【導(dǎo)讀】隨著城市的快速發(fā)展，環(huán)境問題顯得日益重要。廢水是破壞環(huán)境的一個(gè)主要的因素，先根據(jù)污水處理要求設(shè)計(jì)了設(shè)備的電氣控制與自動(dòng)控制線路，主要包括設(shè)。備的啟停、狀態(tài)信號(hào)、故障信號(hào)和信號(hào)采集等。最后按照工藝要求設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)，其中包括PLC的選型、系統(tǒng)資源配置以及按照污水處理工藝編制PLC程序等。自動(dòng)化污水處理廠，不僅可以加強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性，還可以減少勞動(dòng)強(qiáng)度，降低處理成本和節(jié)約能源。污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的建設(shè)將降低生產(chǎn)和維護(hù)成本，減。效益和社會(huì)效益。

　　

【正文】 ，將三檔開關(guān)撥到中間，關(guān)閉格柵機(jī) 。 （ 2）提污泵根據(jù)液位自動(dòng)運(yùn)行，兩臺(tái)提升泵一用 一 備，提污泵受調(diào)節(jié)池水位和清水池水位控制，當(dāng)調(diào)節(jié)池水位上升到高水位，清水池下降到低水位時(shí)啟動(dòng)提污泵，調(diào)節(jié)池下降到低水位或清水池上升到高水位時(shí)，關(guān)閉提污泵。 （ 3）過濾泵根據(jù)液位自動(dòng)運(yùn)行，兩臺(tái)過濾泵一用 一 備，中間池高水位啟動(dòng)，低水位停止。 （ 4）加藥泵在過濾泵啟動(dòng)時(shí)一起啟動(dòng)，過濾泵停止后一分鐘加藥泵停止。 （ 5）過濾泵根據(jù)液位自動(dòng)運(yùn)行，兩臺(tái)排污泵一用 一 備，地坑高水位啟動(dòng)，地高低水位停止。 （ 6）過濾泵根據(jù)液位自動(dòng)運(yùn)行，調(diào)節(jié)池高水位關(guān)進(jìn)水電動(dòng)閥門，低水位開進(jìn)水電動(dòng)閥門。 （ 7）過濾泵根據(jù)液位自動(dòng)運(yùn)行，清水池中水位開出水電動(dòng)閥門，高水位關(guān)出水電動(dòng)閥門。 （ 8）變頻供水采用一工一變的方式，恒壓供水。 1號(hào)供水泵為工頻供水， 2號(hào)供水泵為變頻供水。 當(dāng)用水量較小時(shí)，用 2號(hào) 泵供水，當(dāng)用水量較大時(shí)，打開 1 號(hào)泵，兩臺(tái)同時(shí)供水。2號(hào)供水泵自動(dòng)由變頻器控制運(yùn)行。當(dāng)清水池到低水時(shí)，所有供水泵都停止運(yùn)行。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 4 硬件部分設(shè)計(jì) 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)主要包括操作面板、顯示面板、電氣控制柜等單元。由于在該系統(tǒng)中需要檢測(cè)較多的數(shù)字輸入量，并且還要檢測(cè)模擬量的輸入，根據(jù)設(shè)定的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，輸出控制信號(hào)，因此系統(tǒng)的控制邏輯與時(shí)序就需要嚴(yán)格按照檢測(cè)信號(hào)的輸入進(jìn)行控制。 (1）操作面板。操作面板主要包括手動(dòng)、自動(dòng)、各類設(shè)備的啟動(dòng) 、停止 按鈕等。 (2）顯示面板。顯示面板由于要顯示較多的數(shù)據(jù) ，因此一般采用觸摸屏或 者人機(jī)界面 。 (3） 電氣控制柜。電氣控制柜是電氣控制的核心設(shè)備，主要包括變頻器、 斷路器、交流接觸器、 各類傳感器的輸入信號(hào)、 PLC及其擴(kuò)展模塊等。 污水處理系統(tǒng)的工作原理 控制系統(tǒng)總體框圖 污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)總框圖如圖 41所示， PLC為核心控制器，通過檢測(cè)操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，以及相關(guān)模擬量的輸入，完成相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行、停止和調(diào)速控制。 圖 41 電氣控制系統(tǒng)框圖 可編程邏輯控制器PLC 操作面板 液位高度傳感器輸入 液位差傳感器輸入 溶解氧儀反饋值（模擬量） 顯示面板 變頻器 風(fēng)機(jī)運(yùn)行 各類泵運(yùn)行 格柵機(jī)定時(shí)運(yùn)行 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 污水處理系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 圖 4圖 4圖 44分別 為污水處理系統(tǒng)的 AC1柜、 AC2 柜、 AC3 柜 主回路 原理圖 ，圖 45為 AC3柜控制回路 原理圖。