PLC污水处理系统课程设计资料

电气控制技术课程设计任务书
班级：姓名：学号：
设计题目：废水处理电气控制系统设计
一、设计目的
进一步巩固理论知识，培养所学理论知识在实际中的应用能力；掌握一般生产电气控制系统的设计方法；掌握一般生产电气控制系统的施工设计、安装与调试方法；培养查阅图书资料、工具书的能力；培养工程绘图、书写技术报告的能力。

二、设计任务及要求
掌握PLC工作原理、编程及调试方法及应用技术；根据控制要求，制定合理的设计方案；.正确选用PLC，确定输入、输出设备；PLC的I/O点分配，并绘制其连接图，以及其它外部硬件图；设计PLC控制程序；绘制有关图纸；编制设计说明书。

三、控制要求
1．SBR废水处理工艺的技术要求
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所示。

SBR废水处理系统示意图
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6～8h。

在曝气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．SBR废水处理系统动力设备
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29m3/h，1kW。

2#清水泵：立式离心泵LS40-32.1，扬程30m，流量16m3/h，3kW。

曝气罗茨风机：TSA-40，0.7m3/min，1.1kW。

电动阀：阀体D97A1X5-10ZB-125mm，电动装置LQ20-1，AC380V，60W。

四、设计时间安排
查找相关资料（1天）、设计并绘制系统原理图（2天）、设计PLC控制程序（2天）、模拟调试（2天）、编写设计报告（2天）和答辩（1天）。

五、主要参考文献
1.黄永红.电气控制与PLC应用技术, 北京: 机械工业出版社, 2011.
2.王建华. 电气工程师手册, 北京: 机械工业出版社, 2006.
3.吴晓君. 电气控制课程设计指导, 北京: 中国建材工业出版社, 2007.
指导教师签字：年月日
废水处理电气控制系统设计
摘要
一设计目的
课程设计的主要目的是通过PLC废水处理设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统的设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体方法。

通过设计也有助于复习巩固所学的知识，达到灵活运用的目的。

电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解PLC废水处理设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的的整体概念。

课程设计应强调能力培养为主，注意独立工作能力的培养与提高，综合运用专业知识的能力。

二设计意义
我国水资源短缺，城市缺水问题突出，废水处理是战略选择，意义重大。

城市废水处理用在替代清洁水源的同时减少了废水排放量，降低城市排污负荷，具有水量稳定，输水距离短，制水成本低等优点，是解决城市缺水问题的战略选择。

废水处理是推进城市化建设的客观需要，是实现水资源合理配置、循环利用的重要手段，对建设资源节约型、环境友好型社会意义重大。

三设计过程
根据控制要求，建立PLC废水处理系统控制流程图，，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。

虽然没有实际的PLC来仿真和调试，只在计算机上采用软件仿真，但其过程非常接近实际。

采用先自动再手动的调试方法，逐步进行。

遇到问题及时分析，找出产生问题的原因，提出解决问题的方法，直到仿真符合实际情况。

四关键词：PLC, 废水
目录
第一章废水处理电气控制系统总体设计 (1)
§1.1 设计要求 (1)
§1.2 总体设计方案 (2)
§1.3 废水处理电气控制原理图设计 (3)
§1.3.1 主电路设计 (3)
§1.3.2 PLC控制电路设计 (3)
§1.3.3 PLC控制程序设计 (6)
第二章课程设计总结 (14)
参考文献 (15)
第一章废水处理电气控制系统总体设计
§1.1 设计要求
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。

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，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控制技术可以提高废水处理的效率，方便操作和使用。

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。

废水处理系统示意图如图所示。

图1-1 废水处理系统示意图
废水处理应满足两个阶段：
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6～8h。

在曝气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。

§1.2 总体设计方案
1 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。

2 污水池、清水池、中水水箱水位检测开关。

3 1#清水泵、2#清水泵、罗茨风机电动机、电动阀电动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 罗茨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排空电磁阀。

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。

§1.3 废水处理电气控制原理图设计
§1.3.1 主电路设计
废水处理电气控制系统主电路如图所示
图1-2 废水处理电气控制系统主电路
1 主回路中交流接触器KM4、KM5、KM3分别控制1#清水泵M4、2#清水泵
M5、曝气风机M3；交流接触器KM1、KM2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。

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、FU3、FU4分别实现各负载回路的短路保护。

§1.3.2 PLC控制电路设计
硬件结构设计
了解各个控制对象的驱动要求，选择适合的PLC机型，分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；完成PLC硬件结构配置。

