SBR废水处理PLC控制系统设计.doc

数控机床控技术课程设计说明书题 目 小型SBR废水处理PLC控制系统设计 机 械 工 程 学院 机械设计制造及其自动化 专业xxxx班xx号学生姓名 xxx . 指导教师 xxx xxx . 完成日期 2009年11月25日 . 18目 录第1章 课程设计任务书11.1 设计要求及任务11.2 进度安排及完成时间1第2章 SBR废水处理系统工作原理与过程22.1 SBR废水处理系统工作原理22.2 SBR废水处理系统工作过程22.3 SBR废水处理系统的特点和应用3第3章 SBR废水处理控制系统设计53.1 总体控制方案说明53.2 SBR废水处理电气控制设计63.3 PLC控制电路设计83.4 PLC控制程序设计12第4章 设计心得16参考文献17第1章 课程设计任务书设计题目 小型SBR废水处理PLC控制系统设计 姓名xxx院别机械工程学院专业机械设计制造及其自动化班级 xxxx学号 xx 指导老师 xxx xxx 教研室主任 xxx 1.1 设计要求及任务1设计要求 （1）用PLC进行控制； （2）连续循环与单片机手动两种工作方式； （3）程序调试。2设计任务（1）分析SBR废水处理工作原理与过程，制定控制方案；（2）绘制工作流程框图或顺序功能图；（3）绘制PLC的硬件接线图及电气原理图；（4）相关元器件的计算与选型，制定元件明细表与I/O分配表；（5）编写程序梯形图或指令表；（6）编写设计说明书。1.2 进度安排及完成时间1设计时间安排：2009年11月16日至2009年11月27日2进度安排 第11周：布置设计任务，查阅资料，熟悉设计要求及任务，软硬件设计。 第12周：调试程序，整理资料，撰写设计说明书，答辩，交设计作业（打印稿及电子稿）。第2章 SBR废水处理系统工作原理与过程2.1 SBR废水处理系统工作原理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1所示。图1 SBR废水处理系统示意图2.2 SBR废水处理系统工作过程污水处理第一阶段：当污水池中的水位处于低水位或无水状态时，电动阀自动开启纳入污水。当污水池纳入的污水志正常高水位时，电动阀自动关闭，污水池中污水呈微氧和无氧状态。污水处理第二阶段：采用能降解大分子污染物的曝气法，可是污水脱色、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68个小时。在曝气管路中安装排空电磁阀，当电动阀门自动关闭后，排空电磁阀开起，罗茨风机延时空载启动，同时污水处理池中的搅拌器也开始启动，然后排空电磁阀关闭，污水开始曝气。当曝气处理完毕后，排空电磁阀再次开起，罗茨风机空载停机，搅拌器也停止运行，然后排空电磁阀关闭。排空电磁阀的作用是使得罗茨风机在无负载条件下启动与关闭，起到保护电动机和风机的作用。污水处理第三阶段：曝气处理结束后，使水质自动沉淀0.5小时，PLC下达启动1#清水泵指令，将沉淀后的水泵入到清水池中。同时拍泥泵开始工作，将沉淀出的污泥排出。当清水池中的水位升到正常水位时，1#清水泵自动停止运行。这时2#清水泵自动启动向中水箱泵水，当水箱内达到正常高水位时，2#清水泵自动停止运行，这时中水箱中的水全部完成处理过程可进行正常使用。当污水处理池中的水位降至低水位时，电动阀再次打开。同理当清水池、中水箱中的水位降至低水位时，相应的1#清水泵、2#清水泵再次自动启动分别向清水池、中水箱中泵水。如此反复循环进行。2.3 SBR废水处理系统的特点和应用由于SBR废水处理系统的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。正是SBR工艺这些特殊性使其具有以下优点：1、理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。2、运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。3、耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。4、工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。5、处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。6、反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。7、SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。8、脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。9、工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。由于上述技术特点，SBR废水处理系统进一步拓宽了活性污泥法的使用范围。