基于PLC的小型污水處理系統(tǒng)設計

1、J I A N G S U U N I V E R S I T 丫可編程控制器課程設計小型污水處理控制系統(tǒng)學 院：電氣信息工程班 級：農(nóng)業(yè)電氣1101姓名學號：馬舒童學 號： 3110506015指導教師：刁曉燕目錄一、小型污水處理控制系統(tǒng)設計要求1 .技術要求12 .動力設備23 .設計要求2二、小型污水處理控制系統(tǒng)程序電路圖1. 程序流程圖32. 主電路設計43. 交流控制電路設計4三、小型污水處理控制系統(tǒng)硬件軟件設計1. 可編程控制器控制電路設計52. 輸入輸出口分配63. 可編程控制器控制程序設計84. 梯形圖95. 出現(xiàn)問題及改進方式156. 心得15四、參考文獻可編程控制器課程設計

2、一一小型污水處理控制系統(tǒng)一、小型污水處理控制系統(tǒng)設計要求1. 技術要求SBR廢水處理技術是一種高效廢水回用的處理技術，采用優(yōu)勢菌技術對校園 生活污水進行處理，經(jīng)過處理后的中水可以用來澆灌綠地、花木、沖洗廁所及車 輛等，從而達到節(jié)約水資源的目的。SBR廢水處理系統(tǒng)方案要充分考慮現(xiàn)實生活中校園生活區(qū)較為狹小的特點， 力求達到設備體積小，性能穩(wěn)定，工程投資少的目的。廢水處理過程中環(huán)境溫度 對菌群代謝產(chǎn)生的作用直接影響廢水處理效果，因此采用地埋式磚混結(jié)構(gòu)處理池 以降低溫度對處理效果的影響。同時，SBR廢水處理技術工藝參數(shù)變化大，硬件 設計選型與設備調(diào)試比較復雜，采用先進的PLC控制技術可以提高SBR廢

3、水處理 的效率，方便操作和使用。SBR廢水處理系統(tǒng)分別由污水處理池、 清水池、中水水箱、電控箱以及水泵、 羅茨風機、電動閥門和電磁閥等部分組成，在污水處理池、清水池、中水水箱中 分別設置液位開關，用以檢測水池與水箱中的水位。SBR廢水處理系統(tǒng)示意圖如圖1所示。污水處理的第一階段：當污水池中的水位處于低水位或無水狀態(tài)時，電動閥會自動開起納入污水。當污水池納入的污水至正常高水位時，電動閥自動關閉， 污水池中污水呈微氧和厭氧狀態(tài)。污水處理的第二階段：采用能降解大分子污染物的曝氣法，可使污水脫色、 除臭、平衡菌群的pH值并對污染物進行高效除污，即好氧處理過程。整個好氧（曝氣）時間一般需要68h。在曝氣

4、管路上安裝了排空電磁閥，當電動閥門自 動關閉后，排空電磁閥開起，羅茨風機延時空載起動，然后排空電磁閥關閉，污 水池開始曝氣。當曝氣處理結(jié)束后，排空電磁閥再次開起，羅茨風機空載停機， 然后排空電磁閥延時關閉。曝氣風機在無負荷條件下起動和停止，能起到保護電動機和風機的作用。經(jīng)過0.5h的水質(zhì)沉淀，PLC下達起動1#清水泵指令，將沉 淀后的水泵入到清水池。當清水池中的水位升至正常高水位時，1#清水泵自動停 止運行。這時2#清水泵自動起動向中水箱泵水，當水箱內(nèi)達到正常高水位時， 2#清水泵自動停止運行，這時中水箱內(nèi)的水全部完成處理過程。如上所示，當中水箱內(nèi)水位降至低水位時，2#清水泵又自動起動向中水箱

