毕业设计（论文）基于PLC的污水处理系统设计.pdf

摘要本论文主要研究污水处理系统的PLC控制系统，随着城市 的快速发展，环境问题显得日益重要。污水是破坏环境的一个重 要因素，目前中国污水处理自控系统相对落后，污水处理成本居 高不下，污水站排放的处理过的污水的水质不稳定，所以如何建 立有效的自控系统，优化运行效果，具有重要的意义。文章首先介绍了 PLC控制系统的硬件结构、工作原理以及 设计PLC控制系统的基本原则和步骤。然后以SBR污水处理工 艺为例，来说明PLC在污水处理过程中的应用。先根据污水处 理要求设计了设备的电气控制与自动控制线路，主要包括设备的 启停、状态信号等。最后按照工艺要求设计PLC控制系统，包 括PLC的选型、系统资源配置以及按照污水处工艺编制PLC程 序等。建立高度自动化污水处理站，不仅可以加强整个系统的可靠 性、准确性，还可以减少劳动强度，降低处理成本和节约能源。污水处理站自动控制系统的建设将降低生产和维护成本，减轻生 产及维护工人的劳动强度，并为生产工艺进一步改进提供方便,具有很好的经济效益和社会效益。关键词：污水处理；PLC；硬件配置；软件设计Abstrac tMy main researc h is the PLC c o ntro l system o f sewage treatment.With the rapid devel o pment o f c ities,the enviro nment bec o mes mo re and mo re impo rtant.Waste water is o ne o f the majo r fac to r o f po l l ute the enviro nment.The auto matic c o ntro l l ing system o f wastewater treatment is no t very advanc ed in China.The water qual ities o f the treated wastewater are unstabl e.So ho w to so l ve the pro bl ems is very meaningful to o ur c o untry.This paper intro duc ed the hardware struc ture,wo rk princ ipl e o f PLC c o ntro l the system and design PLC c o ntro l systems basic princ ipl e and step,then with the SBR wastewater treatment c raft fo r exampl e to il l ustrate the PLC in the appl ic atio n in the wastewater treatment pro c ess.Designed the el ec tric ity c o ntro l o f equipments and auto matic al l y c o ntro l c irc uit ac c o rding to the sewage treatment requirements,mainl y inc l ude the start and sto p o f equipments,the state o f the signal and so o n.Final l y design PLC c o ntro l system ac c o rding to the tec hno l o gic al requirements,inc l ude the PLC type sel ec tio n,the al l o c atio n o f system reso urc es and draw up PLC pro c edure ac c o rding to the wastewater treatment c raft.Establ ish a highl y auto mated o f sewage treatment pl ant,no t o nl y may strengthen the systems rel iabil ity but al so may reduc e the l abo r intensity and reduc e pro c essing c o sts and save energy.The establ ishment o f sewage treatment pl ants auto matic c o ntro l system wil l reduc e the pro duc tio n and maintenanc e c o sts,al so c an reduc e pro duc tio n and maintenanc e wo rkers in the l abo r intensity.Key words:sewage treatment;PLC;Hardware dispo sitio n;So ftware design目录摘要.IAbstrac t.Il l第1章绪论.61.1 课题背景.61.2 课题目的和意义.61.3 国内外发展现状.71.4 本文研究的主要内容.8第2章 污水处理系统工艺流程.92.1 SBR的结构及工作原理.92.2 PLC控制系统设计原则与步骤.102.3 