課程設計7工業(yè)污水處理設備

1、成績南京工程學院課程設計說明書(論文)題 目 工業(yè)污水處理設備控制 課程名稱 機電傳動控制課程設計院（系、部、中心） 機械工程學院專 業(yè) 機電電子工程班 級 機電133學生姓名 學 號設計地點 2-201指導教師 歐益寶 韓亞麗設計起止時間： 2016 年 1 月 11 日至 2016 年 1 月 15 日目 錄引言31、 工業(yè)污水處理設備電氣控制系統(tǒng)設計任務 31.1 工業(yè)污水處理設備結構31.2工業(yè)污水處理設備控制要求31.2.1工業(yè)污水處理設備工作過程41.2.2工業(yè)污水處理設備的控制要求42、 工業(yè)污水處理設備電氣控制系統(tǒng)設計 52.1 總體方案設計 52.1.1工業(yè)污水處理設備控制要

2、求分析42.1.2工業(yè)污水處理設備控制方案 42.2電氣系統(tǒng)設計52.3電氣控制系統(tǒng)設計62.3.1工業(yè)污水處理設備控制與驅動信號分析62.3.2電氣元件信號與PLC連接的通道分配62.3.3工業(yè)污水處理設備自動工作控制流程設計 72.3.4工業(yè)污水處理設備控制程序設計73、 工業(yè)污水處理設備電氣控制系統(tǒng)控制程序調(diào)試與仿真134、 結論135參考文獻13 引言 出于人類社會對環(huán)境保護的需要，政府要求生產(chǎn)過程中產(chǎn)生廢水的企業(yè)具備處理廢水的能力及設備，本題工業(yè)污水處理設備在處理廢水的過程中要求對處理池中水的酸堿度及溫度進行控制，并通過攪拌器加速和均勻處理的反應過程，并將處理后的清水排出。一.工業(yè)污

3、水處理設備電氣控制系統(tǒng)設計任務1、 工業(yè)污水處理設備結構 工業(yè)污水處理設備由閥門控制進入處理池的工業(yè)廢水、降溫冷水、酸液和堿液，以及處理后的清水排出；采用溫度、酸度、堿度和水位檢測監(jiān)視處理池中液體的實時情況，并通過電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動調(diào)整工作。工業(yè)污水處理設備結構示意圖如圖1所示。 圖1 工業(yè)污水處理設備結構示意圖2、工業(yè)污水處理設備控制要求(1)工業(yè)污水處理設備工作過程 工業(yè)污水處理設備的工作過程如圖2所示，工業(yè)廢水由進水閥進入處理池，通過加入酸液和堿液進行中和處理，在處理過程中，酸堿度檢測設備檢測池中液體酸堿度，當出現(xiàn)酸堿度不符合要求時，由電氣控制系統(tǒng)控制酸液和堿液的閥門開關，自動進行調(diào)整

4、；同時設備采用溫度檢測裝置以及液面檢測裝置，對池中處理液體的溫度和液面高度進行控制；電動機拖動攪拌裝置使池中液體能夠充分均勻的得到處理。（2）工業(yè)污水處理設備的控制要求 工業(yè)污水處理設備的控制要求，是控制系統(tǒng)的功能必須滿足工業(yè)污水處理設備所有的工作要求。工業(yè)污水處理設備的工作要求包含三個方面，工作方式要求，工作過程要求，安全穩(wěn)定工作要求。1）工業(yè)污水處理設備工作方式要求 為保證工業(yè)污水處理設備能夠處于正常工作，要求設備具備如下工作方式：所有閥門均可手動控制打開與關閉，工業(yè)污水處理設備自動完成檢測調(diào)整的工作過程；2）工業(yè)污水處理設備工作過程要求 工業(yè)污水處理設備全自動檢測調(diào)整的工作過程需要滿足如

5、下工作要求：假定處理池中各項指標狀態(tài)正常，按下啟動按鈕，攪拌機電動機啟動，持續(xù)運轉；開啟工業(yè)污水進水閥，開啟處理后清水排水閥；溫度、水位、酸堿度檢測，當出現(xiàn)非正常值時，控制閥門進行調(diào)節(jié)；溫度、水位、酸堿度檢測，為正常值時，各閥門保持當前位置；酸度、堿度、水位等設置指示燈報警提醒3）工業(yè)污水處理設備控制系統(tǒng)元件配置與工作要求 工業(yè)污水處理設備攪拌裝置電動機為2.2KW，各調(diào)節(jié)閥門為電磁閥，自動循環(huán)工作時，所有調(diào)整過程切換由檢測傳感器控制。電器元件工作關系表如表1所示。4）工業(yè)污水處理設備安全穩(wěn)定工作過程要求具有運動部件間安全工作的連鎖功能；具有位置保護功能（如極限位、越位、相對位置保護）；電氣控

