PLC設(shè)計(jì)方案實(shí)例：小型SBR廢水處理PLC電氣控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)實(shí)例：小型SBR廢水處理PLC電氣掌握系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)一、小型SＢR廢水處理電氣掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書１.ＳBR廢水處理工藝的技術(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),采納優(yōu)勢(shì)菌技術(shù)對(duì)校內(nèi)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)省水資源的目的。SBR廢水處理系統(tǒng)方案要充分考慮現(xiàn)實(shí)生活中校內(nèi)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(duì)菌群代謝產(chǎn)生的作用直接影響廢水處理效果，因此采納地埋式磚混結(jié)構(gòu)處理池以降低溫度對(duì)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)試比較簡(jiǎn)潔，采納先進(jìn)的ＰＬＣ掌握技術(shù)可以提高SＢR廢水處理的效率,便利操作和使用。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、中水水箱中分別設(shè)置液位開關(guān),用以檢測(cè)水池與水箱中的水位。SBＲ廢水處理系統(tǒng)示意圖如圖１１－１所示。圖１１-1SBＲ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)。污水處理的其次階段：采納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(duì)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6～8h.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，污水池開頭曝氣。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)打開連續(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(duì)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，電氣掌握系統(tǒng)應(yīng)有參數(shù)可修正功能，以滿意廢水處理的要求。2.SBＲ廢水處理系統(tǒng)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），均采納三相溝通異步電動(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．SBR廢水處理電氣掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1）掌握裝置選用PＬC作為系統(tǒng)的掌握核心，依據(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)能依據(jù)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掌握回路加互鎖功能。4）PＬC的接地應(yīng)按手冊(cè)中的要求設(shè)計(jì)，并在圖中表示或說明。5）為了設(shè)備平安運(yùn)行，考慮必要的保護(hù)措施，入如電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)、掌握系統(tǒng)短路保護(hù)等.6）繪制電氣原理圖:包括主電路、掌握電路、ＰＬC硬件電路，編制ＰLC的I/Ｏ接口功能表。7）選擇電器元件、編制元器件名目表。8)繪制接線圖、電控柜布置圖和配線圖、掌握面板布置圖和配線圖等。９）采納梯形圖或指令表編制ＰＬＣ掌握程序。二、SＢR廢水處理電氣掌握系統(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)掌握對(duì)象電動(dòng)機(jī)均由溝通接觸器完成起、停掌握，電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)要采納正、反轉(zhuǎn)掌握。２）污水池、清水池、中水水箱水位檢測(cè)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(hào)，ＰLC掌握電路考慮該信號(hào)規(guī)律關(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)分別采納熱繼電器實(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(hào),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)的掌握要求在無負(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)載回路和掌握回路以及PＬC掌握回路采納熔斷器，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。７）電控箱設(shè)置在掌握室內(nèi)。掌握面板與電控箱內(nèi)的電器板用BVR型銅導(dǎo)線連接，電控箱與執(zhí)行裝置之間采納端子板連接.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)考慮其供電容量。PLＣ接地端采納第三種接地方式，提高抗干擾能力.２。SBＲ廢水處理電氣掌握原理圖設(shè)計(jì)（１)主電路設(shè)計(jì)SBR廢水處理電氣掌握系統(tǒng)主電路如圖11—２所示。