污水处理工艺过程阐述.112.4 PLC与MCGS组态软件的通信.122.5 本章小结.14第3章电气控制系统方案的选择及硬件设计.153.1 PLC的工作原理.153.1.1 循环扫描技术.153.1.2 PLC的输入/输出响应时间.163.2 SBR污水处理电气控制系统设计要求.163.3 SBR污水处理电气控制系统的总体设计.173.3.1 设计过程.173.3.2 控制系统方案设计.183.3.3 SBR污水处理电气控制系统硬件电路设计.183.4 本章小结.25第4章污水处理系统的软件设计.264.1 污水处理系统软件设计的总体概述.264.2 污水处理各个子程序的设计.264.2.1 粗、细格栅除污机控制子程序的设计.264.2.2 进水阀门控制子程序的设计.284.2.3 空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵控制子程序的设计.294.2.4 濯水器控制子程序的设计.30哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）4.3 本章小结.31第5章MCGS组态软件在本系统中的应用.325.1 对上位机监控软件的要求.325.2 上位机设计.325.2.1 定义数据对象.335.2.2 主画面的设计.355.2.3 实时报警.385.2.4 设备与变量连接.395.3 程序调试运行及安全机制.405.4 本章小结.41结论.42致谢.43参考文献.44-V-哈尔滨工业大学(威海)本科毕业设计(论文)第1章绪论1.1课题背景地球虽然有70.8%的面积为水所覆盖，但淡水资源却极其有限，人类 真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的 0.26%,而且分布不均。全世界每天约仃200吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升炭水会污染 8升淡水。世界上许多国家正面临水资源危机：12亿人用水短缺，30亿 人缺乏用水卫生设施。中国污水处理行业概况：(1)中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大。在这样的背景下，污水处 理行业成为新兴产业，目前与自来水生产、供水、排水、中水回用行业处 于同等重要地位。(2)虽然由于国家和各级政府对环境保护重视程度的不断提高，中国 污水处理行业正在快速增长，污水处理总量逐年增加，城镇污水处理率不 断提高。但目前中国污水处理行业仍处于发展的初级阶段。(3)一方面，中国目前的污水处理能力尚跟不上用水规模的迅速扩 张，管网、污泥处理等配套设施建设严重滞后。另一方面，中国的污水处 理率与发达国家相比，还存在着明显的差距，且处理设施的负荷率低。(4)因此中国应完善污水处理的政策法规，建立监管体制，创建合理的 污水处理收费体系，扶植国内环保产业发展，推进污水处理行业的产业化 和市场化。污水处理行业是一个朝阳产业，发展前景十分广阔。中国污水 处理行业由此迎来高速发展期。1.2 课题目的和意义世界上任何国家的经济发展，都会推进社会进步、促进工农业生产能 力，使人民的生活得到进一步改善，尤其在工业革命之后，各国经济飞速 发展，全球大量的不可再生资源(例如石油)被利用。-6-哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）如果这些污水无净化排出必定会给周围环境造成很大的污染，而且我 国是一个严重缺水的国家，已经被联合国列为世界上13个缺水国家之一。目前我国约300个城市缺水，其中严重缺水城市有50个，据中国经济信息 网分析统计，全国按目前正常需要，年缺水总量约为300亿400亿立方 米，因缺水造成的经济损失达2300亿元，超过洪涝灾害。水资源的匮乏和 水资源的污染已经严重的影响了人民的日常生活，严重的影响了全国的经 济建设和发展。特别是我国北方城市，如北京、天津、沈阳等城市水资源 更为短缺。在这种情况下，污水更加不能随便外排，而是要净化之后合理 利用。我国污水处理的电耗为0.365kWh/m3日本为0.304 kWh/m3、美国为 0.243kWh/m3,因此建设符合我国具体情况的污水厂自动控制系统对降低污 水处理成本、改善环境、建立可持续发展社会、保持我国经济高速发展具 有重要意义。1.3 国内外发展现状由于控制技术、网络通讯技术以及现场总线技术的飞速发展，国外的 污水处理厂很早就实现了污水处理厂的网络控制，如DCS/FCS系统，同时 国外较早的将SCADA技术引入到了给水排水工程中，并取得了良好的经 济效益和社会效益。国外同时注重水处理PLC的开发，相继研制出了一些 智能、稳定、小巧的控制单元，如AB公司的SLC系列、Siemens的s 7系 列、Sc hneider的TSX Quantum DO、化学需氧量COD分析仪。国外污水处 理自控系统主要有以下特点：大量采用在线监控的水质分析仪表，对全厂 的水质实行实时的监测，并有上位机记录下来，提高了测量精度;生产过程 中不同程度上采用了智能控制，可以根据水质和水源的变化自动的调整相 应的控制方式;大量采用遥控、遥测设备；并开始有效地利用社会信息资 源，如电话网络、移动电话网络、国际互联网、气象信息等。与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，70年代开始采用热 工仪表，实行集中巡检；80年代应用分析仪表和DCS系统；到90年代，随着一大批利用国际贷款的大型污水处理厂的建成投产，我国污水处理控 制系统的自动化水平有了很大提升。