廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)0001

1、廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1廢水處理工藝的技術(shù)要求 廢水處理技術(shù)是一種高效廢水回用的處理技術(shù)，采用優(yōu)勢(shì)菌技術(shù)對(duì)校園生活污水進(jìn)行處理，經(jīng) 過處理后的中水可以用來澆灌綠地、 花木、沖洗廁所及車輛等， 從而達(dá)到節(jié)約水資源的目的。廢水處理系統(tǒng)方案要充分考慮現(xiàn)實(shí)生活中校園生活區(qū)較為狹小的特點(diǎn)，力求達(dá)到設(shè)備體積小， 性能穩(wěn)定，工程投資少的目的。廢水處理過程中環(huán)境溫度對(duì)菌群代謝產(chǎn)生的作用直接影響廢水處理 效果，因此采用地埋式磚混結(jié)構(gòu)處理池以降低溫度對(duì)處理效果的影響。同時(shí)，廢水處理技術(shù)工藝參 數(shù)變化大，硬件設(shè)計(jì)選型與設(shè)備調(diào)試比較復(fù)雜， 采用先進(jìn)的 PLC 控制技術(shù)可以提高廢水處理的效率

2、， 方便操作和使用。廢水處理系統(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(fēng)機(jī)、電動(dòng)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(shè)置液位開關(guān)，用以檢測(cè)水池與水 箱中的水位。廢水處理系統(tǒng)示意圖如圖 11-1所示。污水處理的第一階段：當(dāng)污水池中的水位處于低水位或無水狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)閥會(huì)自動(dòng)開起納入污水。當(dāng)污水池納入的污水至正常高水位時(shí)，電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉，污水池中污水呈微氧和厭氧狀態(tài)。6 8h。在曝氣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(duì)污染物進(jìn)行高效除污，即好氧處理過程。整個(gè)好氧（曝氣）時(shí)間一般需要管路上安裝了排空電

3、磁閥，當(dāng)電動(dòng)閥門自動(dòng)關(guān)閉后，排空電磁閥開起，羅茨風(fēng)機(jī)延時(shí)空載起動(dòng)，然 后排空電磁閥關(guān)閉，污水池開始曝氣。當(dāng)曝氣處理結(jié)束后，排空電磁閥再次開起，羅茨風(fēng)機(jī)空載停 機(jī)，然后排空電磁閥延時(shí)關(guān)閉。曝氣風(fēng)機(jī)在無負(fù)荷條件下起動(dòng)和停止，能起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的 作用。經(jīng)過 0.5h 的水質(zhì)沉淀， PLC 下達(dá)起動(dòng) 1#清水泵指令，將沉淀后的水泵入到清水池。當(dāng)清水池 中的水位升至正常高水位時(shí)， 1#清水泵自動(dòng)停止運(yùn)行。這時(shí) 2#清水泵自動(dòng)起動(dòng)向中水箱泵水，當(dāng)水 箱內(nèi)達(dá)到正常高水位時(shí)， 2#清水泵自動(dòng)停止運(yùn)行， 這時(shí)中水箱內(nèi)的水全部完成處理過程。如上所示，當(dāng)中水箱內(nèi)水位降至低水位時(shí)， 2# 清水泵又自動(dòng)起動(dòng)向中水

4、箱泵水。當(dāng)污水池中的 水位降至低水位時(shí)， 電動(dòng)閥門會(huì)自動(dòng)打開繼續(xù)向污水池納入污水。 如此循環(huán)往復(fù)。廢水處理技術(shù)針對(duì)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(yīng) 有參數(shù)可修正功能，以滿足廢水處理的要求。2廢水處理系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備廢水處理系統(tǒng)中所使用的動(dòng)力設(shè)備(水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥) ，均采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)， 電動(dòng)機(jī)和電磁閥( AC220V 選配)選配防水防潮型。1#清水泵：立式離心泵 LS50-10-A ，揚(yáng)程 10m，流量 29m3/h，1kW 。2#清水泵：立式離心泵 LS40-32.1 ，揚(yáng)程 30m，流量 16m3/h，3kW 。曝氣羅茨風(fēng)機(jī)： TSA-40 ，0

