小型SBR廢水處理PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)實(shí)例:小型SBR廢水處理PLC電氣控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)一、小型SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書SBR廢水處理技術(shù)是一種高效廢水回用的處理技術(shù),采用優(yōu)勢菌技術(shù)對校園生活污水進(jìn)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(dá)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(shí)生活中校園生活區(qū)較為狹小的特點(diǎn),力求達(dá)到設(shè)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(shù)工藝參數(shù)變化大,硬件設(shè)計(jì)選型與設(shè)備調(diào)試比較復(fù)雜,采用先進(jìn)的PLC 控制技

2、術(shù)可以提高SBR廢水處理的效率,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(fēng)機(jī)、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(shè)置液位開關(guān),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。 生物菌泥圖1 SBR廢水處理系統(tǒng)示意圖污水處理的第一階段:當(dāng)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(dāng)污水池納入的污水至正常高水位時,電動閥自動關(guān)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(jìn)行高效除污,即好氧處理過

3、程。整個好氧(曝氣時間一般需要68h。在曝氣管路上安裝了排空電磁閥,當(dāng)電動閥門自動關(guān)閉后,排空電磁閥開起,羅茨風(fēng)機(jī)延時空載起動,然后排空電磁閥關(guān)閉,污水池開始曝氣。當(dāng)曝氣處理結(jié)束后,排空電磁閥再次開起,羅茨風(fēng)機(jī)空載停機(jī),然后排空電磁閥延時關(guān)閉。曝氣風(fēng)機(jī)在無負(fù)荷條件下起動和停止,能起到保護(hù)電動機(jī)和風(fēng)機(jī)的作用。經(jīng)過0.5h的水質(zhì)沉淀,PLC下達(dá)起動1#清水泵指令,將沉淀后的水泵入到清水池。當(dāng)清水池中的水位升至正常高水位時,1#清水泵自動停止運(yùn)行。這時2#清水泵自動起動向中水箱泵水,當(dāng)水箱內(nèi)達(dá)到正常高水位時,2#清水泵自動停止運(yùn)行,這時中水箱內(nèi)的水全部完成處理過程。如上所示,當(dāng)中水箱內(nèi)水位降至低水位

4、時,2#清水泵又自動起動向中水箱泵水。當(dāng)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(fù)。SBR廢水處理技術(shù)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(yīng)有參數(shù)可修正功能,以滿足廢水處理的要求。SBR廢水處理系統(tǒng)中所使用的動力設(shè)備(水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動閥,均采用三相交流異步電動機(jī),電動機(jī)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(yáng)程10m,流量29m3/h,1kW。2#清水泵:立式離心泵LS40-32.1,揚(yáng)程30m,流量16m3/h,3kW。曝氣羅茨風(fēng)機(jī):TSA-40,0.7m3/min,1.1

5、kW。電動閥:閥體D97A1X5-10ZB-125mm,電動裝置LQ20-1,AC380V,60W。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(jī)型和I/O接口。2 可執(zhí)行手動/自動兩種方式,應(yīng)能按照工藝要求編輯程序并可實(shí)時整定參數(shù)。3 電動閥上驅(qū)動電動機(jī)為正、反轉(zhuǎn)雙向運(yùn)行,因此要在PLC控制回路加互鎖功能。4 PLC的接地應(yīng)按手冊中的要求設(shè)計(jì),并在圖中表示或說明。5 為了設(shè)備安全運(yùn)行,考慮必要的保護(hù)措施,入如電動機(jī)過熱保護(hù)、控制系統(tǒng)短路保護(hù)等。6 繪制電氣原理圖:包括主電路、控制電路、PLC硬件電路,編制PLC的I/O接口功能表。7 選擇電器元件、編制元器件目錄表。8

6、 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、SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)過程1 SBR廢水處理系統(tǒng)控制對象電動機(jī)均由交流接觸器完成起、?？刂?電動閥電動機(jī)要采用正、反轉(zhuǎn)控制。2 污水池、清水池、中水水箱水位檢測開關(guān),在選型時考慮抗干擾性能,選用電極考慮耐腐蝕性。3 電動閥上驅(qū)動電動機(jī),其內(nèi)部設(shè)有過載保護(hù)開關(guān),為常閉觸點(diǎn),作為電動閥過載保護(hù)信號,PLC控制電路考慮該信號邏輯關(guān)系。4 1#清水泵、2#清水泵、羅茨風(fēng)機(jī)電動機(jī)、電動閥電動機(jī)分別采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)過載保護(hù),其熱繼電器的常開觸點(diǎn)通過中間繼電器轉(zhuǎn)換后,作為PLC的輸入信號,