从外国引进污水厂的自动控制系统已 广泛采用集散式计算机监控系统，应用了自动化程度较高的检测仪表，各 种新工艺、新设备的大量出现并得到应用。可以说我国污水处理自动化的-7-哈尔滨工业大学(威海)本科毕业设计(论文)现状是：手动和自动兼备，自制和引用并举。可以看出我国污水处理自控 系统有以下特点：对于新建的污水处理厂，引进了计算机分散控制系统，手动和自动并存的控制方式。大部分以前建设的污水处理厂自动化程度仍 然很低;国产在线仪表的稳定性还没有达到要求，所以大部分采用进口的在 线仪表，但由于进口仪表价格昂贵，所以应用并不广泛。水质的检测主要 是有实验人员通过实验来测量;各个控制站之间完全独立，无信息交换。并 且各个控制单元由于内部资源的限制，只是实现了简单的时间控制和逻辑 控制;上位机监控软件很少使用，几乎没有中控室，不能对全厂的设备实行 实时监控，而一些报表的工作也主要是有厂里的工作人员手工完成。通过对比，不难看出整体上和国外相比我国污水处理的自控系统仍然 存在很大的差距，但是我国的应用前景却非常广泛、潜力很大。1.4 本文研究的主要内容本文论述了污水处理工艺及污水处理系统的组成和PLC控制系统的设 计，主要由以下内容组成：(1)介绍了污水处理的基本内容，包括污水处理的发展及污水处理的工 艺流程。(2)介绍了 PLC的基本结构和工作原理，并对污水处理控制系统进行 设计分析。(3)具体设计污水处理的硬件系统及软件系统。-8-哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）第2章污水处理系统工艺流程2.1 SBR的结构及工作原理本论文中的污水处理采用SBR污水处理工艺，即序批式间歇活性污泥 法。SBR采用时间分割的操作方式替代传统的空间分割方式，可以适应工 业生产连续产生大量污水的特点。SBR废水处理系统分别由粗细格栅除污 池、集水池、SBR反应池、储泥池、水泵、鼓风机和电动阀门等部分组 成，在粗细格栅除污池、集水池、SBR反应池、储泥池中分别设置液位开 关，用以检测水池与水箱中的液位。本文采用4个SBR池循环处理的工艺，并结合PLC技术，以期实现污 水处理过程的实时检测和控制，保障生产过程的连续性，降低劳动强度。此工艺由4个池组成，每个SBR处理周期包括进水、生化反应（曝气）、沉淀、排放等工序，污水在SBR中按序列间歇地进入每个反应工序。曝气 使好氧、缺氧和厌氧状态交替进行，最终达到脱碳、脱氨和脱氮的目的。此外还有保证SBR的用风量。SBR的布置图如图2-1所示。进水阀V 进水阀b 进水阀b 进水阀污泥泵Q1号池浮球开关0 灌水器污泥泵Q2号池浮球开关0 浑水器污泥泵Q3号池浮球开关0浑水器污泥泵Q4号池p 浮球开关p0水t图2-1 SBR池的布置图在充氧阶段，SBR反应池去除有机物的机理与普通活性污泥法相同。不同点是，运行时，进水、反应、沉淀、排水、空载排泥5个工序在同一 SBR反应池中周期性运行。当污水进入反应池后，与池内空载期的污泥混-9-哈尔滨工业大学(威海)本科毕业设计(论文)合，污水中的有机物被菌胶团吸附，并开始生物降解。反应结束后经过沉 淀期，上部的水逐渐变清，利用浅水器将水排出，最后排出污泥。2.2 PLC控制系统设计原则与步骤PLC控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要很好的实现工艺提出 的控制要求。PLC控制系统的设计应遵循以下原则：(1)最大限度地满足被控对象的控制要求。(2)保证PLC控制系统安全可靠。(3)力求简单、经济、适用及维修方便。(4)适应发展的需要。PLC控制系统的设计与调试应遵循一定的步骤。整体的设计步骤如图 2-2所示。图2-2设计步骤示意图(1)控制要求分析在设计PLC控制系统之前，必须对工艺过程进行细致的分析，详细了 解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己所要完成的任务，设计出-10-哈尔滨工业大学(威海)本科毕业设计(论文)令人满意的控制系统。(2)确定输入/输出设备根据控制要求选择合适的输入设备和输出设备。并根据所选用的输入/输出设备的类型和数量，确定PLC的I/O点数。(3)选择合适的PLC因为实验室只有一种三菱的FX系列PLC,而且用此PLC可以满足控 制要求，因此本课题的PLC选择三菱的FX1N。(4)I/O点数分配点数分配就是规定PLC的I/O端子和输入/输出设备的对应关系。(5)PLC程序设计本阶段就是根据控制对象和控制要求对PLC进行编程。首先把工艺流 程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不 同阶段之间的联系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。(6)组态设计根据控制要求，模拟控制现场，在组态软件上进行组态设计。(7)模拟调试程序编好后，可以用按钮和开关模拟数字量，与组态软件相连接，进 行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。(8)撰写论文以上步骤都完成后，整理有关的文档、程序，进行论文的撰写。2.3 污水处理工艺过程阐述(1)进水进水阀门打开，污水通过粗格栅，经过水泵，然后再经过细格栅过 滤，污水到达集水池，再根据控制要求，将集水池中的污水分步骤逐次地 注入各个SBR反应池。(2)反应反应工序是SBR工艺最重要的一道工序。