5、泵 水。當污水池中的水位降至低水位時，電動閥門會自動打開繼續(xù)向污水池納入污 水。如此循環(huán)往復。SBR廢水處理技術針對污水水質(zhì)不同選用生物菌群不同，工藝要求要求有所不同，電氣控制系統(tǒng)應有參數(shù)可修正功能，以滿足廢水處理的要求。2. 動力設備SBR廢水處理系統(tǒng)中所使用的動力設備（水泵、羅茨風機、電動閥），均采用三相交流異步電動機，電動機和電磁閥（AC220V選配）選配防水防潮型。1# 清水泵：立式離心泵 LS50-10-A，揚程10m 流量29nVh，1kW2# 清水泵：立式離心泵 LS40-32.1，揚程30m 流量16nVh，3kW曝氣羅茨風機：TSA-40, 0.7m3/min，1.1kW。電

6、動閥：閥體 D97A1X5-10ZB-125mm電動裝置 LQ20-1, AC380V 60W3 .設計要求1）控制裝置選用PLC作為系統(tǒng)的控制核心，根據(jù)工藝要求合理選配PLC機型和I/O接口。2）可執(zhí)行手動/自動兩種方式，應能按照工藝要求編輯程序并可實時整定參 數(shù)。3）電動閥上驅(qū)動電動機為正、反轉(zhuǎn)雙向運行，因此要在PLC控制回路加互鎖功能。4）PLC 的接地應按手冊中的要求設計，并在圖中表示或說明。5）為了設備安全運行，考慮必要的保護措施，入如電動機過熱保護、控制系統(tǒng)短路保護等。PLC的6) 繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、PLC硬件電路，編制I/O接口功能表。7) 選擇電器元件、編制

7、元器件目錄表。8) 繪制接線圖、電控柜布置圖和配線圖、控制面板布置圖和配線圖等。9) 采用梯形圖或指令表編制PLC控制程序。二、小型污水處理控制系統(tǒng)程序圖1. 程序流程圖開始選擇操作方式1關電動閥停 止納水N自動操作Y打開電動閥低?污水位曝氣沉淀處理Y開1#泵 清水池納水計時7.5h?NY停1#泵污水位咼？Y污水池納 入污水開2#泵中水箱納水水箱水位咼？自動動行結(jié)束Y結(jié)束N自動結(jié)束？第20頁共19頁圖2小型污水處理控制系統(tǒng)程序流程圖2.主電路設計RSTNFU4JKM5L6NL533FR4M2M31 M i K 、4 M KFR3三閥門電動機QFMfFR25-U【l PFU16I I)FU2I

8、I IIFU31 IR16M11#泵(污水)2#泵(清水)風機2 M K圖3 SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路1) 主回路中交流接觸器 KM1 KM2 KM3分別控制9 1#清水泵M1 2#清水泵M2 曝氣風機M3交流接觸器KM4 KM5控制電動閥電動機M4,通過正、反轉(zhuǎn)完成開 起閥門和關閉閥門的功能。2) 電動機M1 M2 M3 M4由熱繼電器FR1、FR2 FR3 FR4實現(xiàn)過載保護。電動閥電動機M4控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護開關，對閥門電動機M4實現(xiàn)雙重保 護。3) QF為電源總開關，既可完成主電路的短路保護，又起到分斷三相交流電 源的作用，使用和維修方便。4) 熔斷器FU1 FU2 FU

9、3 FU4分別實現(xiàn)各負載回路的短路保護。FU5 FU6 分別完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保護。3. 交流控制電路設計1) 控制電路有電源指示HL。PLC供電回路采用隔離變壓器TC,以防止電源 干擾。2) 隔離變壓器TC的選用根據(jù)PLC耗電量配置，可以配置標準型、變比 1: 1、容量100VA隔離變壓器。3) 1# 清水泵M1、2#清水泵M2曝氣風機M3分別有運行指示燈HL1、HL2 HL3,由KM1 KM2 KM3接觸器常開輔助觸點控制。4) 4臺電動機M1 M2 M3 M4的過載保護，分別由4個熱繼電器FR1、FR2FR3 FR4實現(xiàn)，將其常閉觸點并聯(lián)后與中間繼電器 KA1連接構(gòu)成

