SBR廢水處理PLC控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

數(shù)控機(jī)床控技術(shù)課程設(shè)計說明書題 目 小型SBR廢水處理PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 機(jī) 械 工 程 學(xué)院 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè)xxxx班xx號學(xué)生姓名 xxx . 指導(dǎo)教師 xxx xxx . 完成日期 2009年11月25日 . 18目 錄第1章 課程設(shè)計任務(wù)書11.1 設(shè)計要求及任務(wù)11.2 進(jìn)度安排及完成時間1第2章 SBR廢水處理系統(tǒng)工作原理與過程22.1 SBR廢水處理系統(tǒng)工作原理22.2 SBR廢水處理系統(tǒng)工作過程22.3 SBR廢水處理系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用3第3章 SBR廢水處理控制系統(tǒng)設(shè)計53.1 總體控制方案說明53.2 SBR廢水處理電氣控制設(shè)計63.3 PLC控制電路設(shè)計83.4 PLC控制程序設(shè)計12第4章 設(shè)計心得16參考文獻(xiàn)17第1章 課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目 小型SBR廢水處理PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 姓名xxx院別機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班級 xxxx學(xué)號 xx 指導(dǎo)老師 xxx xxx 教研室主任 xxx 1.1 設(shè)計要求及任務(wù)1設(shè)計要求 （1）用PLC進(jìn)行控制； （2）連續(xù)循環(huán)與單片機(jī)手動兩種工作方式； （3）程序調(diào)試。2設(shè)計任務(wù)（1）分析SBR廢水處理工作原理與過程，制定控制方案；（2）繪制工作流程框圖或順序功能圖；（3）繪制PLC的硬件接線圖及電氣原理圖；（4）相關(guān)元器件的計算與選型，制定元件明細(xì)表與I/O分配表；（5）編寫程序梯形圖或指令表；（6）編寫設(shè)計說明書。1.2 進(jìn)度安排及完成時間1設(shè)計時間安排：2009年11月16日至2009年11月27日2進(jìn)度安排 第11周：布置設(shè)計任務(wù)，查閱資料，熟悉設(shè)計要求及任務(wù)，軟硬件設(shè)計。 第12周：調(diào)試程序，整理資料，撰寫設(shè)計說明書，答辯，交設(shè)計作業(yè)（打印稿及電子稿）。第2章 SBR廢水處理系統(tǒng)工作原理與過程2.1 SBR廢水處理系統(tǒng)工作原理SBR是序列間歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運(yùn)行的活性污泥污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。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。圖1 SBR廢水處理系統(tǒng)示意圖2.2 SBR廢水處理系統(tǒng)工作過程污水處理第一階段：當(dāng)污水池中的水位處于低水位或無水狀態(tài)時，電動閥自動開啟納入污水。當(dāng)污水池納入的污水志正常高水位時，電動閥自動關(guān)閉，污水池中污水呈微氧和無氧狀態(tài)。污水處理第二階段：采用能降解大分子污染物的曝氣法，可是污水脫色、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。整個好氧（曝氣）時間一般需要68個小時。在曝氣管路中安裝排空電磁閥，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)延時空載啟動，同時污水處理池中的攪拌器也開始啟動，然后排空電磁閥關(guān)閉，污水開始曝氣。當(dāng)曝氣處理完畢后，排空電磁閥再次開起，羅茨風(fēng)機(jī)空載停機(jī)，攪拌器也停止運(yùn)行，然后排空電磁閥關(guān)閉。排空電磁閥的作用是使得羅茨風(fēng)機(jī)在無負(fù)載條件下啟動與關(guān)閉，起到保護(hù)電動機(jī)和風(fēng)機(jī)的作用。污水處理第三階段：曝氣處理結(jié)束后，使水質(zhì)自動沉淀0.5小時，PLC下達(dá)啟動1#清水泵指令，將沉淀后的水泵入到清水池中。同時拍泥泵開始工作，將沉淀出的污泥排出。當(dāng)清水池中的水位升到正常水位時，1#清水泵自動停止運(yùn)行。這時2#清水泵自動啟動向中水箱泵水，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，這時中水箱中的水全部完成處理過程可進(jìn)行正常使用。當(dāng)污水處理池中的水位降至低水位時，電動閥再次打開。同理當(dāng)清水池、中水箱中的水位降至低水位時，相應(yīng)的1#清水泵、2#清水泵再次自動啟動分別向清水池、中水箱中泵水。