小型SBR废水处理PLC电气控制系统(西安).doc

摘 要（三号黑体居中） 空一行(小四宋体) 正文（1.3 倍行距，段前空两个汉字，小四宋体） 空一行(小四宋体） 关键词（小四黑体）：关键词 1，关键词 2，关键词 3 （35 个关键词，小四宋体，逗号分隔，最 后一个关键词后不要标点符号） 摘要页码编号为 I、II、 目目 录录（小二黑体，中间空一个字，居中）（小二黑体，中间空一个字，居中） 第 1 章概述.1 1.1 在这里写二级标题.1 1.1.1 在这里写三级标题.1 1.2 方法.2 1.2.1 模型.2 总 结(三号黑体居中，按一级标题).3 参考文献 (三号黑体居中，按一级标题).4 附 录(三号黑体居中，按一级标题).5 *一级标题：小三黑体，二级标题：小四宋体，三级标题：小四宋体 *其中数字（章节和页码）全部为 Times New Roman *目录页码编号为 I、II、 第第 1 章章 概述概述 （一级标题：三号黑体加粗居中，1.3 倍行距，段前 20 磅，段后 20 磅） 正文从这里开始2。 （正文所有汉字小四宋体，英文字母和数字小四 Times New Roman，1.3 倍行距，但参考文献标注中数字为宋体。 ） 1.1 在这里写二级标题在这里写二级标题（二级标题：四号黑体加粗居左，单倍行距，段前（二级标题：四号黑体加粗居左，单倍行距，段前 12 磅，段后磅，段后 12 磅）磅） 正文（如前） 1.1.1 在这里写三级标题在这里写三级标题（三级标题：小四号黑体加粗居左，单倍行距，段前（三级标题：小四号黑体加粗居左，单倍行距，段前 6 磅，段后磅，段后 6 磅）磅） 正文（如前） （1） （2） 1.1.2 正文 公式在论文中另起一行，公式在行中居中，行居右，用公式编辑器输入，按照章顺序编号， 例如第 3 章第 1 个公式编号为（3-1） ，文中引用应表示为：式（3-1）是|。 （3-1） i i ii i I R II RR )( （3-2） si si si si m m m m I R I R I R I R 1.2 方法方法 1.2.1 模型模型 标注图：（论文出现的图和表，应在论文论述引用之后出现，图标题五号黑体，图下方居中， 图中字体为五号宋体或 Times New Roman） 表： (标题为五号黑体，在表上方居中，表为三线表，居中，表中第 1，2 和最后一条线粗细 取 1.5 磅，其余 1 磅) 表 4-1 多媒体素材制作软件 软件名称特点及应用场合 Word、WPS文本输入与处理软件 Word文本输入 Illustrator、AutoCAD、CorelDRAW Photostudio、Photoshop 静图素材采集与制作软件 产品概念设计 市场 开发 需求 设计 设计知识量 设计自由度 设计过程时间 设计知识量设计自由度 概念设计生产设计 图 4-15 产品设计自由度/设计知识量与设计过程时间的关系曲线 参考文献参考文献(三号黑体居中，按一级标题三号黑体居中，按一级标题) 例： 1 郭启全，李燕，王屋等多媒体 CAI 的创作方法与实例M北京：电子工业出版社，1997 *图书的标注方法 2 李至中面向领域的软件生产研究D，北京科技大学硕士论文，2006 *学位论文的标注方 法 3 冯涛，黄乃康CAPP 技术发展现状与趋势J，计算机辅助设计与制造，2001(5)：3-5 *学术 论文（有年期，无卷）的标注方法 4 冯涛，黄乃康CAPP 技术发展现状与趋势J，计算机辅助设计与制造，2001，20（5）：3-5 *学术论文（有年期卷）的标注方法 5 冯涛，黄乃康CAPP 技术发展现状与趋势C，第一届机械工程国际会议论文集，上海：上海 交通大学出版社，1998：203-205 *学术会议论文标注方法 6 工业工程网络学会（网站名称） *网址的标注方法 附附 录录(三号黑体居中，中间空一汉字，按一级标题三号黑体居中，中间空一汉字，按一级标题) 主要用来放相关的程序代码、公式和结论的推导过程等。 注意： 1、页边距： 左：3.3；右：2 上：3.1；下：1.9 装订：0 页眉：2；页脚：1.2 2、页码（摘要和目录各自单独编页码，编号为 I、II、，正文页码五号 Times New Roman，居右，编号为 1、2、，诚信声明不编页码） 3、装订顺序： 中文摘要 目录 正文 参考文献 附录（可无） 小型小型 SBR 废水处理废水处理 PLC 电气控制系统课程设计电气控制系统课程设计 1SBR 废水处理工艺的技术要求废水处理工艺的技术要求 SBR 废水处理技术是一种高效废水回用的处理技术，采用优势菌技术对校园生活污水 进行处理，经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到节 约水资源的目的。 SBR 废水处理系统方案要充分考虑现实生活中校园生活区较为狭小的特点，力求达到 设备体积小，性能稳定，工程投资少的目的。废水处理过程中环境温度对菌群代谢产生的 作用直接影响废水处理效果，因此采用地埋式砖混结构处理池以降低温度对处理效果的影 响。