课程设计7 工业污水处理设备

南京工程学院

课程设计说明书(论文)

题目工业污水处理设备控制

课程名称机电传动控制课程设计

院（系、部、中心）机械工程学院

专业机电电子工程

班级机电133

学生姓名

学号

设计地点2-201

指导教师欧益宝韩亚丽

设计起止时间：2016 年 1 月11 日至2016 年 1 月15 日

目录

引言 (3)

1、工业污水处理设备电气控制系统设计任务 (3)

1.1工业污水处理设备结构 (3)

1.2工业污水处理设备控制要求 (3)

1.2.1工业污水处理设备工作过程 (4)

1.2.2工业污水处理设备的控制要求 (4)

2、工业污水处理设备电气控制系统设计 (5)

2.1 总体方案设计 (5)

2.1.1工业污水处理设备控制要求分析 (4)

2.1.2工业污水处理设备控制方案 (4)

2.2电气系统设计 (5)

2.3电气控制系统设计 (6)

2.3.1工业污水处理设备控制与驱动信号分析 (6)

2.3.2电气元件信号与PLC连接的通道分配 (6)

2.3.3工业污水处理设备自动工作控制流程设计 (7)

2.3.4工业污水处理设备控制程序设计 (7)

3、工业污水处理设备电气控制系统控制程序调试与仿真 (13)

4、结论 (13)

5．参考文献 (13)

引言

出于人类社会对环境保护的需要，政府要求生产过程中产生废水的企业具备处理废水的能力及设备，本题工业污水处理设备在处理废水的过程中要求对处理池中水的酸碱度及温度进行控制，并通过搅拌器加速和均匀处理的反应过程，并将处理后的清水排出。

一.工业污水处理设备电气控制系统设计任务

1、工业污水处理设备结构

工业污水处理设备由阀门控制进入处理池的工业废水、降温冷水、酸液和碱液，以及处理后的清水排出；采用温度、酸度、碱度和水位检测监视处理池中液体的实时情况，并通过电气控制系统实现自动调整工作。工业污水处理设备结构示意图如图1所示。

图1 工业污水处理设备结构示意图

2、工业污水处理设备控制要求

(1)工业污水处理设备工作过程

工业污水处理设备的工作过程如图2所示，工业废水由进水阀进入处理池，通过加入酸液和碱液进行中和处理，在处理过程中，酸碱度检测设备检测池中液体酸碱度，当出现酸碱度不符合要求时，由电气控制系统控制酸液和碱液的阀门开关，自动进行调整；同时设备采用温度检测装置以及液面检测装置，对池中处理液体的温度和液面高度进行控制；电动机拖动搅拌装置使池中液体能够充分均匀的得到处理。

（2）工业污水处理设备的控制要求

工业污水处理设备的控制要求，是控制系统的功能必须满足工业污水处理设备所有的工作要求。工业污水处理设备的工作要求包含三个方面，工作方式要求，工作过程要求，安全稳定工作要求。

1）工业污水处理设备工作方式要求

为保证工业污水处理设备能够处于正常工作，要求设备具备如下工作方式：①所有阀门均可手动控制打开与关闭，

②工业污水处理设备自动完成检测调整的工作过程；

2）工业污水处理设备工作过程要求

工业污水处理设备全自动检测调整的工作过程需要满足如下工作要求：

①假定处理池中各项指标状态正常，按下启动按钮，搅拌机电动机启动，持续运转；

②开启工业污水进水阀，开启处理后清水排水阀；

③温度、水位、酸碱度检测，当出现非正常值时，控制阀门进行调节；

④温度、水位、酸碱度检测，为正常值时，各阀门保持当前位置；

⑤酸度、碱度、水位等设置指示灯报警提醒

3）工业污水处理设备控制系统元件配置与工作要求

工业污水处理设备搅拌装置电动机为2.2KW，各调节阀门为电磁阀，自动循环工作时，所有调整过程切换由检测传感器控制。电器元件工作关系表如表1所示。4）工业污水处理设备安全稳定工作过程要求

