基于PLC的小型污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 J I A N G S U U N I V E R S I T Y可編程控制器課程設(shè)計(jì)小型污水處理控制系統(tǒng) 學(xué) 院： 電氣信息工程 班 級： 農(nóng)業(yè)電氣1101 姓名學(xué)號： 馬舒童 學(xué) 號： 3110506015 指導(dǎo)教師： 刁曉燕 目 錄一、小型污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 1技術(shù)要求··························&#

2、183;··············1 2動(dòng)力設(shè)備··································&

3、#183;······2 3設(shè)計(jì)要求·········································2二、小型污

4、水處理控制系統(tǒng)程序電路圖 1. 程序流程圖·······································3 2. 主電路設(shè)計(jì)······

5、;·································4 3. 交流控制電路設(shè)計(jì)··············

6、3;··················4三、小型污水處理控制系統(tǒng)硬件軟件設(shè)計(jì) 1. 可編程控制器控制電路設(shè)計(jì)·························5 2.

7、輸入輸出口分配···································6 3. 可編程控制器控制程序設(shè)計(jì)···········

8、··············8 4. 梯形圖··································

9、3;········95. 出現(xiàn)問題及改進(jìn)方式·······························156. 心得·······&#

10、183;·····································15四、參考文獻(xiàn)一、小型污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 1技術(shù)要求 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，

11、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(shí)，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(dòng)閥門和電磁閥等部分組成，在污水處理池、清水池、中水

12、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。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(shí)，電動(dòng)閥會(huì)自動(dòng)開起納入污水。當(dāng)污水池納入的污水至正常高水位時(shí)，電動(dòng)閥自動(dòng)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，即好氧處理過程。整個(gè)好氧（曝氣）時(shí)間一般需要68h。在曝氣管路上安裝了排空電磁閥，當(dāng)電動(dòng)閥門自動(dòng)關(guān)閉后，排空電磁閥開起，羅茨風(fēng)機(jī)延時(shí)空載起動(dòng)，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

13、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(shí)關(guān)閉。曝氣風(fēng)機(jī)在無負(fù)荷條件下起動(dòng)和停止，能起到保護(hù)電動(dòng)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(dòng)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(shí)，1#清水泵自動(dòng)停止運(yùn)行。這時(shí)2#清水泵自動(dòng)起動(dòng)向中水箱泵水，當(dāng)水箱內(nèi)達(dá)到正常高水位時(shí)，2#清水泵自動(dòng)停止運(yùn)行，這時(shí)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)水位降至低水位時(shí)，2#清水泵又自動(dòng)起動(dòng)向中水箱泵水。當(dāng)污水池中的水位降至低水位時(shí)，電動(dòng)閥門會(huì)自動(dòng)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

14、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。 2動(dòng)力設(shè)備 SBR廢水處理系統(tǒng)中所使用的動(dòng)力設(shè)備（水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥），均采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)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，1.1kW。 電動(dòng)閥：閥體D97A1X5-10ZB-125mm，電動(dòng)裝置LQ20-1，AC380V，60W。 3設(shè)計(jì)要求 1) 控制裝置選用PLC作為系統(tǒng)的控制核心

15、，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(dòng)/自動(dòng)兩種方式，應(yīng)能按照工藝要求編輯程序并可實(shí)時(shí)整定參數(shù)。 3) 電動(dòng)閥上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)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(dòng)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) 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。2、

16、 小型污水處理控制系統(tǒng)程序圖 1. 程序流程圖 圖2 小型污水處理控制系統(tǒng)程序流程圖 2. 主電路設(shè)計(jì) 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(dòng)閥電動(dòng)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(dòng)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(dòng)閥電動(dòng)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(dòng)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

17、) 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)。 3. 交流控制電路設(shè)計(jì) 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(tái)電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3、M4的過載保護(hù)，分別由4個(gè)熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實(shí)現(xiàn)，將其常閉觸點(diǎn)

18、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。圖4 SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制電路 三、小型污水處理控制系統(tǒng)硬件軟件設(shè)計(jì) 1. 可編程控制器控制電路設(shè)計(jì) 1) 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。了解各個(gè)控制對象的驅(qū)動(dòng)要求，如：驅(qū)動(dòng)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(chǔ)器的存儲(chǔ)容量等，選擇適合的PLC機(jī)型及外設(shè)，完

19、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(fù)載供電，輸出回路所有COM端短接后接入電源N端。 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，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

20、入口的信號質(zhì)量。 5) PLC采用繼電器輸出，每個(gè)輸出點(diǎn)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污水池高水位開關(guān)信號H1I0.02污水池低水位開關(guān)信號L1I0.13清水池高水位開關(guān)信號H2I0.24清水池低水位開關(guān)信號L2I0.35中水箱高水位開關(guān)信號H3I0.46中水箱低水位開關(guān)信號L3I0.57起動(dòng)按鈕SB1I0.68停止按鈕SB2I0.79旋鈕開關(guān)（自動(dòng)）SB3-1I1.010旋鈕開關(guān)（手動(dòng)）SB3-2I1.111手動(dòng)開電動(dòng)閥旋鈕開關(guān)SB4I1.212手動(dòng)關(guān)電動(dòng)閥旋鈕開關(guān) SB5I2.1131#清水泵手動(dòng)旋

21、鈕開關(guān)SB6I1.3 142#清水泵手動(dòng)旋鈕開關(guān)SB7I1.415電動(dòng)閥門開起限位開關(guān)SQ1I1.516電動(dòng)閥門關(guān)閉限位開關(guān)SQ2I1.6 17電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)故障報(bào)警FR0I2.218電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警KA1I2.019曝氣風(fēng)機(jī)手動(dòng)旋鈕開關(guān)SB8I1.7 表1-2 廢水處理系統(tǒng)PLC輸出接口功能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(dòng)閥門接觸器KM1Q0.24關(guān)電動(dòng)閥門接觸器KM2Q0.35羅茨風(fēng)機(jī)(曝氣風(fēng)機(jī))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(dòng)機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警指示燈HL1Q0.79污水池

22、高水位紅色指示燈HL2Q1.010污水池低水位綠色指示燈HL3Q1.1 11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中水箱高水位紅色指示燈HL6Q1.414中水箱低水位綠色指示燈HL7Q1.515電動(dòng)閥門開啟綠色指示燈HL8Q1.616電動(dòng)閥門關(guān)閉黃色指示燈HL9Q1.7圖5 PLC硬件接線圖 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。 3. 可編程控制器控制程序設(shè)計(jì) 1) 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

23、的動(dòng)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(shí)，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(shí)分析、調(diào)整程序或參數(shù)。 3) 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)試及運(yùn)行。在動(dòng)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(dòng)再自動(dòng)的調(diào)試方法，逐步進(jìn)行。遇到問題及時(shí)停機(jī)，分析產(chǎn)生問題的原因，提出解決問題的方法，同時(shí)做好詳盡記錄，以備分析和改進(jìn)。4. 梯形圖 5. 出現(xiàn)問題及改進(jìn)方式 1) 調(diào)