如此反復(fù)循環(huán)進(jìn)行。2.3 SBR廢水處理系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用由于SBR廢水處理系統(tǒng)的核心是SBR反應(yīng)池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統(tǒng)。正是SBR工藝這些特殊性使其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、理想的推流過程使生化反應(yīng)推動力增大，效率提高，池內(nèi)厭氧、好氧處于交替狀態(tài)，凈化效果好。2、運(yùn)行效果穩(wěn)定，污水在理想的靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀，需要時間短、效率高，出水水質(zhì)好。3、耐沖擊負(fù)荷，池內(nèi)有滯留的處理水，對污水有稀釋、緩沖作用，有效抵抗水量和有機(jī)污物的沖擊。4、工藝過程中的各工序可根據(jù)水質(zhì)、水量進(jìn)行調(diào)整，運(yùn)行靈活。5、處理設(shè)備少，構(gòu)造簡單，便于操作和維護(hù)管理。6、反應(yīng)池內(nèi)存在DO、BOD5濃度梯度，有效控制活性污泥膨脹。7、SBR法系統(tǒng)本身也適合于組合式構(gòu)造方法，利于廢水處理廠的擴(kuò)建和改造。8、脫氮除磷，適當(dāng)控制運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)交替，具有良好的脫氮除磷效果。9、工藝流程簡單、造價低。主體設(shè)備只有一個序批式間歇反應(yīng)器，無二沉池、污泥回流系統(tǒng)，調(diào)節(jié)池、初沉池也可省略，布置緊湊、占地面積省。由于上述技術(shù)特點(diǎn)，SBR廢水處理系統(tǒng)進(jìn)一步拓寬了活性污泥法的使用范圍。根據(jù)其技術(shù)條件和特點(diǎn)，SBR廢水處理系統(tǒng)更適合以下情況：1、中小城鎮(zhèn)生活污水和廠礦企業(yè)的工業(yè)廢水，尤其是間歇排放和流量變化較大的地方。2、需要較高出水水質(zhì)的地方，如風(fēng)景游覽區(qū)、湖泊和港灣等，不但要去除有機(jī)物，還要求出水中除磷脫氮，防止河湖富營養(yǎng)化。3、水資源緊缺的地方。SBR系統(tǒng)可在生物處理后進(jìn)行物化處理，不需要增加設(shè)施，便于水的回收利用。4、用地緊張的地方。SBR污水處理系統(tǒng)占地面積小，有效地節(jié)省土地從而為用地緊張的地方的污水處理提供了有效地解決辦法。5、非常適合處理小水量，間歇排放的工業(yè)廢水與分散點(diǎn)源污染的治理。第3章 SBR廢水處理控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 總體控制方案說明1、 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。1）實(shí)時性。由于控制器產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)是基于控制為前提，信號處理時間短，速度快?；谛盘柼幚砗统绦蜻\(yùn)行的速度，PLC經(jīng)常用于處理工業(yè)控制裝置的安全聯(lián)鎖保護(hù)。更能滿足各個領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項目。2）高可靠性。所有的I/O輸入輸出信號均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與控制器內(nèi)部電路之間電氣上隔離。各輸入端均采用R-C濾波器。各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾。采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采取有效措施，以防止故障擴(kuò)大。3）安裝簡單，維修方便。可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。4）質(zhì)優(yōu)價廉，性價比高?；赑LC控制系統(tǒng)的以上優(yōu)勢以及廢水處理系統(tǒng)所處的復(fù)雜環(huán)境，所以本系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行控制。2、污水處理池、清水池、中水箱中分別安放高水位、低水位的水位檢測開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)對水位的準(zhǔn)確測定以控制各驅(qū)動電機(jī)適時的開啟和停止。3、電動閥電機(jī)、1#清水泵、2#清水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、攪拌器驅(qū)動電機(jī)分別由交流接觸器完成啟、?？刂?，并采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。4、羅茨風(fēng)機(jī)的控制要保證其在空載時啟動與停機(jī)，因此需在曝氣管上安裝排空電磁閥并在啟動和關(guān)閉風(fēng)機(jī)之前打開排空電磁閥，待風(fēng)機(jī)啟動和關(guān)閉之后再關(guān)閉排空電磁閥。