7、用以完成各個電動機(jī)系統(tǒng)的過載保護(hù)。5 羅茨風(fēng)機(jī)的控制要求在無負(fù)載條件下起動或停機(jī),需要在曝氣管路上設(shè)置排空電磁閥。6 主電路用斷路器,各負(fù)載回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔斷器,實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。7 電控箱設(shè)置在控制室內(nèi)。控制面板與電控箱內(nèi)的電器板用BVR型銅導(dǎo)線連接,電控箱與執(zhí)行裝置之間采用端子板連接。8 PLC選用繼電器輸出型。9 PLC自身配有24V直流電源,外接負(fù)載時考慮其供電容量。PLC接地端采用第三種接地方式,提高抗干擾能力。(1 主電路設(shè)計(jì)SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖2所示。 STM5圖2 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

8、控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝氣風(fēng)機(jī)M3;交流接觸器KM4、KM5控制電動閥電動機(jī)M4,通過正、反轉(zhuǎn)完成開起閥門和關(guān)閉閥門的功能。2 電動機(jī)M1、M2、M3、M4由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。電動閥電動機(jī)M4控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開關(guān),對閥門電動機(jī)M4實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。3 QF為電源總開關(guān),既可完成主電路的短路保護(hù),又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔?使用和維修方便。4 熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。FU5、FU6分別完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保護(hù)。(2 交流控制電路設(shè)計(jì)SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制電路如圖3所示。 N器圖3

9、 SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制電路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(biāo)準(zhǔn)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(fēng)機(jī)M3分別有運(yùn)行指示燈HL1、HL2、HL3,由KM1、KM2、KM3接觸器常開輔助觸點(diǎn)控制。4 4臺電動機(jī)M1、M2、M3、M4的過載保護(hù),分別由4個熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實(shí)現(xiàn),將其常閉觸點(diǎn)并聯(lián)后與中間繼電器KA1連接構(gòu)成過載保護(hù)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(hù)控制

10、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(diǎn)控制。(3 主要參數(shù)計(jì)算1 斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關(guān),其主回路控制對象為電感性負(fù)載交流電動機(jī),斷路器過電流脫扣值按電動機(jī)起動電流的1.7倍整定。SBR廢水處理系統(tǒng)有3kW 負(fù)載電動機(jī)一臺,起動電流較大,其余三臺為1.1kW以下,起動電流較小,而且工藝要求4臺電動機(jī)單獨(dú)起動運(yùn)行,因此可根據(jù)3kW電動機(jī)選擇自動開關(guān)QF脫扣電流I QF:I QF=1.7I N=1.7×6A=10.2A10A,選用I QF=10A的斷路器。2 熔斷器FU熔體額定電流I FU。以曝氣風(fēng)機(jī)為例,I

11、FU2I N=2×2.5A=5A,選用5A的熔體。其余熔體額定電流的選擇,按上述方法選配。控制回路熔體額定電流選用2A 。3 熱繼電器的選擇請參考有關(guān)技術(shù)手冊,自行計(jì)算參數(shù)。(4 PLC 控制電路設(shè)計(jì) 包括PLC 硬件結(jié)構(gòu)配置及PLC 控制原理電路設(shè)計(jì)。1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。了解各個控制對象的驅(qū)動要求,如:驅(qū)動電壓的等級、負(fù)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(guān)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(jī)型及外設(shè),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

12、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(fù)載供電,輸出回路所有COM 端短接后接入電源N 端。H L 8H L 10H L 7H L 9H L 11 H L 13H L 12H L 14圖4 SBR 廢水處理系統(tǒng)PLC 控制電路原理圖3 KM4和KM5接觸器線圈支路,設(shè)計(jì)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 的(+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