根据硬件选型及工艺要求，编制I/O接口分配表表，绘制PLC控制电路原理图。

I/O接口分配表表如下图所示：
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 废水池高水位开关信号H1 I0.0
2 废水池低水位开关信号L1 I0.1
3 清水池高水位开关信号H2 I0.2
4 清水池低水位开关信号L2 I0.3
5 中水箱高水位开关信号H3 I0.4
6 中水箱低水位开关信号L3 I0.5
7 起动按钮SB1 I0.6
8 停止按钮SB2 I0.7
9 自动旋钮开关QS1 I1.0
10 手动旋钮开关QS2 I1.1
11 手动电动阀旋钮开关QS3 I1.2
13 1#清水泵手动旋钮开关QS4 I1.3
14 2#清水泵手动旋钮开关QS5 I1.4
15 电动阀门开起限位开关SQ1 I1.5
16 电动阀门关闭限位开关SQ2 I1.6
17 曝气风机手动旋钮开关QS6 I1.7
18 电动机热保护器报警KA1 I2.0
19 输入点备用I2.1-I2.7
表1-2 废水处理系统PLC输出接口功能表
工位名称文字符号输入口
1 1#清水泵接触器KM4 Q0.0
2 2#清水泵接触器KM5 Q0.1
3 开电动阀门接触器KM1 Q0.2
4 关电动阀门接触器KM2 Q0.3
5 罗茨风机接触器KM3 Q0.4
6 排空电磁阀继电器KA2 Q0.5
7 上水电磁阀继电器KA3 Q0.6
8 电动机热保护器报警指示灯HL1 Q0.7
9 废水池高水位红色指示灯HL2 Q1.0
10 废水池低水位绿色指示灯HL3 Q1.1
11 清水池高水位红色指示灯HL4 Q1.2
12 清水池低水位绿色指示灯HL5 Q1.3
13 中水箱高水位红色指示灯HL6 Q1.4
14 中水箱低水位绿色指示灯HL7 Q1.5
15 输出口备用Q1.6，Q1.7 PLC硬件接线图如下图所示
图1-3 PLC硬件接线图
根据设计需要，18输入、14输出，还需留一定裕量，因此选择CPU226。

根据设计要求接线。

§1.3.3 PLC控制程序设计
1、程序设计。

根据控制要求，建立废水处理系统控制流程图（流程图如下图所示），表达出各控制对象的动作顺序，相互间的制约关系。

根据所选PLC的类型，在STEP7上进行控制系统的程序设计，包括主程序、其他辅助程序的等的梯形
图和语句表。

2、系统的仿真。

在动态带负载状态下调试，密切观察系统的运行状态，采用先自动再手动的调试方法，逐步进行。

遇到问题认真思考，分析产生问题的原因，提出解决问题的方法，直到解决问题。

图1-4 废水处理系统控制流程图
废水处理系统控制梯形图如下所示：
语句表如下：
第二章课程设计总结
我设计的是废水处理电气控制系统，该系统在PLC的控制下，可以实现污水处理功能。

其中污水处理包括纳入污水、曝气处理、污水吸入清水池、沉淀处理、最后吸入中水箱。

不仅能自动进行，而且还能手动进行。

由于缺乏这方面的了解，刚开始确实不知道从何下手做，通过各方面查阅资料、找老师指导等的学习，我们基本学会了PLC设计的步骤和方法。

通过这次设计，我学会了PLC 的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深的了解，在对理论的运用中，提高了我的工程素质，同时学会了PLC编程软件和仿真软件的运用。

以前对一些知识的细节不注意，导致了我此次设计走了好多弯路，花费了许多本不必要的时间和精力；同时在编程和仿真时遇到了一些问题，通过认真分析，不断总结，最终解决了一个个难题，在这过程中培养了我分析问题、解决问题的能力。

参考文献
[1] 徐文尚，陈霞，武超。

电气控制技术与PLC。

北京：机械工业出版社。

[2] 张扬，蔡春伟，孙明健。

S7-200 PLC原理与应用系统设计。

北京：机械工业出版社.2007。

[3] 吴晓君，同志学。

电气控制课程设计指导。

[4] 易泓可。

电气控制系统设计基础与范例。

北京：机械工业出版社.2005。

[5] 戴一平．可编程序控制器技术[M]．北京：机械工业出版社.2005
[6] 廖常初．PLC的编程方法与工程应用[M]．重庆：重庆大学出版社.2001。