圖１1-２SBR廢水處理電氣掌握系統(tǒng)主電路1)主回路中溝通接觸器ＫM1、KM２、ＫM3分別掌握１#清水泵Ｍ1、２#清水泵M2、曝氣風(fēng)機(jī)Ｍ３；溝通接觸器KM4、KM5掌握電動(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掌握器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開關(guān),對(duì)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鄿贤娫吹淖饔?使用和維修便利.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分別完成溝通掌握回路和PLＣ掌握回路的短路保護(hù)。（2）溝通掌握電路設(shè)計(jì)ＳＢR廢水處理系統(tǒng)溝通掌握電路如圖11-３所示。圖11－3SBＲ廢水處理系統(tǒng)溝通掌握電路１）掌握電路有電源指示ＨL。PLＣ供電回路采納隔離變壓器ＴC,以防止電源干擾。２）隔離變壓器TC的選用依據(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接觸器常開幫助觸點(diǎn)掌握.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)并聯(lián)后與中間繼電器ＫA1連接構(gòu)成過載保護(hù)信號(hào)，KＡ1還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用,將２2０V溝通信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流2４V信號(hào)送入PＬＣ完成過載保護(hù)掌握功能.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)掌握。（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)，其主回路掌握對(duì)象為電感性負(fù)載溝通電動(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。ＳBR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,因此可依據(jù)3kW電動(dòng)機(jī)選擇自動(dòng)開關(guān)QF脫扣電流IQF：IＱF＝１.7IN＝1。7×6A＝１０．2A≈10A，選用IQF=１０Ａ的斷路器.2)熔斷器FＵ熔體額定電流IFＵ。以曝氣風(fēng)機(jī)為例,ＩFＵ≥2IＮ=2×2．５Ａ=５A(chǔ)，選用5A的熔體.其余熔體額定電流的選擇，按上述方法選配。掌握回路熔體額定電流選用2A。3）熱繼電器的選擇請(qǐng)參考有關(guān)技術(shù)手冊(cè)，自行計(jì)算參數(shù)。(４）PLC掌握電路設(shè)計(jì)包括PＬC硬件結(jié)構(gòu)配置及ＰLC掌握原理電路設(shè)計(jì)。１)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。了解各個(gè)掌握對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求,如:驅(qū)動(dòng)電壓的等級(jí)、負(fù)載的性質(zhì)等;分析對(duì)象的掌握要求，確定輸入/輸出接口（I/O)數(shù)量;確定所掌握參數(shù)的精度及類型，如:對(duì)開關(guān)量、模擬量的掌握、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）依據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制PLC掌握電路原理圖，繪制ＰＬC掌握電路，編制I/Ｏ接口功能表。圖１１—4為SBR廢水處理系統(tǒng)PＬＣ掌握電路原理圖，L6作為PＬＣ輸出回路的電源,分別向輸出回路的負(fù)載供電，輸出回路全部CＯＭ端短接后接入電源N端。圖１１-4ＳＢR廢水處理系統(tǒng)PＬC掌握電路原理圖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(hào)電源由PＬC本身的24V直流電源供應(yīng)，全部輸入ＣOM端短接后接入PＬC電源DC24Ｖ的（+）端。輸入口如果有有源信號(hào)裝置，需要考慮信號(hào)裝置的電源等級(jí)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(hào)質(zhì)量。5）PLC采納繼電器輸出,每個(gè)輸出點(diǎn)額定掌握容量為AC250V,２Ａ。表11－１和表1１-2分別為SＢR廢水處理系統(tǒng)ＰLＣ輸入和輸出接口功能表.表11—1SBR廢水處理系統(tǒng)PＬＣ輸入接口功能表序號(hào)工位名稱文字符號(hào)輸入口1污水池高水位開關(guān)信號(hào)H１X0０02污水池低水位開關(guān)信號(hào)L１Ｘ００1３清水池高水位開關(guān)信號(hào)H2X0024清水池低水位開關(guān)信號(hào)L2X0035中水箱高水位開關(guān)信號(hào)H３X0046中水箱低水位開關(guān)信號(hào)L3Ｘ００５7起動(dòng)按鈕(綠色）ＳB1Ｘ0068停止按鈕（紅色)SＢ2X０0７9旋鈕開關(guān)（自動(dòng)）SB3-1X0１0１0旋鈕開關(guān)(手動(dòng))SB3—２Ｘ011１１手動(dòng)開電動(dòng)閥旋鈕開關(guān)SB４X01２１２手動(dòng)關(guān)電動(dòng)閥旋鈕開關(guān)SＢ5Ｘ0１313１＃清水泵手動(dòng)旋鈕開關(guān)SB6X01４１４2＃清水泵手動(dòng)旋鈕開關(guān)SB7X01５15電動(dòng)閥門開起限位開關(guān)SQ1X01616電動(dòng)閥門關(guān)閉限位開關(guān)SＱ2X０1717電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)故障報(bào)警ＦR0X0２018電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