小型SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書

1、小型SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書1.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)實生活中校園生活區(qū)較為狹小的特點,力求達到設(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,采用先進的PLC 控制技術(shù)可以提高SBR廢水處理的

2、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、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。納入污水排空電磁閥空氣風(fēng)機生物菌泥污水處理池水位電極1#清水泵清水池水位電極2#清水泵中水中水箱上水電磁閥水位電極電動閥圖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,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

3、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)機空載停機,然后排空電磁閥延時關(guān)閉。曝氣風(fēng)機在無負荷條件下起動和停止,能起到保護電動機和風(fēng)機的作用。經(jīng)過0.5h的水質(zhì)沉淀,PLC下達起動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#清水泵自動停止運行。這時2#清水泵自動起動向中水箱泵水,當(dāng)水箱內(nèi)達到正常高水位時,2#清水

4、泵自動停止運行,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)。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。2.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、電動閥,均采用三相交流異步電動機,電動機和電磁閥(AC220V選配選配防水防潮型。1#清水泵:立式離心泵LS50-10-A,揚程10m,流量29m3/h,1kW。2#清水泵:立式離心

5、泵LS40-32.1,揚程30m,流量16m3/h,3kW。曝氣羅茨風(fēng)機:TSA-40,0.7m3/min,1.1kW。電動閥:閥體D97A1X5-10ZB-125mm,電動裝置LQ20-1,AC380V,60W。3.SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計要求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時整定參數(shù)。3 電動閥上驅(qū)動電動機為正、反轉(zhuǎn)雙向運行,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,并在圖中表示或說明。5 為了設(shè)備安全運行,考慮必要的保護措施,入如電動機過熱

6、保護、控制系統(tǒng)短路保護等。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廢水處理電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計過程1.總體方案說明1 SBR 廢水處理系統(tǒng)控制對象電動機均由交流接觸器完成起、?？刂?電動閥電動機要采用正、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,其內(nèi)部設(shè)有過載保護開關(guān),為常閉觸點,作為電動閥過載保護信號,PLC 控制電

7、路考慮該信號邏輯關(guān)系。4 1#清水泵、2#清水泵、羅茨風(fēng)機電動機、電動閥電動機分別采用熱繼電器實現(xiàn)過載保護,其熱繼電器的常開觸點通過中間繼電器轉(zhuǎn)換后,作為PLC 的輸入信號,用以完成各個電動機系統(tǒng)的過載保護。5 羅茨風(fēng)機的控制要求在無負載條件下起動或停機,需要在曝氣管路上設(shè)置排空電磁閥。6 主電路用斷路器,各負載回路和控制回路以及PLC 控制回路采用熔斷器,實現(xiàn)短路保護。7 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。8 PLC 選用繼電器輸出型。9 PLC 自身配有24V 直流電源,外接負載時考慮其供電容量。PLC 接地端采用第

8、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(1 主電路設(shè)計 SBR 廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖2所示。M1M2S K M 1K M 2FU 1 M3T K M 3RNN L5L6FR1FR2FR31#泵(污水2#泵(清水風(fēng)機M4FR4K M 4KM5FU 4FU 3FU 2閥門電動機F U 5F U 63333QF圖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M3;交流接觸器KM4、KM5控制電動閥電動機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M1、M2、M3、

9、M4由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實現(xiàn)過載保護。電動閥電動機M4控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護開關(guān),對閥門電動機M4實現(xiàn)雙重保護。3 QF 為電源總開關(guān),既可完成主電路的短路保護,又起到分斷三相交流電源的作用,使用和維修方便。4 熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4分別實現(xiàn)各負載回路的短路保護。FU5、FU6分別完成交流控制回路和PLC 控制回路的短路保護。(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。1#泵提示(潛水L5NHL1HL2HL3HL4YA1HL5YA2KA1FR1FR2FR3FR4KM1-1KM2-1KM3-1KA2-1KA2-2KA3-1TC 220隔