同时，SBR 废水处理技术工艺参数变化大，硬件设计选型与设备调试比较复杂，采用 先进的 PLC 控制技术可以提高 SBR 废水处理的效率，方便操作和使用。 SBR 废水处理系统分别由污水处理池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风 机、电动阀门和电磁阀等部分组成，在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置液位开 关，用以检测水池与水箱中的水位。SBR 废水处理系统示意图如图 11-1 所示。 纳入污水 排空电磁阀 空气 风机 生物菌泥 污水处理池 水位电极 1#清水泵 清水池 水位电极 2#清水泵 中水 中水箱 上水电磁阀 水位电极 电动阀 图 11-1 SBR 废水处理系统示意图 污水处理的第一阶段：当污水池中的水位处于低水位或无水状态时，电动阀会自动开 起纳入污水。当污水池纳入的污水至正常高水位时，电动阀自动关闭，污水池中污水呈微 氧和厌氧状态。 污水处理的第二阶段：采用能降解大分子污染物的曝气法，可使污水脱色、除臭、平 衡菌群的 pH 值并对污染物进行高效除污，即好氧处理过程。整个好氧（曝气）时间一般 需要 68h。在曝气管路上安装了排空电磁阀，当电动阀门自动关闭后，排空电磁阀开起， 罗茨风机延时空载起动，然后排空电磁阀关闭，污水池开始曝气。当曝气处理结束后，排 空电磁阀再次开起，罗茨风机空载停机，然后排空电磁阀延时关闭。曝气风机在无负荷条 件下起动和停止，能起到保护电动机和风机的作用。经过 0.5h 的水质沉淀，PLC 下达起动 1#清水泵指令，将沉淀后的水泵入到清水池。当清水池中的水位升至正常高水位时，1#清 水泵自动停止运行。这时 2#清水泵自动起动向中水箱泵水，当水箱内达到正常高水位时， 2#清水泵自动停止运行，这时中水箱内的水全部完成处理过程。 如上所示，当中水箱内水位降至低水位时，2#清水泵又自动起动向中水箱泵水。当污 水池中的水位降至低水位时，电动阀门会自动打开继续向污水池纳入污水。如此循环往复。 SBR 废水处理技术针对污水水质不同选用生物菌群不同，工艺要求要求有所不同，电 气控制系统应有参数可修正功能，以满足废水处理的要求。 2SBR 废水处理系统动力设备废水处理系统动力设备 SBR 废水处理系统中所使用的动力设备（水泵、罗茨风机、电动阀） ，均采用三相交 流异步电动机，电动机和电磁阀（AC220V 选配）选配防水防潮型。 1#清水泵：立式离心泵 LS50-10-A，扬程 10m，流量 29m3/h，1kW。 2#清水泵：立式离心泵 LS40-32.1，扬程 30m，流量 16m3/h，3kW。 曝气罗茨风机：TSA-40，0.7m3/min，1.1kW。 电动阀：阀体 D97A1X5-10ZB-125mm，电动装置 LQ20-1，AC380V，60W。 3SBR 废水处理电气控制系统设计要求废水处理电气控制系统设计要求 1) 控制装置选用 PLC 作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配 PLC 机型和 I/O 接口。 2) 可执行手动/自动两种方式，应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数。 3) 电动阀上驱动电动机为正、反转双向运行，因此要在 PLC 控制回路加互锁功能。 4) PLC 的接地应按手册中的要求设计，并在图中表示或说明。 5) 为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，入如电动机过热保护、控制系统短路保 护等。 6) 绘制电气原理图：包括主电路、控制电路、PLC 硬件电路，编制 PLC 的 I/O 接口 功能表。 7) 选择电器元件、编制元器件目录表。 8) 绘制接线图、电控柜布置图和配线图、控制面板布置图和配线图等。 9) 采用梯形图或指令表编制 PLC 控制程序。 二、二、SBR 废水处理电气控制系统总体设计过程废水处理电气控制系统总体设计过程 1总体方案说明总体方案说明 1) SBR 废水处理系统控制对象电动机均由交流接触器完成起、停控制，电动阀电动机 要采用正、反转控制。 2) 污水池、清水池、中水水箱水位检测开关，在选型时考虑抗干扰性能，选用电极考 虑耐腐蚀性。 3) 电动阀上驱动电动机，其内部设有过载保护开关，为常闭触点，作为电动阀过载保 护信号，PLC 控制电路考虑该信号逻辑关系。 4) 1#清水泵、2#清水泵、罗茨风机电动机、电动阀电动机分别采用热继电器实现过载 保护，其热继电器的常开触点通过中间继电器转换后，作为 PLC 的输入信号，用以完成各 个电动机系统的过载保护。 5) 罗茨风机的控制要求在无负载条件下起动或停机，需要在曝气管路上设置排空电磁 阀。 6) 主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔断器，实现短 路保护。 