plc課程設計--生活污水凈化控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　生活污水凈化控制系統(tǒng)2</p><p>　　一、生活污水處理電氣控制系統(tǒng)2</p><p>　　1．污水處理工藝的技術(shù)要求2</p><p>　　2．污水處理系統(tǒng)動力設備3</p><p>　　3．污水處理電氣控制系統(tǒng)設計要求

2、4</p><p>　　二、污水處理電氣控制系統(tǒng)總體設計過程4</p><p>　　1．總體方案說明4</p><p>　　2．污水處理電氣控制原理圖設計5</p><p>　　3．污水處理系統(tǒng)電氣工藝設計21</p><p>　　4．編寫設計說明書、使用說明書和項目設計小結(jié)22</p>&l

3、t;p>　　5．設計用參考資料23</p><p>　　生活污水凈化控制系統(tǒng)</p><p>　　一、生活污水處理電氣控制系統(tǒng)</p><p>　　1．污水處理工藝的技術(shù)要求</p><p>　　污水處理技術(shù)是一種綠色、環(huán)保、可循環(huán)利用的污水處理技術(shù)，采用生物工程技術(shù)對生活污水進行處理，經(jīng)過處理后的中水可以用來澆灌花草、洗車等對水質(zhì)要

4、求不是特別嚴格的領域，應用這一裝置可以節(jié)約生活用水。</p><p>　　采用先進的PLC控制技術(shù)可以提高污水處理的效率，方便操作和使用。污水處理系統(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、中水水箱中分別設置液位開關，用以檢測水池與水箱中的水位。污水處理系統(tǒng)示意圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 污水處理系統(tǒng)示

5、意圖</p><p>　　污水處理的第一階段：當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。當污水池納入的污水至正常高水位時，電動閥自動關閉，污水池中污水呈微氧和厭氧狀態(tài)。</p><p>　　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值并對污染物進行高效除污，即好氧處理過程。整個好氧（曝氣）時間一般需要6～8h。在曝氣管路上

6、安裝了排空電磁閥，當電動閥門自動關閉后，排空電磁閥開起，羅茨風機延時空載起動，然后排空電磁閥關閉，污水池開始曝氣。當曝氣處理結(jié)束后，排空電磁閥再次開起，羅茨風機空載停機，然后排空電磁閥延時關閉。曝氣風機在無負荷條件下起動和停止，能起到保護電動機和風機的作用。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，當水箱內(nèi)

7、達到正常高水位時，2#清水泵自動停止運行，這時中水箱內(nèi)的水全部完成處理過程。</p><p>　　如上所示，當中水箱內(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。</p><p>　　污水處理技術(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)應有參數(shù)可修正功能，以滿足污水處理的

8、要求。</p><p>　　2．污水處理系統(tǒng)動力設備</p><p>　　污水處理系統(tǒng)中所使用的動力設備（水泵、羅茨風機、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。</p><p>　　1#清水泵：立式離心泵LS50-10-A，揚程10m，流量29m3/h，1kW。</p><p>　　2#清水泵：

9、立式離心泵LS40-32.1，揚程30m，流量16m3/h，3kW。</p><p>　　曝氣羅茨風機：TSA-40，0.7m3/min，1.1kW。</p><p>　　電動閥：閥體D97A1X5-10ZB-125mm，電動裝置LQ20-1，AC380V，60W。</p><p>　　3．污水處理電氣控制系統(tǒng)設計要求</p><p>　　1

10、) 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。</p><p>　　2) 可執(zhí)行手動/自動兩種方式，應能按照工藝要求編輯程序并可實時整定參數(shù)。</p><p>　　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。</p><p>　　4) PLC的接地應按手冊中的要求設計，并在圖中表示或說明。&l

11、t;/p><p>　　5) 為了設備安全運行，考慮必要的保護措施，入如電動機過熱保護、控制系統(tǒng)短路保護等。</p><p>　　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。</p><p>　　7) 選擇電器元件、編制元器件目錄表。</p><p>　　8) 繪制接線圖、電控柜布置圖和配線圖、控制面板

