建筑電氣高低位水箱課程設計修正版.doc

課 程 設 計 任 務 書（A）題 目 高低位水箱供水系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的設計學院(部) 電子與控制工程學院 專 業(yè) 建筑設施智能技術 班 級 2011320601 學生姓名 龔玉陽 學 號 14 12 月 23 日至 12 月 30 日 共 1 周指導教師(簽字) 系 主 任(簽字) 2013 12 月 12 日 （說明：以下所有繪圖，都見圖紙附錄部分，編號一一對應）一、控制要求 本設計為民用建筑生活水泵電器控制系統(tǒng)設計，采用繼電器-接觸器基本控制技術。要設計出控制系統(tǒng)原理圖、元件布置圖及接線圖。通過對電氣控制系統(tǒng)的設計，掌握電氣控制系統(tǒng)設計的一般方法，具有電氣控制系統(tǒng)工程設計的初步能力。二、設計原始質(zhì)料1. 高低位水箱均設水位信號器。高位水箱水位達到低位，低位水箱水位達到高位時，水泵起動；高位水箱水位達到高位或低位水箱水位達到低位時，水泵停止。2. 兩臺水泵分工作泵和備用泵，可以互換，只有一臺水泵工作。當工作泵出現(xiàn)故障時，備用泵自投。水泵功率4.5KW。3. 考慮到水泵的工作時間，讓兩臺水泵輪番工作，及一臺水泵工作24小時后，另一臺水泵自動投入工作。 4 具有手動、自動工作方式。5. 各種指示及報警。三、電路設計 1、主電路設計 根據(jù)電動機的容量及電源對起動電流的要求，來確定電動機的啟動方式，再根據(jù)電動機的運行要求是否要對其進行調(diào)速和制動控制，從而擬定主電路。水泵的啟動方案由變壓器及電動機容量確定。變壓器容量不夠時，生活水泵通常采用星-三角啟動方案。如圖3.1中，隔離開關QS具有兩個作用，分別是：a，用于控制柜電源保護。b，控制柜檢修時，QS打開形成明顯斷點，保證檢修人員的安全。（圖見附錄圖紙部分）2、輔助電路輔助電路根據(jù)被控制電動機要求進行設計。設計時采用“分解設計”的方法，對控制要求進行逐條滿足。水泵的控制回路一般由信號控制回路及電動機控制回路兩部分組成。(1) 在高層建筑中水泵及其設備控制室一般位于建筑物的地下層，水箱通常設于建筑的頂部。這樣將水箱中的水位信號傳送的設備控制柜需傳輸相當長的一段距離，為了避免信號傳輸過程中由于信號線中途接地等故障引起的繼電器誤動作，電源通常不易采用AC380V，而是采用AC220V及以下的電壓。信號控制回路通常采用220V及以下的電壓,本設計采用220V的交流電。另外，由于水位信號器為小容量的繼電器，其觸點不適合于直接控制接觸器，因此需要通過中間繼電器進行中間轉(zhuǎn)換。 (2) 水泵電動機的啟動應受到水箱和水池水位信號的控制，因此需要在地下水池和屋面水箱等處設置水位繼電器并納入連鎖控制系統(tǒng)，如圖3.2。(3) 選擇水泵電動機基本控制電路，水泵電動機控制信號由機柜內(nèi)中間繼電器引入，因此電源電壓可以采用AC380V或者AC220V，為了減少機柜內(nèi)布線數(shù)量，電動機控制電壓選用AC380V。根據(jù)水泵的啟動，可選用三相異步電動機的直接啟動控制方案為基本控制電路。對于水泵，風機等動力設備，除了滿足正常工作控制外，還應滿足檢修需要，設置機旁操作按鈕。如圖3.3所示。（4） 根據(jù)水泵控制要求，工作泵故障時，備用泵應能自動投入使用。工作泵和備用泵之間的工況轉(zhuǎn)換的關鍵是尋找合適的轉(zhuǎn)換信號，一般情況下，水泵不能正常運行的原因為：a.運行繼電器的銜鐵卡住,觸點不能正常吸合;b.水泵運行過程中,電動機因過載或線路發(fā)生短路等故障而保護停機。這兩種停機情況反映在接觸器上即是接觸器的觸點不能動作,其常閉觸點處于閉合狀態(tài)，因此，接觸器的常閉觸點的閉合與否反映了電動機的工作情況。故可利用接觸器的常閉觸點見識電動機的運行情況并作為備泵電動機的起泵信號。為了與正常停機相區(qū)別，由常閉觸點控制備泵起泵的信號回路受工作泵起泵信號制約，即備泵自投信號僅在工作泵起泵信號發(fā)出后方起作用。為了判別工作泵是否是因為故障不能起動，同時為了消除干擾信號的影響，備泵自投信號應延時發(fā)出，本設計延時時間為10秒。