7) 电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用 BVR 型铜导线连接，电 控箱与执行装置之间采用端子板连接。 8) PLC 选用继电器输出型。 9) PLC 自身配有 24V 直流电源，外接负载时考虑其供电容量。PLC 接地端采用第三种 接地方式，提高抗干扰能力。 2SBR 废水处理电气控制原理图设计废水处理电气控制原理图设计 (1) 主电路设计主电路设计 SBR 废水处理电气控制系统主电路如图 11-2 所示。 M1 M2 S KM1 KM2 FU1 M3 T KM3 R N N L5 L6 FR1 FR2FR3 1#泵（污水）2泵（清水） 风机 M4 FR4 KM4 KM5 FU4FU3 FU2 阀门电动机 FU5 FU6 3 333 QF 图 11-2 SBR 废水处理电气控制系统主电路 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) 交流控制电路设计交流控制电路设计 SBR 废水处理系统交流控制电路如图 11-3 所示。 1#泵提示(潜水) L5 N HL1 HL2 HL3 HL4 YA1 HL5 YA2 KA1 FR1 FR2 FR3 FR4 KM1-1 KM2-1 KM3-1 KA2-1 KA2-2 KA3-1 TC 220 隔离变压器 1:1 L N +24V DC COM PLC 注: 电源指示 2#泵提示(清水) 罗茨风机 上水电磁阀 上水阀指示 排空电磁阀 表示采用第三种 接地方式。 220V 电动机过载保护 图 11-3 SBR 废水处理系统交流控制电路 1) 控制电路有电源指示 HL。PLC 供电回路采用隔离变压器 TC，以防止电源干扰。 2) 隔离变压器 TC 的选用根据 PLC 耗电量配置，可以配置标准型、变比 1：1、容量 100VA 隔离变压器。 3) 1#清水泵 M1、2#清水泵 M2、曝气风机 M3 分别有运行指示灯 HL1、HL2、HL3， 由 KM1、KM2、KM3 接触器常开辅助触点控制。 4) 4 台电动机 M1、M2、M3、M4 的过载保护，分别由 4 个热继电器 FR1、FR2、FR3、FR4 实现，将其常闭触点并联后与中间继电器 KA1 连接构成过载保护 信号，KA1 还起到电压转换的作用，将 220V 交流信号转换成直流 24V 信号送入 PLC 完成 过载保护控制功能。 5) 上水电磁阀 YA1 和指示灯 HL1、排空电磁阀 YA2，分别由中间继电器 KA2 和 KA3 触点控制。 (3) 主要参数计算主要参数计算 1) 断路器 QF 脱扣电流。断路器为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负 载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的 1.7 倍整定。SBR 废水处理系统 有 3kW 负载电动机一台，起动电流较大，其余三台为 1.1kW 以下，起动电流较小，而且 工艺要求 4 台电动机单独起动运行，因此可根据 3kW 电动机选择自动开关 QF 脱扣电流 IQF： IQF1.7IN=1.76A10.2A10A，选用 IQF10A 的断路器。 2) 熔断器 FU 熔体额定电流 IFU。以曝气风机为例，IFU2IN22.5A5A，选用 5A 的熔体。其余熔体额定电流的选择，按上述方法选配。控制回路熔体额定电流选用 2A。 3) 热继电器的选择请参考有关技术手册，自行计算参数。 (4) PLC 控制电路设计控制电路设计 包括 PLC 硬件结构配置及 PLC 控制原理电路设计。 1) 硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级、负载的性质 等；分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；确定所控制参数的精度及类 型，如：对开关量、模拟量的控制、用户程序存储器的存储容量等，选择适合的 PLC 机型 及外设，完成 PLC 硬件结构配置。 2) 根据上述硬件选型及工艺要求，绘制 PLC 控制电路原理图，绘制 PLC 控制电路， 编制 I/O 接口功能表。图 11-4 为 SBR 废水处理系统 PLC 控制电路原理图，L6 作为 PLC 输出回路的电源，分别向输出回路的负载供电，输出回路所有 COM 端短接后接入电源 N 端。 