根据其技术条件和特点，SBR废水处理系统更适合以下情况：1、中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。2、需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。3、水资源紧缺的地方。SBR系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。4、用地紧张的地方。SBR污水处理系统占地面积小，有效地节省土地从而为用地紧张的地方的污水处理提供了有效地解决办法。5、非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。第3章 SBR废水处理控制系统设计3.1 总体控制方案说明1、 PLC控制系统的优越性。1）实时性。由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。2）高可靠性。所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用R-C滤波器。各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。采用性能优良的开关电源。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。3）安装简单，维修方便。可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。4）质优价廉，性价比高。基于PLC控制系统的以上优势以及废水处理系统所处的复杂环境，所以本系统采用PLC进行控制。2、污水处理池、清水池、中水箱中分别安放高水位、低水位的水位检测开关，来实现对水位的准确测定以控制各驱动电机适时的开启和停止。3、电动阀电机、1#清水泵、2#清水泵、罗茨风机、搅拌器驱动电机分别由交流接触器完成启、停控制，并采用热继电器实现过载保护。4、罗茨风机的控制要保证其在空载时启动与停机，因此需在曝气管上安装排空电磁阀并在启动和关闭风机之前打开排空电磁阀，待风机启动和关闭之后再关闭排空电磁阀。5、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。3.2 SBR废水处理电气控制设计1、SBR废水处理系统的主电路设计SBR废水处理系统的主电路图如图2所示。图2 SBR废水处理系统主电路图1）主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分别控制1#清水泵、2#清水泵、罗茨风机、污水搅拌器、排泥泵，KM6、KM7通过控制电控阀驱动电机的正反转来实现电控阀门的开启和关闭。2）电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6分别由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6实现过载保护。3）QF为电源总开关，既可以完成对主电路的短路保护又实现了分断三相交流电的作用，使用和维修方便。4）熔断器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6分别实现了对个负载电路的短路保护，FU7、FU8则分别用于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SBR废水处理系统交流控制电路如图3所示。图3 SBR废水处理系统交流控制电路图1）交流控制电路中由电源指示灯Ld1对电源情况进行提示，PLC控制电路的供电回路采用隔离变压器和滤波器进行调整，以防止电源的干扰保证控制系统安全稳定的进行工作。2）1#清水泵、2#清水泵、罗茨风机、污水搅拌器、排泥泵、电动阀开启、电动阀关闭、排空电磁阀分别由运行指示灯Ld2Ld9进行提示，并由KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8接触器的常开辅助触点进行控制。3）6个电机的过载保护分别由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6来实现。将他们的常开触点并联后与中间继电器KA连接构成过载保护信号，同时中间继电器还起到了电压转换的作用，将220V交流电压转换成直流24V电压信号传送入PLC中实现过载保护控制功能。4）1#清水泵、2#清水泵、罗茨风机、污水搅拌器、排泥泵、电动阀开启、电动阀关闭、排空电磁阀的开关继电器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8分别由继电器开关M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8进行控制。并且将KM6和KM7进行互锁保证电动阀开启或关闭间的相互隔离。而KM3、KM4的常闭触点串联在KM1继电器中是为了保证1#清水泵在罗茨风机和搅拌器停止工作时工作，从而使得1#清水泵泵入的水源的使用安全。