当污水注入达到预定容积 后，停止进水，空气阀门打开，鼓风机启动，开始曝气，同时潜水搅拌机 和回流污泥泵运行，可开始反应操作，如驱除BOD,硝化、磷的吸收以及 反硝化等。根据反应需要达到的程度，进行曝气和搅拌，并决定反应时间 的长短。潜水搅拌机与曝气系统混合使用，使能耗大幅度降低，充氧量明-11-哈尔滨工业大学(威海)本科毕业设计(论文)显提高，创建水流，加强搅拌功能，防止污泥沉淀，有效防止沉淀。(3)沉淀当SBR池停止曝气以后，空气阀门关闭，同时潜水搅拌机、回流污泥 泵也停止运行。开始重力沉淀和泥水分离。(4)排水SBR池达到高水位，并经过沉淀工艺以后，上清液由溪水器缓慢排除 池外。当池水位达到设定的最低水位时，濯水器停止运行。同时、剩余污 泥泵在浑水器停止运行后开始运行，排泥至储泥池。系统有4台濯水器，分别位于4个SBR反应池内。濯水器通过PLC可 编程控制器实现自动控制。当SBR反应池的静置时间结束，旦液位满足要 求时，濯水器开始运行。2.4 PLC与MCGS组态软件的通信从总体上讲，组态软件是山系统开发环境和系统运行环境两个部分组 成的。系统开发环境是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在组态 软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境。通过 建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统，供系统运行环 境运行时使用。系统开发环境由若干个组态程序组成，如图形界面组态程 序、实时数据库组态程序等。系统运行环境是在系统运行环境下，目标应 用程序被装入计算机内存并投入实时运行。系统运行环境由若干个运行程 序组成，如图形界面运行程序、实时数据库运行程序等。MCGS系统结 构图如图2-3所示。-12-哈尔滨工业大学(威海)本科毕业设计(论文)多任务 多线程图2-3 MCGS软件系统结构图运用MCGS 6.2建立运行程序的一般过程：(1)启动MCGS组态环境，建立工程项目。(2)进行设备配置。设备配置的目的是实现上下位机通讯，即实现计算 机与智能仪表之间的连接。通过设备窗口配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。(3)构造数据库。在实时数据库窗口建立新的数据库文件。要求与设备 要求的数据库一致。该窗口定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。(4)制作图形画面，在用户窗口实现。主要用于设置工程中人机交互的 界面，例如：生成水位变化的动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表 等。(5)在主控窗口建立新工程。主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个 用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包 括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗 口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。(6)链接。动画链接是将动画与数据库变量建立联系，当数据库变量发 生改变时动画就可以表现出来。即当水箱中水位发生变化时，动画可以适-13-哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）时显示。（7）调试。当以上步骤完成以后，先进行组态检查通过后就可以进入运 行环境调试2.5 本章小结本章主要介绍了 SBR污水处理的整个工艺流程，PLC控制系统的控制 原则以及设计步骤，应用组态软件的一般过程。接下来的设计应按照这个 原则和步骤进行设计，有条理的逐步完成本次毕业设计及论文的撰写。-14-哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）第3章电气控制系统方案的选择及硬件设计3.1 PLC的工作原理plc与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继 电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立 即动作，只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。而PLC则不 同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描 到该线圈时，该线圈触点才动作，而且每次只能执行一条指令，这也就是 说明PLC是以“中行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的 控制的触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继电器控制装置根据输入 和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、执行 程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。3.1.1 循环扫描技术PLC循环扫描可分为3个阶段：输入阶段（将外部输入信号的状态传 送到PLC）、执行程序阶段和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。