小型廢水處理系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、開封大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題目：小型廢水處理系統(tǒng)plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 學(xué)號： 姓名： 時(shí)間：2013年12月2日 2013年12月31日 指導(dǎo)教師：陳艷紅目 錄摘要 2一 設(shè)計(jì)任務(wù)書 3（一）技術(shù)要求 3（二）動力設(shè)備 5（三）設(shè)計(jì)要求 5二 總體設(shè)計(jì)過程 6（一）總體方案說明 6（二）原理圖設(shè)計(jì) 6（三）工藝設(shè)計(jì) 24結(jié)論 25參考資料 26摘 要廢水處理技術(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，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。小型廢水處理系統(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)

2、，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)，小型廢水處理技術(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)可以提高小型廢水處理的效率，方便操作和使用關(guān)鍵詞：廢水處理 plc控制小型廢水處理系統(tǒng)plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （開封大學(xué) 機(jī)械與汽車學(xué)院機(jī)電專業(yè)）一 小型sbr廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書（一） 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

3、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

4、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11-1 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)，電動閥會自動開起納入污水。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)電動閥門自動關(guān)閉后，排空電磁閥開起，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)

5、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#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#清水泵自動停止運(yùn)行。這時(shí)2#清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)中水箱內(nèi)水位降至低水位時(shí)，2#清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)。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，工藝要求要求有所不同，電氣控制系統(tǒng)應(yīng)

6、有參數(shù)可修正功能，以滿足廢水處理的要求。（二） 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#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。電動閥：閥體d97a1x5-10zb-125mm，電動裝置lq20-1，ac380v，60w。（三） 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)

7、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/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。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。二 sbr廢水處理電氣控制

8、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)過程（一）總體方案說明1 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、?？刂?，電動閥電動機(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。4 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)。5 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

9、。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)考慮其供電容量。plc接地端采用第三種接地方式，提高抗干擾能力。（二） 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11-2所示。圖11-2 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km

10、4、km5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。（2) 電動機(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)。（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嘟涣麟娫吹淖饔茫褂煤途S修方便。（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)。 sbr廢水處理系統(tǒng)交流控制電路如圖11-3所示。圖11-3 sbr廢水處理系統(tǒng)交流控制電路（1) 控制

11、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臺電動機(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，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

12、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：iqf1.7in=1.76a10.2a10a，選用iqf10a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，ifu2in22.5a5a，選用5a的熔體。其余熔體額

13、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)。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)動要求，如：驅(qū)動電壓的等級、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，編制i/o接口功能表。圖11-4為sbr廢水處理系統(tǒng)pl

14、c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。圖11-4 sbr廢水處理系統(tǒng)plc控制電路原理圖(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11-1和表11-

15、2分別為sbr廢水處理系統(tǒng)plc輸入和輸出接口功能表。表11-1 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h1x0002污水池低水位開關(guān)信號l1x0013清水池高水位開關(guān)信號h2x0024清水池低水位開關(guān)信號l2x0035中水箱高水位開關(guān)信號h3x0046中水箱低水位開關(guān)信號l3x0057起動按鈕（綠色）sb1x0068停止按鈕（紅色）sb2x0079旋鈕開關(guān)（自動）sb3-1x01010旋鈕開關(guān)（手動）sb3-2x01111手動開電動閥旋鈕開關(guān)sb4x01212手動關(guān)電動閥旋鈕開關(guān)sb5x013131#清水泵手動旋鈕開關(guān)sb6x014142#清水

16、泵手動旋鈕開關(guān)sb7x01515電動閥門開起限位開關(guān)sq1x01616電動閥門關(guān)閉限位開關(guān)sq2x01717電動閥電動機(jī)故障報(bào)警fr0x02018電動機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警ka1x02119曝氣風(fēng)機(jī)手動旋鈕開關(guān)sb8x02220輸入點(diǎn)備用x023x027表11-2 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

17、示燈hl12y007 （續(xù)）序號工位名稱文字符號輸入口9電動閥門開起綠色指示燈hl13y01010電動閥門關(guān)閉黃色指示燈hl14y01111開電動閥門接觸器km4y01212關(guān)電動閥門接觸器km5y01313電動機(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，編制原理圖的元器件目錄表，

18、如表11-3所示。表11-3 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1m1m4電動機(jī)4y系列三相交流異步電動機(jī)2fr1fr4熱繼電器4jr16b-20/3參照電動機(jī)整定電流3fu1fu4熔斷器12rl1-15熔體210a4fu5、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10sb4sb8手動開關(guān)5lay37-d2黑色11km1km4交流接觸器4djx-9線圈電壓：ac2

19、20v12ka1ka3中間繼電器3hh52p線圈電壓：ac220v13hl1hl15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1lqa20-1ac380，60w17plc可編程序控制器1fx2n-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sbr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

20、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)。圖11-5 sbr廢水處理系統(tǒng)控制流程圖sbr廢水處理系統(tǒng)plc控制程序如圖11-6所示。圖11-

21、6 sbr廢水處理系統(tǒng)plc控制梯形圖程序(2)圖11-6 sbr廢水處理系統(tǒng)plc控制梯形圖程序(3)圖11-6 sbr廢水處理系統(tǒng)plc控制梯形圖程序(4)圖11-6 sbr廢水處理系統(tǒng)plc控制梯形圖程序(5)圖11-6 sbr廢水處理系統(tǒng)plc控制梯形圖程序(6)圖11-6 sbr廢水處理系統(tǒng)plc控制梯形圖程序(7)(三) 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、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、plc、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。2 依據(jù)用戶要求滿足操作方便、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置圖、電器面板元件布置圖、電氣接線圖等，如圖11-7圖11-8所示。進(jìn)出引線采用接