10、離變壓器1:1L N+24VDC COM PLC注:電源指示2#泵提示(清水羅茨風(fēng)機上水電磁閥上水閥指示排空電磁閥表示采用第三種接地方式。220V 電動機過載保護圖3 SBR 廢水處理系統(tǒng)交流控制電路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,可以配置標準型、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M3分別有運行指示燈HL1、HL2、HL3,由KM1、KM2、KM3接觸器常開輔助觸點控制。4 4臺電動機M1、M2、M3、M4的過載保護,分別由4個熱繼電器FR1

11、、FR2、FR3、FR4實現(xiàn),將其常閉觸點并聯(lián)后與中間繼電器KA1連接構(gòu)成過載保護信號,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觸點控制。(3 主要參數(shù)計算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載交流電動機,斷路器過電流脫扣值按電動機起動電流的1.7倍整定。SBR廢水處理系統(tǒng)有3kW 負載電動機一臺,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臺電動機單獨起動運行,因此可根據(jù)3kW電動機選擇自

12、動開關(guān)QF脫扣電流I QF:I QF=1.7I N=1.7×6A=10.2A10A,選用I QF=10A的斷路器。2 熔斷器FU熔體額定電流I FU。以曝氣風(fēng)機為例,I FU2I N=2×2.5A=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。3 熱繼電器的選擇請參考有關(guān)技術(shù)手冊,自行計算參數(shù)。(4 PLC控制電路設(shè)計包括PLC硬件結(jié)構(gòu)配置及PLC控制原理電路設(shè)計。1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計。了解各個控制對象的驅(qū)動要求,如:驅(qū)動電壓的等級、負載的性質(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

13、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)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載供電,輸出回路所有COM端短接后接入電源N端。LHL8HL10DC24V X0X2X4X6X10X12X14X16X20X22X24X26COMX1X3X5X7X11X13X15X17X21X23X25X2724+AC100224VN COM1Y1Y3Y5Y7 COM2COM3COM4Y17Y0

14、Y2Y4Y6Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16輸出端輸入端0.7電動閥控制器K A 1-1S B 8S B 3-1S B 4S B 5S B 6S B 7S B 2S B 1L3L2L1H1H2H3KM4KM5KM3KA3NL6K M 1K M 2HL7HL9HL11HL13HL12HL14K M 5-1K M 4-1KA2HL6S Q 1S Q 2F R 0FX 2N -48MRS B 3-2圖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

15、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,每個輸出點額定控制容量為AC250V ,2A 。 表1和表2分別為SBR 廢水處理系統(tǒng)PLC 輸入和輸出接口功能表。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 輸入口 1 污水池高水位開關(guān)信號 H1 X000 2 污水池低水位開關(guān)信號 L1 X001 3 清水池高水位開關(guān)信號 H2 X002 4 清水池低水位開關(guān)信號 L2 X003 5

16、 中水箱高水位開關(guān)信號 H3 X004 6 中水箱低水位開關(guān)信號 L3 X005 7 起動按鈕(綠色 SB1 X006 8 停止按鈕(紅色 SB2 X007 9 旋鈕開關(guān)(自動 SB3-1 X010 10旋鈕開關(guān)(手動SB3-2X01111 手動開電動閥旋鈕開關(guān)SB4 X01212 手動關(guān)電動閥旋鈕開關(guān)SB5 X01313 1#清水泵手動旋鈕開關(guān)SB6 X01414 2#清水泵手動旋鈕開關(guān)SB7 X01515 電動閥門開起限位開關(guān)SQ1 X01616 電動閥門關(guān)閉限位開關(guān)SQ2 X01717 電動閥電動機故障報警FR0 X02018 電動機熱保護器報警KA1 X02119 曝氣風(fēng)機手動旋鈕開關(guān)