12、布置圖和配線圖等。</p><p>　　9) 采用梯形圖或指令表編制PLC控制程序。</p><p>　　二、污水處理電氣控制系統(tǒng)總體設計過程</p><p><b>　　1．總體方案說明</b></p><p>　　1) 污水處理系統(tǒng)控制對象電動機均由交流接觸器完成起、?？刂疲妱娱y電動機要采用正、反轉(zhuǎn)控制。</

13、p><p>　　2) 污水池、清水池、中水水箱水位檢測開關，在選型時考慮抗干擾性能，選用電極考慮耐腐蝕性。</p><p>　　3) 電動閥上驅(qū)動電動機，其內(nèi)部設有過載保護開關，為常閉觸點，作為電動閥過載保護信號，PLC控制電路考慮該信號邏輯關系。</p><p>　　4) 1#清水泵、2#清水泵、羅茨風機電動機、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

14、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。</p><p>　　5) 羅茨風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置排空電磁閥。</p><p>　　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。</p><p>　　7) 電控箱設置在控制室內(nèi)?？刂泼姘迮c電控箱內(nèi)的電

15、器板用BVR型銅導線連接，電控箱與執(zhí)行裝置之間采用端子板連接。</p><p>　　8) PLC選用繼電器輸出型。</p><p>　　9) PLC自身配有24V直流電源，外接負載時考慮其供電容量。PLC接地端采用第三種接地方式，提高抗干擾能力。</p><p>　　2．污水處理電氣控制原理圖設計</p><p>　　(1) 主電路設計 污

16、水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖2所示。</p><p>　　圖2 污水處理電氣控制系統(tǒng)主電路</p><p>　　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)完成開起閥門和關閉閥門的功能。</p><p>　　2) 電動機M1、M2、M3、M4由熱繼電器

17、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，對閥門電動機M4實現(xiàn)雙重保護。</p><p>　　3) QF為電源總開關，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。</p><p>　　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

18、。</p><p>　　(2) 交流控制電路設計 污水處理系統(tǒng)交流控制電路如圖3所示。</p><p>　　圖3 污水處理系統(tǒng)交流控制電路</p><p>　　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。</p><p>　　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

19、量100VA隔離變壓器。</p><p>　　3) 1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝氣風機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。</p><p>　　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、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

20、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。</p><p>　　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。</p><p>　?。?）、主要參數(shù)計算</p><p>　　1) 斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關，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

21、電動機起動電流的1.7倍整定。污水處理系統(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電動機選擇自動開關QF脫扣電流IQF：</p><p>　　IQF＝1.7IN=1.7×6A＝10.2A≈10A，選用IQF＝10A的斷路器。</p><p>　　2) 熔斷器FU熔體額定電流IFU。以曝氣風機

22、為例，IFU≥2IN＝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。控制回路熔體額定電流選用2A。</p><p>　　3) 熱繼電器的選擇請參考有關技術(shù)手冊，自行計算參數(shù)。</p><p>　　(4) PLC控制電路設計 包括PLC硬件結(jié)構(gòu)配置及PLC控制原理電路設計。</p><p>　　1) 硬件結(jié)構(gòu)設計。了解各個控制

23、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：對開關量、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，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。</p><p>　　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4為污水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖，L6作為PL

24、C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。</p><p>　　圖4 污水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖</p><p>　　3) KM4和KM5接觸器線圈支路，設計了互鎖電路，以防止誤操作故障。</p><p>　　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DC2

25、4V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。</p><p>　　5) PLC采用繼電器輸出，每個輸出點額定控制容量為AC250V，2A。</p><p>　　表1和表2分別為污水處理系統(tǒng)PLC輸入和輸出接口功能表。</p><p>　　表1 污水

26、處理系統(tǒng)PLC輸入接口功能表</p><p>　　表2 污水處理系統(tǒng)PLC輸出接口功能表</p><p><b>　?。ɡm(xù)）</b></p><p>　　6) 根據(jù)上述設計，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，全部符合設計要求后，繪制出最終的電氣原理圖。</p><p>　　