5、.7m 3/min ， 1.1kW 。電動(dòng)閥：閥體 D97A1X5-10ZB-125mm ，電動(dòng)裝置 LQ20-1 ，AC380V ，60W。3廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1) 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(jī)型。2) 可執(zhí)行手動(dòng) /自動(dòng)兩種方式， 應(yīng)能按照工藝要求編輯程序并可實(shí)時(shí)整定參數(shù)。3) 電動(dòng)閥上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為正、 反轉(zhuǎn)雙向運(yùn)行， 因此要在 PLC 控制回路加互鎖功能。4) PLC 的接地應(yīng)按手冊(cè)中的要求設(shè)計(jì)，并在圖中表示或說明。5) 為了設(shè)備安全運(yùn)行，考慮必要的保護(hù)措施，入如電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)、控制系統(tǒng)短路保護(hù)等。6) 繪制電氣原理圖：包括主電路

6、、控制電路、PLC 硬件電路，編制 PLC 的 I/O 接口功能表。7) 選擇電器元件、編制元器件目錄表。8) 繪制接線圖、電控柜布置圖和配線圖、控制面板布置圖和配線圖等。9) 采用梯形圖或指令表編制 PLC 控制程序。二、廢水處理電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1總體方案1) 廢水處理系統(tǒng)控制對(duì)象電動(dòng)機(jī)均由交流接觸器完成起、停控制，電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)要采用正、反 轉(zhuǎn)控制。2) 污水池、清水池、中水水箱水位檢測(cè)開關(guān)，在選型時(shí)考慮抗干擾性能，選用電極考慮耐腐蝕 性。3) 電動(dòng)閥上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其內(nèi)部設(shè)有過載保護(hù)開關(guān)，為常閉觸點(diǎn)，作為電動(dòng)閥過載保護(hù)信號(hào)， PLC 控制電路考慮該信號(hào)邏輯關(guān)系。4) 1#清水泵、 2#清

7、水泵、羅茨風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)分別采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，其 熱繼電器的常開觸點(diǎn)通過中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為 PLC 的輸入信號(hào)，用以完成各個(gè)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的過 載保護(hù)。5) 羅茨風(fēng)機(jī)的控制要求在無負(fù)載條件下起動(dòng)或停機(jī)， 需要在曝氣管路上設(shè)置排空電磁閥。6) 主電路用斷路器，各負(fù)載回路和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔斷器，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。7) 電控箱設(shè)置在控制室內(nèi)?？刂泼姘迮c電控箱內(nèi)的電器板用 BVR 型銅導(dǎo)線連接，電控箱與執(zhí) 行裝置之間采用端子板連接。8) PLC 選用繼電器輸出型。9) PLC 自身配有 24V 直流電源，外接負(fù)載時(shí)考慮其供電容量。 PLC接地端采用第三種接地方式， 提

8、高抗干擾能力。2廢水處理電氣控制原理圖設(shè)計(jì)(1) 主電路設(shè)計(jì) 廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖 11-2 所示。QFR S TN5F5UL5L6N1 M KFU1FU2R1FU3FU4KM5FR42 M K3KM3M4 閥門電動(dòng)機(jī)M2M2 M3FR2M11#泵(污水) 2泵(清水) 風(fēng)機(jī) 圖 11-2 廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路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(fēng)機(jī) M3 ；交流接觸器 KM4 、KM5 控制電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī) M4，通過正、反轉(zhuǎn)完成開起閥門和關(guān)閉閥門的功2) 電動(dòng)機(jī) M1、 M2、M3、M4 由熱繼電器 FR1

