高低位水箱供水电气控制系统设计论文

李宜飞

摘 要 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，获得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高低位水箱供水电气控制系统。

关键词 高低位水箱 PLC 主电路 控制电路 工作原理

中图分类号：TU991.3 文献标识码：A

1设计原始资料

（1）高低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）具有手动、自动工作方式。

（4）各种指示及报警。

2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。

3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。

4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€？10€？00。

5梯形图的设计与分析

5.1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Y534和Y535线圈触头之间的互锁，使系统任一时刻，只能工作在气泵或不起泵状态，保证了系统的稳定性。

5.2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。

5.3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）常开触点闭合时，则Y532（Y533）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。

6系统工作原理

6.1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。

6.2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号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触点的两端。从而实现了备泵自投的功能。

参考文献

[1] 王俭.建筑电气控制技术[M].建筑工业出版社，1998.

[2] 马小军.建筑电气控制技术[M].机械工业出版社，2003.