小型廢水處理控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目： 小型廢水處理控制系統(tǒng) </p><p>　　學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)：09級(jí)機(jī)械工程及自動(dòng)化03班 </p><p>　　指導(dǎo)教師： XX 職稱： 副教授

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名： XXXX </p><p>　　學(xué) 號(hào)： XXXXXXX </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 概述1</b></p><

3、p>　　1.1.廢水處理技術(shù)簡(jiǎn)介1</p><p>　　第2章 廢水處理控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1.廢水處理原理分析2</p><p>　　2.2.廢水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求2</p><p>　　第3章 廢水處理控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.1.主電路設(shè)計(jì)3<

4、;/p><p>　　3.2.控制電路硬件設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.3.主要參數(shù)計(jì)算4</p><p>　　3.4.PLC控制電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　第4章 PLC控制軟件程序設(shè)計(jì)8</p><p>　　第5章 總結(jié)心得10</p><p><b>　　參考書目

5、11</b></p><p><b>　　附錄112</b></p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p>　　1.1.廢水處理技術(shù)簡(jiǎn)介</p><p>　　廢水處理技術(shù)是一種高效廢水回用的處理技術(shù)，采用優(yōu)勢(shì)菌技術(shù)對(duì)校園生活污水進(jìn)行處理，經(jīng)過處理后的中水可以用來(lái)澆

6、灌綠地、花木、沖洗廁所及車輛等，從而達(dá)到節(jié)約水資源的目的。</p><p>　　廢水處理系統(tǒng)方案要充分考慮現(xiàn)實(shí)生活中校園生活區(qū)較為狹小的特點(diǎn)，力求達(dá)到設(shè)備體積小，性能穩(wěn)定，工程投資少的目的。廢水處理過程中環(huán)境溫度對(duì)菌群代謝產(chǎn)生的作用直接影響廢水處理效果，因此采用地埋式磚混結(jié)構(gòu)處理池以降低溫度對(duì)處理效果的影響。同時(shí)，廢水處理技術(shù)工藝參數(shù)變化大，硬件設(shè)計(jì)選型與設(shè)備調(diào)試比較復(fù)雜，采用先進(jìn)的PLC控制技術(shù)可以提高廢水處理

7、的效率，方便操作和使用。</p><p>　　廢水處理系統(tǒng)分別由污水處理池、清水池、中水水箱、電控箱以及水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門和電磁閥等部分組成，在污水處理池、清水池、中水水箱中分別設(shè)置液位開關(guān)，用以檢測(cè)水池與水箱中的水位。廢水處理系統(tǒng)示意圖如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 廢水處理系統(tǒng)示意圖</p><p>　　第2章 廢水處理控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

8、</p><p>　　2.1.廢水處理原理分析</p><p>　　污水處理的第一階段：當(dāng)污水池中的水位處于低水位或無(wú)水狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)閥會(huì)自動(dòng)開起納入污水。當(dāng)污水池納入的污水至正常高水位時(shí)，電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉，污水池中污水呈微氧和厭氧狀態(tài)。</p><p>　　污水處理的第二階段：采用能降解大分子污染物的曝氣法，可使污水脫色、除臭、平衡菌群的pH值并對(duì)污染物進(jìn)行高效除污，

9、即好氧處理過程。整個(gè)好氧（曝氣）時(shí)間一般需要6～8h。在曝氣管路上安裝了排空電磁閥，當(dāng)電動(dòng)閥門自動(dòng)關(guān)閉后，排空電磁閥開起，羅茨風(fēng)機(jī)延時(shí)空載起動(dòng)，然后排空電磁閥關(guān)閉，污水池開始曝氣。當(dāng)曝氣處理結(jié)束后，排空電磁閥再次開起，羅茨風(fēng)機(jī)空載停機(jī)，然后排空電磁閥延時(shí)關(guān)閉。曝氣風(fēng)機(jī)在無(wú)負(fù)荷條件下起動(dòng)和停止，能起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的作用。經(jīng)過0.5h的水質(zhì)沉淀，PLC下達(dá)起動(dòng)1#清水泵指令，將沉淀后的水泵入到清水池。當(dāng)清水池中的水位升至正常高水位時(shí)，1