兩臺(tái)電機(jī)分別為 1供水泵電機(jī)（ 1M）、 2供水泵電機(jī)（ 2M）。接觸器 1KM、 3KM分別控制 1M、 2M的工頻運(yùn)行；接觸器 2KM、 4KM 分別控制 1M、 2M的變頻運(yùn)行； 1RF、 2RF 分別為兩臺(tái)電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器； QF 為主回路電路的空氣開關(guān)； FU 為控制回路電路的熔斷器。選用的 MM430 變頻器是用來控制電機(jī)1M、 2M 變頻運(yùn)行的。 圖 42 AC1 柜 動(dòng) 力配電系統(tǒng)圖 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 43 AC2 柜主回路原理圖 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 圖 44 AC3 柜 主回路原理圖 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 圖 45 AC3 柜 2供水泵控制原理圖 斷路器 QF：斷路器（曾稱自動(dòng)開關(guān)）在電路中主要起到短路和過載保護(hù)作用，還可有欠電壓保護(hù)和遠(yuǎn)距離分?jǐn)嚯娫吹裙δ埽部梢灾苯硬僮鞑活l繁起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和電路轉(zhuǎn)換作用。一般情況下，斷路器閉合，只有當(dāng)電機(jī)發(fā)生短路或者過載時(shí)，短路其動(dòng)作，斷開線路，停止電機(jī)，起到保護(hù)作用。 交流接觸器 KM：接觸器主要控制對(duì)象為電動(dòng)機(jī) ，也可用來控制其他電力負(fù)載。交流接觸器的觸頭有主觸頭和輔助觸頭，觸頭又分為常開觸頭和常閉觸頭，當(dāng)交流接觸器線圈動(dòng)作時(shí)，常開觸頭閉合，常閉觸頭斷，對(duì)電機(jī)的控制還要通過對(duì)交流接觸器線圈的控制來實(shí)現(xiàn)。 熱繼電器 FR： 熱繼電器是間接斷開電路 ， 通過熱繼電器上的常開或者常閉觸點(diǎn)通知控制元件斷開接觸 器， 使主電路斷開，實(shí)現(xiàn) 電動(dòng)機(jī) 的過載保護(hù)。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 PLC 選型 根據(jù)污水處理系統(tǒng)的電氣控制 系統(tǒng)的功能要求，以及其復(fù)雜程度，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子 S7— 200 系列 PLC 作為污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。由于污水處理電氣控制系統(tǒng)涉及較多的輸入輸出端口，其控制過程相對(duì)復(fù)雜，因此采用 CPU224 作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。 CPU224 在污水處理系統(tǒng)中使用的數(shù)字量輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)都比較多 ，因此除了 PLC主機(jī)自帶的 I/O 外，還需要擴(kuò)展一定數(shù)量的 I/O 擴(kuò)展模塊。在此采用 EM223 輸入 /輸出混合擴(kuò)展模塊。 14 點(diǎn) DC輸入 10 點(diǎn)輸出型。正好可以滿足控制系統(tǒng)的 I/O需求。 CPU224 集成 14 個(gè)輸 入和 10 個(gè)輸出共 24 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)，可連接 7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 168 路數(shù)字量 I/O或 35路模擬 I/O 點(diǎn)， 13KB字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 S7200系列的 CPU224 主機(jī)有 — 、 — 共計(jì) 14個(gè)輸入點(diǎn)和— 、 Q10— 10 個(gè)輸出點(diǎn)。 CPU224 輸入電路采用了雙向光電耦合器，24VDC 極性可任意選擇，系統(tǒng)設(shè)置 1MB 為 字節(jié)輸入端子的公共端， 2MB為 字節(jié)輸入端子的公共端。在晶體管輸出電路中采用了 MOSFET 功率驅(qū)動(dòng)器件，并將數(shù)字量輸出分為兩 組，每組有一個(gè)獨(dú)立公共端，共有 1L、 2L兩個(gè)公共端，可接入不同的負(fù)載電源。 