大型水塔全自动水给电路课程设计

电气控制与PLC课程设计

设计题目： 大型水塔全自动给谁电路 专业班级： 电气工程及其自动化1203 姓 名： 杨可可 学 号： 0413120320 指导教师： 张立红、崔丽娜、刘盛韬 日 期： 2015年6月22日-7月3日

1 绪论

大型水塔的性能和工作质量的优良不仅仅对生产有着巨大的影响，而且也关系着生产的安全。在过去，大量的对水塔操作是由相应的人员进行操作的，这样的人工方式带来了很大的弊端，比如水位的控制，时刻监控水塔的环境，夜间的监控等等，操作员稍有疏忽，或者简易的监则器件损坏，将带来无法弥补的损失，更严重的会危机到生产人员的人身安全等。所以，对水塔控制，如果能够使用精密的而且完全会严格按照生产规定运行的自动化系统，可以最大限度的避免事故的几率，同时也能节省资源并能有效提高生产的效率。

本文采用电气元件电路实现了水塔水位的自动和手动控制，设计出一种实现超高、低、超低水位处理，自动和手动控制的水塔控制器。它能自动完成上水、停水的全部工作循环，保证液面高度始终处于较理想的范围内，是用于各种高层液体储存的理想设备。

1.1 设计任务

(1)设计与绘制电气原理图（主电路和控制电路），选择电器元件（接触器、熔断器、热继电器要有计算过程），指定元件目录表； (2)绘制电气布置图； (3)绘制电气接线图；

(4)编绘设计说明书与设计小结；

(5)列出设计参考资料目录，不少于5个。

1.2 设计要求

(1)电动机启动采取Y-△降压启动，并且为一主一备，故障时能自动相互切换。 (2)给水过程分自动和手动两种工作方式，且有信号指示。

(3)当水位达到高位时停止供水，水位降低到低水位单水泵自动上水，到超低水位时双水泵自动上水，在上水及停止时有信号指示。

(4)主电路要有短路保护、过载保护，控制线路要求自锁和联锁环节。

2 系统整体设计

2.1 电器元件

2.1.1 热继电器

热继电器主要用来对异步电动机进行过载保护，他的工作原理是过载电流通过热元件后，使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动作，从而将电动机控制电路断开实现电动机断电停车，起到过载保护的作用。鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量的传递需要较长的时间，因此，热继电器不能用作短路保护，而只能用作过载保护热继电器的过载保护。符号为FR，电路符号如图1：

图1 2.1.2 熔断器

熔断器（fuse）是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器。熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。符号为FU。 2.1.3 接触器

(1)接触器主要由四部分组成:

① 电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；

② 触头系统,包括三组主触头和一至两组常开、常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的；

③ 灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头； (2)电气符号如图2：

图2

(3)接触器工作原理：当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时动作,主触点闭合,和主触点机械相连的辅助常闭触点断开，辅助常开触点闭合，从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失, 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,和主触点机械相连的辅助常闭触点闭合，辅助常开触点断开，从而切断电源。

2.1.4 中间继电器

中间继电器(intermediate relay)：用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。

中间继电器，实质上是一种电压继电器，触点对数多，触点容量大（额定电流5~10A） ，其作用是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大，起到信号中转的作用。

它用于在控制电路中传递中间信号。中间继电器的结构和原理与交流接触器基本相同，与接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。所以，它只能用于控制电路中。

它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。新国标对中间继电器的定义是K，老国标是KA。一般是直流电源供电。少数使用交流供电。

中间继电器体积小，动作灵敏度高，并在10A以下电路中可代替接触器起控制作用。

2.2 硬件电路设计

2.2.1 主电路设计

大型水塔在使用三相异步电动机的使用过程中，在启动时电流较大,会对电网产生一定的冲击，所以容量大的电动机必须采取一定的方式启动如降压启动等,星一三角形换接启动就是一种简单方便的降压启动方式.星三角起动可通过手动和自动操作控制方式实现。

星形—三角形降压启动是指电动机启动时，把定子绕组接成星形(Y)，以降低启动电压，限制启动电流；待电动机启动后，再把定子绕组改接成三角形(△)，使电动机全压运行。只有正常运行时定子绕组作三角形(△)联接的异步电动机才可采用这种降压启动方法。

本电动机启动采取Y-△降压启动，并且为一主一备，故障时能自动相互切换。水位降低到低水位M1水泵自动上水, 超低水位时M1和M2水泵自动上水，当水位达到高位时停止供水，在上水及停止时要有信号指示。主电路图如图3：

图3

2.2.2大型水塔全自动给水电气控制电路

(1)手动控制：合上电源开关QF,按下启动按钮SB2，M1主电动机Y-△降压启动,主水泵上水，手动控制信号灯HL2和上水信号HL3灯亮，按下停止按钮SB1，主电动机M1停转，上水停止，停止信号灯HL4亮；按下启动按钮SB4，M2备用电动机Y-△降压启动,备用水泵上水，手动控制信号灯HL2和上水信号HL3灯亮，按下停止按钮SB3，备用电动机M2停转，上水停止，停止信号灯HL4亮.

(2)自动控制：合上电源开关QF,当水位下降到低水位时，高水位限位开关SQ1失电，低水位限位开关失电，KA1线圈得电，KA1常开辅助触点闭合，主电动机M1降压启动，主水泵开始上水，自动控制信号灯HL1和上水信号灯HL3亮；水位下降到超低水位时，限位开关SO3得电，主电动机和备用电动机启动，两个水泵上水，水位上升到低水位时，限位开关SQ2得电，备用水泵停止上水，单水泵上水直到高水位，高水位限位开关SQ1得电，电动机停转，上水停止，停止信号灯HL4亮。

(3）主电动机M1故障时，热继电器FR得电，备用电动机M2启动。 原理图如图4所示，布置图如图5所示，接线图如图6所示。