①具有运动部件间安全工作的连锁功能；

②具有位置保护功能（如极限位、越位、相对位置保护）；

③电气控制系统具有短路，电动机过载保护等保护功能；

④具有应急操作功能

⑤具有照明、指示灯辅助功能。

图2 工业污水处理设备的工作过程

表1 电器元件工作关系表

二.工业污水处理设备电气控制系统设计

1、总体方案设计

总体方案设计阶段是设计的初步设计阶段，在此阶段，通过对设备的工作要求分析、工作环境和条件分析、操作与安全要求分析、电气控制装置技术可行性分析和经济性分析，确定电气控制系统装置的技术性能、基本构建形式以及主要参数。

（1）工业污水处理设备控制要求分析

1）电气控制系统的控制对象为一自动污水处理设备，采用搅拌电动机搅拌均匀，工作环境在室外，应该对控制系统进行一定的保护措施；

2）设备安装在室外，由低压电网供电，采用380V电压驱动设备，供电频率为50赫兹；

3）设备电气控制为普通开关量控制，要求自动完成污水处理的自动调节控制，并且具备手动调整功能和电气保护功能

4）设备配备2台交流异步电动机驱动搅拌装置，功率均为2.2KW，采用直接启动控制。进水阀、酸液、碱液、冷水的控制采用电磁阀控制。阀电磁铁工作电压为直流24V。

(2)工业污水处理设备控制方案

1)工业污水处理设备控制系统采用开关量控制

2)基于设备自动工作要求，选择PLC为主要控制器件构成控制系统，控制系统属

图3 系统电路图

于小型控制系统，因此选用三菱公司型号为FX2N的PLC产品；

3)由于工作要求，控制系统可在两种模式下运行：即全自动循环过程和手动调整过程

4)电动机采用直接启动，单方向运转。电动机无制动控制要求

5)PLC主机工作电源为交流电源，电压220V，交流接触器线圈电压为220V，电磁阀电磁铁使用24V直流电源，主令电器及形成开关等使用24V直流电源

6)控制系统具有短路保护和过载保护功能

7)使用信号灯显示污水处理设备工作状态

2、电气系统设计

污水处理设备主要由两部分组成，及电动机驱动系统（主电路）和PLC设备的控制部分，驱动系统通过交流接触器主触点控制电动机的通断，采用熔断器和热

继电器进行短路与过载保护，同时通过控制变压器提供满足系统工作要求的电源电压。系统电路图如图3所示，系统使用电器元件明细表如表2所示。

表2 电器元件明细表

3、电气控制系统设计

电气控制系统中由PLC构成控制部分，控制部分需要接受污水处理设备的控制信号，需要对所有信号按程序要求进行就算，并将计算结果作为输出信号送达污水处理设备上被控制电器，以实现设备的自动运转。控制部分的工作要求以及PLC使用特点，形成控制系统设计的三个重要的工作内容，及设备的驱动信号分析，制定控制流程和编制控制程序。

（1）工业污水处理设备控制与驱动信号分析

1）输入信号

分析污水处理设备的工作要求，处理设备有如下几类输入开关信号

①完成起、停控制的按钮开关信号，电器元件为：SB2、SB1；

②完成工作方式选择的选择开关信号，电器元件为：SA；

③完成调整的按钮开关信号，电器元件为：SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8；

④完成设备自动运行中获得设备状态信号的传感器信号，电器元件为：SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6；

2）输出信号

分析污水处理设备的工作要求，处理设备有如下几类输入开关信号

①控制电动机电路接通与断开的交流接触器线圈，电气元件为：KM1、KM2

②控制电磁阀开关的电磁铁，电器元件为：YV1、YV2、YV3、YV4；

③控制处理设备工作显示状态的显示或报警灯，电器元件为：HL1、HL2、HL3、HL4、HL5、

HL6、HL7；

（2）电器元件信号与PLC连接的通道分配

电器元件信号与PLC通道分配的目的是为每一个需要PLC处理的信号设备信号获得进入PLC的通道和存放信号状态的地址。依据控制方案选定的三菱FX2N系列PLC产品，以及对设备信号分析结果，电器元件信号与PLC连接的通道分配如表3所示。

表3电器元件信号与plc连接的通道分配表

（3）工业污水处理设备自动工作控制流程设计

自动工作控制流程设计是将设备控制程序的结构框架用控制流程图方式给以描述。控制流程图简介明了地反映设备自动工作过程，以及工作过程中各个工作状态之间的关系，与此同时，控制流程图还将各个工作状态的开始与控制结束条件，工作状态中完成驱动的输出一一给出描述。