CPU224PLC 有 6 個(gè)高速計(jì)數(shù)脈沖輸入端（ — ），最快的響應(yīng)速度為 30KHZ，用于捕捉經(jīng) CPU掃描周期更快的脈沖信號(hào)。另外，還有 2個(gè)高速脈沖輸出端（ 、 ），輸出脈沖頻率可達(dá) PTO（高速脈沖束）和 PWM（寬度可變脈沖輸出）高速脈沖輸出。 EM223 數(shù)字量混合模塊有六種類型，包括 DC24V 4 點(diǎn)輸入 /4 點(diǎn)輸出， DC24V 4 點(diǎn)輸入 /繼電器 4 點(diǎn)輸出； DC24V 8 點(diǎn)輸入 /8 點(diǎn)輸出， DC24V 8點(diǎn)輸入 /繼電器 8點(diǎn)輸出； DC24V 16點(diǎn)輸入 /16 點(diǎn)輸出， DC24V 16 點(diǎn)輸入 /繼電器 16 點(diǎn)輸出。六種類型均有隔離。 硬件連線圖 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計(jì)出污水處理控制系統(tǒng)的硬件連線圖如圖 4圖 4圖 4圖 4圖 4圖 41圖 41圖 41圖 414 所示。 圖 46 PLC 接線原理圖 圖 47 格柵機(jī)的控制電路 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 圖 48 2提升泵的控制電路 圖 49 2過濾泵的控制電路 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 圖 410 2加藥泵的控制電路 圖 411 2風(fēng)機(jī)的控制電路 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 圖 412 電動(dòng)閥的控制電路 圖 413 2反洗泵的控制電路 圖 414 2排污泵的控制電路 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 其他資源配置 要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要 PLC 主 機(jī)及其擴(kuò)展模塊之外，還需要各種傳感器、接觸器和變頻器等儀器設(shè)備。 接觸器選型 在控制系統(tǒng)中，所有設(shè)備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反饋值進(jìn)行動(dòng)作的，因此需要 PLC根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設(shè)備的啟停，在此用到了大 量接觸器：如格柵機(jī)接觸器、 提 升 泵 接觸器、 過濾 泵接觸器、 投藥泵 接觸器、 風(fēng)機(jī) 接觸器、 反洗泵 接觸器、 排污泵 接觸器 、電動(dòng)閥接觸器 等。 格柵機(jī) 、提升泵、過濾泵、加藥泵、風(fēng)機(jī) 、電動(dòng)閥 選用 施耐德 LC1D0910 交流接觸器，其額定電壓 220V，額定電流 9A。其機(jī)械壽命高達(dá) 100000 萬次，電壽命高達(dá) 100000萬次。反洗泵、排污泵選用 施耐德 LC1D1210 交流接觸器，其額定電壓 220V，額定電流25A。 機(jī)械壽命高達(dá) 2020萬次；電壽命高達(dá) 200 萬次。 “TH” 防護(hù)處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。 熱繼電器選型 在 該控制系統(tǒng)中，為了使電機(jī)正常工作，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，使用了很多的熱繼電器。 格柵機(jī) 、加藥泵 、反洗泵 控制系統(tǒng) 選用施耐德 熱過載 LR2D1307 熱繼電器， 其額定電壓 AC/DC24V，一開三閉型觸點(diǎn)形式。 適用于交流 50Hz或 60Hz、電壓至 690V，電流 的長(zhǎng)期工作或間斷長(zhǎng)期工作的交流電動(dòng)機(jī)的過載與斷相保護(hù)。 提升泵、過濾泵、風(fēng)機(jī) 控制系統(tǒng) 選用施耐德 熱過載 LR2D1308 熱繼電器，其額定電壓 AC200240V，一開一閉型觸點(diǎn)形式。 適用于交流 50Hz 或 60Hz、電壓至 690V，電流 的 長(zhǎng)期工作或間斷長(zhǎng)期工作的交流 電動(dòng)機(jī) 的過載與斷相保護(hù)。 供水泵 控制系統(tǒng) 選用施耐德熱過載LR2D1321 熱繼電器，其額定電壓 AC/DC200240V，常開型觸點(diǎn)形式。 用于交流 50/60Hz,電壓至 660V,電流至 93A及以下的電路中 ,供交流電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)作用 ,并且有差動(dòng)機(jī)構(gòu)和溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié) 。 