高低位水箱供水电气控制系统

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1、1 一、控制要求 本设计为民用建筑生活水泵电器控制系统设计，采用OMRON PLC为中心控制 单元。要设计出控制系统原理图、元件布置图，接线图。其具体控制要求为： 1高地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； 高位水箱达到高位或低位水箱达到低位时，水泵停止。 2两台水泵轮番工作，一台水泵工作24小时后，另一台水泵自动投入工作。 当工作泵出现故障时，备用泵自投并报警。 3具有手动，自动工作方式。 4各种指示和报警。二、控制系统设计 21、基本设计思路 在高层建筑中， 水泵及其设备控制室一般位于建筑物的地下层，水箱通常设 于建筑的顶部。这样，将水箱中的水位

2、信号传送的设备控制柜需传输相当长的一 段距离。为了避免信号传输过程中由于信号线中途接地等故障引起的继电器误动 作，信号控制回路通常采用220V及以下的电压，本设计采用220V的交流电。另 外，由于水位信号器为小容量的继电器，其触点不适合于直接控制接触器，因此， 需要通过中间继电器进行中间转换。 根据控制要求 （1） ，系统电路共有主电路、 信号电路和控制电路等三部分组 成。根据水泵控制要求1，水泵电动机的起动和停止应受高位水箱水位信号器和 低位水箱水位信号器发出信号控制。当低位水箱水位为高水位，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

3、号。 根据控制要求 （2） ，工作泵不能正常运行时， 备泵应能自动投入。 工作泵与 备用泵二者工况转换的关键是寻找一个合适的转换信号，即能反映工作泵不能正 常运行的信号。一般情况下，水泵不能正常运行的原因为：（1）运行继电器的衔 铁卡住，触点不能正常吸合 ;(2) 水泵运行过程中， 电动机因过载或线路发生短路 等故障而保护停机。这两种停机情况反映在接触器上即是接触器的触点机构不能 动作，其常闭触点处于闭合状态，因此，接触器的常闭触点的闭合与否反映了电 动机的工作情况。故可利用接触器的常闭触点见识电动机的运行情况并作为备泵 电动机的起泵信号。为了与正常停机相区别，由常闭触点控制备泵起泵的信号回

4、路受工作泵起泵信号制约， 即备泵自投信号仅在工作泵起泵信号发出后方起作用。 为了判别工作泵是否是因为故障不能起动，同时为了消除干扰信号的影响，备泵 自投信号应延时发出。 本设计延时时间为10秒。工作泵和备用泵功能可互换， 故 采用按钮方式，按下SB2时 1 号泵为工作泵， 2 号泵为备用泵；按下SB3时，1 号泵为备用泵， 2 号泵为工作泵，均为自动方式。 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 过按钮来控制，当按下SB1时，工作方式为手动，再用两个旋钮来分别实现1 号 和 2 号泵的起动（ ST1、ST2 ）和停机 (STP1、STP2)。以上工作方式和手

5、自动的转 换也可用万能转换开关来实现，但会增加PLC的输入点个数，故本设计全部采用 普通按钮加上中间继电器来实现。 根据控制要求 （4） ，水泵电动机运行时应有运行指示，备泵自投时也应发出 指示，另外在加一个电源上电指示灯。所以一共需要4 个指示灯。若出现故障， 为了尽快通知工作人员及时排除故障，当任何一台水泵出现故障时，要用警铃作2 为报警指示。 22、主电路设计 因为两台水泵电动机功率均为5.5KW ，故可以直接起动。 分别用接触器 KM1 、 KM2来控制两台水泵电动机的接通和切断；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。三、 PL

6、C 控制系统设计 3.1、I/O 点数确定及 PLC 外部接线 （1） 输入点数确定 本设计共用了 4 个水位继电器触点， KP1、KP2、KPH、KPL；1 个手动功能 切换按钮 SB1;2个工作泵与备用泵切换按钮SB2、SB3； 2 个控制 1 号电机起停 按钮 ST1、STP1；2 个控制 2 号电机起停按钮 ST2、STP2；还有 2 个 M1、M2 电 机的热保护触点FR1、FR2。所以共需 13 个输入点。 （2）输出点数确定 如图 1-2 所示，占用输出点数的有2个 M1、M2 的控制接触器 KM1、KM2； 1 个通电指示灯 HL1;1 个工作泵故障备泵自投指示灯HL2； 1

7、个故障报警警铃 HA； 2 个电机运行指示灯HL3、HL4。而中间继电器KA1-KA6 由 PLC 的内部辅助继 电器来实现 ,故一共需 7 个输出点即可。 综上所述：可统计出现场输入信号共13 个，输出信号共7 个，故所选 PLC 型号为 ORMON C28P。它可以实现 16 点输入， 12 点输出的控制，适合本系统的 控制，而且为以后的扩展留有一定得裕量。 PLC 的 I/O 分配表如表 1 所示： 表 1 I/O 分配表 输入输出 现场信号PLC 地址现场信号PLC 地址 低位水箱下限触点KP1 0001 M1 接触器 KM1 0501 低位水箱上限触点KP2 0002 M2 接触器

8、KM2 0502 高位水箱上限触点KPH 0003 通电指示灯 HL1 0507 高位水箱下限触点KPL 0004 故障报警警铃 HA 0508 手动 M1 启动按钮 ST1 0005 工作泵故障备泵自投指示 灯 HL2 0509 手动 M2 启动按钮 ST2 0006 M1 电机运行指示灯 HL3 0510 手动 M1 停止按钮 STP1 0007 M2 电机运行指示灯 HL3 0511 手动 M2 停止按钮 STP2 0008 切换为手动方式按钮SB1 0009 设置为 M1 工作泵、 M2 备 用泵按钮 SB2 0010 设置为 M1 备用泵、 M2 工 作泵按钮 SB3 0011 M1

