1、1电气控制与 PLC课程设计说明书专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 自动控制与机械工程学院年月2第一部分: 电气线路安装调试技能训练 技能训练题目一:电气原理图:电气安装接线图:本人完成的安装线路实物图片一:技能训练题目二:电气原理图:电气安装接线图:本人完成的安装线路实物图片二:3技能训练小结:1.电气原理图的绘制要求:2.电气接线图的绘制要求:3.电器安装、接线的工艺要求:.实训线路发生的故障及排除办法：4第二部分:SBR 废水处理 PLC 电气控制系统设计（标准范例及格式）一、小型 SBR 废水处理电气控制系统设计任务书1SBR 废水处理工艺的技术要求SBR 废水处理技术是一种
2、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
3、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 11-1 所示。纳 入 污 水 排 空 电 磁 阀空 气风 机 生 物 菌 泥 污 水 处 理 池 水 位 电 极 1#清 水 泵 清 水 池 水 位 电 极2#清 水 泵 中 水中 水 箱上 水 电 磁 阀 水 位 电 极电 动 阀图 11-1 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
4、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 68h。在曝5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
5、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，工艺要求会有所不同，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。2SBR 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
6、-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-40，0.7m 3/min，1.1kW。电动阀：阀体 D97A1X5-10ZB-125mm，电动装置 LQ20-1，AC380V，60W。3SBR 废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) 可执行手动/自动两种方式，应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数。3) 电动阀上驱动电动机为正、反转双向运行，因此要在 PLC 控制回路加互锁功能。4) PLC
7、 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，入如电动机过热保护、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，编制 PLC 的 I/O 接口功能表。7) 选择电器元件、编制元器件目录表。8) 绘制接线图、电控柜布置图和配线图、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。二、SBR 废水处理电气控制系统总体设计过程1总体方案说明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，电动阀电动机要采用6正、反转控制。2) 污水池、清水池、中水水箱水位检测开关，在选型时
8、考虑抗干扰性能，选用电极考虑耐腐蚀性。3) 电动阀上驱动电动机，其内部设有过载保护开关，为常闭触点，作为电动阀过载保护信号，PLC控制电路考虑该信号逻辑关系。4) 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。5) 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。6) 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。7) 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，
9、电控箱与执行装置之间采用端子板连接。8) PLC 选用继电器输出型。9) 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。2SBR 废水处理电气控制原理图设计(1) 主电路设计 SBR 废水处理电气控制系统主电路如图 11-2 所示。M12SK12FU 3T3RNL56RF#泵 （ 污 水 ） 泵 （ 清 水 ） 风 机 M4FRK45U阀 门 电 动 机Q图 11-2 SBR 废水处理电气控制系统主电路1) 主回路中交流接触器 KM1、KM2 、KM3 分别控制 1#清水泵 M1、2#清水泵 M2、曝气风机M3；交流接触器 K
10、M4、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7能。2) 电动机 M1、M2、M3、M4 由热继电器 FR1、FR2、FR3 、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 FU1、FU2、FU3、FU4 分别实现各负载回路的短路保护。FU5、FU6 分别完成交流控制回路和 PLC 控制回路的短路保护。(2) 交流控制电路设计 SBR 废水处理系统交流控制电路如图 11-3 所示。1#泵 提 示
11、 (潜 水 )L5NHL234YAHL52K1FR34KM1- TC20隔 离 变 压 器1: L N+4VDOMPC注 :电 源 指 示泵 提 示 清 水罗 茨 风 机上 水 电 磁 阀上 水 阀 指 示排 空 电 磁 阀 表 示 采 用 第 三 种接 地 方 式 。20V电 动 机 过 载 保 护图 11-3 SBR 废水处理系统交流控制电路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 1：1、容量 100VA 隔离变压器。3) 1#清水泵 M1、2#清水泵 M2、曝气风机
12、 M3 分别有运行指示灯 HL1、HL2 、HL3，由KM1、 KM2、 KM3 接触器常开辅助触点控制。4) 4 台电动机 M1、M2、M3、M4 的过载保护，分别由 4 个热继电器 FR1、FR2、FR3 、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 HL1、排空电磁阀 YA2，分别由中间继电器 KA2 和 KA3 触点控8制。(3) 主要参数计算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
13、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 1.7 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 1.1kW 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：IQF1.7I N=1.76A10.2A 10A，选用 IQF10A 的断路器。2) 熔断器 FU 熔体额定电流 IFU。以曝气风机为例，I FU 2IN22.5A5A，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。3) 热继电器的选择请参考有关技术手册，自行