L HL8HL10 DC24VX0X2X4X6X10X12X14X16X20X22X24X26 COMX1X3X5X7 X11X13X15X17X21X23 X25X27 24+ AC100224V NCOM1Y1Y3Y5Y7 COM2COM3 COM4 Y17Y0Y2Y4Y6 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 输出端 输入端 0.7 电动阀控制器 KA1-1 SB8 SB3-1 SB4 SB5 SB6 SB7 SB2 SB1 L3L2L1 H1H2H3 KM4 KM5 KM3 KA3 N L6 KM1 KM2 HL7HL9HL11HL13 HL12HL14 KM5-1 KM4-1 KA2 HL6 SQ1 SQ2 FR0 FX2N-48MR SB3-2 图 11-4 SBR 废水处理系统 PLC 控制电路原理图 3) KM4 和 KM5 接触器线圈支路，设计了互锁电路，以防止误操作故障。 4) PLC 输入回路中，信号电源由 PLC 本身的 24V 直流电源提供，所有输入 COM 端短 接后接入 PLC 电源 DC24V 的（）端。输入口如果有有源信号装置，需要考虑信号装置 的电源等级和容量，最好不要使用 PLC 自身的 24V 直流电源，以防止电源过载损坏或影 响其他输入口的信号质量。 5) PLC 采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为 AC250V，2A。 表 11-1 和表 11-2 分别为 SBR 废水处理系统 PLC 输入和输出接口功能表。 表 11-1 SBR 废水处理系统 PLC 输入接口功能表 序号工位名称文字符号输入口 1污水池高水位开关信号H1X000 2污水池低水位开关信号L1X001 3清水池高水位开关信号H2X002 4清水池低水位开关信号L2X003 5中水箱高水位开关信号H3X004 6中水箱低水位开关信号L3X005 7起动按钮（绿色）SB1X006 8停止按钮（红色）SB2X007 9旋钮开关（自动）SB3-1X010 10旋钮开关（手动）SB3-2X011 11手动开电动阀旋钮开关SB4X012 12手动关电动阀旋钮开关SB5X013 131#清水泵手动旋钮开关SB6X014 142#清水泵手动旋钮开关SB7X015 15电动阀门开起限位开关SQ1X016 16电动阀门关闭限位开关SQ2X017 17电动阀电动机故障报警FR0X020 18电动机热保护器报警KA1X021 19曝气风机手动旋钮开关SB8X022 20输入点备用X023X027 表 11-2 SBR 废水处理系统 PLC 输出接口功能表 序号工位名称文字符号输入口 11#清水泵接触器KM1Y000 22#清水泵接触器KM2Y001 3污水池高水位红色指示灯HL7Y002 4污水池低水位绿色指示灯HL8Y003 5清水池高水位红色指示灯HL9Y004 6清水池低水位绿色指示灯HL10Y005 7中水箱高水位红色指示灯HL11Y006 8中水箱低水位绿色指示灯HL12Y007 （续） 序号工位名称文字符号输入口 9电动阀门开起绿色指示灯HL13Y010 10电动阀门关闭黄色指示灯HL14Y011 11开电动阀门接触器KM4Y012 12关电动阀门接触器KM5Y013 13电动机热保护器报警红色指示灯HL6Y014 14罗茨风机（曝气风机）接触器KM3Y015 15排空电磁阀继电器KA3Y016 16上水电磁阀继电器KA2Y017 17输出口备用Y020Y027 6) 根据上述设计，对照主回路检查交流控制回路、PLC 控制回路、各种保护联锁电路、 PLC 控制程序等，全部符合设计要求后，绘制出最终的电气原理图。 7) 根据设计方案选择的电气元件，编制原理图的元器件目录表，如表 11-3 所示。 表 11-3 SBR 废水处理系统元器件目录表 序号文字符号名 称数量规格型号备 注 1M1M4电动机4Y 系列三相交流异步电动机 2FR1FR4热继电器4JR16B-20/3参照电动机整定电流 3FU1FU4熔断器12RL1-15熔体 210A 4FU5、FU6熔断器2RT16-32X熔体 2A 5QF断路器1C45AD脱扣电流 10A 6TC隔离变压器1BK-100变比 1：1，AC220V 7SB1起动按钮1LAY37绿色 8SB2停止按钮1LAY37红色 9SB3转换开关1LAY37-D2手动/自动转换 10SB4SB8手动开关5LAY37-D2黑色 11KM1KM4交流接触器4DJX-9线圈电压：AC220V 12KA1KA3中间继电器3HH52P线圈电压：AC220V 13HL1HL15指示灯15AD16-22LED 显示，AC220V 14YA1电磁阀1ZCT-50A线圈电压：AC220V 15YA2电磁阀1ZCT-15A线圈电压：AC220V 16YA3电动阀门装置1LQA20-1AC380，60W 17PLC可编程序控制器1FX2N-48MR继电器输出 (5) PLC 控制程序设计控制程序设计 1) 程序设计。根据控制要求，建立 SBR 废水处理系统控制流程图，如图 11-5 所示， 表达出各控制对象的动作顺序，相互间的制约关系。在明确 PLC 寄存器空间分配，确定专 用寄存器的基础上，进行控制系统的程序设计，包括主程序编制、各功能子程序编制、其 他辅助程序的编制等。 2) 系统静态调试。