长安大学电气控制技术课程设计

1、课程设计任务书（A）题 目 高低位水箱供水系统电气控制系统的设计（F1）学院（部）电子与控制工程学院专业电气工程及其自动化班级 32040901学生姓名陈得维学号 32040901056月 11 日至月日 共 周指导教师（签字）系主任（签字）2012年 5 月 26 日课程设计任务书（A）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、高低位水箱均设水位信号

2、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、具有于动、自动工作方式。4、各种指示及报警。三、设计完成后提交的文件和图表计算说明书部分1）系统工作原理说明2）操作使用说明。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-

3、周5 完成布置图、接线图的设计五、主要参考资料建筑电气控制技术王俭建筑工业出版社 建筑电气控制技术马小军机械工业出版社各种电器元件产品样本、系统综述二、系统各部分的设计2.1主电路的设计2.2控制电路的设计2.3梯形图的设计与分析2.3.1机组停止方式的设置.2.3.2备泵自投功能的实现.2.3.3信号灯的指示2.4指令语言程序三、元器件的选择及依据3.1交流接触器的选择3.2热继电器的选择3.3低压断路器的选择3.4控制按钮和旋钮的选择3.5指示灯的选择3.6端子排的选择四、控制柜的尺寸设计五、结束语六、参考文献七、附录6 -7-7 -9 -.-10 -10-10-10-10-11 -11

4、-.-11 -11 -12 -12 -水箱是自动供水系统中的重要部分，在我们的生活中扮演着非常重要的角 色。本设计旨在于通过所学知识，设计一个简单的高低位水箱供水系统，满足一 些简单的基本功能。为了满足该设计中提出的基本功能的要求，本次设计在主电路上采用两台电 动机，且为三角形接直接启动的接法，同时采用了两个电源线圈对电机进行工作 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三菱F1系列的PLC进行控制。再加入 必需的一些压力继电器、按钮、开关、指示灯等。从而基本形成了一个简单的高 低位水箱供水系统。本次设计旨在于学习和了解设计一

5、个系统的流程和需要注意的问题，故在 本设计中，主要进行的工作是设计系统原理图，画出系统的接线图和系统平面布 置图，最后再进行控制柜大小的设计。通过这些琐碎的工作，从而了解和掌握相 关的设计方法和知识。关键词：电动机 PLC 原理图 接线图 布置图、系统综述本系统在主电路上采用两台电动机，因为没有采用降压启动，所以采用的是三角 形接直接启动的接法，同时采用了两个电源线圈对电机进行工作控制，通过对电 流的估算，同时还选定了相应合适的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三菱F1系列的 PLC进行控制，根据设计方案的输入输出点数的需要，最终决

6、定用三菱F1-40MR型的PLC。同时，为满足控制要求，还需加入一些压力继电器、按 钮、开关、指示灯等。在本次设计中，主要进行的工作是系统原理图的设计、接线图的绘制、元器件的 选择、平面布置图的设计和控制柜尺寸的设计等。通过以上这些工作，最终完成 了一个简单的高低位水箱供水系统的设计。二、系统各部分的设计2.1主电路的设计由于两台泵，一台工作，一台作为备用泵，所以需要两台电机分别对其进行控制。 又由于功率都为5.5kw，所以可确定两台水泵电机均可直接启动。同时，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。为了加强保护，在主干路上也

7、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。主电路中还包括压力继电器线圈，阀门等，但在本设 计中不进行相应的讨论。2.2控制电路的设计在本设计中，控制电路是由PLC进行控制的。在进行一次又一次的设计和修改 后，最后定下的电路有15个输入点，6个输出点，故最终决定采用三菱F1-40MR 型的PLC，该PLC有24个输入点，16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：250*110*100表一 I/O分布表输入输出总停止按钮SB0X0001#电机工作线圈KM1Y5301#机组手动启动按钮SB1

8、X0012#电机工作线圈KM2Y5312#机组手动启动按钮SB2X002水泵不能启动指示HL3Y532手动/自动 选择开关手动SA自动X003水泵应该启动指示HL4Y533X0041#机组故障报警HL5Y534高位水箱上限接点SU1X0052#机组故障报警HL6Y535高位水箱下限接点SD1X006低位水箱上限接点SU2X007低位水箱下限接点SD2X4001#电机热保护触点FR1X4012#电机热保护触点FR2X402自动时1#电机工作按钮SW1X403自动时2#电机工作按钮SW2X4041#水泵压力继电器接点SP1X4052#水泵压力继电器接点SP2X4062.3梯形图的设计与分析为了满足

9、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，为了对高、低位水箱的高、低位进行检测，用了四个触点进 行检测。将四个触点分别接至PLC的X005、X006、X007、X400四个输入端。 根据设计要求，当高位水箱达到高位或者低位水箱达到低位时，水泵不启动；当 高位水箱达到低位或者低位水箱达到高位时，应起泵。在梯形图中，当X005或 X400触点闭合时，则Y534线圈得点，使Y535线圈的复位端接通，则系统将不 会启动；当X006和X007触点同时闭合时，将接通启动线圈Y535。通过一 Y534 和Y535线圈触头之间的互锁，使系统任一时刻，只能工

