(完整版)基于PLC的小型污水处理系统设计

1、J I A N G S U U N I V E R S I T 丫可编程控制器课程设计小型污水处理控制系统学 院：电气信息工程班 级：农业电气1101姓名学号：马舒童学 号： 3110506015指导教师：刁晓燕目录一、小型污水处理控制系统设计要求1 .技术要求12 .动力设备23 .设计要求2二、小型污水处理控制系统程序电路图1. 程序流程图32. 主电路设计43. 交流控制电路设计4三、小型污水处理控制系统硬件软件设计1. 可编程控制器控制电路设计52. 输入输出口分配63. 可编程控制器控制程序设计84. 梯形图95. 出现问题及改进方式156. 心得15四、参考文献可编程控制器课程设计

2、一一小型污水处理控制系统一、小型污水处理控制系统设计要求1. 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

3、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1所示。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

4、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

5、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。2. 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29nVh，IkW2# 清水泵：立式离心泵 LS40-32.1 ,扬程30m 流量16nVh，3kW曝气罗茨风机：TSA-40, 0.7m3min，1.1kW。

6、电动阀：阀体 D97A1X5-10ZB-125mm电动装置 LQ20-1, AC380V 60W3 .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。PLC的6) 绘制电气原理图：包括主电路、控制电路、PLC硬件电路，编制I/O接口功能表。7) 选择电器元件、编

7、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、小型污水处理控制系统程序图1.程序流程图开始选择操作方式关电动阀停 止纳水N自动操作Y打开电动阀低?污水位曝气沉淀处理Y开1#泵 清水池纳水计时7.5h?NY停1#泵污水位咼？Y污水池纳 入污水开2#泵中水箱纳水水箱水位咼？自动动行结束Y结束N自动结束？第19页共19页图2小型污水处理控制系统程序流程图2.主电路设计RSTNFU4dKM5L6NL533FR4M2M31 M i K '、4 M KFR3A阀门电动机QFMfFR25-Un WFU16I IlFU

8、2I IlFU31 IR16M11#泵(污水)2#泵(清水)风机2 M K图3 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9 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 FU

9、3 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。3. 交流控制电路设计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、FR2FR3 FR4实现，将其常闭触点并联后与中间继电器 KA1连接构成

10、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。L5 _220VN -HL1HL2.一KM2-1KM3-1 HL4KM1-1电源指示1#泵提示（潜水）罗茨风机TC2#泵提示（清水）隔离变压器1:1KA2-1 YA1HL5 HL> KA3-1 YA2-上水电磁阀KA2-2上水阀指示排空电磁阀FR1FR2-l 'FR3yFR4 -yKA10_注:电动机过载保护PLC表示米用第三种 接地方式。图4 SBR废水处理系统交流控制

11、电路三、小型污水处理控制系统硬件软件设计1.可编程控制器控制电路设计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SBF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短接后接入电源N端

12、。3）KM4 和KM5S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源DC24V勺（+）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。2. 输入输出口分配表1-1 废水处理系统PLC输入接口功能表工位名称文字符号输入口1污水池咼水位开关信号H1I0.02污水池低水位开关信号L1I0.13清水池咼水位开关信号H2

13、I0.24清水池低水位开关信号L2I0.35中水箱咼水位开关信号H3I0.46中水箱低水位开关信号L3I0.57起动按钮SB1I0.68停止按钮SB2I0.79旋钮开关（自动）SB3-1I1.010旋钮开关（手动）SB3-2I1.111手动开电动阀旋钮开关SB4I1.212手动关电动阀旋钮开关SB5I2.1131#清水泵手动旋钮开关SB6I1.3142#清水泵手动旋钮开关SB7I1.415电动阀门开起限位开关SQ1I1.516电动阀门关闭限位开关SQ2I1.617电动阀电动机故障报警FR0I2.218电动机热保护器报警KA1I2.019曝气风机手动旋钮开关SB8I1.7表1-2废水处理系统PL

14、C输出接口功能表工位名称文字符号输入口11#清水泵接触器KM4Q0.022#清水泵接触器KM5Q0.13开电动阀门接触器KM1Q0.24关电动阀门接触器KM2Q0.35罗茨风机（曝气风机）接触器KM3Q0.46排空电磁阀继电器KA2Q0.57上水电磁阀继电器KA3Q0.68电动机热保护器报警指示灯HL1Q0.79污水池高水位红色指示灯HL2Q1.010污水池低水位绿色指示灯HL3Q1.111清水池高水位红色指示灯HL4Q1.212清水池低水位绿色指示灯HL5Q1.313中水箱咼水位红色指示灯HL6Q1.414中水箱低水位绿色指示灯HL7Q1.515电动阀门开启绿色指示灯HL8Q1.616电动阀

15、门关闭黄色指示灯HL9Q1.7J丨；！! 1D SJU6 u U-二F=1Ol1.-''''-'a.-:Sar*t * Tl 甩吗沁HHLOQOOQOO80000000OaOoQ图5 PLC硬件接线图根据上述设计，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。3. 可编程控制器控制程序设计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 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

16、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。4.梯形图mjddewConnftH住畑I产料F一.1

17、.4世询胡I群话21.2如5Ml :N rwok 5li¾电iH自动读厅他；.o电稠门弼村1,5敝动闱门“皿1鬥dC )SJJmtni札 MQMlCOMnBn=Tx =p FtF15i¾'t bMM 胡-QV-1.3TiJbbjMal4<ff1S.1D.0MI EHftS L和LLlAdiU-LLIl LU.亠兀:憫M常01.3松爭讦3中WD 2MrrWMIC 7丄T3TINTON10fl ftg"M0,2Sj MI HCc*n<rt冃桶耳E罕寸1hrtJ.2I JSPbdIAdiKiCOmlTSnri库芍FFMQ.3fl+ ：早件Me /NH

18、Nflk IDH9T 33I IIlNION-rlflOOIOO hiSiFFbdlI AdLie,Conirrfihl嗯T幵S&MleL3NeHl<iik 11C0 UrrINIDNPT10 i匪空1奶自-MnCC)Ec1H>T- M0：ddi÷: SMU 亦T耳-T- MoE曲侯 SM(INFONFiIujllllHr>t¼l 14dt!,LirIL,F , .vtMl .tfaffj.40HHlIM2INlToldPTIQDIn9-+1 JTO-MHlNrtamrt ITddhs'.t!rrt1IdI DJirtClde4Camler

19、t W科F琨営电功叩砧甲护器相吾jifiq.片上询CII .2Necwotk 3D即青才專哇FnlINPTIoom上庐电i阳Fl ST )W-M7排空阚关词“:呦.？排空电ij-1.7S gSrrtE ALLjdlenCjamfterMQO-IIILht.',CHXM3 4SjlmbOII Lmtrert川二哩M耶f器G17M07h1.0中际肝启越N0.2屮哇丽启紺牛2M0.45. 出现问题及改进方式1) 调试时在排空电磁阀和风机轮流启动关闭中把握不准造成死循环，两者 使用没有按照要求，最后是加了几个中间继电器约束输出端实现了器件重启动关 闭使要求实现。2) 调整中水高信号开关作为了中间信号输入而不是手动输入，使得中高信 号可以与中水低信号互锁，保证 2者联系，减少了手动关闭信号的不便。3)