10、#清水泵自動(dòng)停止運(yùn)行。這時(shí)2#清水泵自動(dòng)起動(dòng)向中水箱泵水，當(dāng)水箱內(nèi)達(dá)到正常高水位時(shí)，2#清水泵自動(dòng)停止運(yùn)行，這時(shí)中水箱內(nèi)的水全部完成處理過程。</p><p>　　如上所示，當(dāng)中水箱內(nèi)水位降至低水位時(shí)，2#清水泵又自動(dòng)起動(dòng)向中水箱泵水。當(dāng)污水池中的水位降至低水位時(shí)，電動(dòng)閥門會(huì)自動(dòng)打開繼續(xù)向污水池納入污水。如此循環(huán)往復(fù)。</p><p>　　廢水處理技術(shù)針對(duì)污水水質(zhì)不同選用生物菌群不同，工藝

11、要求要求有所不同，電氣控制系統(tǒng)應(yīng)有參數(shù)可修正功能，以滿足廢水處理的要求。</p><p>　　2.2.廢水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求</p><p>　　1) 控制裝置選用PLC作為系統(tǒng)的控制核心，根據(jù)工藝要求合理選配PLC機(jī)型和I/O接口。</p><p>　　2) 可執(zhí)行手動(dòng)/自動(dòng)兩種方式，應(yīng)能按照工藝要求編輯程序并可實(shí)時(shí)整定參數(shù)。</p><p&

12、gt;　　3) 電動(dòng)閥上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為正、反轉(zhuǎn)雙向運(yùn)行，因此要在PLC控制回路加互鎖功能。</p><p>　　4) 為了設(shè)備安全運(yùn)行，考慮必要的保護(hù)措施，入如電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)、控制系統(tǒng)短路保護(hù)等。</p><p>　　5) 繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、PLC硬件電路，編制PLC的I/O接口功能表。</p><p>　　6) 采用梯形圖或指令表編制PLC控制程

13、序。</p><p>　　第3章 廢水處理控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.主電路設(shè)計(jì) </p><p>　　廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路</p><p>　　1) 主回路中交流接觸器KM1、KM2、KM3分別控制1#清水泵M1、

14、2#清水泵M2、曝氣風(fēng)機(jī)M3；交流接觸器KM4、KM5控制電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)M4，通過正、反轉(zhuǎn)完成開起閥門和關(guān)閉閥門的功能。</p><p>　　2) 電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3、M4由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)M4控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開關(guān)，對(duì)閥門電動(dòng)機(jī)M4實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。</p><p>　　3) QF為電源總開關(guān)，既可完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟?/p>

15、流電源的作用，使用和維修方便。</p><p>　　4) 熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。FU5、FU6分別完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保護(hù)。</p><p>　　3.2.控制電路硬件設(shè)計(jì) </p><p>　　廢水處理系統(tǒng)交流控制電路如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 廢水處理系統(tǒng)

16、交流控制電路</p><p>　　1) 控制電路有電源指示HL。PLC供電回路采用隔離變壓器TC，以防止電源干擾。</p><p>　　2) 隔離變壓器TC的選用根據(jù)PLC耗電量配置，可以配置標(biāo)準(zhǔn)型、變比1：1、容量100VA的隔離變壓器。</p><p>　　3) 1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝氣風(fēng)機(jī)M3分別有運(yùn)行指示燈HL1、HL2、HL3，由KM1、KM2