10、作在气泵或不起泵状态， 保证了系统的稳定性。2、手动、自动的工作方式选择将旋钮SA拨至X003输入点所对应的档位时，系统将进入手动工作状态。 此时，若系统满足起泵要求，即Y535常开触点闭合时，若再按下SB1（SB2）， 则将启动1（2）号机组。当将旋钮SA拨至X004输入点对应的档位时，则系统 将进入自动工作状态。同样，如果系统满足起泵条件，若再按下SW1（SW2），则 1（2）号机组将作为工作机组首先启动，另一台机组则将作为备用机组。2.3.1机组停止方式的设置在正常情况下，若机组开始了工作，则将高位水箱达到高位或低位水箱达 到了低位作为机组停泵的信号。但是，当机组在工作的过程中出现异常情

11、况时， 工作的机组应马上停止工作，为了实现该功能，在本次设计中，设置了一个总停 机按钮SB0。即当系统出现异常情况时，按下该键，接通X000，系统将停止工 作。2.3.2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，即在确认工作泵出现故障时，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。因此将1号机组的故障线圈 的常开触点Y532并在2号机组手动和自动控制触点的两端，同样，将2好机组 的故障线圈的常开触点Y533并在1号机组手动和自动控制

12、触点的两端。从而实 现了备泵自投的功能。2.3.3信号灯的指示在本次设计中，共使用了六个指示灯。分别为1、2号电机的工作指示灯HL1， HL2，指示1、2号机组故障的HL3、HL4和显示液位，即显示机组应起泵还是 不宜起泵信号的HL5、HL6.在该设计中，将HL1 HL2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Y530或Y530得 电，则表明HL1或HL2也就亮了。机组的故障情况包括：工作线圈已得电，但 是压力不够或者是机组过载了，热继电器线圈动作了。即Y530 (Y531)常开闭 合，X405(X406)常闭不打开或者X401 (X402)常开触点闭

13、合时，则Y532CY533) 线圈将得电，则该触点所接的HL3(HL4)将亮，指示1(2)号机组故障。同时该 线圈的辅助触点将接通另一台电机的工作线圈Y531(Y530)。从而实现备泵自 投。如机组启动条件中所述，当满足不宜起泵条件时，则线圈Y534得电，则 Y534输出触点所接的HL5亮，指示系统此时不宜起泵。HL6指示灯得工作原理 类似。2.4指令语言程序梯形图中对应的指令语言程序如下:表二指令语言程序指令数据指令数据LD005LD534OR400OR004S534AND404LD535LD002R534AND003LD006ORBAND007AND535S535S531LD534LD53

14、3R535OR534LD535OR000OR004R531AND403LD401LD001S532AND003LD005ORBANI405AND535R532S530LD402LD532S533OR534LD006OR000ANI406R530R533三、元器件的选择及依据3.1交流接触器的选择单个电机回路中的电流估算如下：IN = PN/(1.732xUNxCOS)=5500/(380 x 1.732x0.9)涵以根艮据 IN=10A 选交流择接触器LC1-D129M。额定工作电流为12A。尺寸为46*60*81 (单位都 为mm,下同)。3.2热继电器的选择因为系统中电机为5.5KW，电源

15、线电压为380V，所以电机正常工作时应 为三角形接法。选带有断相保护的热继电器：LR1-D12316 ,并将其值整定为 10A。尺寸为 35*84*933.3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:Idz1=KkIN，取Kk=1.1，则Idz1=10 A,所以十路上电流约为20A。 短路瞬动保护：Idz2=(1012)IN，则支路上短路瞬动电流至少为100A， 按100A选，十路上短路瞬动电流至少应为200A，按200A选。.综合以上各个条件，支路上选BM100-

16、HB型低压断路器，电流整定为100A， 尺寸为60*155*68.十路上选BM225-SB型低压断路器，电流整定为200A，尺寸为 105*165*86。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220VXDY1-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

17、间距离不小于50mm.3.6端子排的选择在本设计中，一共用了 17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 17个，余下的3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400 x820 x150mm，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、结束语电气控制技术是一门实践性很强的课程，通过这次课程设计更是感受颇深。 一些理论知识，在通过这次课程设计后得到了更深的理解。在此次课程设计中， 我通过查找资料，与同学讨论，向老师答疑，解决了一个又一个问题，最终较为 成功的设计出了这个系统。此次课设使我对用PLC设计电气控制系统有了更进一步的认识，更加认识 到了用PLC控制系统的优越性，而且初步具备了设计电气控制系统工程的能力。 对于设计一个系统的流程和需要注意的问题都有了更感性的认识与了解，这些对 于我们将来从事相关工作来说是非常重要的。同时，通过这次课程设计，我还对 平时学习的一些薄弱知识进行了夯实，比如说相对标号法的运用。这次课设让我 收获颇多。六、参考文献建筑电气控制技术王 俭