（1）输入阶段在这个阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机进行通 信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把 它们存入相应的输入存储单元。（2）执行程序阶段在这个阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应 的输入存储单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器、数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结 果，并将这些结果存入相应的输出存储器单元。这一阶段执行完后，进入 输出阶段。在这个程序执行中，输入信号的状态和数据保持不变。（3）输出阶段在这个阶段中，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模 块上，并通过输出模块向外部设备传送输出信号，开始控制外部设备。-15-哈尔滨工业大学(威海)本科毕业设计(论文)3.1.2 PLC的输入/输出响应时间I/O响应时间是指某一输入信号从变化开始到系统相关输出端信号的改 变所需要的时间。因为PLC的循环扫描工作方式，所以收到输入信号的时 刻不同，响应时间的长短也就不同。下面就给出最短和最长响应时间。最短响应时间：一个扫描周期刚结束就收到输入信号，即收到这个输 入信号与开始下一个扫描周期同时，这样的响应时间最短。考虑到输入电 路和输出电路的延时，所以最短响应时间应大于一个扫描周期。最长响应时间：一个扫描刚完成输入读取后才接到输入信号，这样这 个输入信号在该扫描周期将不会发生变化，要等到下一个扫描周期才能得 到响应，这时的响应时间最长】。3.2 SBR污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)执行自动工作方式，应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参 数。(3)驱动搅拌机为正、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，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。(7)选择电器元件、编制元器件目录表。(8)绘制接线图、电控箱布置图和配线图、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。-16-哈尔滨工业大学(威海)本科毕业设计(论文)3.3 SBR污水处理电气控制系统的总体设计3.3.1 设计过程(1)系统山一台粗格栅除污机，山时间间隔控制其开或者停。为了调试 方便，设置开5S,关5S。粗格栅池有两个浮球开关，分别标示着池中污水 的液位上限值和下限值。如果液位达到上限值，前面的水泵1关闭，如果 液位达到下限值，后面的水泵2关闭。(2)两台水泵，水泵2和水泵3,由时间和浮球开关同时控制，当粗细 格栅除污机工作时，水泵不工作，当粗格栅除污机不工作时两台水泵工 作。细格栅池水位高时，关闭水泵3。(3)细格栅除污机，山时间控制其开或者停。为方便调试，设置开 5S,关5So细格栅池有两个浮球开关，分别标示着池中污水的液位上限值 和下限值。如果液位达到上限值，前面的水泵3关闭，如果液位达到下限 值，后面的调节阀2关闭，以维持系统的正常运行。(4)皮带运输机在粗格栅除污机工作一定时间后开始工作，设置粗格栅 除污机工作2S后，皮带运输机开始工作。粗细格栅除污机同用一台皮带运 输机。(5)污水经过细格栅除污机后进入集水池，当集水池处于低水位时，关 闭集水池后面与其相连的所有阀门。集水池中应用4个浮球开关，实时监 测集水池中水位的变化，当水位非常高时，发报警信号。(6)4个581池，每个池中都有2个浮球开关监测池水的水位。SBR池 内进水阀门依次开启，当1#SBR池水位升到一定液位后关阀门，然后开 2#SBR池进水阀门，2#SBR池水位升到一定液位后关阀门，然后开3#进水 阀门，依次类推。(7)进水阀门关闭后，空气阀门开启，潜水搅拌器和回流污泥泵同时开 启。SBR池的水位有限制，水位太高会溢出池外，水位太低则不能满足曝 气的要求，因此设置水位保护。在进水阶段，如达到高水位则停止进水，如水位太低则不曝气重新进水。一定时间后关闭空气阀门，潜水搅拌器和 回流污泥泵也随之关闭。(8)空气阀门关闭5S后，灌水器开始运行，将池内的上清液排出，当 SBR池液位下降到一定高度后停止运行。-17-哈尔滨工业大学(威海)本科毕业设计(论文)(9)剩余污泥泵在浅水器停止运行后开始运行，排泥至储泥池。储泥池 液位达到高液位后停止运行。(10)当开启一个空气阀门时开启一台鼓风机，开启两个或三个空气阀 门时开启两台鼓风机。(11)脱水机按水处理工艺要求工作，单体为自动化组。3.3.2 控制系统方案设计(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，搅拌机要采用正、反转控制。(2)粗细格栅除污池、集水池、SBR反应池、储泥池等的液位检测开 关，在选型时考虑抗干扰性能，选用电极考虑耐腐蚀性。(3)粗细格栅除污机、各个水泵、鼓风机电动机、搅拌机分别采用热继 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。