电气控制课程设计说明书

恒压供水控制系统设计

目 录

第一章 前 言 ................................................................................................................................ 2 第二章 设计任务 .................................................................................................................................. 3 2.1 设计任务及意义 ........................................................................................................................... 3 2.1.1 课程设计题目 ....................................................................................................................... 3 2.1.2 设计选题的目的和意义 ....................................................................................................... 3 2.1.3 课程设计目标 ....................................................................................................................... 3 2.2 设计任务明细 ............................................................................................................................... 4 2.2.1 课程设计的基本要求 ........................................................................................................... 4 2.2.2 控制设计要求 ....................................................................................................................... 4 第三章 总体方案设计 .......................................................................................................................... 4 3.1 设计方案 ....................................................................................................................................... 4 3.1.1 主电路分析........................................................................................................................... 4 3.1.1 控制电路分析 ....................................................................................................................... 5 3.1.1 工作原理 .................................................................................................................................... 5 3.1.2 电气控制原理图 ................................................................................................................... 5 3.2 器件的选择 ................................................................................................................................... 6 3.2.1 电机的选择........................................................................................................................... 6 3.2.2 元件选择 .............................................................................................................................. 6 3.2.3 设备元件清单 ....................................................................................................................... 7 3.3 安装及连接电路的基本要求 ..................................................................................................... 7 3.3 故障的分析排除 ......................................................................................................................... 8 第四章 PLC控制设计 ......................................................................................................................... 8 4.1 PLC的组成 ................................................................................................................................... 8 4.1.1 CPU ........................................................................................................................................ 8 4.1.2 I/O模块 ................................................................................................................................. 8 4.1.2 端子分配 .............................................................................................................................. 9 4.2 PLC外围接线图 ......................................................................................................................... 10 第五章 总 结 ................................................................................................................................ 11 第六章 参考文献 ................................................................................................................................ 12

恒压供水控制系统设计

第一章 前 言

水是人们生活必不可少的重要组成部分，但由于近些年来，随着人们生活水平的提高，楼房的层数也在不断的剧增。再加上受到输送管道和供水设施的影响，使居民的生活用水存在着自来水管网压力不足的现象，尤其是供水高峰期的高层供水尤为突出,给人们的生活带来了许多困扰。

面对这些问题，恒压供水的重要性已经不言而喻。本文的课题就是恒压供水控制的设计。该控制通过检测水管中的水压得到的数据，通过控制来调节水泵电机的转速，使之形成一个闭环控制系统，可以令管网中的水压自动的保持在事先设定好的压力值范围内。当用户的用水量增加时，管网中的水压下降，从而使水泵转速加快，供水量相应增多，如果一台水泵不能满足用户的供水量，那么则通过控制加泵；当用户用水量减少时，管网中水压上升，使水泵转速降低，供水量减少，如水泵转速降到最低还高出所需供水量，则关闭一台水泵。简单来说就是根据用户用水量的大小，通过恒压供水控制器对水泵的数量和转速的控制，从而使用户无论用水量的多少，管网中的水压始终能保持在设定范围内。既满足了用户供水量的要求，又不会是水泵空转，造成电能的浪费，同时避免了水箱造成的二次污染。是一种现代化的供水方案。

以前为了解决用水难的问题，通常会在楼顶固定一个高位水箱，通过水箱的高度给水提供一定压力，再供给用户使用。但这种方案明显非常落后，不仅投资大而且不利于房屋的维护和抗震。上个世纪80年代后，气压供水逐渐替代了高位水箱供水。但这种供水方式依旧存在很多缺陷。

随着微机与变频器技术的发展，结构简单，节省资源，抗干扰能力强，可靠高效的恒压供水控制器将是高层建筑供水的研究方向。本文主要采用电气控制原理及PLC编程进行简单的设计以实现功能。

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第二章 设计任务

2.1 设计任务及意义 2.1.1 课程设计题目

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2.1.2 设计选题的目的和意义

很多居民小区或很多高层建筑应远距离供水或同时用水大，导致水压不足，这就使得很多居民用水困难。为了解决供水压力不足问题，现设计一恒压供水控制系统，要求此系统能正常、可靠地提供某一范围压力内的生活用水。

2.1.3 课程设计目标

（一）基础知识目标

1）理解电气线路的工作原理； 2）掌握常用电器元件的选用；

3）掌握根据工艺要求设计电气控制线路； 4）掌握电气控制线路的安装与调试； 5）掌握电气控制设备的图纸资料整理； 6）掌握计算机电气绘图软件使用。 （二）能力目标