空载静态调试时，针对运行的程序检查硬件接口电路中各种逻辑关 系是否正确，然后先调试子程序或功能模块程序，然后调试初始化程序，最后调试主程序。 调试过程中尽量接近实际系统，并考虑到各种可能发生的情况，作反复调试，出现问题及 时分析、调整程序或参数。 3) 系统动态调试及运行。在动态带负载状态下调试，密切观察系统的运行状态，采用 先手动再自动的调试方法，逐步进行。遇到问题及时停机，分析产生问题的原因，提出解 决问题的方法，同时做好详尽记录，以备分析和改进。 开始 选择操作方式 自动？ 自动操作 打开电动阀 污水位 N Y 曝气沉淀处理 关电动阀停 止纳水 N 污水池纳 入污水 低？ Y 计时 7.5h？ Y N 开1#泵 清水池纳水 污水位 高？ N Y 停1#泵 手动操作 手动 N Y 手动控制运行 手动操作结束 开2#泵 中水箱纳水 中 水箱水位 高？ N Y 停2#泵 自动动行结束 自动 N 结束 开机？ 结束？ Y 图 11-5 SBR 废水处理系统控制流程图 SBR 废水处理系统 PLC 控制程序如图 11-6 所示。 图 11-6 SBR 废水处理系统 PLC 控制梯形图程序 图 11-6 SBR 废水处理系统 PLC 控制梯形图程序（续 1） 图 11-6 SBR 废水处理系统 PLC 控制梯形图程序（续 2） 图 11-6 SBR 废水处理系统 PLC 控制梯形图程序（续 3） 图 11-6 SBR 废水处理系统 PLC 控制梯形图程序（续 4） 图 11-6 SBR 废水处理系统 PLC 控制梯形图程序（续 5） 3SBR 废水处理系统电气工艺设计废水处理系统电气工艺设计 按设计要求设计绘制电气装置总体配置图、电器板电器元器件平面图、控制面板电器 平面图及相关电气接线图。 1) 先根据控制系统要求和电气设备的结构，确定电器元器件的总体布局以及电控箱内 装配板与控制面板上应安装的电器元件。本系统除电控箱外，在污水处理设备现场设计安 装的电器元件和动力设备有：电磁阀、水位开关、电动机、电动阀（含阀位控制器）等。 电控箱内电器板上安装的电器元件有：断路器、熔断器、隔离变压器、PLC、接触器、中 间继电器、热继电器和端子板等。在控制面板上设计安装的电器元件有：控制按钮、旋钮 开关、各色指示灯等。 2) 依据用户要求满足操作方便、美观大方、布局均匀对称等设计原则，绘制电控箱电 器板元件布置图、电器面板元件布置图、电气接线图等，如图 11-7图 11-8 所示。进出引 线采用接线端子板连接，接线图略。 3) 依据电器元件布置图及电器元器件的外形尺寸、安装尺寸，绘制电器板（绝缘板、 镀锌铁板或架） 、控制面板（有机玻璃板、铝板或铁板等） 、垫板（有机械强度的绝缘板或 镀锌板）等零部件加工图。图中应注明外形尺寸、安装孔径、定位尺寸与公差、板材厚度 以及加工要求等。本设计所涉及的钣金加工技术图从略。 4) 依据电器安装板、控制面板尺寸设计电控箱，绘制电控箱安装图。本设计从略。 至此，基本完成了 SBR 废水处理系统要求的电气控制原理设计和工艺设计任务。 线槽 QFFU1FU2FU3FU4 PLC 线槽 FU5 FU6 KA1 KA2 KA3 TC OUT IR KM3KM4 FR4 KM2KM1 线槽 JDO-端子板 FR3FR2FR1 线槽 线槽 HL1HL13HL14HL6 HL4HL7HL9HL11 HL12HL5 SB8 SB7 SB2 SB1 SB4SB5SB6 HL3HL2SB3 HL8HL10 图 11-7 电控箱电器板元件布置图 图 11-8 电控箱电器面板元件布置 图 4编写设计说明书、使用说明书和项目设计小结编写设计说明书、使用说明书和项目设计小结 1) 依据原理设计的过程，编写设计说明书，说明书包括如下主要内容： 总体设计方案的选择说明。 原理电路的设计说明，各控制要求如何实现。 电气系统中主要参数的计算，主要元件的选择及说明，编制元件明细表。 附上原理图及规定完成的工艺图。 2) 依据原理设计图及控制要求编写使用说明书，说明书包括如下主要内容： 本设备的实际用途、功能特点。 系统工作原理简介。 使用与维护注意事项。 5设计用参考资料设计用参考资料 工厂电气控制设备 电气控制与可编程序控制器 电气工程手册 三菱微型可编程序控制器手册 工厂常用电气设备手册 其他有关产品使用手册 小型小型 SBR 废水处理废水处理 PLC 电气控制系统课程设计电气控制系统课程设计 1SBR 废水处理工艺的技术要求废水处理工艺的技术要求 SBR 废水处理技术是一种高效废水回用的处理技术，采用优势菌技术对校园生活污水 进行处理，经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到节 约水资源的目的。 SBR 废水处理系统方案要充分考虑现实生活中校园生活区较为狭小的特点，力求达到 设备体积小，性能稳定，工程投资少的目的。废水处理过程中环境温度对菌群代谢产生的 作用直接影响废水处理效果，因此采用地埋式砖混结构处理池以降低温度对处理效果的影 响。