(4)鼓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 设置空气阀。(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。(6)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。(7)PLC选用继电器输出型。(8)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。3.3.3 SBR污水处理电气控制系统硬件电路设计1.主电路设计SBR污水处理电气控制系统主电路如图3-1所示。-18-哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）格崎污机器 朝物 雌污海回凝泥泵港水搅拌机集水池触机图3-1 SBR污水处理电气控制系统主电路主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分别控制格栅 除污机Ml、濯水器M2、鼓风机M3、剩余污泥泵M4、回流污泥泵M5；交流接触器KM6、KM7控制潜水搅拌机M6,KM8、KM9控制集水池搅拌 机，两个搅拌机通过正、反转完成对污水的搅拌功能。电动机 Ml、M2、M3、M4、M5、M6、M7 由热继电器 FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7 实现过载保护。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。熔断器Ful、Fu2、Fu3、Fu4、Fu5、Fu6、Fu7分别实现各负载回路的短路保护。2.交流控制电路设计SBR污水处理系统交流控制电路如图3-2所示。-19-哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）HL1_9KM 1-1/HL2KM 1-2Idt3 6)KM 3-1/HL4KM 3-2/HL5 _(?)_HL6 玄KM 2-2/KM 2-3/HL8KM2-4/HL9KM 4-1HL1OKM 4-2HL11/KM 4-3_/H12KM 4-4_/HL 13KM6_/TiM4|KM7peisKM8/|KM 9HL17KM5-1HL18KM 5-2_/HL19 _KM 5-3 HL20/aKM 5-4-1L21FR1FR2沙FR3主FR4拄KAI-!FR5,FR6,FR7,_电源指示粗格栅除污机细格栅除污机In I-IL I鼓风机1|+24V|DC|COM|鼓风机21#灌水器2#淹水器3#泽水器4#灌水器1#剩余污泥泵2#剩余污泥泵3#剩余污泥泵4#剩余污泥泵潜水搅拌机正转潜水搅拌机反转集水池搅拌机正转集水池搅拌机反转1#回流污泥泵2#回流污泥泵3#回流污泥泵4#回流污泥泵过载保护图3-2 SBR污水处理系统交流控制电路控制电路有电源指示HLo PLC供电回路采用隔离变压器TC,以防止 电源干扰。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。粗细格栅除污机、濯水器1、浅水器2、濯水器3、濯水器4、鼓风机 1、鼓风机2、剩余污泥泵1、剩余污泥泵2、剩余污泥泵3、剩余污泥泵-20-哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）4、回流污泥泵1、回流污泥泵2、回流污泥泵3、回流污泥泵4、潜水搅拌 机1、潜水搅拌机2、潜水搅拌机3、潜水搅拌机4、集水池搅拌机，都有 运行指示灯HL1HL21,由KM1KM9接触器常开辅助触点控制。几台电动机Ml、M2、M3、M4、M5、M6、M7的过载保护，分别由 热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7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。3.搅拌机电路的设计在集水池中要用到搅拌机，主要实现的功能是使集水池的污水中所含 物质分布均匀，以便PH检测传感器能够正确的检测到水池中污水的PH 值。搅拌机电路如图3-3所示。图3-3搅拌机电路4.主要参数计算断路器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L7倍 整定。SBR废水处理系统有3kW负载电动机两台，起动电流较大，其余五 台为l.l kW以下，起动电流较小，而且工艺要求7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：IQF=1.7IN=1.7 X6A=10.2A 10A,选用 IQF=1OA 的断路器。-21-哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）熔断器FU熔体额定电流IFUo以鼓风机为例，IFU22IN=2X2.5A=5A,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2A13o5.PLC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。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。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3-4为SBR污水处理系统PLC控制电 路原理图。