6、制系統(tǒng)具有短路，電動機過載保護等保護功能；具有應急操作功能具有照明、指示燈輔助功能。 圖2 工業(yè)污水處理設備的工作過程 表1 電器元件工作關系表二.工業(yè)污水處理設備電氣控制系統(tǒng)設計1、 總體方案設計 總體方案設計階段是設計的初步設計階段，在此階段，通過對設備的工作要求分析、工作環(huán)境和條件分析、操作與安全要求分析、電氣控制裝置技術可行性分析和經(jīng)濟性分析，確定電氣控制系統(tǒng)裝置的技術性能、基本構建形式以及主要參數(shù)。（1）工業(yè)污水處理設備控制要求分析1）電氣控制系統(tǒng)的控制對象為一自動污水處理設備，采用攪拌電動機攪拌均勻，工作環(huán)境在室外，應該對控制系統(tǒng)進行一定的保護措施；2）設備安裝在室外，由低壓電網(wǎng)供

7、電，采用380V電壓驅動設備，供電頻率為50赫茲；3）設備電氣控制為普通開關量控制，要求自動完成污水處理的自動調(diào)節(jié)控制，并且具備手動調(diào)整功能和電氣保護功能4）設備配備2臺交流異步電動機驅動攪拌裝置，功率均為2.2KW，采用直接啟動控制。進水閥、酸液、堿液、冷水的控制采用電磁閥控制。閥電磁鐵工作電壓為直流24V。(2)工業(yè)污水處理設備控制方案1)工業(yè)污水處理設備控制系統(tǒng)采用開關量控制2)基于設備自動工作要求，選擇PLC為主要控制器件構成控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)屬 圖3 系統(tǒng)電路圖于小型控制系統(tǒng)，因此選用三菱公司型號為FX2N的PLC產(chǎn)品；3)由于工作要求，控制系統(tǒng)可在兩種模式下運行：即全自動循環(huán)過程和

8、手動調(diào)整過程4)電動機采用直接啟動，單方向運轉。電動機無制動控制要求5)PLC主機工作電源為交流電源，電壓220V，交流接觸器線圈電壓為220V，電磁閥電磁鐵使用24V直流電源，主令電器及形成開關等使用24V直流電源6)控制系統(tǒng)具有短路保護和過載保護功能7)使用信號燈顯示污水處理設備工作狀態(tài)2、電氣系統(tǒng)設計 污水處理設備主要由兩部分組成，及電動機驅動系統(tǒng)（主電路）和PLC設備的控制部分，驅動系統(tǒng)通過交流接觸器主觸點控制電動機的通斷，采用熔斷器和熱繼電器進行短路與過載保護，同時通過控制變壓器提供滿足系統(tǒng)工作要求的電源電壓。系統(tǒng)電路圖如圖3所示，系統(tǒng)使用電器元件明細表如表2所示。 表2 電器元件明

9、細表3、電氣控制系統(tǒng)設計 電氣控制系統(tǒng)中由PLC構成控制部分，控制部分需要接受污水處理設備的控制信號，需要對所有信號按程序要求進行就算，并將計算結果作為輸出信號送達污水處理設備上被控制電器，以實現(xiàn)設備的自動運轉?？刂撇糠值墓ぷ饕笠约癙LC使用特點，形成控制系統(tǒng)設計的三個重要的工作內(nèi)容，及設備的驅動信號分析，制定控制流程和編制控制程序。（1）工業(yè)污水處理設備控制與驅動信號分析1）輸入信號 分析污水處理設備的工作要求，處理設備有如下幾類輸入開關信號完成起、?？刂频陌粹o開關信號，電器元件為：SB2、SB1；完成工作方式選擇的選擇開關信號，電器元件為：SA；完成調(diào)整的按鈕開關信號，電器元件為：SB3

10、、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8；完成設備自動運行中獲得設備狀態(tài)信號的傳感器信號，電器元件為：SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6；2）輸出信號 分析污水處理設備的工作要求，處理設備有如下幾類輸入開關信號控制電動機電路接通與斷開的交流接觸器線圈，電氣元件為：KM1、KM2控制電磁閥開關的電磁鐵，電器元件為：YV1、YV2、YV3、YV4；控制處理設備工作顯示狀態(tài)的顯示或報警燈，電器元件為：HL1、HL2、HL3、HL4、HL5、 HL6、HL7； （2）電器元件信號與PLC連接的通道分配 電器元件信號與PLC通道分配的目的是為每一個需要PLC處理的信號設備信號獲得進入PLC的

