基于plc的污水处理电气控制系统设计

基于plc的污水处理电气控制系统设计内容摘要：

M3 分别控制 1清水泵（ M1）、 2清水泵（ M2）、曝气风机（ M3）；交流接触器 KM KM5 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。 SBR 废 水处理电气控制系统主电路如图 5 所示。 16 M1 M2SKM1KM2FU 1 M3TKM3RNN L5 L6FR1 FR2 FR31 泵（污水） 2 ＃泵（清水） 风机M4FR4KM4KM5FU 4FU 3FU 2~ ~ ~ ~ 阀门电动机FU5 FU63333QF 图 5 SBR 废水处理电气控制系统主电路 Fig 5 SBR waste water treatment electrical control system of main circuit 2) 电动机 M M M M4 由热继电器 FR FR FR FR4 实现过载保护。 电动阀电动机 M4 控制器内还装有常闭热保护开关，对阀门电动机 M4 实现双重保护。 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 FU FU FU FU4 分别实现各负载回路的短路保护。 FU FU6分别完成交流控制回路和 PLC 控制回路的短路保护。 1) 控制电路有电源指示 HL。 PLC 供电回路采用隔离变压器 TC，以防止电源干扰。 2) 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：容量 100VA 隔离变压器。 3) 1清水泵 M 2清水泵 M曝气风机 M3 分别有运行指示灯 HL HLHL3，由 KM KM KM3 接触器常开辅助触点控制。 4) 4 台电动机 M M M M4 的过载保护，分别由 4 个热继电器 FR FRFR FR4 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。 5) 上水电磁阀 YA1 和指示灯 HL排空电磁阀 YA2，分别由中间继电器 KA217 和 KA3 触点控制 [12]。 SBR 废水处理系统交流运行显示电路如图 6 所示。 图 6 SBR 废水处理系统运行控制 电路 SBR wastewater treatment system control circuit 18 1) 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 倍整定。 SBR 废水处理系统有 3kW 负载电动机一台，起动电流较大，其余三台为 以下，起动电流较小，而且工艺要求 4 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＝ =6A＝ ≈10A，选用 IQF＝ 10A 的断路器。 2) 熔断器 FU 熔体额定电流 IFU。 以曝气风机为例， IFU≥2IN＝ 2＝ 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 2A。 4 .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 LS5010A，扬程 10m，流量 29m3/h， AC380V ，。 2清水泵：立式离心泵 ，扬程 30m，流量 16m3/h， AC380V， 3kW。 曝气罗茨风机： TSA40， ， AC380V ，。 电动阀：阀体 D97A1X510ZB125mm，电动装置 LQ201， AC380V，。 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。 1) 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；选择适合的 PLC 机型及外设，完成 PLC 硬件结构配置。 2) 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 7 为 SBR 废水处理系统 PLC 控制电路原理图，L6 作为 PLC 输出回路的电源，分别向输出回路的负载供电，输出回路所有 COM端短接后接入电源 N 端。 3) KM4 和 KM5 接触器线圈支路，设计了互锁电路，以防止误操作故障。 4) 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。 19 图 7 SBR 废水处理系统 PLC 控制电路原理 Fig7 SBR PLC control circuit principle of waste water treatment system 5) PLC 采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为 AC250V， 2A。 表 1 和表 2 分别为 SBR 废水处理系统 PLC 输入和输出接口功能表。 