1）掌握查阅图书资料、产品手册和工具书的能力；

2）掌握综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力； 3）具有自学能力、独立工作能力和团结协作能力。

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2.2 设计任务明细 2.2.1 课程设计的基本要求

1）绘制电气控制原理图（A2图幅）、PLC外围接线图（A3图幅）、编写

PLC控制程序。

2）制作电路板：按照设计指导书要求的控制功能，制作安装电动机的主回

路、控制回路和指示回路。 3）完成设计说明书。

2.2.2 控制设计要求

1）正常工作时由一台电机带动水泵进行供水，电机功率为10kW左右，Y-△启动，并为单向运行；

2）若第一台电机工作5分钟后水压还未到达设置值，则第二台电机自动投

入运行，当到达设置值后电机停止运行；

3）若两台电机同时工作20分钟后还未能到达设置值，则发出报警指示并

自动停止供水工作；

4）两台电机均要求有相应的保护措施及运行指示； 5）系统要求有电源指示，电流指示及电压指示。

第三章 总体方案设计

3.1 设计方案 3.1.1 主电路分析

主电路中三相交流电源由自动空气隔离开关QF引入， 为主电动机提供过载、短路、欠电压保护。M1为第一台电动机， M1由接触器KM1、KMY与接触器KM△控制实现Y-△启动，M2为第二台电机，即5分钟未达水压启动。串联熔断

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器FU是对电动机进行短路保护，热继电器FR1是电动机M1的过载保护，热继电器FR2是对M2进行过载保护。

3.1.1 控制电路分析

因为有计时设置所以使用时间继电器，启动KM1时需要Y-△启动方式，题目要求若在5分钟未到达水压则自动投入第二台电机KM2，故需要将时间继电器定时为5分钟并且将其延时常开触点串联在KM2前以达到要求。两台电机同时工作20分钟后如果仍未达到水压则将两台电机切断并且报警，故将时间继电器设置时间为20分钟其延时常开触点同时控制KM1和KM2的切断。而报警部分应该是多条件控制，其一应满足水压未达到故设置一个常闭的水压控制行程开关，其二应满足时间到达20分钟故设置时间继电器延时常开触点。本题总计需要使用三个时间继电器。最后在达到时间后进行报警并切断电路，但是报警电路需要得电故不能将整个电路完全切断，则使用中间继电器KA。

3.1.1 工作原理

按开关SB1通电后，中间继电器KA得电，进行自锁，同时KM1进行Y-△启

动，时间大约5到6秒。KT2开始计时，计时时间为5分钟，计时时间内若水压达到要求，则水压行程开关常闭触点断开，切断电路。若水压未达到并且5分钟到KM2自动投入，KT3计时时间为20分钟（第一台、第二台同时工作了20分钟），在20分钟内水压达到要求自动断电，若20分钟未达到水压则KT3的延时常闭触点打开电机KM1和KM2全部断电，KT3延时常开触点闭合报警灯亮，开始报警。若在此过程中水压到达要求则水压控制行程开关常闭打开将电动机切除电路，而此时电路不会报警，即报警电路也被切除。SB2为总停开关，按SB2后整个电路断电。

3.1.2 电气控制原理图：

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3.2 器件的选择 3.2.1 电机的选择

型号： Y 180L-8

额定功率：PN=11kW 额定电压：UN 380V 额定转速：nN 730r/min

额定频率：fN 50Hz 效率：η=87% 功率因数：cosφ=0.77 起动电流倍数：4倍

3.2.2 元件选择

3）自动空气开关选择：线路的计算电流IN=25A , 电动机的起动电流为IS=4×IN=25×4=100A, 电路的尖锋电流为IPK=（1.7-2.1）×IS=100×2.1=210A, 4）塑料外壳式断路器动作电流为IOP1=（2-2.5）×IPK=525A, 长延时电流脱扣器的动作电流IOP2=1.1×25=27.5A，确定过电流脱扣器瞬时动作的整定电流IZ KIpk，选则DZ20-100型号的自动空气开关。

5）按钮选择：根据需要的触点数目、动作要求、使用场合、颜色等进行按钮的选择。按钮（SB1、SB2）选LA25系列，按钮直径31mm，约定发热电流为5A，额定工作电流为交流0.79A。

6）信号灯的选择:控制电路电流5A，所以选择AD16-16-220V系列 7）交流接触器选择：交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。根据经验，电流为额定功率的2倍，即I≈50A，选择CJ20—50

