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题 目 高低位水箱供水系统电气控制系统的设计 学院(部) 电子与控制工程学院 专 业 班 级 学生 学 号
12 月 23 日至 12 月 30 日 共 1 周
指导教师(签字) 系 主 任(签字)
2013 12 月 12 日
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高低位水箱供水电气控制系统
课程设计说明书
一、设计容及要求：
该设计为建筑生活水泵电器控制系统设计，要求以继电器为中心控制单元。要设计出满足要求的电气原理图、以及安装布置图、接线图和控制箱的设计。其具体控制要求为：
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。 二、控制系统设计 1、 基本设计思路
高低位水箱系统的工作原理为：将地下室生活水池的水经水泵加压供到各楼屋面不同标高的水箱，再经水箱将水供到各个住户用水点。系统设置为给水管道按图施工并在屋面设置好水箱和地下室设好水池，在水箱和水池上设置好水位传感器，若水箱水位都到设计水位，水泵将停止工作，哪个水位不足控制箱会使指令水泵启动往那个水箱直接供水，远传液位电动阀会自动关闭水位已满的水箱。生活水池若
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低于设计水位，控制箱将自动停止水泵工作，以保护水泵设备。本系统设置为高低位水箱，高位水箱即为用户水箱，低位水箱相当于地下室生活水池。
根据控制要求（1），系统电路共有主电路、信号电路和控制电路等三部分组成。根据水泵控制要求（1），水泵电动机的起动和停止应受高位水箱水位信号器和低位水箱水位信号器发出信号控制。当低位水箱水位为高水位，且高位水箱水位为低水位时发出起泵信号，当低位水箱水位为低水位，或高位水箱水位为高水位时发出停泵信号。
根据控制要求（2），工作泵不能正常运行时，备泵应能自动投入。工作泵与备用泵二者工况转换的关键是寻找一个合适的转换信号，即能反映工作泵不能正常运行的信号。一般情况下，水泵不能正常运行的原因为：（1）运行继电器的衔铁卡住，触点不能正常吸合;(2) 水泵运行过程中，电动机因过载或线路发生短路等故障而保护停机。这两种停机情况反映在接触器上即是接触器的触点机构不能动作，其常闭触点处于闭合状态，因此，接触器的常闭触点的闭合与否反映了电动机的工作情况。故可利用接触器的常闭触点标识电动机的运行情况并作为备泵电动机的起泵信号。为了与正常停机相区别，由常闭触点控制备泵起泵的信号回路受工作泵起泵信号制约，即备泵自投信号仅在工作泵起泵信号发出后方起作用。为了判别工作泵是否是因为故障不能起动，同时为了消除干扰信号的影响，备泵自投信号应延时发出。本设计延时时间为10秒。
根据控制要求（3），要有手动及自动工作方式，这两种工作方
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式的转换可通过万能转换开关（LW5系列）来转换。
根据控制要求（4），水泵电动机运行时应有运行指示，备泵自投时也应发出指示，所以一共需要3个指示灯。
三、电气原理图设计
该图为两台泵互为备用，备用泵自动投入的控制电路图，其工作原理为：
电源开关QK1、QK2、S均合上，SA为万能转换开关LW5系列，有三档。手柄在中间档时，11和12、19和20两对触头闭合，为手动操作启动按钮，水泵不受水位控制。当SA手柄扳向左面45度时，15和16、7和8、9和10三对触头闭合，1#泵为常用机组，2#号泵为备用机组。
1．启动：高位水箱水位达到低位且低位水箱水位达到高位时，高位水箱中的浮标磁铁下降对应于SL1处，使得SL1常开触点闭合；同时低位水箱中的浮标磁铁上升到对应SL4处，使得SL4常开触头闭合。由此水位信号电路的中间继电器KA1线圈通电，其常开触头闭合，一对用于自锁，一对通过SA7、8使接触器KM1通电，1#泵水泵起动投入运行，加压送水。当浮标离开时，SL1和SL4断开。
2.停机：当高位水箱水位达到高位时，高位水箱中的浮标磁铁使SL2常闭触头断开，，KA1失电，水泵停止运行；或者当低位水箱水位达到低位时，低位水箱中的浮标磁铁下降到SL3处，SL3常闭触头断开，KA1失电，水泵停止。
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3．报警时：如果1#泵在投入运行时发生过载或者接触器KM1接受信号不动作，时间继电器KT和警铃HA通过SA15、16长时间通电，警铃响，KT延时5-10秒，使中间继电器KA2通电，经SA9、10使接触器KM2通电，2#泵自动投入运行。同时KT和HA失电。 4 、手动时：调节转换开关到手动挡，SA１１、１２合上，SA１９、２０闭合。按动按钮SB１,１＃电动机启动，按动ＳＢ２,１＃电动机停止。按动按钮SB3，2#电动机启动；按动按钮SB4,2#电动机停止。
根据以上原理分析，绘制高低位水箱供水系统电气控制原理图。具体见附录二中图1-1。 四、元器件的选择
（1）接触器的选择，该电路中接触器选择CJ10-20型号，该型号接触器工作额定电压为380V，该产品具有三对常开主触头，常开、常闭辅助触头各两对，适合一般电动机开关运行。该电路中需要数量为2个。
（2）热继电器的选择
电动机在实际运行中，常会遇到过载现象，为避免长时间过载造成电动机的损坏，所以应该选用具有断相保护功能的热继电器。该电路选择JR16-20/3D型号的热继电器。 （3熔断器的选择
在电路中，熔断器主要起短路保护。改电路选用AD16—22B/R31型号熔断器，常用于380V及以下等级的电路短路保护。
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高低位水箱电气控制系统
