小型SBR廢水處理PLC電氣控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、小型SBR廢水處理PLC電氣控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)發(fā)布時(shí)間：2010-11-4 9:17:09中國污水處理工程網(wǎng) 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 HYPERLINK http:/www.dowat/ 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。 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)，廢水處理技術(shù)工藝參數(shù)變化大，硬件設(shè)

2、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)可以提高廢水處理的效率，方便操作和使用。 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。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(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。

3、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

4、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)。 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。 2 SBR 廢水處理系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備 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 29m 3 /h，1kW。 2#清水泵：立式離心泵LS40-32.1，揚(yáng)程 30m ，流量 16m 3 /h，3kW。

5、 曝氣羅茨風(fēng)機(jī)：TSA-40， 0.7m 3 /min，1.1kW。 電動(dòng)閥：閥體D 97A 1X5-10ZB -125mm ，電動(dòng)裝置LQ20-1，AC380V，60W。 3 SBR 廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(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

6、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。 二、 SBR 廢水處理電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)過程 1 總體方案說明 1) SBR廢水處理系統(tǒng)控制對象電動(dòng)機(jī)均由交流接觸器完成起、?？刂?，電動(dòng)閥電動(dòng)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(shí)考慮抗干擾性能，選用電極考慮耐腐蝕性。 3) 電動(dòng)閥上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)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(dòng)閥過載保護(hù)信號

7、，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(dòng)機(jī)、電動(dòng)閥電動(dòng)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，用以完成各個(gè)電動(dòng)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(dòng)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(shí)考慮其供電

8、容量。PLC接地端采用第三種接地方式，提高抗干擾能力。 2 SBR 廢水處理電氣控制原理圖設(shè)計(jì) (1)主電路設(shè)計(jì) 廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖2所示。 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

9、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) 廢水處理系統(tǒng)交流控制電路如圖3所示。 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

10、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(dòng)機(jī)，斷路器過電流脫扣值按電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的1.7倍整定。廢水處理系統(tǒng)有3kW負(fù)載電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，起動(dòng)電流較大，其余三臺(tái)為1.1kW以下，起動(dòng)電流較小，而且工藝要求4臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)起動(dòng)運(yùn)行，因此可根據(jù)3kW電

11、動(dòng)機(jī)選擇自動(dòng)開關(guān)QF脫扣電流 I QF ： I QF 1.7 I N =1.7 6A 10.2A 10A ，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 FU 2 I 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?？刂苹芈啡垠w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)。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。 (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(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

12、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 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

13、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 。 表1和表2分別為廢水處理系統(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 序號 工位名稱 文字符號 輸入口 1 污水池高水位開關(guān)信號 H1 X000 2 污水池低水位開關(guān)信號 L1 X001 3 清水池高水位開關(guān)信號 H2 X002 4 清水池低水位開關(guān)信號 L2

14、X003 5 中水箱高水位開關(guān)信號 H3 X004 6 中水箱低水位開關(guān)信號 L3 X005 7 起動(dòng)按鈕（綠色） SB1 X006 8 停止按鈕（紅色） SB2 X007 9 旋鈕開關(guān)（自動(dòng)） SB3-1 X010 10 旋鈕開關(guān)（手動(dòng)） SB3-2 X011 11 手動(dòng)開電動(dòng)閥旋鈕開關(guān) SB4 X012 12 手動(dòng)關(guān)電動(dòng)閥旋鈕開關(guān) SB5 X013 13 1# 清水泵手動(dòng)旋鈕開關(guān) SB6 X014 14 2# 清水泵手動(dòng)旋鈕開關(guān) SB7 X015 15 電動(dòng)閥門開起限位開關(guān) SQ1 X016 16 電動(dòng)閥門關(guān)閉限位開關(guān) SQ2 X017 17 電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)故障報(bào)警 FR0 X020 18

15、電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警 KA1 X021 19 曝氣風(fēng)機(jī)手動(dòng)旋鈕開關(guān) SB8 X022 20 輸入點(diǎn)備用 X023 X027 ? 表2 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸出接口功能表 序號 工位名稱 文字符號 輸入口 1 1# 清水泵接觸器 KM1 Y000 2 2# 清水泵接觸器 KM2 Y001 3 污水池高水位紅色指示燈 HL7 Y002 4 污水池低水位綠色指示燈 HL8 Y003 5 清水池高水位紅色指示燈 HL9 Y004 6 清水池低水位綠色指示燈 HL10 Y005 7 中水箱高水位紅色指示燈 HL11 Y006 8 中水箱低水位綠色指示燈 HL12 Y007 （續(xù)） 序號 工位名稱 文字

16、符號 輸入口 9 電動(dòng)閥門開起綠色指示燈 HL13 Y010 10 電動(dòng)閥門關(guān)閉黃色指示燈 HL14 Y011 11 開電動(dòng)閥門接觸器 KM4 Y012 12 關(guān)電動(dòng)閥門接觸器 KM5 Y013 13 電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警紅色指示燈 HL6 Y014 14 羅茨風(fēng)機(jī)（曝氣風(fēng)機(jī)）接觸器 KM3 Y015 15 排空電磁閥繼電器 KA3 Y016 16 上水電磁閥繼電器 KA2 Y017 17 輸出口備用 Y020Y027 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

17、，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 序號 文字符號 名 稱 數(shù)量 規(guī)格型號 備 注 1 M1M4 電動(dòng)機(jī) 4 Y系列 三相交流異步電動(dòng)機(jī) 2 FR1FR4 熱繼電器 4 JR16B-20/3 參照電動(dòng)機(jī)整定電流 3 FU1FU4 熔斷器 12 RL1-15 熔體210A 4 FU5、FU6 熔斷器 2 RT16-32X 熔體 2A 5 QF 斷路器 1 C45AD 脫扣電流 10A 6 TC 隔離變壓器 1 BK-100 變比1：1，AC220V 7 SB1 起動(dòng)按鈕 1 LAY37 綠色 8 SB2 停止按鈕 1 LAY37 紅色 9 SB3 轉(zhuǎn)換

18、開關(guān) 1 LAY37-D2 手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換 10 SB4SB8 手動(dòng)開關(guān) 5 LAY37-D2 黑色 11 KM1KM4 交流接觸器 4 DJX-9 線圈電壓：AC220V 12 KA1KA3 中間繼電器 3 HH52P 線圈電壓：AC220V 13 HL1HL15 指示燈 15 AD16-22 LED顯示，AC220V 14 YA1 電磁閥 1 ZCT -50A 線圈電壓：AC220V 15 YA2 電磁閥 1 ZCT -15A 線圈電壓：AC220V 16 YA3 電動(dòng)閥門裝置 1 LQA20-1 AC380，60W 17 PLC 可編程序控制器 1 FX2N-48MR 繼電器輸出 (5) PLC 控制程序設(shè)計(jì) 1) 程序設(shè)計(jì)。根據(jù)控制要求，建立廢水處理系統(tǒng)控制流程圖，如圖11-5所示，表達(dá)出各控制對象的動(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