5、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)。3.2 SBR廢水處理電氣控制設(shè)計1、SBR廢水處理系統(tǒng)的主電路設(shè)計SBR廢水處理系統(tǒng)的主電路圖如圖2所示。圖2 SBR廢水處理系統(tǒng)主電路圖1）主回路中交流接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分別控制1#清水泵、2#清水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、污水?dāng)嚢杵鳌⑴拍啾?，KM6、KM7通過控制電控閥驅(qū)動電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)電控閥門的開啟和關(guān)閉。2）電動機(jī)M1、M2、M3、M4、M5、M6分別由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。3）QF為電源總開關(guān)，既可以完成對主電路的短路保護(hù)又實(shí)現(xiàn)了分?jǐn)嗳嘟涣麟姷淖饔?，使用和維修方便。4）熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6分別實(shí)現(xiàn)了對個負(fù)載電路的短路保護(hù)，F(xiàn)U7、FU8則分別用于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SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制電路如圖3所示。圖3 SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制電路圖1）交流控制電路中由電源指示燈Ld1對電源情況進(jìn)行提示，PLC控制電路的供電回路采用隔離變壓器和濾波器進(jìn)行調(diào)整，以防止電源的干擾保證控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定的進(jìn)行工作。2）1#清水泵、2#清水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、污水?dāng)嚢杵鳌⑴拍啾?、電動閥開啟、電動閥關(guān)閉、排空電磁閥分別由運(yùn)行指示燈Ld2Ld9進(jìn)行提示，并由KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8接觸器的常開輔助觸點(diǎn)進(jìn)行控制。3）6個電機(jī)的過載保護(hù)分別由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6來實(shí)現(xiàn)。將他們的常開觸點(diǎn)并聯(lián)后與中間繼電器KA連接構(gòu)成過載保護(hù)信號，同時中間繼電器還起到了電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流電壓轉(zhuǎn)換成直流24V電壓信號傳送入PLC中實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)控制功能。4）1#清水泵、2#清水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、污水?dāng)嚢杵?、排泥泵、電動閥開啟、電動閥關(guān)閉、排空電磁閥的開關(guān)繼電器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8分別由繼電器開關(guān)M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8進(jìn)行控制。并且將KM6和KM7進(jìn)行互鎖保證電動閥開啟或關(guān)閉間的相互隔離。而KM3、KM4的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在KM1繼電器中是為了保證1#清水泵在羅茨風(fēng)機(jī)和攪拌器停止工作時工作，從而使得1#清水泵泵入的水源的使用安全。3.3 PLC控制電路設(shè)計1、 PLC控制電路的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計PLC控制電路的硬件接線圖如圖4所示。本系統(tǒng)采用具有24個輸入口和24個輸出口的FX2N-48M型號的PLC進(jìn)行控制。輸出接地端口COM1、COM2短接后連到電源的L3端并由繼電器KM來控制其導(dǎo)通與斷開。并與緊急停止按鈕和運(yùn)行按鈕一起構(gòu)成PLC電源的控制電路，以保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時）能及時可靠地切斷PLC電源保護(hù)PLC電路。KM6和KM7接觸器線圈支路，設(shè)計了互鎖電路，以防止誤操作故障。KM1接觸器與KM3和KM4的常閉口進(jìn)行串接，從而保證1#清水泵在羅茨風(fēng)機(jī)或污水?dāng)嚢桦姍C(jī)工作時不能啟動，即防止1#清水泵將還沒有凈化處理好的廢水泵入清水池中，從而保證處理后的水質(zhì)的安全。