13、,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(diǎn)額定控制容量為AC250V,2A。表1和表2分別為SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸入和輸出接口功能表。表1 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸入接口功能表 表2 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸出接口功能表 (續(xù) 6 根據(jù)上述設(shè)計(jì),對照主回路檢查交流控制回路、PLC控制回路、各種保護(hù)聯(lián)鎖電路、PLC控制程序等,全部符合設(shè)計(jì)要求后,繪制出最終的電氣原理圖。7 根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇的電氣元件,編制原理圖的元器件目錄表,如表3所示。表3 SBR廢水處理系統(tǒng)元器件目錄表 (5 PLC控制程序設(shè)計(jì)1

14、程序設(shè)計(jì)。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(dá)出各控制對象的動作順序,相互間的制約關(guān)系。在明確PLC寄存器空間分配,確定專用寄存器的基礎(chǔ)上,進(jìn)行控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì),包括主程序編制、各功能子程序編制、其他輔助程序的編制等。2 系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試?？蛰d靜態(tài)調(diào)試時,針對運(yùn)行的程序檢查硬件接口電路中各種邏輯關(guān)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(shí)際系統(tǒng),并考慮到各種可能發(fā)生的情況,作反復(fù)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(yùn)行。在動態(tài)帶負(fù)載狀態(tài)下調(diào)試,密切觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),采用先手動再自動的調(diào)試

15、方法,逐步進(jìn)行。遇到問題及時停機(jī),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(jìn)。 圖5 SBR廢水處理系統(tǒng)控制流程圖SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制程序如圖6所示。 圖6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序 圖6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序(續(xù)1 圖6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序(續(xù)2 圖6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序(續(xù)3 圖6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序(續(xù)4 圖6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序(續(xù)5按設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)繪制電氣裝置總體配置圖、電器板電器元器件平面圖、控制面板電器平面圖及相關(guān)電氣接線圖。1 先根

16、據(jù)控制系統(tǒng)要求和電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu),確定電器元器件的總體布局以及電控箱內(nèi)裝配板與控制面板上應(yīng)安裝的電器元件。本系統(tǒng)除電控箱外,在污水處理設(shè)備現(xiàn)場設(shè)計(jì)安裝的電器元件和動力設(shè)備有:電磁閥、水位開關(guān)、電動機(jī)、電動閥(含閥位控制器等。電控箱內(nèi)電器板上安裝的電器元件有:斷路器、熔斷器、隔離變壓器、PLC、接觸器、中間繼電器、熱繼電器和端子板等。在控制面板上設(shè)計(jì)安裝的電器元件有:控制按鈕、旋鈕開關(guān)、各色指示燈等。2 依據(jù)用戶要求滿足操作方便、美觀大方、布局均勻?qū)ΨQ等設(shè)計(jì)原則,繪制電控箱電器板元件布置圖、電器面板元件布置圖、電氣接線圖等,如圖7圖8所示。進(jìn)出引線采用接線端子板連接,接線圖略。3 依據(jù)電器元件布置

17、圖及電器元器件的外形尺寸、安裝尺寸,繪制電器板(絕緣板、鍍鋅鐵板或架、控制面板(有機(jī)玻璃板、鋁板或鐵板等、墊板(有機(jī)械強(qiáng)度的絕緣板或鍍鋅板等零部件加工圖。圖中應(yīng)注明外形尺寸、安裝孔徑、定位尺寸與公差、板材厚度以及加工要求等。本設(shè)計(jì)所涉及的鈑金加工技術(shù)圖從略。4 依據(jù)電器安裝板、控制面板尺寸設(shè)計(jì)電控箱,繪制電控箱安裝圖。本設(shè)計(jì)從略。至此,基本完成了SBR廢水處理系統(tǒng)要求的電氣控制原理設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)任務(wù)。QF FU1 FU2 線槽 FU3 FU4 HL1 HL13 HL14 HL6 HL9 HL11 HL4 HL10 HL12 HL5 HL2 SB5 SB1 HL3 SB6 SB2 SB8 SB7 TC 線槽 線槽 線槽 OUT PLC IR FU5 FU6 KA1 KA2 KA3 HL7 HL8 SB3 SB4 KM1 KM2 KM3 FR1 FR2 FR3 線槽 KM4 FR4 JDO-端子板 圖 7 圖 電控箱電器板元件布置圖 圖 8 電控箱電器面板元件布置 4編寫設(shè)計(jì)說明書、使用說明書和