-22-哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）总开关开宿总开关停止 2。16 SQ1T康他详诔LTlOo 桀水池祥煤U%祟水池详怵LTlOc 泉水池律球LT 1W】腌股他的LT20a高船2#SBR池浮球LT 20b高液位3#SBR池浮球LT20c高酒位4#SBR池浮球LT20d高液位1#SBR池浮球LT 2 0a低酒位2#SBR池浮球LT20b低液位3#SBR池浮球LT20c低液位4#SBR池祥球LT 20d低液位储泥池浮球LT30高液位S012CDMX0+2WXICDMX2COMOX3C0M1xqCOM2X5Y0X6Y1XTY2X10Y3XllCOM3代X12r 5X13Y6X14YTX15COM1X16Y10X1TYllX21Y13X22CON 5X23YHXKY15ri6Y1T献册能机阳核2木杲S谢裕麟污机调节解 端运翎I把泥阳就他被做螃耶 忻州 幅向5酢解1料日R他空气町1潜水遇辟机，醐污泥桑 2#SBR他的的.淞械解I.豳污泥泵 3档BR他空气阀门，潜水遇悻机，回脩泥泵每一2小年图3-4 SBR废水处理系统PLC控制电路原理图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。PLC采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为AC250V,2Ao表1和表2分别为SBR污水处理系统PLC输入和输出接口功能表。-23-哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）表1数字量输入地址分配表X0总开关开启XI总开关停止X2SQ16X3SQ17X4集水池浮球LT 10aX5集水池浮球LT 10bX6集水池浮球LT 10cX7集水池浮球ETl OdX101#SBR池浮球ET20a高液位XII2#SBR池浮球ET20b高液位X123#SBR池浮球ET20c高液位X134#SBR池浮球ET20d高液位X141#SBR池浮球ET20a低液位X152#SBR池浮球ET20b低液位X163#SBR池浮球ET20c低液位X174#SBR池浮球ET20d低液位X20储泥池浮球LT30a高液位X24SQ12X25SQ13X26SQ14X27SQ15表2数字量输出地址分配表Y0粗栅格除污机Y1调节阀7Y2水泵2Y3水泵3Y4细栅格除污机Y5调节阀8Y6皮带运输机Y7排泥阀1Y10集水池液位报警Y11调节阀3Y12调节阀4Y13调节阀5Y14调节阀6Y151#SBR池空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵Y162#SBR池空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵Y173#SBR池空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵Y204#SBR池空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵-24-哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）Y211#SBR池灌水器Y222#SBR池灌水器Y233#SBR池灌水器Y244#SBR池灌水器Y251#SBR池剩余污泥泵Y262#SBR池剩余污泥泵Y273#SBR池剩余污泥泵Y304#SBR池剩余污泥泵Y311#鼓风机Y322#鼓风机Y33水泵1Y34调节阀2Y35酸液罐无药液Y36碱液罐无药液Y37排泥阀2Y40备用Y41PH 值 6.57.5Y42PH 值 34Y43PH 值 45Y44PH 值 56Y45PH 值 66.5Y46PH 值 7.58Y47PH 值 89Y50PH 值 9一10Y51PH 值 10116.电控箱布置图和配线图、控制面板布置图和配线图的设计电控箱电器板原件布置图如图3-5所示，电控箱电器面板元件布置图如 图3-6所示。-25-哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）线播QFFu1Fu2Fu3Fu4线楮Fu5 Fi6 Fu7线棺KM1KM2KM3KM4KM5KM6KM7KM8KM9线槽FR1|FR2J3_OUT I|FR3|FR4|PLC|FR5 11FR6|R I线槽WUIUWWWW 川JDO-瑞子板HL1 HL2 HL3 HL4 HL5 HL6O O O O O OHL7 HL8 HL9 HL10 HL11 HL12HL13 HL14 HL15 HL16 HL17 HL18HL19 HL20 HL21 SBO SB1图3-5电控箱电器板元件布置图图3-6电控箱电器面板元件布置图3.4本章小结本章主要是对污水处理系统的主电路和控制电路进行设计，由于条件 有限，在完成系统控制要求的前提下，要适当减少输入输出点数，尽量选 择一套比较好的设计方案。-26-哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）第4章污水处理系统的软件设计4.1 污水处理系统软件设计的总体概述为了能对污水处理系统进行集中监控，本次设计采用PLC和微机组成 控制系统。PLC选用日本三菱公司FX系列可编程序控制器。软件变成采 用FXGPW1N实现，组态采用MCGS 6.2实现，PLC作为整个系统的控制 中心，在系统过程中完成水泵、各个调节阀的动作，除污机和潜水搅拌