电气工程设计报告-SBR法污水处理实验装置PLC控制系统设计.docx

电气工程设计报告sbr法污水处理实验装置plc控制系统设计班级：电气优创0801姓名：学号：0目录一、任务说明31.1工艺简介31.2设计内容：3二、设计方案32.1硬件选择32.1.1工艺分析32.1.2 cpu与扩展模块的选择32.2的i/o端口分配32.3 电机主电路32.3.1电机接线图32.3.2 plc接线图32.4 下位机编程32.4.1下位机编程（手动部分）32.4.2下位机编程（自动部分）32.4.3模拟量输入32.5 上位机编程32.5.1主画面32.5.2参数设定3三、自我评定3参考资料3沈阳化工大学 电气工程设计一、任务说明1.1工艺简介sbr是序列间歇式活性污泥法（sequencing batch reactor activated sludge process）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。sbr法污水处理实验装置如下图所示，1、5、12均为水箱，2为水泵，3、11为电磁阀，4为水流量计（用于检测注水流量情况，产生模拟量电流信号），6为搅拌电机，7为曝气头（有三个），8为充气泵，9为气体流量计（用于检测充气流量情况，产生模拟量电流信号），10为排水斗。主要工艺过程简介如下：1、注水。此时3打开，2工作，将1内的污水泵入5（内有活性污泥），4可以检测水流量，其余装置均处于不工作状态，注水过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，3闭合，2停止工作。下面进入曝气阶段。2、曝气。此时8工作，通过7将空气泵入5， 9可以检测空气流量，其余装置均处于不工作状态，曝气过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，8停止工作。下面进入搅拌阶段。3、搅拌。此时6工作对5中物质进行搅拌，其余装置均处于不工作状态，搅拌过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，6停止工作。下面进入沉淀阶段。4、沉淀。此时所有装置均处于不工作状态，让5水中的杂质沉淀，沉淀过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束。下面进入排水阶段。5、排水。此时11打开， 5上部的清水可由10排入12，然后再排向别处，其余装置均处于不工作状态，排水过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，11闭合。下面又进入注水阶段，开始新的循环。1.2设计内容： 1、使用可编程控制器（选用西门子s7-300）作下位控制站/下位机，使用微计算机（pc）作上位控制站/上位机，组成控制系统，实现对sbr法污水处理实验装置运行的控制。2、使用step7编程软件对下位机编程，使下位机能够根据对外界输入信息及来自上位机的指令的处理结果（本设计中主要是通过上位机的指令）来对实验装置进行控制；使用wincc组态软件对上位机编程，编制监控画面实现对下位机及实验装置的监控。3、下位机plc输入信号及输出信号：输入信号有水流量计的420ma模拟量电流信号和气体流量计的420ma模拟量电流信号（其余控制信号均由上位机给出，不需通过plc输入端子输入）；输出信号有:电磁阀3控制信号、电磁阀11控制信号（均为数字量信号，经plc输出端子输出控制相应装置）；泵2控制信号、搅拌电动机6控制信号、泵8控制信号（既有数字量信号又有模拟量信号，均经plc输出端子输入变频器，数字量信号控制起停，模拟量信号控制变频器输出，进而控制相应装置电机转速）。4、控制要求：要实现自动控制与手动控制两种控制方式。a、自动控制方式下，在上位机监控界面上按下起动按钮后（预先在上位机设定好时间参数），实验装置即按上述工艺流程自动循环，无须人为干预，但在上位机监控界面上能对其进行监测（比如可随时改变每一不活动工艺阶段的时间设置），并可随时按下停止按钮停止实验装置的运行。b、手动控制方式下，在上位机监控界面上监测实验装置工艺流程，并可人为实时的控制工艺流程各个阶段的运行与停止（即可以任意控制实验装置中泵、电动机、电磁阀的工作状态,但要有必要的联锁）。c、手动控制方式与自动控制方式之间须存在互锁关系，即在一种控制方式处于工作状态下时，另一种控制方式被屏蔽。