（5） 根據(jù)設備控制要求，水泵的運行指示、備用泵的自投指示可由運行接觸器和轉(zhuǎn)繼電器發(fā)出。選擇運行接觸器的輔助觸點接入信號指示燈回路，以反映工作、備用泵的運行狀態(tài)。（6） 兩臺生活泵的職能為一備一用。為了延長設備壽命，同時便于掌握設備狀態(tài)，兩臺水泵應該輪流工作，即工作泵與備用泵之間能夠互換。職能轉(zhuǎn)換可以由萬能轉(zhuǎn)換開關實現(xiàn)。 綜上所述，得如圖3.4所示控制方案原理圖。 工作原理：假設一號水泵為工作泵，二號泵為備用泵。正常工作時 ，合上總電源開關，HLGN1，HLGN2亮，表示電源已經(jīng)接通。將轉(zhuǎn)換開關SA至Z1位置，根據(jù)SA的設置情況，其觸點7-8、9-10、13-14、15-16、17-18閉合當水箱水位低于低水位時，SL1作用，動作閉合，這時，水位繼電器KA1通電并自鎖，接觸器KM1接通，信號燈HLGN1滅，HLRD1亮，表示一號水泵電動機已經(jīng)啟動工作，水箱水位開始上升，當水位上升至高水位時，SL2作用，動作斷開，KA1失電，KM1斷點釋放，一號水泵停機，HLRD1滅，HLGN1亮，表示一號水泵已經(jīng)停止工作。如此隨水位的變化，電動機在干簧水位信號的控制下處于間歇運轉(zhuǎn)狀態(tài)。 當一號水泵出現(xiàn)故障時，如KM1機械卡頭卡主不能動作，及時水位處于低水位時，水泵也不會啟動，這時HA 發(fā)出事故音響，同時繼電器KT線圈通電，經(jīng)過5-10s延時后，備用繼電器KA2線圈通電，備用水泵自動投入工作。若水為信號控制器出現(xiàn)故障，可將轉(zhuǎn)換開關SA至S位置，按下啟動按鈕即可啟動電動機，進行手動操作。四、器件選擇（1）、 接觸器的選擇 假設cos=0.85，當P=4.5KW，U=380V時由P=3UIcos得I=P/（1.732Ucos）8A 接觸器線圈的額定電壓為220V，故所選接觸器的型號為LC1-D18。 （2）、熱繼電器的選擇 由于功率大于4KW的電機繞組多為三角形接法，所以應該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8A，故選用的熱繼電器的型號為LR1-D12316，熱元件的整定電流范圍是1013A，380V功率為5KW。 （3）、信號繼電器的選擇 信號繼電器選用浮球水位信號器，高低位水箱均需一個常開觸點和常閉觸點即可。故選用的浮球磁性開關的型號為FQS-4，數(shù)量為2。 （4）、 空氣開關的選擇 因為電機的額定電流約為8A，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）*8=(80-96A，故選用的空氣開關型號為DZX72520。 （5）、控制柜的選擇 由于控制柜內(nèi)及面板上所安裝的元器件均比較少，選用標準柜即浪費空間又不經(jīng)濟，不符合實際，所以控制柜選用非標準柜，根據(jù)所選元件的尺寸設計控制柜，其外部尺寸為500X800X200（單位為mm）。 （6）、其他元器件的選擇 指示燈、旋鈕、警鈴、端子排等元器件的選擇型號見表1。序號名稱型號數(shù)量備注1交流接觸器LC1-D1822熱繼電器LR1-D1231633黃色信號燈XDJ1-22F2220V4紅色信號燈XDY-B1/422220V5綠色信號燈XDJ1-22F26警鈴P11連續(xù)聲音7按鈕LA18-6688水位信號器FQS-429空氣開關DZX725201三相10線槽SWD-15111端子排RJ14HWP112控制箱110 00X650X2200mm13萬能轉(zhuǎn)換開關LW5-15D0403/2114熔斷器Rt14215時間繼電器JS23-32/1116中間繼電器JZ7-442五、操作說明 萬能裝換開關實現(xiàn)手動，自動，工作泵與備用泵的互換，詳見控制柜面板萬能轉(zhuǎn)換開關注釋說明。當打到手動擋是，通過手動控制按鈕實現(xiàn)水泵的啟動與停止。運轉(zhuǎn)信號燈顯示工作中的水泵，電源信號燈表示電源接通，禁止檢修，故障按鈕表示工作泵出現(xiàn)故