電氣控制技術
綜合實驗報告書（c）
題目水塔供水電氣控制系統設計與除錯
學院(部電控學院
專業電氣工程及其自動化
班級2011320401
學生姓名王軒
學號201132040126
12 月 10 日至 12 月 21 日共 2 周
指導教師(簽字
系主任(簽字
2023年 11 月20 日
目錄一、設計內容及要求： 2
二、設計原始資料： 2
三、系統工作原理說明： 3
四、程式除錯： 3
五、各個元件型號的確定. 5
六、操作使用說明： 6
七、參考文獻： 6
八、附錄： 6
1、plc i/o分配表及圖表目錄： 6
2、元件明細表 7
3、程式**： 8
九、鳴謝： 9
一、設計內容及要求：
通過對電氣控制系統的設計，掌握電氣控制系統設計的一般方法，能夠設計出滿足控制要求的電氣原理圖，安裝布置圖、接線圖和控制箱的設計，並進行模擬除錯。具有電氣控制系統工程設計的初步能力。
根據系統的控制要求，採用plc為中心控制單元，設計出滿足控制要求的控制系統並進行聯機除錯。
二、設計原始資料：
某生活小區內生活水塔，三颱水幫浦供水。水幫浦電機5.5kw。
1、 三颱電機起動時間錯開，即上一台電機起動5秒後，下一台電機才能起動。
2、 三颱水幫浦正常情況下兩執行一備用。為防止備用幫浦長期閒置鏽蝕，執行中，任一台電機出現故障，備用幫浦自投。
3、 起動與停機條件：高低位水箱均設水位訊號器。高位水箱水位達到低位，低位水箱水位達到高位時，水幫浦起動；高位水箱水位達到高位或低位水箱水位達到低位時，水幫浦停止。
4、 設手動、自動工作方式。手動方式下各台水幫浦不聯鎖，用按鈕分別對水幫浦起停控制。
5、 各種指示及報警。
三、系統工作原理說明：
當輸入訊號i07為on時（即轉動旋鈕sa），系統為調至手動工作方式。當輸入訊號i07為off時（即旋鈕不動作），系統為自動工作方式。
當輸入訊號i04為on時（即按下電機一備用按鈕sb1），m01為on，輸出訊號q1不能得電，從而選擇1號幫浦備用。同理當輸入訊號i05為on時（即按下電機二備用按鈕sb2）,2號幫浦備用。當輸入訊號為i06為on時（即按下電機三備用按鈕sb3），3號幫浦備用。
水位訊號作為輸入的觸點均為常開。當水塔水位達到低位下限時i00輸入為on,當水池水位到達高位上限時i01輸入為on。m00得電，進而除選為備用的電機外相繼啟動。
即另外兩個輸出訊號qxx,qxx為on。延時時間設定了5秒。當水塔水位達到高位或水池水位達到低位時兩執行電機自動停止。
故障時，備用電機解除備用狀態，延時5秒自投。同時接通故障電機對應警鈴報警。
以1號幫浦為例，自動工作方式下，i07為off，當1號幫浦為備用幫浦時，線圈m01為on。水塔達到低水位下限時，或低位水箱達到高水位時，i01、i02 由off變為on，線圈m00 變為on,發出2號幫浦啟動訊號，線圈q01變為on並保持，km2線圈得電，2號幫浦啟動，相應的指示燈亮，定時器t0開始計時，5秒後定時器觸點t0變為on並保持，線圈q02變為on並保持，km3線圈得電，3號幫浦啟動，相應的指示燈亮。當高位水箱達到高水位或低位水箱達到低水位時，i00或i03為off，線圈m00復位，線圈失電，水幫浦停機。
當水幫浦出現過載時，相應的熱繼電器觸點閉合，相應的故障指示燈亮，定時器t1或t3 開始計時，5秒後，1號幫浦自投。若要緊急停車，按下sb7，i21由on變為off，水幫浦全部停機。手動工作方式下，i07為on，按下sb1，i10為on，qoo為on並保持，線圈km1得電，1號幫浦啟動。
按下sb2，i11由on變為off，km1線圈失電，1號幫浦停機。
2號幫浦備用、3號幫浦備用工作情況同上所述。
四、程式除錯：
問題一：直接用水位訊號作為電動機的啟動訊號，導致電機啟動不能按預想狀態啟動，執行過程中，出現三颱電機同時執行狀態，
問題分析：直接用水位訊號作為電機啟動訊號導致程式邏輯不夠清晰，以致訊號輸入錯誤或邏輯發生變化。從而影響電機正常狀態。