3.3 PLC控制电路设计1、 PLC控制电路的硬件结构设计PLC控制电路的硬件接线图如图4所示。本系统采用具有24个输入口和24个输出口的FX2N-48M型号的PLC进行控制。输出接地端口COM1、COM2短接后连到电源的L3端并由继电器KM来控制其导通与断开。并与紧急停止按钮和运行按钮一起构成PLC电源的控制电路，以保证在紧急情况下（包括PLC发生故障时）能及时可靠地切断PLC电源保护PLC电路。KM6和KM7接触器线圈支路，设计了互锁电路，以防止误操作故障。KM1接触器与KM3和KM4的常闭口进行串接，从而保证1#清水泵在罗茨风机或污水搅拌电机工作时不能启动，即防止1#清水泵将还没有净化处理好的废水泵入清水池中，从而保证处理后的水质的安全。转换开关SW的3个档位分别对应着X0、X1、X2输入端口，以作为手动程序、自动程序以及停止运行程序的转换控制。输出端所驱动的中间辅助继电器继电器M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8分别用来控制1#清水泵、2#清水泵、罗茨风机、污水搅拌器、排泥泵、电动阀开启、电动阀关闭、排空电磁阀的开关继电器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8。图4 PLC控制电路硬件接线图SBR废水处理系统PLC输入输出接口功能表以及元器件目录表分别如表1、表2、表3所示。表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对应输入端口1手动程序启动信号SW-1X0002程序结束信号SW-2X0013自动程序启动信号SW-3X0024污水池低水位信号L1X0035污水池高水位信号H1X0046清水池低水位信号L2X0057清水池高水位信号H2X0068中水箱低水位信号L3X0079中水箱高水位信号H3X01010手动排空电磁阀开关信号K7X01111手动风机、搅拌器开关信号K3X01212手动电动阀开信号K5X01313手动电动阀关信号K6X01414手动1#泵开关信号K1X01515手动2#泵开关信号K2X01616手动排泥泵开关信号K4X01717电动阀门到顶信号SQ1X02018电动阀门到底信号SQ2X021表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对应输入端口1手动程序运行指示灯Ld8Y0002自动程序运行指示灯Ld9Y0013电动阀门开起KM6Y0024排空电磁阀KM8Y0035罗茨风机接触器KM3Y0046搅拌电机接触器KM4Y00571#泵接触器KM1Y00682#泵接触器KM2Y0079排泥泵接触器KM5Y01010电动阀门关闭KM7Y011表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1M1立式离心泵1LS50-10-A扬程10m,流量29m/h,1KW2M2立式离心泵1LS40-32.1扬程30m,流量16m/h,3KW3M3罗茨风机1L22LD流量2.3m/min,4KW4M4M6电动机3Y系列三相交流异步电机5FU1FU7熔断器19RL1-5熔体210A6FR1FR8热继电器8JR16B-20/3参照电机的额定电流7TC隔离变压器1BK-100变比1：1，AC220V8SW转换开关1LAY37-D2手动/自动转换9KM1KM8交流接触器8CJX2-3210Ld1Ld9指示灯9AD16-22LED指示灯 AC220V11K1K7闸刀开关7HD17AC220V12SQ1、SQ2限位开关27551250V/3A13PLC可编程控制器1FX2N-48M继电器输出14L1-L3 H1-H3超声波液位计3HL2000量程510m3.4 PLC控制程序设计根据控制要求，建立SBR废水处理系统的控制流程图如图5所示，表达出各控制对象的动作顺序，互相间的控制关系。图5 SBR废水处理系统的控制流程图根据以上流程图编制梯形图，并运用MELSEC PLC编程软件编写梯形图并转化为指令表传送到PLC中，并在PLC试验台中进行功能程序的调试。编制的梯形图程序如下：由于起保停电路仅仅使用与触电和线圈有关的指令，任何一种PLC的指令系统都有这类指令，因此起保停电路编程是一种通用的编程方法，可以用于任何一种型号的PLC使用范围很广。为了提高程序的通用性所以本系统的控制梯形图采用起保停电路进行编写。其中手动程序通过子程序来进行调用，而自动程序通过主控指令来调用控制。小时定时器运用具有电池后备的数据寄存器D210、D211单元进行计时，以保证在断电的状态下其仍能正常的计时，保证曝气反应的充分进行。另有定时器T1和计数器C1保证1#清水泵的工作在污水充分沉淀后进行，来保证用水安全。第4章 设计心得两周的数控机床控制技术课程设计，从接受任务书、查阅资料到编程调试、选择元器件，再到说明书的编写。从中自己得到的收获是非常多的，不论是专业知识的滚故拓广，还是设计过程的熟悉都给自己多增添了很多难得的经历，也给自己留下了不少的设计理念。在学习完P