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3.2.3 设备元件清单

3.3 安装及连接电路的基本要求

1.电气配线的基本要求：配线前要根据要求选择合适的导线；配线时，要求必须横平竖直，在导线的两端必须统一编号，而且所编号码必须与原理图和接线图一致。在本设计中，主电路中要求用所提供的红色导线、控制电路中要求用黑色导线。在所有安装完成后进行全面检查，保证线路正确。

2.布线时，严禁损伤线芯和导线绝缘。引出端子导线走向以元件水平中心为界限，任何导线都不允许从水平方向进入走线槽内。各电器元件接线端子上引出或引入的导线，除间距很小和元件机械强度很差，允许直接架空敷设外，其他导线必须经过走线槽进行连接。所有接线端子、导线线头上都应套上与电路图上相应接点一致线号的编码套管，并按线号进行连接，连接必须牢靠，不得松动。 3.线头绝缘层的剖削：导线连接的基本要求是电接触良好，机械强度足够，接头美观，缠绕绝缘胶带后其绝缘布低于导线绝缘。

4.导线线头的连接，常用的导线按材料一般可以分为铜芯导线和铝芯导线，这里只介绍铜芯导线的连接。常用的导线芯线股数不同，有单股、7股和19股等多种规格，其连接方式也个不相同。

1） 线头与接线柱的连接:(1)线头与针孔接线柱的连接；2) 线头与平压式接线

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柱的连接；(3)线头与瓦形接线图的连接。

5.短线在端子排上的排列工艺：(1)单层分列法：多根导线在端子排列时，也有工艺要求。当接线端子不多，而且位置较宽时，可采用单层分裂法。此方法导线分列整齐美观，也便于维修。(2)多层分列法：当位置较窄、接线端子的导线较多时，可采用多层分裂法排列导线。

3.3 故障的分析排除

故障：控制电路接通后无法通电。

导致原因：1.可能是电源进线与空气断路器未接触好，导致电路进入。

2.可能是总停开关SB2存在断路的情况。 3.可能是接线问题。

第四章 PLC控制设计

4.1 PLC的组成

PLC 的一般结构主要有6个部分组成，包括CPU（中央处理器）、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。

4.1.1 CPU

PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。

4.1.2 I/O模块

PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置

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的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

4.1.2 端子分配

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4.2 PLC外围接线图

4.3 PLC控制程序

4.3.1 PLC梯形图 ：

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第五章 总 结

在连接实物电路的过程中遇到了诸多困难，在了解了各种电器的基本构造

及使用方法后列写了元件清单，

领取器件后在老师的悉心指导下开始严格按照控

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制原理图连接电路，连接过程中出现几次接线错误，在和同组人员密切的配合与细心的检查中及时发现并予以改正。连好电路进行通电测试排除故障，第一次发现按钮SB1的自锁环节出现问题，不能实现自锁功能。断开电源后检查线路发现螺丝松动未将导线压紧，排除故障后再次试电。在此次试电过程中电路无法接通，继续查线发现空气开关出接线松动，由于上一次查线过程所导致，将导线压紧后为稳妥起见我们又拿来图纸再一次整体线路的查线，在此次查线过程中解决了一些小问题，进行第三次试电，成功将故障排除实现电路功能。员都松了一口气，终于完成了电路的安装。我们总结起这次的电路连接过程都觉得自己不够细心，不过还好在老师的悉心指导和自己的不断努力下顺利完成了，这也使得我们积累了在今后的实验或实习中的宝贵经验，让我们了解了线路中一些常见的故障，不管是对于日后的学习还是生活都是有极大的好处的。通过电气控制系统的设计实践，掌握电气控制系统的设计方法、电气控制线路的安装过程、设计资料整理和电气绘图软件的使用方法。中培养从事设计工作的整体观念，通过较为完整的工程实践基本训练，质全面提高及增强工作适应能力打下坚实的基础。

第六章 参考文献

[1]郁汉琪主编 电气控制与可编程序控制器应用技术（第1版）东南大学出版社[2]吴中俊，黄永红，可编程控制器原理及应用，机械工业出版社，[3]董景新 控制工程基础（第二版）清华大学出版社

[4]张万忠，刘明芹 电器与PLC控制技术 第二版 化学工业出版社[5]电机系统PLC控制技术 国防工业大学出版社2000.

我和另一位组

电器元件和在此过程为综合素 2003.

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