17、、KM3接觸器常開輔助觸點(diǎn)控制。</p><p>　　4) 4臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3、M4的過載保護(hù)，分別由4個(gè)熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實(shí)現(xiàn)，將其常閉觸點(diǎn)并聯(lián)后與中間繼電器KA1連接構(gòu)成過載保護(hù)信號(hào)，KA1還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流24V信號(hào)送入PLC完成過載保護(hù)控制功能。</p><p>　　5) 上水電磁閥YA1和指示燈HL1、排空電磁閥YA2，

18、分別由中間繼電器KA2和KA3觸點(diǎn)控制。</p><p>　　3.3.主要參數(shù)計(jì)算</p><p>　　1) 斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，其主回路控制對(duì)象為電感性負(fù)載交流電動(dòng)機(jī)，斷路器過電流脫扣值按電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的1.7倍整定。廢水處理系統(tǒng)有3kW負(fù)載電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，起動(dòng)電流較大，其余三臺(tái)為1.1kW以下，起動(dòng)電流較小，而且工藝要求4臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)起動(dòng)運(yùn)行，因此可根據(jù)3kW電動(dòng)

19、機(jī)選擇自動(dòng)開關(guān)QF脫扣電流IQF：</p><p>　　IQF＝1.7IN=1.7×6A＝10.2A≈10A，選用IQF＝10A的斷路器。</p><p>　　2) 熔斷器FU熔體額定電流IFU。以曝氣風(fēng)機(jī)為例，IFU≥2IN＝2×2.5A＝5A，選用5A的熔體。其余熔體額定電流的選擇，按上述方法選配?？刂苹芈啡垠w額定電流選用2A。</p><p&g

20、t;　　3.4.PLC控制電路設(shè)計(jì) </p><p>　　1) 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。了解各個(gè)控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求，如：驅(qū)動(dòng)電壓的等級(jí)、負(fù)載的性質(zhì)等；分析對(duì)象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對(duì)開關(guān)量、模擬量的控制、用戶程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量等，選擇適合的PLC機(jī)型及外設(shè)，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。</p><p>　　2) 根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制

21、PLC控制電路原理圖，繪制PLC控制電路，編制I/O接口功能表。圖3-3為廢水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖，L6作為PLC輸出回路的電源，分別向輸出回路的負(fù)載供電，輸出回路所有COM端短接后接入電源N端。</p><p>　　圖3-3 廢水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖</p><p>　　3) KM4和KM5接觸器線圈支路，設(shè)計(jì)了互鎖電路，以防止誤操作故障。</p><

22、;p>　　4) PLC輸入回路中，信號(hào)電源由PLC本身的24V直流電源提供，所有輸入COM端短接后接入PLC電源DC24V的（＋）端。輸入口如果有有源信號(hào)裝置，需要考慮信號(hào)裝置的電源等級(jí)和容量，最好不要使用PLC自身的24V直流電源，以防止電源過載損壞或影響其他輸入口的信號(hào)質(zhì)量。</p><p>　　5) PLC采用繼電器輸出，每個(gè)輸出點(diǎn)額定控制容量為AC250V，2A。</p><p&

23、gt;　　表3-1和表3-2分別為廢水處理系統(tǒng)PLC輸入和輸出接口功能表。</p><p>　　表3-1 廢水處理系統(tǒng)PLC輸入接口功能表</p><p>　　表3-2 廢水處理系統(tǒng)PLC輸出接口功能表</p><p>　　6) 根據(jù)上述設(shè)計(jì)，對(duì)照主回路檢查交流控制回路、PLC控制回路、各種保護(hù)聯(lián)鎖電路、PLC控制程序等，全部符合設(shè)計(jì)要求后，繪制出最終的電氣原理

24、圖。</p><p>　　7) 根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇的電氣元件，編制原理圖的元器件目錄表，如表3-3所示。</p><p>　　表3-3 廢水處理系統(tǒng)元器件目錄表</p><p>　　第4章 PLC控制軟件程序設(shè)計(jì)</p><p>　　1) 程序設(shè)計(jì)。根據(jù)控制要求，建立廢水處理系統(tǒng)控制流程圖，如圖4-1所示，表達(dá)出各控制對(duì)象的動(dòng)作順序，相互間的