同时，SBR 废水处理技术工艺参数变化大，硬件设计选型与设备调试比较复杂，采用 先进的 PLC 控制技术可以提高 SBR 废水处理的效率，方便操作和使用。 SBR 废水处理系统分别由污水处理池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风 机、电动阀门和电磁阀等部分组成，在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置液位开 关，用以检测水池与水箱中的水位。SBR 废水处理系统示意图如图 11-1 所示。 纳入污水 排空电磁阀 空气 风机 生物菌泥 污水处理池 水位电极 1#清水泵 清水池 水位电极 2#清水泵 中水 中水箱 上水电磁阀 水位电极 电动阀 图 11-1 SBR 废水处理系统示意图 污水处理的第一阶段：当污水池中的水位处于低水位或无水状态时，电动阀会自动开 起纳入污水。当污水池纳入的污水至正常高水位时，电动阀自动关闭，污水池中污水呈微 氧和厌氧状态。 污水处理的第二阶段：采用能降解大分子污染物的曝气法，可使污水脱色、除臭、平 衡菌群的 pH 值并对污染物进行高效除污，即好氧处理过程。整个好氧（曝气）时间一般 需要 68h。在曝气管路上安装了排空电磁阀，当电动阀门自动关闭后，排空电磁阀开起， 罗茨风机延时空载起动，然后排空电磁阀关闭，污水池开始曝气。当曝气处理结束后，排 空电磁阀再次开起，罗茨风机空载停机，然后排空电磁阀延时关闭。曝气风机在无负荷条 件下起动和停止，能起到保护电动机和风机的作用。经过 0.5h 的水质沉淀，PLC 下达起动 1#清水泵指令，将沉淀后的水泵入到清水池。当清水池中的水位升至正常高水位时，1#清 水泵自动停止运行。这时 2#清水泵自动起动向中水箱泵水，当水箱内达到正常高水位时， 2#清水泵自动停止运行，这时中水箱内的水全部完成处理过程。 如上所示，当中水箱内水位降至低水位时，2#清水泵又自动起动向中水箱泵水。当污 水池中的水位降至低水位时，电动阀门会自动打开继续向污水池纳入污水。如此循环往复。 SBR 废水处理技术针对污水水质不同选用生物菌群不同，工艺要求要求有所不同，电 气控制系统应有参数可修正功能，以满足废水处理的要求。 2SBR 废水处理系统动力设备废水处理系统动力设备 SBR 废水处理系统中所使用的动力设备（水泵、罗茨风机、电动阀） ，均采用三相交 流异步电动机，电动机和电磁阀（AC220V 选配）选配防水防潮型。 1#清水泵：立式离心泵 LS50-10-A，扬程 10m，流量 29m3/h，1kW。 2#清水泵：立式离心泵 LS40-32.1，扬程 30m，流量 16m3/h，3kW。 曝气罗茨风机：TSA-40，0.7m3/min，1.1kW。 电动阀：阀体 D97A1X5-10ZB-125mm，电动装置 LQ20-1，AC380V，60W。 3SBR 废水处理电气控制系统设计要求废水处理电气控制系统设计要求 1) 控制装置选用 PLC 作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配 PLC 机型和 I/O 接口。 2) 可执行手动/自动两种方式，应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数。 3) 电动阀上驱动电动机为正、反转双向运行，因此要在 PLC 控制回路加互锁功能。 4) PLC 的接地应按手册中的要求设计，并在图中表示或说明。 5) 为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，入如电动机过热保护、控制系统短路保 护等。 6) 绘制电气原理图：包括主电路、控制电路、PLC 硬件电路，编制 PLC 的 I/O 接口 功能表。 7) 选择电器元件、编制元器件目录表。 8) 绘制接线图、电控柜布置图和配线图、控制面板布置图和配线图等。 9) 采用梯形图或指令表编制 PLC 控制程序。 二、二、SBR 废水处理电气控制系统总体设计过程废水处理电气控制系统总体设计过程 1总体方案说明总体方案说明 1) SBR 废水处理系统控制对象电动机均由交流接触器完成起、停控制，电动阀电动机 要采用正、反转控制。 2) 污水池、清水池、中水水箱水位检测开关，在选型时考虑抗干扰性能，选用电极考 虑耐腐蚀性。 3) 电动阀上驱动电动机，其内部设有过载保护开关，为常闭触点，作为电动阀过载保 护信号，PLC 控制电路考虑该信号逻辑关系。 4) 1#清水泵、2#清水泵、罗茨风机电动机、电动阀电动机分别采用热继电器实现过载 保护，其热继电器的常开触点通过中间继电器转换后，作为 PLC 的输入信号，用以完成各 个电动机系统的过载保护。 5) 罗茨风机的控制要求在无负载条件下起动或停机，需要在曝气管路上设置排空电磁 阀。 6) 主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔断器，实现短 路保护。 