解決方案：利用輔助繼電器m0設定水位上限訊號和下限訊號，用輔助繼電器m01,m02，m03設定備用幫浦選擇，充分利用中間繼電器，調理邏輯。通過水位訊號控制中間繼電器m00/m01/m02/m03，再以中間繼電器分別控制輸出繼電器訊號，從而控制接觸器動作。
控制電機啟停。備用幫浦選擇訊號同時作為電動機啟動訊號。按下備用幫浦選擇按鈕後，即啟動相應的電動機。
如圖一所示。
i00 rst m0 m1 q01
i03 m2 m0 i07
i01 i04 set m0t0
圖一：問題一修改方案例項
問題二：程式在兩台電機執行，故障自投時，總是會發生備用電機立即啟動情況。沒有按預期效果（故障後延時5s啟動），其餘功能基本正常。
問題分析：在故障自投過程中，程式直接跳過了延時而立即自投。應該是故障電機對應的常閉觸點將延時程式部分短接。以使程式中雖有延時但不起作用的局面。
解決方案：對程式進一步仔細分析，修改如圖二。
m01 m00 i07 i21 i17 q01
t2t4i12 i13 i07
q01i16 m02 tmr t4 k50
i20i17 m03 tmr t5 k50
i16圖二：解決故障自投不延時方案
通過另外加延時程式部分「t4」、「t5」，分別單獨給故障自投時提供延時。與啟動延時徹底分開避免邏輯上的混亂。經除錯驗證此種設計程式修改方案成功。
可以在任一電機做備用，故障自投時，都能實現延時五秒。
至此，程式除錯基本完成。
五、各個元件型號的確定.
1>plc的選型：
此系統中只有三颱電動機，有手動和自動倆種執行方式及各電動機過載的聲光報警。對於輸入輸出的點數的需求量不是很大，且沒有**程式設計的要求以及模擬量輸入模組，程式也不是很大，不需要很大的記憶體，故此程式中選取華光plc的sh—32ri。此型號的plc輸入輸出點數均布，十六輸入十六輸出。
採用手持程式設計器。可以滿足系統設計需求。
2>元器件的選型：
(1）、 接觸器的選擇
p=5.5kw，u=380v時由p=1.732uicosφ得：i=p/（1.732ucosφ）≈9.3a。
接觸器線圈的額定電壓為220v，故所選接觸器的型號為nc8-12m，數量為3個，
（2）、熱繼電器的選擇
選用具有斷相保護功能的熱繼電器。因為電機的額定電流約為9.3a，即熱元件的動作電流約為9.
3a，故選用的熱繼電器的型號為jrs4-12316d熱元件的額定電流為12a，並將其整定為12a。
（3）、水位訊號器的選擇
訊號繼電器選用浮球水位訊號器，水塔和水箱均需一對常閉觸點。選用的浮球磁性開關的型號為fqs-4，數量為2個。
（4）、 空氣開關的選擇
電機的額定電流約為9.3a，故額定電壓為380v。用作電動機的短路保護時，瞬動脫扣器的整定電流idz=（10-12）ie=（10-12）*9.
3=（93-111.6）a，故選用的空氣開關規格為dz-20-100。通過控制迴路的電流比較小，所選空氣開關的型號為dz-20-10，只在相線上加乙個單相的空開即可。
（5）控制櫃的選擇
由於控制櫃內及面板上所安裝的元器件均比較少，選用標準櫃即浪費空間又不經濟，不符合實際，所以控制櫃選用非標準櫃，其外部尺寸為520x200x720（單位為mm）。
（6）、其他元器件的選擇
指示燈、旋鈕、警鈴、線槽、端子排等元器件的選擇型號見附表元件明細表。
六、操作使用說明：
旋鈕sa為自動/手動工作方式轉換開關，未旋轉時預設為自動工作方式，旋轉時為手動工作方式。
（1）自動工作方式狀態下：按下sb8即為選擇水幫浦1備用工作狀態。
按下sb9即為選擇水幫浦2備用工作狀態。
按下sb10即為選擇水幫浦3備用工作狀態。
（2）手動工作方式狀態下：按下sb1，水幫浦1啟動。
按下sb2，水幫浦1停止。
按下sb3，水幫浦2啟動。
按下sb4，水幫浦2停止。
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