25、制約關(guān)系。在明確PLC寄存器空間分配，確定專用寄存器的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，包括主程序編制、各功能子程序編制、其他輔助程序的編制等。</p><p>　　2) 系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試?？蛰d靜態(tài)調(diào)試時(shí)，針對(duì)運(yùn)行的程序檢查硬件接口電路中各種邏輯關(guān)系是否正確，然后先調(diào)試子程序或功能模塊程序，然后調(diào)試初始化程序，最后調(diào)試主程序。調(diào)試過程中盡量接近實(shí)際系統(tǒng)，并考慮到各種可能發(fā)生的情況，作反復(fù)調(diào)試，出現(xiàn)問題及時(shí)分析、調(diào)整程序

26、或參數(shù)。</p><p>　　3) 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)試及運(yùn)行。在動(dòng)態(tài)帶負(fù)載狀態(tài)下調(diào)試，密切觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，采用先手動(dòng)再自動(dòng)的調(diào)試方法，逐步進(jìn)行。遇到問題及時(shí)停機(jī)，分析產(chǎn)生問題的原因，提出解決問題的方法，同時(shí)做好詳盡記錄，以備分析和改進(jìn)。</p><p>　　圖4-1 廢水處理系統(tǒng)控制流程圖</p><p>　　廢水處理系統(tǒng)PLC控制程序見附錄</p>

27、<p><b>　　第5章 總結(jié)心得</b></p><p>　　本次廢水處理控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，是我們由機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)分至機(jī)電一體化方向后的第一個(gè)課程設(shè)計(jì)，應(yīng)該算是為明年畢業(yè)設(shè)計(jì)做的預(yù)熱。 所以我在設(shè)計(jì)的過程中同樣拿著認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，不敢絲毫的馬虎，積極與組員討論交流，最終完成方案的設(shè)計(jì)。</p><p>　　總的來(lái)說(shuō)，整個(gè)設(shè)計(jì)就是對(duì)電氣可編程控制

28、知識(shí)的回顧與應(yīng)用。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，通過分析設(shè)計(jì)要求、查閱資料、組員討論、搜集應(yīng)用實(shí)例，來(lái)初步確定方案，過程中又逐漸修正調(diào)整，做出了現(xiàn)在的設(shè)計(jì)成果。當(dāng)然會(huì)有很多不足，但艱辛的過程卻是讓自己收獲不少。包括眼界的開闊、能力的鍛煉和對(duì)機(jī)電一體化的認(rèn)識(shí)等等。通過自己親身的參與設(shè)計(jì)，我感受到了機(jī)電結(jié)合的巨大實(shí)用性、便捷性和精確性。這也讓我會(huì)有意識(shí)的去發(fā)現(xiàn)和觀察生活中各種機(jī)電結(jié)合實(shí)物例子，當(dāng)然這有很多。</p><p>　　就拿

29、本次廢水處理的課程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，雖然沒有過多牽涉機(jī)械方面的技術(shù)和設(shè)計(jì)知識(shí)，反而控制方面的電路、程序設(shè)計(jì)、電器元件等方面的應(yīng)用最多。也許這是機(jī)電一體化專業(yè)方向的特點(diǎn)。</p><p>　　對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)的完成，謝謝老師的指導(dǎo)，謝謝組員的團(tuán)隊(duì)配合。通過這次設(shè)計(jì)的完成也讓我對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)行增進(jìn)了極大的信心。</p><p><b>　　參考書目</b></p>

30、<p>　　[1]王阿根.電氣可編程控制原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社 2007</p><p>　　[2]漆漢宏.PLC電氣控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2006</p><p>　　[3]王兆義.小型可編程序控制器實(shí)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2002</p><p>　　[4]芮延年.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出