27、7) 根據(jù)設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。</p><p>　　表3 污水處理系統(tǒng)元器件目錄表</p><p>　　(5) PLC控制程序設計</p><p>　　1) 程序設計。根據(jù)控制要求，建立污水處理系統(tǒng)控制流程圖，如圖5所示，表達出各控制對象的動作順序，相互間的制約關系。在明確PLC寄存器空間分配，確定專用寄存器的基礎上，進行

28、控制系統(tǒng)的程序設計，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。</p><p>　　2) 系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試。空載靜態(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，作反復調(diào)試，出現(xiàn)問題及時分析、調(diào)整程序或參數(shù)。</p><p>　　3) 系統(tǒng)動

29、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。</p><p>　　圖5 污水處理系統(tǒng)控制流程圖</p><p>　　污水處理系統(tǒng)PLC控制程序如圖6所示。</p><p>　　圖6 污水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序&

30、lt;/p><p>　　圖6 污水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序（續(xù)1）</p><p>　　圖6 污水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序（續(xù)2）</p><p>　　圖6 污水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序（續(xù)3）</p><p>　　圖6 污水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序（續(xù)4）</p><p>　　圖6 污水處理系統(tǒng)

31、PLC控制梯形圖程序（續(xù)5）</p><p>　　3．污水處理系統(tǒng)電氣工藝設計</p><p>　　按設計要求設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電氣接線圖。</p><p>　　1) 先根據(jù)控制系統(tǒng)要求和電氣設備的結(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安裝的電器元件。本系統(tǒng)除電控箱外，在污水處理設備現(xiàn)

32、場設計安裝的電器元件和動力設備有：電磁閥、水位開關、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。在控制面板上設計安裝的電器元件有：控制按鈕、旋鈕開關、各色指示燈等。</p><p>　　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、電氣接線圖等，如

33、圖11-7～圖11-8所示。進出引線采用接線端子板連接，接線圖略。</p><p>　　3) 依據(jù)電器元件布置圖及電器元器件的外形尺寸、安裝尺寸，繪制電器板（絕緣板、鍍鋅鐵板或架）、控制面板（有機玻璃板、鋁板或鐵板等）、墊板（有機械強度的絕緣板或鍍鋅板）等零部件加工圖。圖中應注明外形尺寸、安裝孔徑、定位尺寸與公差、板材厚度以及加工要求等。本設計所涉及的鈑金加工技術(shù)圖從略。</p><p>

34、　　4) 依據(jù)電器安裝板、控制面板尺寸設計電控箱，繪制電控箱安裝圖。本設計從略。</p><p>　　至此，基本完成了污水處理系統(tǒng)要求的電氣控制原理設計和工藝設計任務。</p><p>　　圖7 電控箱電器板元件布置圖 圖8 電控箱電器面板元件布置圖</p><p>　　4．編寫設計說明書、使用說明書和項目設計小結(jié)</p&

35、gt;<p>　　1) 依據(jù)原理設計的過程，編寫設計說明書，說明書包括如下主要內(nèi)容：</p><p>　?、?總體設計方案的選擇說明。</p><p>　　② 原理電路的設計說明，各控制要求如何實現(xiàn)。</p><p>　?、?電氣系統(tǒng)中主要參數(shù)的計算，主要元件的選擇及說明，編制元件明細表。</p><p>　?、?附上原理圖及規(guī)

36、定完成的工藝圖。</p><p>　　2) 依據(jù)原理設計圖及控制要求編寫使用說明書，說明書包括如下主要內(nèi)容：</p><p>　　① 本設備的實際用途、功能特點。</p><p>　　② 系統(tǒng)工作原理簡介。</p><p>　?、?使用與維護注意事項。</p><p><b>　　5．設計用參考資料</

37、b></p><p>　?、?工廠電氣控制設備</p><p>　?、?電氣控制與可編程序控制器</p><p><b>　　③ 電氣工程手冊</b></p><p>　?、?三菱微型可編程序控制器手冊</p><p>　　⑤ 工廠常用電氣設備手冊</p><p>