10、過載保護信號， KA1還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流信號轉(zhuǎn)換成直流24V信號送入PLC完 成過載保護控制功能。5）上水電磁閥YA1和指示燈HL1、排空電磁閥YA2分別由中間繼電器KA2 和KA3觸點控制。L5 _220VN -HL1HL2.一KM2-1KM3-1 HL4KM1-1電源指示1#泵提示（潛水）羅茨風機TC2#泵提示（清水）隔離變壓器1:1KA2-1 YA1HL5HHLKA3-1 YA2-上水電磁閥KA2-2上水閥指示排空電磁閥FR1FR2tj- FR3yFR4 -yKA10_注:電動機過載保護PLC表示米用第三種 接地方式。圖4 SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制電路三、小型污水處理

11、控制系統(tǒng)硬件軟件設計1.可編程控制器控制電路設計1）硬件結(jié)構(gòu)設計。了解各個控制對象的驅(qū)動要求，如：驅(qū)動電壓的等級、 負載的性質(zhì)等；分析對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（ I/O ）數(shù)量；確定所 控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關量、模擬量的控制、用戶程序存儲器的存儲 容量等，選擇適合的PLC機型及外設，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。2）根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制 PLC控制電路原理圖，繪制PLC控 制電路，編制I/O接口功能表。圖11-4為SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理 圖，L6作為PLC輸出回路的電源，分別向輸出回路的負載供電，輸出回路所有 COMS短接后接入電源N端。3）KM4 和K

12、M5接觸器線圈支路，設計了互鎖電路，以防止誤操作故障。4）PLC 輸入回路中，信號電源由PLC本身的24V直流電源提供，所有輸入 COM端短接后接入PLC電源DC24V勺（+ ）端。輸入口如果有有源信號裝置，需 要考慮信號裝置的電源等級和容量， 最好不要使用PLC自身的24V直流電源，以 防止電源過載損壞或影響其他輸入口的信號質(zhì)量。5）PLC 采用繼電器輸出，每個輸出點額定控制容量為 AC250V 2A。2. 輸入輸出口分配表1-1 廢水處理系統(tǒng)PLC輸入接口功能表工位名稱文字符號輸入口1污水池咼水位開關信號H1I0.02污水池低水位開關信號L1I0.13清水池咼水位開關信號H2I0.24清水

13、池低水位開關信號L2I0.35中水箱咼水位開關信號H3I0.46中水箱低水位開關信號L3I0.57起動按鈕SB1I0.68停止按鈕SB2I0.79旋鈕開關（自動）SB3-1I1.010旋鈕開關（手動）SB3-2I1.111手動開電動閥旋鈕開關SB4I1.212手動關電動閥旋鈕開關SB5I2.1131#清水泵手動旋鈕開關SB6I1.3142#清水泵手動旋鈕開關SB7I1.415電動閥門開起限位開關SQ1I1.516電動閥門關閉限位開關SQ2I1.617電動閥電動機故障報警FR0I2.218電動機熱保護器報警KA1I2.019曝氣風機手動旋鈕開關SB8I1.7表1-2廢水處理系統(tǒng)PLC輸出接口功能

14、表工位名稱文字符號輸入口11#清水泵接觸器KM4Q0.022#清水泵接觸器KM5Q0.13開電動閥門接觸器KM1Q0.24關電動閥門接觸器KM2Q0.35羅茨風機（曝氣風機）接觸器KM3Q0.46排空電磁閥繼電器KA2Q0.57上水電磁閥繼電器KA3Q0.68電動機熱保護器報警指示燈HL1Q0.79污水池高水位紅色指示燈HL2Q1.010污水池低水位綠色指示燈HL3Q1.111清水池高水位紅色指示燈HL4Q1.212清水池低水位綠色指示燈HL5Q1.313中水箱咼水位紅色指示燈HL6Q1.414中水箱低水位綠色指示燈HL7Q1.515電動閥門開啟綠色指示燈HL8Q1.616電動閥門關閉黃色指示