d、对水流量计与气体流量计发出模拟量电流信号的处理：由下位机采集（此时硬件须加入模拟量输入模块），在下位机内通过程序将其转换为实际的物理量值，并在上位机监控画面中显示出来。e、变频器输出频率的控制信号（即电机的转速控制信号）在上位机上输入（预先设定好或由人实时输入），下位机据此通过模拟量模块输出模拟量信号（使用电压或电流模拟量信号均可）控制变频器输出频率。二、设计方案本次设计是以sbr法污水处理实验装置的自动控制为基础，设计控制程序和上位机程序。设计方案的得出依照以下步骤进行：1、硬件选择情况；2、i/o分配；3、电动机主电路；4、下位机编程； 5、上位机编程。2.1硬件选择 2.1.1工艺分析本次设计要求实现三台电机和两个电磁阀的基本顺序控制，并能采集两个流量计的流量信号。对于电机的启停信号可以使五路数字量输出信号；对于流量信号则为两路模拟量输入信号。控制参量列表如下：类型数量备注do5启动输出ai2采样流量信号2.1.2 cpu与扩展模块的选择考虑到本次设计点数很少及选材的方便。本次设计采用cpu 226模块本机集成24输入/16输出共24个数字量i/o点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量i/o点或35路模拟量i/o 点。13k字节程序和数据存储空间。6个独立的30khz高速计数器，2路独立的20khz高速脉冲输出，具有pid控制器。1个rs485通讯/编程口，具有ppi通讯协议、mpi通讯协议和自由方式通讯能力。i/o端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器电源模块:ps307 plc机型选择：西门子s7200系列plc下位机编程软件：v4.0 step7-micro/win硬件组态：组态王但由于cpu自身不含有模拟量处理模块，需另外选择扩展模块，两路ai，考虑到冗余，选用一块em235模块；两个em232模块。2.2的i/o端口分配类型名称类型名称类型名称m1.0电磁阀3的开关m1.7充气泵q0.0水泵m1.1电磁阀11的开关m2.0沉淀开关q0.1搅拌电机m1.2启动m2.1排水阀开关q0.2充气泵m1.3停止m1.6搅拌电机开关q0.3电磁阀3m1.4自动m1.5手动q0.4电磁阀112.3 电机主电路2.3.1电机接线图1) 主回路中交流接触器km1、km2、km3分别控制1#清水泵m1、2#清水泵m2、曝气风机m3；交流接触器km4、km5控制电动阀电动机m4，通过正、反转完成开起阀门和关闭阀门的功能。2) 电动机m1、m2、m3、m4由热继电器fr1、fr2、fr3、fr4实现过载保护。电动阀电动机m4控制器内还装有常闭热保护开关，对阀门电动机m4实现双重保护。3) qf为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。4) 熔断器fu1、fu2、fu3、fu4分别实现各负载回路的短路保护。fu5、fu6分别完成交流控制回路和plc控制回路的短路保护。2.3.2 plc接线图2.4 下位机编程2.4.1下位机编程（手动部分）2.4.2下位机编程（自动部分）2.4.3模拟量输入2.5 上位机编程2.5.1主画面2.5.2参数设定三、自我评定课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。因此作为二十一世纪的大学来说掌握计算机开发技术是十分重要的。在本次课程设计中，我们的感想如下：首先，感谢徐老师在设计过程中给与的帮助，他给了我这样的一个将四年来所学的知识汇总的机会，让我认识到了自身的不足，将来努力的方向；老师严谨的治学作风、实事求是的工作态度和平易近人的处事风格，都给我留下了深刻的印象，让我受益匪浅、终身难忘 论文设计过程中，参阅了大量文献、资料，在此对原作者一并致谢。在本次的课程设计中，锻炼了我查阅资料和分析选取有用资料的能力，让我从对调速一窍不通到心中已有清晰的控制系统的结构框图；从立足茫茫书海而无从下手到目标明确，思路缜密的分析问题、解决问题；从只会发问到先思考、再分析、最后再讨论。可以说，这是一个成长的过程。经过这一个多月的努力，最终的成果让我欣喜，更加坚定了我要继续走电气自动化专业发展方向的决心！本文对电机的工业控制作了初步设计，主要在系统的软件设计方面作了大量的工作，并取得了一定的成果。1) 通过对系统各个模块的研究、设计，基本上掌握了以s7-200