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

1、課程設(shè)計(jì)實(shí)例：小型SBRK水處理PLC電氣控制系統(tǒng)一、小型SBRg水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書.SBRg水處理工藝的技術(shù)要求SB做水處理技術(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。SB被水處理系統(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)，SBRg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

2、用先進(jìn)的PLC控制技術(shù)可以提高SBR1水處理的效率，方便操作和使用。SBRW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。SBR1水處理系統(tǒng)示意圖如圖1所示。UA I味圖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)，電動閥會自動升起納入污水。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

3、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)電動閥門自動關(guān)閉后，排空電磁閥升起，羅茨風(fēng)機(jī)延時(shí)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(shí)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#青水泵指令，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#青水泵自動停止運(yùn)行。這時(shí)2#青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(shí)，2#清水泵自動停止運(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)

4、中水箱內(nèi)水位降至低水位時(shí)，2#青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(shí)，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)。所不同，電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)動力設(shè)備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#青水泵：立式離心泵LS50-10-A，揚(yáng)程10m，流量29m3/h，1kW。2#青水泵：立式離心泵LS40-32.1，揚(yáng)程30ml流M16m3/h,3kW曝氣

5、羅茨風(fēng)機(jī)：TSA-40,0.7m3/min，1.1kW。電動閥：閥體D97A1X5-10ZB-125mrm電動裝置LQ20-1,AC380V,60WSBR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?？蓤?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(shí)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。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。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。繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、PLC硬件電路，編

6、制PLC的I/O接口功能表。選擇電器元件、編制元器件目錄表。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。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、停控制，電動閥電動機(jī)要采用正、反轉(zhuǎn)控制。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。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。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

7、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)電動機(jī)系統(tǒng)的過載保護(hù)。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。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)。電控箱設(shè)置在控制室內(nèi)?？刂泼姘迮c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。PLC選用繼電器輸出型。PLC自身配有24V宜流電源，外接負(fù)載時(shí)考慮其供電容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)SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖2所示。QFR 一 I -M19M2FU

8、2(1 mMSNFU3FU4dKM51#泵(污水)2#泵(清水)風(fēng)機(jī)圖2SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路主回路中交流接觸器KM1KM2KM冽別才制1#青水泵M12#青水泵M2曝氣風(fēng)機(jī)M3;交流接觸器KM4KM5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。電動機(jī)MM2M3M4由熱繼電器FR1、FR2FR3FR4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)。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嘟涣麟娫吹淖饔茫褂煤途S修方便。熔斷器FU!FU2FU3FU4分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。FU5FU6分別完成交流控制回路

9、和PLC控制回路的短路保護(hù)。(2)交流控制電路設(shè)計(jì)SBRg水處理系統(tǒng)交流控制電路如圖3所示。L5 _220VN =KM1-1 KM2-1KM3-1KA2-1/KA2-2KA3-1一*%YA1-0-HL5YA2-0-4羅茨IQ機(jī)TC2#泉提示隔離變工 1:11#泵提匕水閥指示排空電艙iinFR1 v4FR2電動機(jī)過4LL1SKLPLC表示采用第三種接地方式FR3yFR4圖3SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制電路1)控制電路有電源指示HLPLC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M配置，可以配置標(biāo)準(zhǔn)型、變比1:1、容M100VA隔離變壓器。1#青水泵M2#青水泵

10、M2曝氣風(fēng)機(jī)M3分別有運(yùn)彳f指示燈HL1、HL2HL3由KM1KM2KM漏觸器常開輔助觸點(diǎn)控制。4臺電動機(jī)MlM2M3M4的過載保護(hù),分別由4個(gè)熱繼電器FR1、FR2FR3FR4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)換成宜流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YAZ分別由中間繼電器KA2和KA3觸點(diǎn)控制。(3)主要參數(shù)計(jì)算為電感性負(fù)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

11、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Iqf:|qf=1.7ln=1.76A=10.2A胡OA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支In=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。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)。)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)動要求，如：驅(qū)動電壓的等級

12、、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，繪制PLC控制電路，編COM端短接后接入電源 N端。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L6NAC100224V |COM1 Y1HHLL8H飛L9 J/lie?Y3Y5Y7Y2Y4L 1八4L 1A 3Y10Y12Y6 COM2 | Y

13、11Y13I: +-4MK HY14Y16COM3Y15COM4Y17 |輸出端FX2N-48MR24+DC24V X0 X2X4 X6 ? | X10X12 I X14X16X13X20X22 1 | X24 | X26|X15X17,X21X25輸入端電動閥控制器0.7圖4SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖KM琳口KM5觸器線圈支路，設(shè)計(jì)了互鎖電路，以防止誤操作故障。PLC輸入回路中，信號電源由PLC本身的24V宜流電源提供，所有輸入CO藤短接后接入PLC電源DC24V(+)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最好不要使用PLC自身的24V宜流電源，以防止電源過