由于控制系统选择三菱系列PLC，该产品具有顺序控制的特殊用法，即步进控制。步进控制采用状态转换的方式简化控制条件，使得控制程序设计简洁方便。工业污水处理设备控制流程采用状态转移图（功能图）描述。

工业污水处理设备的各项调整工作，各个状态由状态控制器控制，使用状态器S0、S21~S30、S31，设计完成的设备自动工作控制状态转移图如图4所示。

工业污水处理设备功能图中，使用选择开关SA（X010、X011）选择污水处理设备的手动和自动的工作方式，依据选择不同，可以进入不同的工作状态，进入不同工作状态开始自动工作或手动调整。在自动工作方式下，各种SQ对水位、酸碱度、温度等进行检测并反馈调整。手动模式下通过按钮调整污水处理设备。

图4 工业污水处理设备功能图

PLC接线端子图

（4）工业污水处理设备控制程序设计

工业污水处理设备控制程序设计是编制输入PLC主机，实现控制功能的程序，

程序编制依据控制功能图（状态转移图）的结构和控制信号关系，使用梯形图或

指令表的方法编制。由于梯形图能够图形化地表达控制逻辑关系，同时编程软件可以自动将梯形图程序与指令表程序进行转换，因此工业污水处理设备控制程序采用梯形图方法，机床控制梯形图如图5所示。

在步进控制中，当前状态转移到下一状态时，当前状态中所有输出将自动关闭，对于需要在多个状态中保持接通的输出电器，必须采用强制置位（SET）和复位（RET）的方法保证电器能够正常接通和断开。

图5 梯形图

图6 指令表

三. 工业污水处理设备电气控制系统控制程序调试与仿真

设计完成的控制系统中，完成工作控制的plc程序是否能正确完成所有的控制要求，需要给予检验，以防止安装实际设备后不能满足控制要求。程序检验采用仿真设备进行，仿真设备由输入设备，输出信号显示设备、plc设备和plc程序输入设备构成，各组成部分使用快速连接接头连接，可以依据仿真程序要求进行搭接。

程序调试与仿真工作内容包括使用程序输入设备（计算机及编程软件）输入编制的控制程序，编制输入/输出信号与工作状态关系表，依据设备要求搭接仿真控制系统，仿真检验程序以及修改程序。

四. 总结

工业污水处理设备控制课程设计，在一周的工作中完成了

1绘制设备与信号布置简图

2绘制电气控制系统电路图（包括PLC端子图）

3设计与编制PLC用户程序（控制流程图、梯形图、指令表）

短短四天时间并不足以让我们对本次课程设计进行十全十美的设计,本次课程设计实现了工业现场污水自动循环处理的功能，并且可以在特殊情况下进行手动调整以方便使用者。虽然设计工作已经结束，但是此控制系统还有需要改进的地方，比如它的启动与停止功能设计的不是太好。在一些阀门的控制上完全依赖于开关量，在实际生产中可以用传感器的模拟量信号通过A/D转换来调节控制自动污水处理系统。在今后的实践中一定多加注意理论与实际的结合，更好的学以致用！通过这次课程设计，我们第一次接触到了方便指令，难点亦在于此。方便指令中程序有四块，置于一个文件中，分别为，初始化程序，自动程序，手动程序以及回原点程序。我们小组在SFC图的设计方面有些许欠缺，导致时间花费过多，对整个程序也没有进行透彻的理解，以致答辩中出现了好多漏洞。对于GX Developer 软件的使用我们小组也不是太熟练，导致SFC图以及梯形图画的过于繁琐，浪费了过多的时间精力，在以后的实习中我们会加以改进，做到更好！

五．参考文献

1.宋伯生.PLC变成使用指南.北京：机械工业出版社，2007，2

2.洪志育.例说PLC.北京：人民邮电出版社，2006，6

3.付家才.PLC实验与实践.北京：高等教育出版社，2006,5

4.陈志新，宗学军.电器与PLC控制技术.北京：北京大学出版社，中国林业出版社，2006,8

5.海心.机电传动控制.北京：高等教育出版社，2007,11

6.胡健.西门子S7-300PLC应用教程.北京：机械工业出版社，2007,3

7.汪小澄，袁立宏，张世荣.可编程序控制器运动控制技术.北京：机械工业出版社，2006,

8．周军，海心.电器控制及PLC.北京：机械工业出版社，2001，6