9、、 FR2、 FR3、 FR4 實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。電動(dòng)閥電動(dòng) 機(jī) M4 控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開關(guān)，對(duì)閥門電動(dòng)機(jī) M4 實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。3) QF 為電源總開關(guān)， 既可完成主電路的短路保護(hù)， 又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔茫?使用和維 修方便。4) 熔斷器 FU1、 FU2、 FU3、FU4 分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。 FU5、 FU6 分別完成交流 控制回路和 PLC 控制回路的短路保護(hù)。(2) 交流控制電路設(shè)計(jì) 廢水處理系統(tǒng)交流控制電路如圖11-3 所示。L5220VNKM1-1KM2-1HL1 電源指示HL2HL31#泵提示 (潛水 )KM3-1 HL4KA2-1 YA1KA2-1HL5羅

10、茨風(fēng)機(jī)上水電磁閥KA2-2上水閥指示TC2#泵提示 ( 清水)L隔離變壓器1:1DC+24V DC COMKA3-1 YA2FR1KFR2 K排空電磁閥注:電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)PLC表示采用第三種 接地方式。FR4圖 11-3 廢水處理系統(tǒng)交流控制電路TC ，以防止電源干擾。1) 控制電路有電源指示 HL 。PLC 供電回路采用隔離變壓器2) 隔離變壓器 TC 的選用根據(jù) PLC 耗電量配置，可以配置標(biāo)準(zhǔn)型、變比1： 1、容量 100VA 隔離變壓器。3) 1#清水泵 M1、2#清水泵 M2 、曝氣風(fēng)機(jī) M3 分別有運(yùn)行指示燈 HL1 、 HL2 、 HL3 ，由 KM1 、 KM2 、 KM3 接

11、觸器常開輔助觸點(diǎn)控制。4) 4 臺(tái)電動(dòng)機(jī) M1、M2、M3、M4 的過載保護(hù)，分別由 4個(gè)熱繼電器 FR1、FR2、FR3、FR4 實(shí) 現(xiàn)，將其常閉觸點(diǎn)并聯(lián)后與中間繼電器 KA1 連接構(gòu)成過載保護(hù)信號(hào)， KA1 還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用， 將 220V 交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流 24V 信號(hào)送入 PLC 完成過載保護(hù)控制功能。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(diǎn)控 制。(3) 主要參數(shù)計(jì)算1) 斷路器 QF 脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，其主回路控制對(duì)象為電感性負(fù)載交流電 動(dòng)機(jī)，斷路器過電流脫扣值按電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的 1.7 倍

12、整定。 廢水處理系統(tǒng)有 3kW 負(fù)載電動(dòng)機(jī)一臺(tái)， 起動(dòng)電流較大，其余三臺(tái)為 1.1kW 以下，起動(dòng)電流較小，而且工藝要求 4 臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)起動(dòng)運(yùn)行， 因此可根據(jù) 3kW 電動(dòng)機(jī)選擇自動(dòng)開關(guān) QF 脫扣電流 IQF：I QF 1.7I N=1.7 6A 10.2A 10A ，選用 IQF10A 的斷路器。2) 熔斷器 FU 熔體額定電流 IFU。以曝氣風(fēng)機(jī)為例， IFU2IN 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 。3) 熱繼電器的選擇請(qǐng)參考有關(guān)技術(shù)手冊(cè)，自行計(jì)算參數(shù)。(4) PLC 控制電路設(shè)計(jì) 包括 PLC 硬

13、件結(jié)構(gòu)配置及 PLC 控制原理電路設(shè)計(jì)。1) 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。了解各個(gè)控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求，如：驅(qū)動(dòng)電壓的等級(jí)、負(fù)載的性質(zhì)等；分析 對(duì)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(duì)開關(guān)量、 模擬量的控制、 用戶程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量等， 選擇適合的 PLC 機(jī)型及外設(shè)， 完成 PLC 硬件結(jié)構(gòu)配 置。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 11-4 為廢水處理系統(tǒng) PLC 控制電路原理圖， L6 作為 PLC 輸出回路的電源，分別向輸出回路的負(fù)載供電，輸出回路所有 COM 端短接后