7) 电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用 BVR 型铜导线连接，电 控箱与执行装置之间采用端子板连接。 8) PLC 选用继电器输出型。 9) PLC 自身配有 24V 直流电源，外接负载时考虑其供电容量。PLC 接地端采用第三种 接地方式，提高抗干扰能力。 2SBR 废水处理电气控制原理图设计废水处理电气控制原理图设计 (1) 主电路设计主电路设计 SBR 废水处理电气控制系统主电路如图 11-2 所示。 M1 M2 S KM1 KM2 FU1 M3 T KM3 R N N L5 L6 FR1 FR2FR3 1#泵（污水）2泵（清水） 风机 M4 FR4 KM4 KM5 FU4FU3 FU2 阀门电动机 FU5 FU6 3 333 QF 图 11-2 SBR 废水处理电气控制系统主电路 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) 交流控制电路设计交流控制电路设计 SBR 废水处理系统交流控制电路如图 11-3 所示。 1#泵提示(潜水) L5 N HL1 HL2 HL3 HL4 YA1 HL5 YA2 KA1 FR1 FR2 FR3 FR4 KM1-1 KM2-1 KM3-1 KA2-1 KA2-2 KA3-1 TC 220 隔离变压器 1:1 L N +24V DC COM PLC 注: 电源指示 2#泵提示(清水) 罗茨风机 上水电磁阀 上水阀指示 排空电磁阀 表示采用第三种 接地方式。 220V 电动机过载保护 图 11-3 SBR 废水处理系统交流控制电路 1) 控制电路有电源指示 HL。PLC 供电回路采用隔离变压器 TC，以防止电源干扰。 2) 隔离变压器 TC 的选用根据 PLC 耗电量配置，可以配置标准型、变比 1：1、容量 100VA 隔离变压器。 3) 1#清水泵 M1、2#清水泵 M2、曝气风机 M3 分别有运行指示灯 HL1、HL2、HL3， 由 KM1、KM2、KM3 接触器常开辅助触点控制。 4) 4 台电动机 M1、M2、M3、M4 的过载保护，分别由 4 个热继电器 FR1、FR2、FR3、FR4 实现，将其常闭触点并联后与中间继电器 KA1 连接构成过载保护 信号，KA1 还起到电压转换的作用，将 220V 交流信号转换成直流 24V 信号送入 PLC 完成 过载保护控制功能。 5) 上水电磁阀 YA1 和指示灯 HL1、排空电磁阀 YA2，分别由中间继电器 KA2 和 KA3 触点控制。 (3) 主要参数计算主要参数计算 1) 断路器 QF 脱扣电流。断路器为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负 载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的 1.7 倍整定。SBR 废水处理系统 有 3kW 负载电动机一台，起动电流较大，其余三台为 1.1kW 以下，起动电流较小，而且 工艺要求 4 台电动机单独起动运行，因此可根据 3kW 电动机选择自动开关 QF 脱扣电流 IQF： IQF1.7IN=1.76A10.2A10A，选用 IQF10A 的断路器。 2) 熔断器 FU 熔体额定电流 IFU。以曝气风机为例，IFU2IN22.5A5A，选用 5A 的熔体。其余熔体额定电流的选择，按上述方法选配。控制回路熔体额定电流选用 2A。 3) 热继电器的选择请参考有关技术手册，自行计算参数。 (4) PLC 控制电路设计控制电路设计 包括 PLC 硬件结构配置及 PLC 控制原理电路设计。 1) 硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级、负载的性质 等；分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；确定所控制参数的精度及类 型，如：对开关量、模拟量的控制、用户程序存储器的存储容量等，选择适合的 PLC 机型 及外设，完成 PLC 硬件结构配置。 2) 根据上述硬件选型及工艺要求，绘制 PLC 控制电路原理图，绘制 PLC 控制电路， 编制 I/O 接口功能表。图 11-4 为 SBR 废水处理系统 PLC 控制电路原理图，L6 作为 PLC 输出回路的电源，分别向输出回路的负载供电，输出回路所有 COM 端短接后接入电源 N 端。 L HL8HL10 DC24VX0X2X4X6X10X12X14X16X20X22X24X26 COMX1X3X5X7 X11X13X15X17X21X23 X25X27 24+ AC100224V NCOM1Y1Y3Y5Y7 COM2COM3 COM4 Y17Y0Y2Y4Y6 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 输出端 输入端 0.7 电动阀控制器 KA1-1 SB8 SB3-1 SB4 SB5 SB6 SB7 SB2 SB1 L3L2L1 H1H2H3 KM4 KM5 KM3 KA3 N L6 KM1 KM2 HL7HL9HL11HL13 HL12HL14 KM5-1 KM4-1 KA2 HL6 SQ1 SQ2 FR0 FX2N-48MR SB3-2 图 11-4 SBR 废水处理系统 PLC 控制电路原理图 3) KM4 和 KM5 接触器线圈支路，设计了互锁电路，以防止误操作故障。 