(完整版)基于PLC的小型污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、J I A N G S U U N I V E R S I T 丫可編程控制器課程設(shè)計(jì)小型污水處理控制系統(tǒng)學(xué) 院：電氣信息工程班 級(jí)：農(nóng)業(yè)電氣1101姓名學(xué)號(hào)：馬舒童學(xué) 號(hào)： 3110506015指導(dǎo)教師：刁曉燕目錄一、小型污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1 .技術(shù)要求12 .動(dòng)力設(shè)備23 .設(shè)計(jì)要求2二、小型污水處理控制系統(tǒng)程序電路圖1. 程序流程圖32. 主電路設(shè)計(jì)43. 交流控制電路設(shè)計(jì)4三、小型污水處理控制系統(tǒng)硬件軟件設(shè)計(jì)1. 可編程控制器控制電路設(shè)計(jì)52. 輸入輸出口分配63. 可編程控制器控制程序設(shè)計(jì)84. 梯形圖95. 出現(xiàn)問(wèn)題及改進(jìn)方式156. 心得15四、參考文獻(xiàn)可編程控制器課程設(shè)計(jì)

2、一一小型污水處理控制系統(tǒng)一、小型污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1. 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(shì)菌技術(shù)對(duì)校園 生活污水進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)處理后的中水可以用來(lái)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(guò)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，因此采用地埋式磚混結(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)試比較復(fù)雜，采用先進(jìn)的PLC控制技術(shù)可以提高SBR廢

3、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(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(kāi)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1所示。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(wú)水狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)閥會(huì)自動(dòng)開(kāi)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(duì)污染物進(jìn)行高效除污，即好氧處理過(guò)程。整個(gè)好氧（曝氣）時(shí)間一般需要68h。在曝氣

4、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(kāi)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(kāi)始曝氣。當(dāng)曝氣處理結(jié)束后，排空電磁閥再次開(kāi)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(wú)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(guò)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(guò)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

5、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(kāi)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(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。2. 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），均采用三相交流異步電動(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29nVh，IkW2# 清水泵：立式離心泵 LS40-32.1 ,揚(yáng)程30m 流量16nVh，3kW曝氣羅茨風(fēng)機(jī)：TSA-40, 0.7m3min，1.1kW。

6、電動(dòng)閥：閥體 D97A1X5-10ZB-125mm電動(dòng)裝置 LQ20-1, AC380V 60W3 .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。2）可執(zhí)行手動(dòng)/自動(dòng)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(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控制回路加互鎖功能。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(shuō)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(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)、控制系統(tǒng)短路保護(hù)等。PLC的6) 繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、PLC硬件電路，編制I/O接口功能表。7) 選擇電器元件、編

7、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、小型污水處理控制系統(tǒng)程序圖1.程序流程圖開(kāi)始選擇操作方式關(guān)電動(dòng)閥停 止納水N自動(dòng)操作Y打開(kāi)電動(dòng)閥低?污水位曝氣沉淀處理Y開(kāi)1#泵 清水池納水計(jì)時(shí)7.5h?NY停1#泵污水位咼？Y污水池納 入污水開(kāi)2#泵中水箱納水水箱水位咼？自動(dòng)動(dòng)行結(jié)束Y結(jié)束N自動(dòng)結(jié)束？第19頁(yè)共19頁(yè)圖2小型污水處理控制系統(tǒng)程序流程圖2.主電路設(shè)計(jì)RSTNFU4dKM5L6NL533FR4M2M31 M i K '、4 M KFR3A閥門電動(dòng)機(jī)QFMfFR25-Un WFU16I IlFU

8、2I IlFU31 IR16M11#泵(污水)2#泵(清水)風(fēng)機(jī)2 M K圖3 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9 1#清水泵M1 2#清水泵M2 曝氣風(fēng)機(jī)M3交流接觸器KM4 KM5控制電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)M4,通過(guò)正、反轉(zhuǎn)完成開(kāi) 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(guò)載保護(hù)。電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)M4控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開(kāi)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(kāi)關(guān)，既可完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟?源的作用，使用和維修方便。4) 熔斷器FU1 FU2 FU

9、3 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)。3. 交流控制電路設(shè)計(jì)1) 控制電路有電源指示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(kāi)輔助觸點(diǎn)控制。4) 4臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1 M2 M3 M4的過(guò)載保護(hù)，分別由4個(gè)熱繼電器FR1、FR2FR3 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

10、過(guò)載保護(hù)信號(hào)， KA1還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流24V信號(hào)送入PLC完 成過(guò)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YA2分別由中間繼電器KA2 和KA3觸點(diǎn)控制。L5 _220VN -HL1HL2.一KM2-1KM3-1 HL4KM1-1電源指示1#泵提示（潛水）羅茨風(fēng)機(jī)TC2#泵提示（清水）隔離變壓器1:1KA2-1 YA1HL5 HL> KA3-1 YA2-上水電磁閥KA2-2上水閥指示排空電磁閥FR1FR2-l 'FR3yFR4 -yKA10_注:電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)PLC表示米用第三種 接地方式。圖4 SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制

11、電路三、小型污水處理控制系統(tǒng)硬件軟件設(shè)計(jì)1.可編程控制器控制電路設(shè)計(jì)1）硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。了解各個(gè)控制對(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(duì)開(kāi)關(guān)量、模擬量的控制、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）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SBF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 COM短接后接入電源N端