14、接入電源 N 端。NCOM11L6NHL6KM3KA3Y1Y3Y5Y7Y4KM1 KMHL8 HL10 HL12 HL14HL7 HL9 HL11 HL13Y12Y13 COM3 Y15Y10Y6 COM2 Y11Y0 Y2Y14KA2Y16COM4Y17 輸出端DC24VX0X2X4X6X10X12X14X16X20X22X24 X26AC100224VFX2N-48MROMX1X23 X2524+X7X3X5X11X13X15X17X21H2H1H3L1 L2 L3圖 11-4 廢水處理系統(tǒng) PLC 控制電路原理圖1SQ2QS0RF電動(dòng)閥控制器0.7BS輸入端X273) KM4 和 KM5

15、 接觸器線圈支路， 設(shè)計(jì)了互鎖電路， 以防止誤操作故障。4) PLC 輸入回路中， 信號(hào)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 DC24V 的（）端。輸入口如果有有源信號(hào)裝置，需要考慮信號(hào)裝置的電源等級(jí)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(hào)質(zhì)量。5）PLC 采用繼電器輸出，每個(gè)輸出點(diǎn)額定控制容量為AC250V ，2A。表 11-1 和表 11-2 分別為廢水處理系統(tǒng) PLC 輸入和輸出接口功能表。表 11-1 廢水處理系統(tǒng) PLC 輸入接口功能表序號(hào)工位名稱文字符號(hào)輸入口1污水池高

16、水位開關(guān)信號(hào)H1X0002污水池低水位開關(guān)信號(hào)L1X0013清水池高水位開關(guān)信號(hào)H2X0024清水池低水位開關(guān)信號(hào)L2X0035中水箱高水位開關(guān)信號(hào)H3X0046中水箱低水位開關(guān)信號(hào)L3X0057起動(dòng)按鈕（綠色）SB1X0068停止按鈕（紅色）SB2X0079旋鈕開關(guān)（自動(dòng)）SB3-1X01010旋鈕開關(guān)（手動(dòng)）SB3-2X01111手動(dòng)開電動(dòng)閥旋鈕開關(guān)SB4X01212手動(dòng)關(guān)電動(dòng)閥旋鈕開關(guān)SB5X013131#清水泵手動(dòng)旋鈕開關(guān)SB6X014142#清水泵手動(dòng)旋鈕開關(guān)SB7X01515電動(dòng)閥門開起限位開關(guān)SQ1X01616電動(dòng)閥門關(guān)閉限位開關(guān)SQ2X01717電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)故障報(bào)警FR0X02

17、018電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警KA1X02119曝氣風(fēng)機(jī)手動(dòng)旋鈕開關(guān)SB8X02220輸入點(diǎn)備用X023X027表 11-2 廢水處理系統(tǒng) PLC 輸出接口功能表序號(hào)工位名稱文字符號(hào)輸入口11#清水泵接觸器KM1Y00022#清水泵接觸器KM2Y0013污水池高水位紅色指示燈HL7Y0024污水池低水位綠色指示燈HL8Y0035清水池高水位紅色指示燈HL9Y0046清水池低水位綠色指示燈HL10Y0057中水箱高水位紅色指示燈HL11Y0068中水箱低水位綠色指示燈HL12Y007續(xù))序號(hào)工位名稱文字符號(hào)輸入口9電動(dòng)閥門開起綠色指示燈HL13Y01010電動(dòng)閥門關(guān)閉黃色指示燈HL14Y01111開電

18、動(dòng)閥門接觸器KM4Y01212關(guān)電動(dòng)閥門接觸器KM5Y01313電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警紅色指示燈HL6Y01414羅茨風(fēng)機(jī)(曝氣風(fēng)機(jī))接觸器KM3Y01515排空電磁閥繼電器KA3Y01616上水電磁閥繼電器KA2Y01717輸出口備用Y020Y0276) 根據(jù)上述設(shè)計(jì)，對(duì)照主回路檢查交流控制回路、 PLC 控制回路、各種保護(hù)聯(lián)鎖電路、 PLC 控制程序等，全部符合設(shè)計(jì)要求后，繪制出最終的電氣原理圖。7) 根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇的電氣元件， 編制原理圖的元器件目錄表， 如表 11-3 所示。表 11-3 廢水處理系統(tǒng)元器件目錄表序號(hào)文字符號(hào)名稱數(shù)量規(guī)格型號(hào)備注1M1M4電動(dòng)機(jī)4Y 系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)