轉(zhuǎn)換開關(guān)SW的3個檔位分別對應(yīng)著X0、X1、X2輸入端口，以作為手動程序、自動程序以及停止運(yùn)行程序的轉(zhuǎn)換控制。輸出端所驅(qū)動的中間輔助繼電器繼電器M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8分別用來控制1#清水泵、2#清水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、污水?dāng)嚢杵?、排泥泵、電動閥開啟、電動閥關(guān)閉、排空電磁閥的開關(guān)繼電器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8。圖4 PLC控制電路硬件接線圖SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸入輸出接口功能表以及元器件目錄表分別如表1、表2、表3所示。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對應(yīng)輸入端口1手動程序啟動信號SW-1X0002程序結(jié)束信號SW-2X0013自動程序啟動信號SW-3X0024污水池低水位信號L1X0035污水池高水位信號H1X0046清水池低水位信號L2X0057清水池高水位信號H2X0068中水箱低水位信號L3X0079中水箱高水位信號H3X01010手動排空電磁閥開關(guān)信號K7X01111手動風(fēng)機(jī)、攪拌器開關(guān)信號K3X01212手動電動閥開信號K5X01313手動電動閥關(guān)信號K6X01414手動1#泵開關(guān)信號K1X01515手動2#泵開關(guān)信號K2X01616手動排泥泵開關(guān)信號K4X01717電動閥門到頂信號SQ1X02018電動閥門到底信號SQ2X021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對應(yīng)輸入端口1手動程序運(yùn)行指示燈Ld8Y0002自動程序運(yùn)行指示燈Ld9Y0013電動閥門開起KM6Y0024排空電磁閥KM8Y0035羅茨風(fēng)機(jī)接觸器KM3Y0046攪拌電機(jī)接觸器KM4Y00571#泵接觸器KM1Y00682#泵接觸器KM2Y0079排泥泵接觸器KM5Y01010電動閥門關(guān)閉KM7Y011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1M1立式離心泵1LS50-10-A揚(yáng)程10m,流量29m/h,1KW2M2立式離心泵1LS40-32.1揚(yáng)程30m,流量16m/h,3KW3M3羅茨風(fēng)機(jī)1L22LD流量2.3m/min,4KW4M4M6電動機(jī)3Y系列三相交流異步電機(jī)5FU1FU7熔斷器19RL1-5熔體210A6FR1FR8熱繼電器8JR16B-20/3參照電機(jī)的額定電流7TC隔離變壓器1BK-100變比1：1，AC220V8SW轉(zhuǎn)換開關(guān)1LAY37-D2手動/自動轉(zhuǎn)換9KM1KM8交流接觸器8CJX2-3210Ld1Ld9指示燈9AD16-22LED指示燈 AC220V11K1K7閘刀開關(guān)7HD17AC220V12SQ1、SQ2限位開關(guān)27551250V/3A13PLC可編程控制器1FX2N-48M繼電器輸出14L1-L3 H1-H3超聲波液位計3HL2000量程510m3.4 PLC控制程序設(shè)計根據(jù)控制要求，建立SBR廢水處理系統(tǒng)的控制流程圖如圖5所示，表達(dá)出各控制對象的動作順序，互相間的控制關(guān)系。圖5 SBR廢水處理系統(tǒng)的控制流程圖根據(jù)以上流程圖編制梯形圖，并運(yùn)用MELSEC PLC編程軟件編寫梯形圖并轉(zhuǎn)化為指令表傳送到PLC中，并在PLC試驗臺中進(jìn)行功能程序的調(diào)試。編制的梯形圖程序如下：由于起保停電路僅僅使用與觸電和線圈有關(guān)的指令，任何一種PLC的指令系統(tǒng)都有這類指令，因此起保停電路編程是一種通用的編程方法，可以用于任何一種型號的PLC使用范圍很廣。為了提高程序的通用性所以本系統(tǒng)的控制梯形圖采用起保停電路進(jìn)行編寫。其中手動程序通過子程序來進(jìn)行調(diào)用，而自動程序通過主控指令來調(diào)用控制。小時定時器運(yùn)用具有電池后備的數(shù)據(jù)寄存器D210、D211單元進(jìn)行計時，以保證在斷電的狀態(tài)下其仍能正常的計時，保證曝氣反應(yīng)的充分進(jìn)行。另有定時器T1和計數(shù)器C1保證1#清水泵的工作在污水充分沉淀后進(jìn)行，來保證用水安全。第4章 設(shè)計心得兩周的數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)課程設(shè)計，從接受任務(wù)書、查閱資料到編程調(diào)試、選擇元器件，再到說明書的編寫。從中自己得到的收獲是非常多的，不論是專業(yè)知識的滾故拓廣，還是設(shè)計過程的熟悉都給自己多增添了很多難得的經(jīng)歷，也給自己留下了不少的設(shè)計理念。在學(xué)習(xí)完P(guān)