11、通道和存放信號狀態(tài)的地址。依據(jù)控制方案選定的三菱FX2N系列PLC產(chǎn)品，以及對設備信號分析結果，電器元件信號與PLC連接的通道分配如表3所示。 表3電器元件信號與plc連接的通道分配表 （3）工業(yè)污水處理設備自動工作控制流程設計 自動工作控制流程設計是將設備控制程序的結構框架用控制流程圖方式給以描述?？刂屏鞒虉D簡介明了地反映設備自動工作過程，以及工作過程中各個工作狀態(tài)之間的關系，與此同時，控制流程圖還將各個工作狀態(tài)的開始與控制結束條件，工作狀態(tài)中完成驅動的輸出一一給出描述。 由于控制系統(tǒng)選擇三菱系列PLC，該產(chǎn)品具有順序控制的特殊用法，即步進控制。步進控制采用狀態(tài)轉換的方式簡化控制條件，使得控

12、制程序設計簡潔方便。工業(yè)污水處理設備控制流程采用狀態(tài)轉移圖（功能圖）描述。 工業(yè)污水處理設備的各項調(diào)整工作，各個狀態(tài)由狀態(tài)控制器控制，使用狀態(tài)器S0、S21S30、S31，設計完成的設備自動工作控制狀態(tài)轉移圖如圖4所示。 工業(yè)污水處理設備功能圖中，使用選擇開關SA（X010、X011）選擇污水處理設備的手動和自動的工作方式，依據(jù)選擇不同，可以進入不同的工作狀態(tài)，進入不同工作狀態(tài)開始自動工作或手動調(diào)整。在自動工作方式下，各種SQ對水位、酸堿度、溫度等進行檢測并反饋調(diào)整。手動模式下通過按鈕調(diào)整污水處理設備。 圖4 工業(yè)污水處理設備功能圖 PLC接線端子圖（4）工業(yè)污水處理設備控制程序設計 工業(yè)污水

13、處理設備控制程序設計是編制輸入PLC主機，實現(xiàn)控制功能的程序，程序編制依據(jù)控制功能圖（狀態(tài)轉移圖）的結構和控制信號關系，使用梯形圖或指令表的方法編制。由于梯形圖能夠圖形化地表達控制邏輯關系，同時編程軟件可以自動將梯形圖程序與指令表程序進行轉換，因此工業(yè)污水處理設備控制程序采用梯形圖方法，機床控制梯形圖如圖5所示。 在步進控制中，當前狀態(tài)轉移到下一狀態(tài)時，當前狀態(tài)中所有輸出將自動關閉，對于需要在多個狀態(tài)中保持接通的輸出電器，必須采用強制置位（SET）和復位（RET）的方法保證電器能夠正常接通和斷開。圖5 梯形圖圖6 指令表三. 工業(yè)污水處理設備電氣控制系統(tǒng)控制程序調(diào)試與仿真 設計完成的控制系統(tǒng)中

14、，完成工作控制的plc程序是否能正確完成所有的控制要求，需要給予檢驗，以防止安裝實際設備后不能滿足控制要求。程序檢驗采用仿真設備進行，仿真設備由輸入設備，輸出信號顯示設備、plc設備和plc程序輸入設備構成，各組成部分使用快速連接接頭連接，可以依據(jù)仿真程序要求進行搭接。 程序調(diào)試與仿真工作內(nèi)容包括使用程序輸入設備（計算機及編程軟件）輸入編制的控制程序，編制輸入/輸出信號與工作狀態(tài)關系表，依據(jù)設備要求搭接仿真控制系統(tǒng)，仿真檢驗程序以及修改程序。四. 總結工業(yè)污水處理設備控制課程設計，在一周的工作中完成了 1繪制設備與信號布置簡圖 2繪制電氣控制系統(tǒng)電路圖（包括PLC端子圖） 3設計與編制PLC用

15、戶程序（控制流程圖、梯形圖、指令表）短短四天時間并不足以讓我們對本次課程設計進行十全十美的設計,本次課程設計實現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)場污水自動循環(huán)處理的功能，并且可以在特殊情況下進行手動調(diào)整以方便使用者。雖然設計工作已經(jīng)結束，但是此控制系統(tǒng)還有需要改進的地方，比如它的啟動與停止功能設計的不是太好。在一些閥門的控制上完全依賴于開關量，在實際生產(chǎn)中可以用傳感器的模擬量信號通過A/D轉換來調(diào)節(jié)控制自動污水處理系統(tǒng)。 在今后的實踐中一定多加注意理論與實際的結合，更好的學以致用！通過這次課程設計，我們第一次接觸到了方便指令，難點亦在于此。方便指令中程序有四塊，置于一個文件中，分別為，初始化程序，自動程序，手動程序以及回原點程序。我們小組在SFC圖的設計方面有些許欠缺，導致時間花費過多，對整個程序也沒有進行透徹的理解，以致答辯中出現(xiàn)了好多漏洞。對于GX Developer 軟件的使用我們小組也不是太熟練，導致SFC圖以及梯形圖畫的過于繁瑣，浪費了過多的時間精力，在以后的實習中我們會加以改進，做到更好！五參考文獻1.宋伯生.PLC變成使用指南.北京：機械工業(yè)出版社，2007，22.洪志育.例說PL