4) PLC 输入回路中，信号电源由 PLC 本身的 24V 直流电源提供，所有输入 COM 端短 接后接入 PLC 电源 DC24V 的（）端。输入口如果有有源信号装置，需要考虑信号装置 的电源等级和容量，最好不要使用 PLC 自身的 24V 直流电源，以防止电源过载损坏或影 响其他输入口的信号质量。 5) PLC 采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为 AC250V，2A。 表 11-1 和表 11-2 分别为 SBR 废水处理系统 PLC 输入和输出接口功能表。 表 11-1 SBR 废水处理系统 PLC 输入接口功能表 序号工位名称文字符号输入口 1污水池高水位开关信号H1X000 2污水池低水位开关信号L1X001 3清水池高水位开关信号H2X002 4清水池低水位开关信号L2X003 5中水箱高水位开关信号H3X004 6中水箱低水位开关信号L3X005 7起动按钮（绿色）SB1X006 8停止按钮（红色）SB2X007 9旋钮开关（自动）SB3-1X010 10旋钮开关（手动）SB3-2X011 11手动开电动阀旋钮开关SB4X012 12手动关电动阀旋钮开关SB5X013 131#清水泵手动旋钮开关SB6X014 142#清水泵手动旋钮开关SB7X015 15电动阀门开起限位开关SQ1X016 16电动阀门关闭限位开关SQ2X017 17电动阀电动机故障报警FR0X020 18电动机热保护器报警KA1X021 19曝气风机手动旋钮开关SB8X022 20输入点备用X023X027 表 11-2 SBR 废水处理系统 PLC 输出接口功能表 序号工位名称文字符号输入口 11#清水泵接触器KM1Y000 22#清水泵接触器KM2Y001 3污水池高水位红色指示灯HL7Y002 4污水池低水位绿色指示灯HL8Y003 5清水池高水位红色指示灯HL9Y004 6清水池低水位绿色指示灯HL10Y005 7中水箱高水位红色指示灯HL11Y006 8中水箱低水位绿色指示灯HL12Y007 （续） 序号工位名称文字符号输入口 9电动阀门开起绿色指示灯HL13Y010 10电动阀门关闭黄色指示灯HL14Y011 11开电动阀门接触器KM4Y012 12关电动阀门接触器KM5Y013 13电动机热保护器报警红色指示灯HL6Y014 14罗茨风机（曝气风机）接触器KM3Y015 15排空电磁阀继电器KA3Y016 16上水电磁阀继电器KA2Y017 17输出口备用Y020Y027 6) 根据上述设计，对照主回路检查交流控制回路、PLC 控制回路、各种保护联锁电路、 PLC 控制程序等，全部符合设计要求后，绘制出最终的电气原理图。 7) 根据设计方案选择的电气元件，编制原理图的元器件目录表，如表 11-3 所示。 表 11-3 SBR 废水处理系统元器件目录表 序号文字符号名 称数量规格型号备 注 1M1M4电动机4Y 系列三相交流异步电动机 2FR1FR4热继电器4JR16B-20/3参照电动机整定电流 3FU1FU4熔断器12RL1-15熔体 210A 4FU5、FU6熔断器2RT16-32X熔体 2A 5QF断路器1C45AD脱扣电流 10A 6TC隔离变压器1BK-100变比 1：1，AC220V 7SB1起动按钮1LAY37绿色 8SB2停止按钮1LAY37红色 9SB3转换开关1LAY37-D2手动/自动转换 10SB4SB8手动开关5LAY37-D2黑色 11KM1KM4交流接触器4DJX-9线圈电压：AC220V 12KA1KA3中间继电器3HH52P线圈电压：AC220V 13HL1HL15指示灯15AD16-22LED 显示，AC220V 14YA1电磁阀1ZCT-50A线圈电压：AC220V 15YA2电磁阀1ZCT-15A线圈电压：AC220V 16YA3电动阀门装置1LQA20-1AC380，60W 17PLC可编程序控制器1FX2N-48MR继电器输出 (5) PLC 控制程序设计控制程序设计 1) 程序设计。根据控制要求，建立 SBR 废水处理系统控制流程图，如图 11-5 所示， 表达出各控制对象的动作顺序，相互间的制约关系。在明确 PLC 寄存器空间分配，确定专 用寄存器的基础上，进行控制系统的程序设计，包括主程序编制、各功能子程序编制、其 他辅助程序的编制等。 2) 系统静态调试。空载静态调试时，针对运行的程序检查硬件接口电路中各种逻辑关 系是否正确，然后先调试子程序或功能模块程序，然后调试初始化程序，最后调试主程序。 调试过程中尽量接近实际系统，并考虑到