15、燈HL9Q1.7丨；！! D S_tTH44口口 口 口 I口口 土 口口口口 U -二11.-*-:Sa& ? 甩嗎沁HHLooooaoosoooooooooaooQQO圖5 PLC硬件接線圖根據(jù)上述設計，對照主回路檢查交流控制回路、PLC控制回路、各種保護聯(lián)鎖電路、PLC控制程序等，全部符合設計要求后，繪制出最終的電氣原理圖。3. 可編程控制器控制程序設計1) 程序設計。根據(jù)控制要求，建立 SBR廢水處理系統(tǒng)控制流程圖，如圖 5 所示，表達出各控制對象的動作順序，相互間的制約關系。在明確PLC寄存器空 間分配，確定專用寄存器的基礎上，進行控制系統(tǒng)的程序設計，包括主程序編制、 各功能子程序編

16、制、其他輔助程序的編制等。2) 系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試。空載靜態(tài)調(diào)試時，針對運行的程序檢查硬件接口電路中 各種邏輯關系是否正確，然后先調(diào)試子程序或功能模塊程序，然后調(diào)試初始化程 序,最后調(diào)試主程序。調(diào)試過程中盡量接近實際系統(tǒng)， 并考慮到各種可能發(fā)生的 情況，作反復調(diào)試，出現(xiàn)問題及時分析、調(diào)整程序或參數(shù)。3) 系統(tǒng)動態(tài)調(diào)試及運行。在動態(tài)帶負載狀態(tài)下調(diào)試，密切觀察系統(tǒng)的運行 狀態(tài)，采用先手動再自動的調(diào)試方法，逐步進行。遇到問題及時停機，分析產(chǎn)生 問題的原因，提出解決問題的方法，同時做好詳盡記錄，以備分析和改進。4. 梯形圖rnbolAddi：CoimH住畑|舊卄一.1.4世詢胡1群話J1.21.2如-討邊徳

17、瞬井關匸自贓再業(yè)Ml :N rework 5I京s題嗣wn細1讀廳他陽心詬申昭吋馨IQQ電稠門弼村1,5敝動闈門“皿1/3d()Sjjmtni札 MqmiCorumn15Q1-1.3TiJUKM01污棚鬲農(nóng)蝕開丟IS”1D.0M1 E*1 隍和Adiu.Lu I LU.亠兀:憫M常01.3松爭訐3中MD2Mrrwaflc 7丄T3TINTONrr100 m鈾hl冃桶耳e罕寸1hrtJ.21 JCOi匚IrrINIDNPT10 rmEciarjy- mo：ddie:s MU 4.INrowFTlUjlmSpbdAd 才 k?Comirsnrt庫芍FFMQ.3排蘭n乏：早件MC /Nwflk ID

18、博幵松3naT351 1UNION襯amr(100 mLornrrehl嗯T幵！i&MKL3NeliHudk 11Hugill 14|r- * IQ Jmunfsi-Hte7 Jl,f- i.vtMl .污帕風葩開先備.40HHl1M2IMTOIdPTlODms-+1 mi-MT(1Nrtamri IT酬舸弭.tiihrsrt1f2idi 0JirtclCarrnisi電功叩亦甲護器相吾討1片上詢泯鮎舊Necwotk 3D即青才專哇*口叩INPTlOCkrn:上廬電遠陽71 sT )卡匡用開啟、訓：排空闞關詞“呦.？排空電誡閻“小.7電 rrtcl AiklienCjamiierM2蠟陰il晞季Q0.1上才:.電甕齡屮季MLh蟲丸希乳1信.M3 4Sjrnbd曲 dd 汨1 Usmtrert川二哩M耶匏器G1714X1刪口M07申胃啊子訐1電代2hll.O中際肝啟越NQ.2屮哇麗啟紺牛2M0.45. 出現(xiàn)問題及改進方式1) 調(diào)試時在排空電磁閥和風機輪流啟動關閉中把握不準造成死循環(huán)，兩者 使用沒有按照要求，最后是加了幾個中間繼電器約束輸出端實現(xiàn)了器件重啟動關 閉使要求實現(xiàn)。2) 調(diào)整中水高信號開關作為了中間信號輸入而不是手動輸入，使得中高信 號可以與中水低信號互鎖，保證 2者聯(lián)系，減少了手動關閉信號的不便。3) 由于輸入水