表 1 SBR 废水处理系统 PLC 输入接口功能表 20 Table 1 SBR wastewater treatment system PLC input interface function table 序号 工位名称 文字符号 输入口 1 污水池高水位开关信号 H1 X000 2 污水池低水位开关信号 L1 X001 3 清水池高水位开关信号 H2 X002 4 清水池低水位开关信号 L2 X003 5 中水箱高水位开关信号 H3 X004 6 中水箱低水位开关信号 L3 X005 7 起动按钮（绿色） SB1 X006 8 停止按钮（红色） SB2 X007 9 旋钮开关（自动） SB31 X010 10 旋钮开关（手动） SB32 X011 11 手动开电动阀旋钮开关 SB4 X012 12 手动关电动阀旋钮开关 SB5 X013 13 1清水泵手动旋钮开关 SB6 X014 14 2清水泵手动旋钮开关 SB7 X015 15 电动阀门开起限位开关 SQ1 X016 16 电动阀门关闭限位开关 SQ2 X017 17 电动阀电动机故障报警 FR0 X020 18 电动机热保护器报警 KA1 X021 19 曝气风机手动旋钮开关 SB8 X022 20 中水箱水位高 (放水按钮 ) KA4 X023 表 2 SBR 废水处理系统 PLC 输出接口功能表 Table 2 SBR waste water treatment system of PLC output interface function table 序号 工位名称 文字符号 输入口 1 1清水泵继电 器 ZJ1 Y000 2 3 2清水泵继电 器 污水池高水位红色指示灯 ZJ2 HL7 Y001 Y002 4 污水池低水位绿色指示灯 HL8 Y003 5 清水池高水位红色指示灯 HL9 Y004 6 清水池低水位绿色指示灯 HL10 Y005 7 中水箱高水位红色指示灯 HL11 Y006 8 9 中水箱低水位绿色指示灯 HL12 Y007 电动阀门开起绿色指示灯 HL13 Y010 10 电动阀门关闭黄色指示灯 HL14 Y011 11 开电动阀门继电 器 ZJ4 Y012 12 关电动阀门继电 器 ZJ5 Y013 续表 2 21 序号 工位名称 文字符号 输入口 13 电动机热保护器 红色指示灯 HL6 Y014 14 罗茨风机（曝气风机）继电 器 ZJ3 Y015 15 排空电磁阀继电器 KA3 Y016 16 上水电磁阀继电器 KA2 Y017 17 输出中水电磁阀继电器 KA4 Y018 6) 根据设计方案选择的电气元件，编制原理图的元器件目录表，如表 3 所示。 表 3 SBR 废水处理系统元器件目录表 Table 3 SBR wastewater treatment system ponents list 序 号 文字符号 名称 数量 规格型号 备注 1 M1M4 电动机 4 Y80S2。 Y100L2。 3KW Y90S4。 Y90S6。 三相交流异步电动机 2 FR1FR4 热继电器 4 JR16B20/3 参照电动机整定电流 3 FU1FU4 熔断器 12 RL115 熔体 2～ 10A 4 FU FU6 熔断器 2 RT1632X 熔体 2A 5 QF 断路器 1 C45AD 脱扣电流 10A 6 TC 隔离变压器 1 BK100 变比 1： 1，AC220V 7 SB1 起动按钮 1 LAY37 绿色 8 SB2 停止按钮 1 LAY37 红色 9 SB3 转换开关 1 LAY37D2 手动 /自动转换 10 11 SB4SB8 KM1KM4 手动开关 交流接触器 5 4 LAY37D2 D3016A 黑色 线圈电压：AC220V 12 KA1KA3ZJ1ZJ5 中间继电器 8 HH52P5A 线圈电压：AC220V 13 HL1HL15 指示灯 15 AD1622 AC220V 14 YA1\2 电磁阀 2 ZCT50A 线圈电压：AC220V 15 KN1\4 水位传感器 4 DC24V,70W 16 YA3 电动阀门装置 1 LQA201 AC380， 60W 17 PLC 可编程控制器 1 FX2N48MR 继电器输出 6. FX2N 性能规格 22 FX2n 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先进的系列。 由于 FX2n 系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊 功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力，如表 4 所示。 表 4 FX2N 性能规格 表 Table 4 FX2N performance specification list 项目 规格 备注 运转控制方式 通过储存的程序周期运转 I/O 控制方法 批次处理方法 (当执行 END指令时 ) I/O 指令可以刷新 运转处理时间 基本指令： /指令 应用指令： 至几百 181。 s /指令 编程语言 逻辑梯形图和指令清单 使用步进梯形图能生成SFC 类型程序 程式容量 8000 步内置 使用附加寄存盒可扩展到16000 步 指令数目 基本顺序指令： 27 步进梯形指令： 2 应用指令： 128 最大可用 298 条应用指令 I/O 配置 最大硬体 I/O 配置点 256，依赖于用户的选择（最大软件可设定地址输入 25输出 256） 辅助继电器 （ M 线圈） 一般 500 点 M0 至 M499 锁定 2572 点 M500 至 M3071 特殊 256 点 M8000 至 M8255 定时器（ T） 100 毫秒 范围： 0 至 秒 200 点 T0 至 T199 10 毫秒 范围： 0 至 秒 46 点 T200 至 T245 1毫秒保持型 范围： 0 至 秒 4 点 T246 至 T249 100 毫秒 范围。