17、SB8 X02220 輸入點備用X023X027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輸入口1 1#清水泵接觸器KM1 Y0002 2#清水泵接觸器KM2 Y0013 污水池高水位紅色指示燈HL7 Y0024 污水池低水位綠色指示燈HL8 Y0035 清水池高水位紅色指示燈HL9 Y0046 清水池低水位綠色指示燈HL10 Y0057 中水箱高水位紅色指示燈HL11 Y0068 中水箱低水位綠色指示燈HL12 Y007(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HL13 Y01010 電動閥門關(guān)閉黃色指示燈HL14 Y01111 開電動閥門接觸器KM4 Y

18、01212 關(guān)電動閥門接觸器KM5 Y01313 電動機熱保護器報警紅色指示燈HL6 Y01414 羅茨風(fēng)機(曝氣風(fēng)機接觸器KM3 Y01515 排空電磁閥繼電器KA3 Y01616 上水電磁閥繼電器KA2 Y01717 輸出口備用Y020Y0276 根據(jù)上述設(shè)計,對照主回路檢查交流控制回路、PLC控制回路、各種保護聯(lián)鎖電路、PLC控制程序等,全部符合設(shè)計要求后,繪制出最終的電氣原理圖。7 根據(jù)設(shè)計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1 M1M4 電動機 4 Y系列三相交流異步電動機2 FR1FR4 熱繼

19、電器 4 JR16B-20/3 參照電動機整定電流3 FU1FU4 熔斷器12 RL1-15 熔體210A4 FU5、FU6 熔斷器 2 RT16-32X 熔體2A5 QF 斷路器 1 C45AD 脫扣電流10A6 TC 隔離變壓器 1 BK-100 變比1:1,AC220V7 SB1 起動按鈕 1 LAY37 綠色8 SB2 停止按鈕 1 LAY37 紅色9 SB3 轉(zhuǎn)換開關(guān) 1 LAY37-D2 手動/自動轉(zhuǎn)換10 SB4SB8 手動開關(guān) 5 LAY37-D2 黑色11 KM1KM4 交流接觸器 4 DJX-9 線圈電壓:AC220V12 KA1KA3 中間繼電器 3 HH52P 線圈電壓

20、:AC220V13 HL1HL15 指示燈15 AD16-22 LED顯示,AC220V14 YA1 電磁閥 1 ZCT-50A 線圈電壓:AC220V15 YA2 電磁閥 1 ZCT-15A 線圈電壓:AC220V16 YA3 電動閥門裝置 1 LQA20-1 AC380,60W17 PLC 可編程序控制1 FX2N-48MR 繼電器輸出器(5 PLC控制程序設(shè)計1 程序設(shè)計。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

21、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,針對運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)問題及時分析、調(diào)整程序或參數(shù)。3 系統(tǒng)動態(tài)調(diào)試及運行。在動態(tài)帶負載狀態(tài)下調(diào)試,密切觀察系統(tǒng)的運行狀態(tài),采用先手動再自動的調(diào)試方法,逐步進行。遇到問題及時停機,分析產(chǎn)生問題的原因,提出解決問題的方法,同時做好詳盡記錄,以備分析和改進。開始選擇操作方式自動?自動操作打開電動閥污水位 NY曝氣沉淀處理關(guān)電動閥停止納水N污水池納 入污水低?Y計時7.5h ?

22、YN開1#泵清水池納水污水位高?NY 停1#泵手動操作手動NY手動控制運行手動操作結(jié)束開2#泵中水箱納水中水箱水位高?N Y 停2#泵自動動行結(jié)束自動N結(jié)束開機?結(jié)束?Y圖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6所示。 圖6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序 圖6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序(續(xù)1 圖6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序(續(xù)2 圖6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序(續(xù)3 圖6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序(續(xù)4 圖6 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序(續(xù)53.SBR廢水處理系統(tǒng)電氣工藝設(shè)計按設(shè)計

23、要求設(shè)計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、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