自動(dòng)空氣斷路器 在電路正常工作條件下作為 線路的不頻繁接通和分?jǐn)嘤?，并在電路發(fā)生過載、短路及失壓時(shí)能自動(dòng)分?jǐn)嚯娐贰? 電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器基本選擇要求： 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 （ 1）斷路器額定電流 Iez按電動(dòng)機(jī)額定電流 Ied或線路計(jì)算電流 Ij選取 Iez≥ Ij （ 2）延時(shí)動(dòng)作的過電流脫扣器的額定電流 ITe 按電動(dòng)機(jī)額定電流選取 ITe＝（ ～ ） Ied （ 3）瞬時(shí)動(dòng)作的過電流整定值 Idz，應(yīng)按大于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流 Iq選取 Idz＝（ ～ ） Iq 動(dòng)作時(shí)間必須大于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或最大過載時(shí)間。 對(duì)于可調(diào)試過電流脫扣器，其瞬動(dòng)整定值的調(diào)節(jié)范圍為（ 3～ 6）倍或（ 8～ 12）倍脫扣額定電流 ITe，不可調(diào)試為（ 5～ 10）倍。在選用斷路器時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)： （ 1）斷路器的額定電流 Iez應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)滿載工作電流； （ 2）了解斷路器的返回時(shí)間； （ 3）了解斷路器中熱元件的復(fù)位時(shí)間。 根據(jù)上述要求各系統(tǒng)斷路器選擇如下所述： 反洗泵、排污泵 控制系統(tǒng) 選用施耐德 C65ND10A/3P 自動(dòng)空氣斷路器，額定電流為10A，滅弧方式為真空 式 。電動(dòng)閥 控制系統(tǒng) 選用施耐德 C65ND2A/2P 斷路器 ，額定電流為 2A，滅弧方式為空氣式 。 格柵機(jī) 控制系統(tǒng)選用 C65ND3A/3P 斷路器，額定電流為 3A。加藥 泵控制系統(tǒng)選用 C65ND3A/2P 斷路器，額定電流為 3A。提升泵、過濾泵、風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)選用 C65ND6A/3P 斷路器 ，額定電流為 6A。 熔斷器可作為長(zhǎng)期工作只動(dòng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及短路保護(hù)用，一般不作過載保護(hù)用。 （ 1） 按正常工作條件選用 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流可達(dá)額定電流的 4～ 8倍，起動(dòng)時(shí)間一般可達(dá) 3～ 10s，在此條件下，熔斷器既不會(huì)老化，也不會(huì)熔斷。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，熔斷器的額定電流約為最大通過電流的一半時(shí)，可滿足上述要求，因此熔體的額定電流可按下式選?。? Ier≥ Iq/K 式中 Ier — — 熔體額定電流（ A）； Iq —— 電動(dòng)機(jī)最大起動(dòng)電流（ A）； K —— 系數(shù)，對(duì)不經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)取 ，對(duì)頻繁起動(dòng)的取 ，繞線式電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流較小，可取 。 如果不知道電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流值，可按下式估算： Ier＝ KIe 式中 Ie —— 電動(dòng)機(jī)額定電流； K —— 系數(shù)，對(duì)不經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)取 ，對(duì)頻繁起動(dòng)的取 ，對(duì)輕載河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 起動(dòng)的取 ，對(duì)重載起動(dòng)的取 。 如果上述情況均不清楚，可按 Ier＝ 2Ie計(jì)算。 （ 2） 上、下級(jí)熔斷器之間的配合 ① 如果 上、下級(jí)熔斷器都有特性曲線，則可按電動(dòng)機(jī)出口發(fā)生短路時(shí)，上級(jí)保護(hù)的熔斷器熔斷時(shí)間為電動(dòng)機(jī)熔斷器熔斷時(shí)間的 3 倍左右來選擇熔體的額定電流。 ② 在無法查得熔斷器特性曲線時(shí)，可按下式來選擇 Ier 上 ≥ KpIer