PLC污水處理系統(tǒng)課程設(shè)計

1、電氣控制技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書班級： 姓名： 學(xué)號： 設(shè)計題目： 廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 一、設(shè)計目的進(jìn)一步鞏固理論知識，培養(yǎng)所學(xué)理論知識在實(shí)際中的應(yīng)用能力；掌握一般生產(chǎn)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方法；掌握一般生產(chǎn)電氣控制系統(tǒng)的施工設(shè)計、安裝與調(diào)試方法；培養(yǎng)查閱圖書資料、工具書的能力；培養(yǎng)工程繪圖、書寫技術(shù)報告的能力。二、設(shè)計任務(wù)及要求掌握PLC工作原理、編程及調(diào)試方法及應(yīng)用技術(shù)；根據(jù)控制要求，制定合理的設(shè)計方案；.正確選用PLC，確定輸入、輸出設(shè)備；PLC的I/O點(diǎn)分配，并繪制其連接圖，以及其它外部硬件圖；設(shè)計PLC控制程序；繪制有關(guān)圖紙；編制設(shè)計說明書。三、控制要求1SBR廢水處理工藝的技術(shù)要求SB

2、R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。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，SBR廢水處理技術(shù)工藝參數(shù)變化大，硬件設(shè)計選型與設(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

3、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 所示。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，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，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。整個好氧（曝氣）時間一般需要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

4、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，1#清水泵自動停止運(yùn)行。這時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，2#清水泵自動停止運(yùn)行，這時中水箱內(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，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，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

5、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)有參數(shù)可修正功能，以滿足廢水處理的要求。2SBR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，AC38

6、0V，60W。四、設(shè)計時間安排查找相關(guān)資料（1天）、設(shè)計并繪制系統(tǒng)原理圖（2天）、設(shè)計PLC控制程序（2天）、模擬調(diào)試（2天）、編寫設(shè)計報告（2天）和答辯（1天）。五、主要參考文獻(xiàn)1.黃永紅.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù), 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2011.2.王建華. 電氣工程師手冊, 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.3.吳曉君. 電氣控制課程設(shè)計指導(dǎo), 北京: 中國建材工業(yè)出版社, 2007.指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日14廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要一 設(shè)計目的課程設(shè)計的主要目的是通過PLC廢水處理設(shè)備的電氣控制裝置的設(shè)計實(shí)踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計過程、設(shè)計要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容

7、和具體方法。通過設(shè)計也有助于復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)的知識，達(dá)到靈活運(yùn)用的目的。電氣設(shè)計必須滿足生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設(shè)計之前必須了解PLC廢水處理設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計工作的的整體概念。課程設(shè)計應(yīng)強(qiáng)調(diào)能力培養(yǎng)為主，注意獨(dú)立工作能力的培養(yǎng)與提高，綜合運(yùn)用專業(yè)知識的能力。二 設(shè)計意義我國水資源短缺，城市缺水問題突出，廢水處理是戰(zhàn)略選擇，意義重大。城市廢水處理用在替代清潔水源的同時減少了廢水排放量，降低城市排污負(fù)荷，具有水量穩(wěn)定，輸水距離短，制水成本低等優(yōu)點(diǎn)，是解決城市缺水問題的戰(zhàn)略選擇。廢水處理是推進(jìn)城市化建設(shè)的客觀需要，是實(shí)現(xiàn)水資源合理配置、循環(huán)利用的重要手

8、段，對建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會意義重大。三 設(shè)計過程根據(jù)控制要求，建立PLC廢水處理系統(tǒng)控制流程圖，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，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。雖然沒有實(shí)際的PLC來仿真和調(diào)試，只在計算機(jī)上采用軟件仿真，但其過程非常接近實(shí)際。采用先自動再手動的調(diào)試方法，逐步進(jìn)行。遇到問題及時分析，找出產(chǎn)生問題的原因，提出解決問題的方法，直到仿真符合實(shí)際情況。四 關(guān)鍵詞： PLC, 廢水目 錄第一章 廢水處理電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計11.1 設(shè)計要求11.2 總體設(shè)計方案21.

9、3 廢水處理電氣控制原理圖設(shè)計31.3.1 主電路設(shè)計31.3.2 PLC控制電路設(shè)計31.3.3 PLC控制程序設(shè)計6第二章 課程設(shè)計總結(jié)14參考文獻(xiàn)15第一章 廢水處理電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計1.1 設(shè)計要求廢水處理技術(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。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

10、。同時，廢水處理技術(shù)工藝參數(shù)變化大，硬件設(shè)計選型與設(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)示意圖如圖所示。圖1-1 廢水處理系統(tǒng)示意圖廢水處理應(yīng)滿足兩個階段：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，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，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

11、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。整個好氧（曝氣）時間一般需要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，1#清水泵自動停止運(yùn)行。這時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，2#清水

12、泵自動停止運(yùn)行，這時中水箱內(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，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，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)。1.2 總體設(shè)計方案1 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、?？刂啤? 污水池、清水池、中水水箱水位檢測開關(guān)。3 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，用以完成各個電動機(jī)系統(tǒng)的過載保護(hù)。4 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。5 主電