12、。3）KM4 和KM5S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直流電源提供，所有輸入 CoM端短接后接入PLC源DC24V勺（+）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(guò)載損壞或影響其他輸入口的信號(hào)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。2. 輸入輸出口分配表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(hào)輸入口1污水池咼水位開(kāi)關(guān)信號(hào)H1I0.02污水池低水位開(kāi)關(guān)信號(hào)L1I0.13清水池咼水位開(kāi)關(guān)信號(hào)H2

13、I0.24清水池低水位開(kāi)關(guān)信號(hào)L2I0.35中水箱咼水位開(kāi)關(guān)信號(hào)H3I0.46中水箱低水位開(kāi)關(guān)信號(hào)L3I0.57起動(dòng)按鈕SB1I0.68停止按鈕SB2I0.79旋鈕開(kāi)關(guān)（自動(dòng)）SB3-1I1.010旋鈕開(kāi)關(guān)（手動(dòng)）SB3-2I1.111手動(dòng)開(kāi)電動(dòng)閥旋鈕開(kāi)關(guān)SB4I1.212手動(dòng)關(guān)電動(dòng)閥旋鈕開(kāi)關(guān)SB5I2.1131#清水泵手動(dòng)旋鈕開(kāi)關(guān)SB6I1.3142#清水泵手動(dòng)旋鈕開(kāi)關(guān)SB7I1.415電動(dòng)閥門開(kāi)起限位開(kāi)關(guān)SQ1I1.516電動(dòng)閥門關(guān)閉限位開(kāi)關(guān)SQ2I1.617電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)故障報(bào)警FR0I2.218電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警KA1I2.019曝氣風(fēng)機(jī)手動(dòng)旋鈕開(kāi)關(guān)SB8I1.7表1-2廢水處理系統(tǒng)PL

14、C輸出接口功能表工位名稱文字符號(hào)輸入口11#清水泵接觸器KM4Q0.022#清水泵接觸器KM5Q0.13開(kāi)電動(dòng)閥門接觸器KM1Q0.24關(guān)電動(dòng)閥門接觸器KM2Q0.35羅茨風(fēng)機(jī)（曝氣風(fēng)機(jī)）接觸器KM3Q0.46排空電磁閥繼電器KA2Q0.57上水電磁閥繼電器KA3Q0.68電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警指示燈HL1Q0.79污水池高水位紅色指示燈HL2Q1.010污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中水箱咼水位紅色指示燈HL6Q1.414中水箱低水位綠色指示燈HL7Q1.515電動(dòng)閥門開(kāi)啟綠色指示燈HL8Q1.616電動(dòng)閥

15、門關(guān)閉黃色指示燈HL9Q1.7J丨；！! 1D SJU6 u U-二F=1Ol1.-''''-'a.-:Sar*t * Tl 甩嗎沁HHLOQOOQOO80000000OaOoQ圖5 PLC硬件接線圖根據(jù)上述設(shè)計(jì)，對(duì)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。3. 可編程控制器控制程序設(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 5 所示，表達(dá)出各控制對(duì)象的動(dòng)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)

16、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。2) 系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試?？蛰d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(guò)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(wèn)題及時(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，密切觀察系統(tǒng)的運(yùn)行 狀態(tài)，采用先手動(dòng)再自動(dòng)的調(diào)試方法，逐步進(jìn)行。遇到問(wèn)題及時(shí)停機(jī)，分析產(chǎn)生 問(wèn)題的原因，提出解決問(wèn)題的方法，同時(shí)做好詳盡記錄，以備分析和改進(jìn)。4.梯形圖mjddewConnftH住畑I產(chǎn)料F一.1

17、.4世詢胡I群話21.2如5Ml :N rwok 5li¾電iH自動(dòng)讀廳他；.o電稠門弼村1,5敝動(dòng)闈門“皿1鬥dC )SJJmtni札 MQMlCOMnBn=Tx =p FtF15i¾'t bMM 胡-QV-1.3TiJbbjMal4<ff1S.1D.0MI EHftS L和LLlAdiU-LLIl LU.亠兀:憫M常01.3松爭(zhēng)訐3中WD 2MrrWMIC 7丄T3TINTON10fl ftg"M0,2Sj MI HCc*n<rt冃桶耳E罕寸1hrtJ.2I JSPbdIAdiKiCOmlTSnri庫(kù)芍FFMQ.3fl+ ：早件Me /NH

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19、t W科F琨営電功叩砧甲護(hù)器相吾jifiq.片上詢CII .2Necwotk 3D即青才專哇FnlINPTIoom上廬電i陽(yáng)Fl ST )W-M7排空闞關(guān)詞“:呦.？排空電ij-1.7S gSrrtE ALLjdlenCjamfterMQO-IIILht.',CHXM3 4SjlmbOII Lmtrert川二哩M耶f器G17M07h1.0中際肝啟越N0.2屮哇麗啟紺牛2M0.45. 出現(xiàn)問(wèn)題及改進(jìn)方式1) 調(diào)試時(shí)在排空電磁閥和風(fēng)機(jī)輪流啟動(dòng)關(guān)閉中把握不準(zhǔn)造成死循環(huán)，兩者 使用沒(méi)有按照要求，最后是加了幾個(gè)中間繼電器約束輸出端實(shí)現(xiàn)了器件重啟動(dòng)關(guān) 閉使要求實(shí)現(xiàn)。2) 調(diào)整中水高信號(hào)開(kāi)關(guān)作為了中間信號(hào)輸入而不是手動(dòng)輸入，使得中高信 號(hào)可以與中水低信號(hào)互鎖，保證 2者聯(lián)系，減少了手動(dòng)關(guān)閉信號(hào)的不便。3)