19、2FR1FR4熱繼電器4JR16B-20/3參照電動(dòng)機(jī)整定電流3FU1 FU4熔斷器12RL1-15熔體 2 10A4FU5 、FU6熔斷器2RT16-32X熔體 2A5QF斷路器1C45AD脫扣電流 10A6TC隔離變壓器1BK-100變比 1：1， AC220V7SB1起動(dòng)按鈕1LAY37綠色8SB2停止按鈕1LAY37紅色9SB3轉(zhuǎn)換開關(guān)1LAY37-D2手動(dòng) /自動(dòng)轉(zhuǎn)換10SB4SB8手動(dòng)開關(guān)5LAY37-D2黑色11KM1 KM4交流接觸器4DJX-9線圈電壓： AC220V12KA1 KA3中間繼電器3HH52P線圈電壓： AC220V13HL1 HL15指示燈15AD16-22L

20、ED 顯示， AC220V14YA1電磁閥1ZCT-50A線圈電壓： AC220V15YA2電磁閥1ZCT-15A線圈電壓： AC220V16YA3電動(dòng)閥門裝置1LQA20-1AC380 ，60W17PLC可編程序控制器1FX2N-48MR繼電器輸出(5) PLC 控制程序設(shè)計(jì)1) 程序設(shè)計(jì)。 根據(jù)控制要求，建立廢水處理系統(tǒng)控制流程圖， 如圖 11-5 所示，表達(dá)出各控制對(duì) 象的動(dòng)作順序，相互間的制約關(guān)系。在明確 PLC 寄存器空間分配，確定專用寄存器的基礎(chǔ)上，進(jìn)行 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)， 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。2) 系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試。空載靜態(tài)調(diào)試時(shí)，針對(duì)運(yùn)行的

21、程序檢查硬件接口電路中各種邏輯關(guān)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(shí)際系統(tǒng)，并考慮到各種可能發(fā)生的情況，作反復(fù)調(diào)試，出現(xiàn)問題及時(shí)分析、調(diào)整程序或參數(shù)。3) 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)試及運(yùn)行。在動(dòng)態(tài)帶負(fù)載狀態(tài)下調(diào)試，密切觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，采用先手動(dòng)再 自動(dòng)的調(diào)試方法，逐步進(jìn)行。遇到問題及時(shí)停機(jī)，分析產(chǎn)生問題的原因，提出解決問題的方法，同 時(shí)做好詳盡記錄，以備分析和改進(jìn)。圖 11-5 廢水處理系統(tǒng)控制流程圖廢水處理系統(tǒng) PLC 控制程序如圖 11-6 所示。10圖 11-6 廢水處理系統(tǒng) PLC 控制梯形圖程序11圖 11-6 廢水處理系統(tǒng) P

22、LC 控制梯形圖程序（續(xù) 1）12圖 11-6 廢水處理系統(tǒng) PLC 控制梯形圖程序（續(xù) 2）13圖 11-6 廢水處理系統(tǒng) PLC 控制梯形圖程序（續(xù) 3）1415圖 11-6 廢水處理系統(tǒng) PLC 控制梯形圖程序（續(xù) 5）3廢水處理系統(tǒng)電氣工藝設(shè)計(jì) 按設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)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(guān)電氣接線圖。1）先根據(jù)控制系統(tǒng)要求和電氣設(shè)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(yīng)安裝的電器元件。本系統(tǒng)除電控箱外，在污水處理設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)安裝的電器元件和動(dòng) 力設(shè)備有：電磁閥、水位開關(guān)、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)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(shè)計(jì)安裝的電器元件有：控制按鈕、旋鈕開關(guān)、各色指示燈等。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(shè)計(jì)原則，繪制