13、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)。1.3 廢水處理電氣控制原理圖設(shè)計1.3.1 主電路設(shè)計 廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖所示圖1-2 廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路1 主回路中交流接觸器KM4、KM5、KM3分別控制1#清水泵M4、2#清水泵M5、曝氣風(fēng)機(jī)M3；交流接觸器KM1、KM2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)。 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?，使用和維修方便。4 熔斷器FU1、FU2、F

14、U3、FU4分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。1.3.2 PLC控制電路設(shè)計硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計了解各個控制對象的驅(qū)動要求，選擇適合的PLC機(jī)型，分析對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。根據(jù)硬件選型及工藝要求，編制I/O接口分配表表，繪制PLC控制電路原理圖。I/O接口分配表表如下圖所示：表1-1 廢水處理系統(tǒng)PLC輸入接口功能表工位名稱文字符號輸入口1廢水池高水位開關(guān)信號H1I0.02廢水池低水位開關(guān)信號L1I0.13清水池高水位開關(guān)信號H2I0.24清水池低水位開關(guān)信號L2I0.35中水箱高水位開關(guān)信號H3I0.46中水箱低水位開關(guān)信號L3I0.57起動按鈕SB1

15、I0.68停止按鈕SB2I0.79自動旋鈕開關(guān)QS1I1.010手動旋鈕開關(guān)QS2I1.111手動電動閥旋鈕開關(guān)QS3I1.2131#清水泵手動旋鈕開關(guān)QS4I1.3142#清水泵手動旋鈕開關(guān)QS5I1.415電動閥門開起限位開關(guān)SQ1I1.516電動閥門關(guān)閉限位開關(guān)SQ2I1.617曝氣風(fēng)機(jī)手動旋鈕開關(guān)QS6I1.718電動機(jī)熱保護(hù)器報警KA1I2.019輸入點(diǎn)備用I2.1-I2.7表1-2 廢水處理系統(tǒng)PLC輸出接口功能表工位名稱文字符號輸入口11#清水泵接觸器KM4Q0.022#清水泵接觸器KM5Q0.13開電動閥門接觸器KM1Q0.24關(guān)電動閥門接觸器KM2Q0.35羅茨風(fēng)機(jī)接觸器KM

16、3Q0.46排空電磁閥繼電器KA2Q0.57上水電磁閥繼電器KA3Q0.68電動機(jī)熱保護(hù)器報警指示燈HL1Q0.79廢水池高水位紅色指示燈HL2Q1.010廢水池低水位綠色指示燈HL3Q1.111清水池高水位紅色指示燈HL4Q1.212清水池低水位綠色指示燈HL5Q1.313中水箱高水位紅色指示燈HL6Q1.414中水箱低水位綠色指示燈HL7Q1.515輸出口備用Q1.6，Q1.7PLC硬件接線圖如下圖所示圖1-3 PLC硬件接線圖根據(jù)設(shè)計需要，18輸入、14輸出，還需留一定裕量，因此選擇CPU226。根據(jù)設(shè)計要求接線。1.3.3 PLC控制程序設(shè)計1、 程序設(shè)計。根據(jù)控制要求，建立廢水處理系

17、統(tǒng)控制流程圖（流程圖如下圖所示），表達(dá)出各控制對象的動作順序，相互間的制約關(guān)系。根據(jù)所選PLC的類型，在STEP7上進(jìn)行控制系統(tǒng)的程序設(shè)計，包括主程序、其他輔助程序的等的梯形圖和語句表。2、 系統(tǒng)的仿真。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)，采用先自動再手動的調(diào)試方法，逐步進(jìn)行。遇到問題認(rèn)真思考，分析產(chǎn)生問題的原因，提出解決問題的方法，直到解決問題。圖1-4 廢水處理系統(tǒng)控制流程圖廢水處理系統(tǒng)控制梯形圖如下所示：語句表如下：第二章 課程設(shè)計總結(jié)我設(shè)計的是廢水處理電氣控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在PLC的控制下，可以實(shí)現(xiàn)污水處理功能。其中污水處理包括納入污水、曝氣處理、污水吸入清水池、沉淀處理、最后吸入中水箱。不僅能自動進(jìn)行，而且還能手動進(jìn)行。由于缺乏這方面的了解，剛開始確實(shí)不知道從何下手做，通過各方面查閱資料、找老師指導(dǎo)等的學(xué)習(xí)，我們基本學(xué)會了PLC設(shè)計的步驟和方法。通過這次設(shè)計，我學(xué)會了PLC 的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深的了解，在對理論的運(yùn)用中，提高了我的工程素質(zhì)，同時學(xué)會了PLC編程軟件和仿真軟件的運(yùn)用。以前對一些知識的細(xì)節(jié)不注意，導(dǎo)致了我此次設(shè)計走了好多彎路，花費(fèi)了許多本不必要的時間