9、 热继电器 FR1 0012 M2 热继电器 FR2 0013 3 输入输出点数确定后便可以得到PLC 的外部接线图 ,各接触器及指示灯、警铃均 采用交流 220V 电源供电。3.2、梯形图的设计与分析 PLC 具体的输入输出对应关系如表1 I/O 分配表所示。 1、自动控制 （1）按下 SB2，中间继电器 1010 得电，常开触点闭合， SB2 自锁， M1 为 工作泵， M2 为备用泵。正常工作时，当地下水为高水位时，KP1、KP2 均闭合。 此时若高位水箱为低水位， KPL 闭合，KA1 线圈电路接通， KM1 得电，1 号泵启 动运行，同时指示灯 HL3 点亮。直到高位水箱中的水位达到

10、高水位时，水位信号 器 KPH 动作，触点打开， KA1 失电， KM1 失电，水泵停止供水。当KA1 闭合， M1 却因故障不能启动运行或运行过程中故障停车时，KM1 常闭触点复位闭合， 警铃 HA 得电接通发出事故声响，HL2 点亮提示事故发生，同时时间继电器KT 线圈得电，延时10 秒后， KA2 吸合， KM2 得电，备泵 M2 投入运行。 当地下水池出于低水位时， 水位信号器 KP1 打开，KA1 不能得电， 不能送出 高位水箱的信号；同样的，当地下水池水位未达到允许抽水的高水位信号时，水 位信号器 KP2 不能闭合， KA1 也不能得电， 此两种情况下， 无论高位水箱水位如 何均不

11、能自动起泵。 （2）按下 SB3，中间继电器1011 得电，常开触点闭合， SB3 自锁， M2 为 工作泵， M1 为备用泵，工作过程原理与上述相似。 2、手动控制 按下 SB1，中间继电器 1012得电，常开触点闭合， SB1 自锁，信号控制回路 不起作用，可以通过按钮 ST1、 STP1 实现对 M1 的启停控制，通过按钮 ST2、 STP2 实现对 M2 的启停控制。3、各种指示及报警 HL1 为电源上电指示灯。只要PLC 一上电，则 1813 立即为 ON，使输出继 电器 0512为 ON，HL1 回路被接通，指示灯亮，表示系统已经得电。 HL2 为备泵自投信号指示灯。当工作泵出现故

12、障时，0501 或 0502 的常闭触 点为 ON，使输出继电器 0510 得电，HL2 回路被接通， 指示灯亮，表示备泵自投。 HL3 为 1 号泵运行指示。由于HL3 直接并联在 KM1 两端，只要输出继电器 0501 为 ON，在接触器 KM1 得电的同时指示灯亮，表示1 号泵处于运行状态。 HL4 为 2 号泵运行指示。 由于 HL4 直接并联在 KM2 两端，只要输出继电器 0502 为 ON，在接触器 KM2 得电的同时指示灯亮，表示2 号泵处于运行状态。 HA 为故障报警警铃。若某一个工作泵出现故障，则KM1 或 KM2 的常闭触 点为 ON，使输出继电器0511为 ON，警铃所

13、在回路接通，发出故障报警声。3.3、 指令语言的编写 根据梯形图可得指令语言如下: LD 1813 OUT 0507 LD NOT 0001 LD 0002 OR 1005 4 AND LD OR 1012 AND NOT 0003 OUT TR0 LD 0004 AND NOT 1010 OR 1005 AND NOT 1011 AND LD OUT 1012 OUT 1005 LD TR0 LD 1005 AND NOT 0007 OUT TR0 LD 0005 AND 0010 OR 0501 OR 1010 AND LD OUT TR1 LD 1010 AND NOT 1011 AND

14、 1005 AND NOT 1012 OR LD OUT 1010 LD 1011 LD TR1 AND 1000 AND NOT 0501 OR LD LD TR0 AND NOT 0502 AND 1011 AND NOT 0012 OR 0011 OUT 0501 OUT TR2 LD 0501 AND 0502 OUT 0510 OR LD LD 1010 AND NOT 1000 AND NOT 0008 OUT TR3 LD 0006 TIM 00 OR 0502 #0100 AND LD LD TR3 LD 1011 OUT 0511 AND 1005 LD TR2 OR LD

15、AND NOT 1010 LD 1010 AND NOT 1012 AND 1000 OUT 1011 OR LD LD TR0 AND NOT 0501 AND TIM00 AND NOT 0013 OR 1000 OUT 0502 OUT TR4 LD 0502 OUT 1000 OUT 0511 LD TR4 OUT 0509 LD 0009 5 四、 柜内外安装布置图设计 4.1 元器件的选择 （1） 、 接触器的选择 假设 cos=0.85，当 P=5.5KW，U=380V 时由 P=3UIcos得： I=P/（1.732Ucos ）10A 接触器线圈的额定电压为220V ，故所选接

16、触器的型号为LC1-D18 ，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10A，故选用的热继电器的型号为 LR1-D12316 ，热元件的整定电流范围是1013A ，380V功率为 5.5KW 。 （3） 、信号继电器的选择 信号继电器选用浮球水位信号器，高低位水箱均需一个常开触点和常闭触点即 可。故选用的浮球磁性开关的型号为FQS-4 ，数量为 2 个。 （4） 、 空气开关的选择 因为电机的额定电流约为10A，故额定电压为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）X10= （100-120）A，故 选用的空气开关型号为DZX72520 。 （5）控制柜的选择 由于控制柜内及面板上所安装的元器件均比较少，选用标准柜即浪费空间又 不经济，不符合实际，所以控制柜选用非标准柜，根据所选元件的尺寸