14、计算参数。(4) 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。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；确定所控制参数的精度及类型，如：对开关量、模拟量的控制、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。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 11-4 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
15、回路的负载供电，输出回路所有 COM 端短接后接入电源 N 端。9LHL810DC24VX0246X102416X20426OM1357357135X7+AN1Y35Y7 COMCOCOMY1输 出 端输 入 端0.7电 动 阀 控 制 器 KA1-SB8SB3-1456S2L321HK453KANL6KM1279L32H1M-12L6QFRFN-8R图 11-4 SBR 废水处理系统 PLC 控制电路原理图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 PL
16、C 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。5) PLC 采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为 AC250V，2A。表 11-1 和表 11-2 分别为 SBR 废水处理系统 PLC 输入和输出接口功能表。表 11-1 SBR 废水处理系统 PLC 输入接口功能表序号 工位名称 文字符号 输入口1 污水池高水位开关信号 H1 X0002 污水池低水位开关信号 L1 X0013 清水池高水位开关信号 H2 X0024 清水池低水位开关信号 L2 X00
17、35 中水箱高水位开关信号 H3 X0046 中水箱低水位开关信号 L3 X0057 起动按钮（绿色） SB1 X0068 停止按钮（红色） SB2 X0079 旋钮开关（自动） SB3-1 X01010 旋钮开关（手动） SB3-2 X0111011 手动开电动阀旋钮开关 SB4 X01212 手动关电动阀旋钮开关 SB5 X01313 1#清水泵手动旋钮开关 SB6 X01414 2#清水泵手动旋钮开关 SB7 X01515 电动阀门开起限位开关 SQ1 X01616 电动阀门关闭限位开关 SQ2 X01717 电动阀电动机故障报警 FR0 X02018 电动机热保护器报警 KA1 X02
18、119 曝气风机手动旋钮开关 SB8 X02220 输入点备用 X023X027表 11-2 SBR 废水处理系统 PLC 输出接口功能表序号 工位名称 文字符号 输入口1 1#清水泵接触器 KM1 Y0002 2#清水泵接触器 KM2 Y0013 污水池高水位红色指示灯 HL7 Y0024 污水池低水位绿色指示灯 HL8 Y0035 清水池高水位红色指示灯 HL9 Y0046 清水池低水位绿色指示灯 HL10 Y0057 中水箱高水位红色指示灯 HL11 Y0068 中水箱低水位绿色指示灯 HL12 Y007（续）序号 工位名称 文字符号 输入口9 电动阀门开起绿色指示灯 HL13 Y010
19、10 电动阀门关闭黄色指示灯 HL14 Y01111 开电动阀门接触器 KM4 Y01212 关电动阀门接触器 KM5 Y01313 电动机热保护器报警红色指示灯 HL6 Y01414 罗茨风机（曝气风机）接触器 KM3 Y01515 排空电磁阀继电器 KA3 Y01616 上水电磁阀继电器 KA2 Y01717 输出口备用 Y020Y0276) 根据上述设计，对照主回路检查交流控制回路、PLC 控制回路、各种保护联锁电路、PLC控制程序等，全部符合设计要求后，绘制出最终的电气原理图。7) 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 11-3 所示。表 11-3 SBR 废水处
20、理系统元器件目录表序号 文字符号 名 称 数量 规格型号 备 注1 M1M4 电动机 4 Y 系列 三相交流异步电动机112 FR1FR4 热继电器 4 JR16B-20/3 参照电动机整定电流3 FU1FU4 熔断器 12 RL1-15 熔体 210A4 FU5、FU6 熔断器 2 RT16-32X 熔体 2A5 QF 断路器 1 C45AD 脱扣电流 10A6 TC 隔离变压器 1 BK-100 变比 1：1 ，AC220V7 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 LAY37-D2 手动/自动转换10 SB4SB8 手动开
21、关 5 LAY37-D2 黑色11 KM1KM4 交流接触器 4 DJX-9 线圈电压：AC220V12 KA1KA3 中间继电器 3 HH52P 线圈电压：AC220V13 HL1HL15 指示灯 15 AD16-22 LED 显示，AC220V14 YA1 电磁阀 1 ZCT-50A 线圈电压：AC220V15 YA2 电磁阀 1 ZCT-15A 线圈电压：AC220V16 YA3 电动阀门装置 1 LQA20-1 AC380，60W17 PLC 可编程序控制器 1 FX2N-48MR 继电器输出(5) PLC 控制程序设计1) 程序设计。根据控制要求，建立 SBR 废水处理系统控制流程图
22、，如图 11-5 所示，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。2) 系统静态调试。空载静态调试时，针对运行的程序检查硬件接口电路中各种逻辑关系是否正确，然后先调试子程序或功能模块程序，然后调试初始化程序，最后调试主程序。调试过程中尽量接近实际系统，并考虑到各种可能发生的情况，作反复调试，出现问题及时分析、调整程序或参数。3) 系统动态调试及运行。在动态带负载状态下调试，密切观察系统的运行状态，采用先手动再自动的调试方法，逐步进行。遇到问题及时停机，分析
23、产生问题的原因，提出解决问题的方法，同时做好详尽记录，以备分析和改进。12开 始选 择 操 作 方 式自 动 ？自 动 操 作打 开 电 动 阀污 水 位 NY曝 气 沉 淀 处 理关 电 动 阀 停止 纳 水 N污 水 池 纳入 污 水低 ？ Y计 时7.5h？YN 开 1#泵清 水 池 纳 水污 水 位高 ？ NY停 1#泵 手 动 操 作手 动 NY手 动 控 制 运 行手 动 操 作 结 束开 2#泵中 水 箱 纳 水中水 箱 水 位高 ？ NY停 2#泵自 动 动 行 结 束自 动 N结 束开 机 ？结 束 ？Y图 11-5 SBR 废水处理系统控制流程图SBR 废水处理系统 PLC 控制程序如下图 11-6 所示。13