14、載損壞或影響其他輸入口的信號質(zhì)PLC采用繼電器輸出，每個(gè)輸出點(diǎn)額定控制容M為AC250V2A。表1和表2分別為SBRt水處理系統(tǒng)PLCt入和輸出接口功能表。表1SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸入接口功能表序工位名稱輸入口*污水池島水位開關(guān)信號H1X0002!污水池低水位開關(guān)信號L1X00131清水池島水位開關(guān)信號H2X0024-清水池低水位開關(guān)信號L2X0035i中水箱圖水位開關(guān)信號H3X0046i中水箱低水位開關(guān)信號L3X005起動按鈕（綠色）SB1X00681停止按鈕（紅色）SB2X0079）旋鈕開關(guān)（自動）SB3-1X010*0旋鈕開關(guān)（手動）SB3-2X011*1手動開電動閥旋鈕開關(guān)SB4X

15、012*2手動關(guān)電動閥旋鈕開關(guān)SB5X013*31#青水泵手動旋鈕開關(guān)SB6X014*42#青水泵手動旋鈕開關(guān)SB7X015*5電動閥門開起限位開關(guān)SQ1X016*電動閥門關(guān)閉限位開關(guān)SQ2X0176*7電動閥電動機(jī)故障報(bào)警FR0X020*8電動機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警KA1X021*9曝氣風(fēng)機(jī)手動旋鈕開關(guān)SB8X0220!輸入點(diǎn)備用X023?X027表2SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸出接口功能表號廠工位名稱文字符號輸入口*1#青水泵接觸器KM1Y00022#青水泵接觸器KM2Y00131污水池島水位紅色指示燈HL7Y0024-污水池低水位綠色指示燈HL8Y0035清水池島水位紅色指小燈HL9Y0046k清

16、水池低水位綠色指小燈HL10Y005中水箱島水位紅色指示燈HL11Y0068中水相低水位綠色才日示燈1HL12Y007（續(xù)）序號、一工位名稱文字符號輸入口9）電動閥門開起綠色指示燈HL13Y010*0電動閥門關(guān)閉黃色指示燈HL14Y011*1開電動閥門接觸器KM4Y012*2關(guān)電動閥門接觸器KM5Y013*3電動機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警紅色指示燈HL6Y014*4羅茨風(fēng)機(jī)（曝氣風(fēng)機(jī)）接觸器KM3Y015*5排空電磁閥繼電器KA3Y016*6上水電磁閥繼電器KA2Y017*7輸出口備用Y020?Y0276）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、各種保圖。護(hù)聯(lián)鎖電路、PLC控制程序等，全

17、部符合設(shè)計(jì)要求后，繪制出最終的電氣原理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3SBR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1M1?M4電動機(jī)4Y系列二相交流異步電動機(jī)2FR1?FR4熱繼電器4JR16B-20/3參照電動機(jī)整定電流3FU1?FU4熔斷器12RL1-15熔體2?10A4FU5FU6熔斷器2RT16-32X熔體2A5QF斷路器1C45AD脫扣電流10A6TC隔離父壓命1BK-100變比1:1,AC220V7SB1起動按鈕1LAY37綠色8SB2停止按鈕1LAY37紅色9SB3轉(zhuǎn)換開關(guān)1LAY37-D2手動/自動轉(zhuǎn)換10SB4?SB

18、8手動開關(guān)5LAY37-D2黑色11KM?KM4交流接觸器4DJX-9線圈電壓：AC220V12KA1?KA3中間繼電器3HH52P線圈電壓：AC220V13HL1?HL15指示燈15AD16-22LED顯示，AC220V14YA1電磁閥1ZCT-50A線圈電壓：AC220V15YA2電磁閥1ZCT-15A線圈電壓：AC220V16YA3電動閥門裝置1LQA20-1AC38Q60W17PLC可編程控制器1FX2N-48MR繼電器輸出(5)PLC控制程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)。根據(jù)控制要求，建立SBRg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

19、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。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M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)。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)，采問題的原因，提出解用先手動再自動的調(diào)試方法，逐步進(jìn)行。遇到問題及時(shí)停機(jī)，分析產(chǎn)生決問題的方法，同時(shí)做好詳盡記錄，以備分析和改進(jìn)。圖5SBR廢水處理系統(tǒng)控制流程圖SBRW

20、水處理系統(tǒng)PLC控制程序如圖6所示。I-II1、I-LK!(lMB4J-1M3M33一liIIIT-XIXW24斗一XH07-TfX010陽1uo財(cái)Tl-kFU一n也MIOM5gTIIHl.i?l-HI?MSII一M52II一XQ07一I-HI斤W2X013X0I610人0tOOQ-11八TlTIbX0I6K0J7-1I1I-M52TI1XOIGIIII65TIX017旺TMfl樂STMO7一IH3ULI黑占3IIIIH497M37M37-HM53-tlX(K7II*1R79610IDE107mlie期124127m133140111lieIRO155161圖6SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形

21、圖程序（續(xù)3）336_T16344317351356362364368372376379383385388融3sM396KM107，IIO415圖6SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序（續(xù)5）3.SBRt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、控制面板電器平面圖及相關(guān)電氣接線圖。1）先根據(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、PLG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。依據(jù)用尸要求滿足操作方便、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