警KＡ1Ｘ0２１19曝氣風(fēng)機(jī)手動(dòng)旋鈕開關(guān)SB8X02２2０輸入點(diǎn)備用X0２3~X0２7表11—2SＢＲ廢水處理系統(tǒng)PLC輸出接口功能表序號(hào)工位名稱文字符號(hào)輸入口1１＃清水泵接觸器ＫＭ１Ｙ00022#清水泵接觸器KM2Y0013污水池高水位紅色指示燈HL7Y0024污水池低水位綠色指示燈ＨL８Ｙ0０35清水池高水位紅色指示燈HＬ９Y00４６清水池低水位綠色指示燈HＬ10Y0０57中水箱高水位紅色指示燈ＨL１1Y0０６8中水箱低水位綠色指示燈ＨL１2Y０07(續(xù)）序號(hào)工位名稱文字符號(hào)輸入口9電動(dòng)閥門開起綠色指示燈HＬ13Y01０10電動(dòng)閥門關(guān)閉黃色指示燈HL1４Y０1１11開電動(dòng)閥門接觸器KＭ4Y01212關(guān)電動(dòng)閥門接觸器KM５Ｙ0１3１3電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警紅色指示燈ＨL6Y0141４羅茨風(fēng)機(jī)（曝氣風(fēng)機(jī)）接觸器ＫＭ３Y0１51５排空電磁閥繼電器KA3Y0１６1６上水電磁閥繼電器ＫＡ2Y017１7輸出口備用Ｙ020～Y０2７6）依據(jù)上述設(shè)計(jì)，對(duì)比主回路檢查溝通掌握回路、PLＣ掌握回路、各種保護(hù)聯(lián)鎖電路、ＰＬC掌握程序等,全部符合設(shè)計(jì)要求后，繪制出最終的電氣原理圖。7）依據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇的電氣元件，編制原理圖的元器件名目表，如表1１-3所示。表１1—3ＳBＲ廢水處理系統(tǒng)元器件名目表序號(hào)文字符號(hào)名稱數(shù)量規(guī)格型號(hào)備注1Ｍ１～Ｍ４電動(dòng)機(jī)4Y系列三相溝通異步電動(dòng)機(jī)2ＦR1～FＲ4熱繼電器４JR16Ｂ—2０／3參照電動(dòng)機(jī)整定電流3FU1～FU４熔斷器1２RL1-15熔體2~10A4FU5、FU6熔斷器２RT１6－３2X熔體２A5QＦ斷路器1C4５ＡＤ脫扣電流１０Ａ6ＴC隔離變壓器1BK－1００變比1:１,AＣ２20Ｖ7ＳＢ1起動(dòng)按鈕１LAY３７綠色8SB２停止按鈕１LＡＹ37紅色９SB３轉(zhuǎn)換開關(guān)1LＡY３７-D2手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換1０ＳB4~SB８手動(dòng)開關(guān)5LAＹ37—D２黑色11ＫM1~KM4溝通接觸器4DJX-9線圈電壓：AC2２０V12KA1～KＡ3中間繼電器3HH52P線圈電壓：AC220V13HＬ1～HL１5指示燈１５A(chǔ)D16—２2ＬＥD顯示,ＡＣ22０V１4ＹA１電磁閥1ＺＣT－５０A線圈電壓:ＡC2２０V15YＡ２電磁閥１ＺＣT—1５A(chǔ)線圈電壓：AＣ220Ｖ1６YＡ３電動(dòng)閥門裝置1LQA20—1ＡC3８0,6０W17PLＣ可編程序掌握器1ＦX2N—48MR繼電器輸出(５)PLC掌握程序設(shè)計(jì)1)程序設(shè)計(jì).依據(jù)掌握要求,建立SBＲ廢水處理系統(tǒng)掌握流程圖，如圖１1—5所示，表達(dá)出各掌握對(duì)象的動(dòng)作挨次，相互間的制約關(guān)系.在明確ＰLＣ寄存器空間安排，確定專用寄存器的基礎(chǔ)上,進(jìn)行掌握系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，包括主程序編制、各功能子程序編制、其他幫助程序的編制等.2)系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試。空載靜態(tài)調(diào)試時(shí)，針對(duì)運(yùn)行的程序檢查硬件接口電路中各種規(guī)律關(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,消滅問題準(zhǔn)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，親密觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),采納先手動(dòng)再自動(dòng)的調(diào)試方法，逐步進(jìn)行.遇到問題準(zhǔn)時(shí)停機(jī),分析產(chǎn)生問題的緣由,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)。圖1１－5SBR廢水處理系統(tǒng)掌握流程圖SＢR廢水處理系統(tǒng)PLC掌握程序如圖１1—６所示。圖11—6ＳBＲ廢水處理系統(tǒng)PLC掌握梯形圖程序圖１1—6SBR廢水處理系統(tǒng)PLＣ掌握梯形圖程序（續(xù)1）圖１１-6SＢR廢水處理系統(tǒng)PＬC掌握梯形圖程序(續(xù)2)圖１1—6SBR廢水處理系統(tǒng)ＰＬC掌握梯形圖程序（續(xù)３）圖11-6ＳBR廢水處理系統(tǒng)PLC掌握梯形圖程序(續(xù)4）圖1１－6SBR廢水處理系統(tǒng)PLＣ掌握梯形圖程序(續(xù)5)3。SBR廢水處理系統(tǒng)電氣工藝設(shè)計(jì)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、掌握面板電器平面圖及相關(guān)電氣接線圖。1）先依據(jù)掌握系統(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)裝配板與掌握面板上應(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(chǎng)設(shè)計(jì)安裝的電器元件和動(dòng)力設(shè)備有：電磁閥、水位開關(guān)、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)閥(含閥位掌握器)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。在掌握面板上設(shè)計(jì)安裝的電器元件有：掌握按鈕、旋鈕開