两台水泵电机均可直接启动。每个电机分别用1个接触器控制其电源,一个低压断路器进行该支路的短路保护，1个热继电器进行电机的过载保护。同时，在主干路上也设置了一个低压断路器。即主电路的组成器件为：3个低压断路器，2个接触器的主触头，2个热继电器，2台三相交流电机。主电路电路图见附录图。2.2控制电路的设计在本系统中，控制电路是由plc进行控制的。按所提出的控制要求，最后定下的电路有14个输入点，9个输出点，所以决定采用omron c30p的plc，该plc有18个输入点，12个输出点，完全能满足本次设计的要求，并留有一定的余量。该plc的尺寸为：150*90*85表一 i/o分布表输入输出电源提示s100000电源提示灯010001#电机启动按钮sb1000011#电机工作线圈km1010012#电机启动按钮sb2000022#电机工作线圈km201002管网压力高输入bp00004管网压力过高01003低水位输入sl00005水箱水位低01004检修信号输入sb300006检修指示01005手动自动模式转换sa00007警铃指示01006000081#电机热保护触电fr1000092#电机热保护触电fr20000101#泵手动停泵按钮000112#泵手动停泵按钮00012火警信号00013警铃控制009002.3 梯形图的设计与分析为了满足本次设计的基本要求和功能，梯形图设计如附录中原理图所示。分析如下：1. 机组的启动条件在该系统中， 当发生火灾时，用硬物击碎消防按钮的面板玻璃，产生一个启动信号00013。 sb3 为水泵检修开关，sa为万能转换开关，对手动投入还是自动投入进行选择控制。为了对管网系统的压力监测和对水箱的水位监测。将两个个触点分别接至plc的00004、 00005两个输入端。根据设计要求，当管网系统压力或高或者低位水箱水位过低时，停泵并报警。如果一号水泵发生故障或过载，热继电器fr1 的常闭触头断开，km1断电释放，km2通电，二号泵投入使用。机组停止方式的设置在正常情况下，若机组开始了工作，管网水压过高和地位水箱水位过低作为停泵信号。还有就是当水泵发生故障，水泵自动停机并报警。2. 备泵自投功能的实现设计任务中要求当工作泵出现故障时，应实现备泵自投的功能。因此，在设计中，电机的启动方式除了自动和手动的启动方式外，应再加一种作为备泵自投的启动方式，即在确认一台工作泵出现故障时，另一台泵的备用状态自然解除。在系统仍满足起泵的条件下，应在感应工作泵的故障线圈一旦得电，则备泵应立即启动。从而实现了备泵自投的功能。3. 信号灯的指示在本次设计中，共使用了6个指示灯。分别电源提示指示灯hl1；一号电机工作指示灯hl2；二号电机工作指示灯hl3；管网压力过高以及低位水箱水位过低的报警指示hl4、hl5；检修指示hl6；以及最后的警铃装置。在该设计中，将hl2 hl3接在1、2号电机所对应的工作线圈km1 和km2的两端，只要km1 或km2得电，即00001或00002得电，则表明hl2 或hl3也就亮了。若需要检修，则00006有信号，检修指示灯hl6亮。2.4 指令语言程序梯形图中对应的指令语言程序如下：ld 00000out 01000ld 00013tim 002 #0030ld tim002and 00008ld 00001and 00007or tim001ld 00009or 00011or 20004 keep 01001ld not 01001tim 000#0030ld 00007 and 00002 or tim000ld 00010or 00012 or 20004 keep 01002ld not 01002 tim 001#0030ld 00004out 01003ld 00005out 01004ld 00006out 01005ld 01003or 01004or 01005and 00002out 01006out 20004end 三、元器件的选择及依据3.1 交流接触器的选择电机回路中的电流估算如下：inpn/(1.732uncos)=7500/(3801.7320.9)12.66a.所以根据in=13a选交流择接触器lc1-d169。额定工作电流为16a。尺寸大小为58*60*96（单位都为mm）。3.2 热继电器的选择系统中电机为7.5kw，电源线电压为380v ，电机正常工作时应为三角形接法。选带有断相保护的热继电器：lr1-d16321 ,并将其值整定为14a 。采用卡轨式安装，则尺寸为45*84*1023.3 低压断路器的选择根据动力供电支线用断路器的动作电流整定原则，现采用非选择型二段式（过载延时及短路瞬动保护）保护，各参数计算如下： 断路器额定电压un=380v。 过载保护： i d z =k k i n ,取 k k=1.1，则i d z = 13.93 (所以设定i d z=14a)a,所以干路上电流约为30a。 短路瞬动保护： i o c=(1012)in,则支路上短路瞬动电流至少为127a.按130a选，干路上短路瞬动电流至少应为260a，按260a选。综合以上各个条件，支路上选dzx7-2520型低压断路器，电流整定为16a，尺寸为46*83.5*89.干路上选dzx7-8040型低压断路器，电流整定为30a,尺寸为163*122*115。3.4 控制按钮和旋钮的选择根据系统原理图及系统电压可选择：按钮用sla1-11m 工作电压为24220v。尺寸为：直径为18mm,安装孔为16mm.旋钮用la18-44x2，直径为48mm.3.5 指示灯的选择在控制电路上，为了接线简单起见，给指示灯供电为220v。故选择指示灯类型为：xdy1-b/41 颜色：红色 额定电压为220v xdy1-b/42 颜色：绿色 额定电压为220v.尺寸为：直径28mm,安装时，两灯水平之间距离不小于65mm，垂直之间距离不小于50mm.3.6 端子排的选择在本设计中，一共用了13个端子进行导线的引入和引出，故选用端子排的型号为：tz1-20.总共有20个端子，每个端子的尺寸为：10*51*72，在本设计中用了其中的13个，余下的7-个作为预留端子。四、控制柜的尺寸设计根据以上关于本系统所选择的各元器件的实际安装尺寸，同时考虑各元件之间的间隔，最终将电气控制箱的尺寸定为450750150mm，具体的元器件尺寸分布参见系统平面布置图中的尺寸标注。 五总结 通过本次的课程设计，使我对plc电气控制设计设计有了更加深刻的了解，对omron cpm1a plc也有了具体的应用，只有通过自己动脑与设计实践，才可以将课本上的知识学以致用。 但同时我也意识到了自己的不足，对于课本的知识掌握的不够熟练，虽然本次设计还存在缺陷，但我会在今后的学习中不断巩固和提高。 参考文献1.建筑电气控制