1．係統介紹

    (1) SBR廢水處理工藝的技術要求

    SBR廢水處理技術是一種高效廢水回用的處理技術，采用優(you) 勢菌技術對校園生活汙水進行處理，經過處理後的中水可以用來澆灌綠地、花木，衝(chong) 洗廁所及車輛等，從(cong) 而達到節約水資源的目的。

    SBR廢水處理係統方案要充分考慮現實生活中校園生活區較為(wei) 狹小的特點，力求達到設備體(ti) 積小，性能穩定，工程投資少的目的。廢水處理過程中環境溫度對菌群代謝產(chan) 生的作用直接影響廢水處理效果，因此采用地埋式磚混結構處理池以降低溫度對處理效果的影響。同時，SBR廢水處理技術工藝參數變化大，硬件設計選型與(yu) 設備調試比較複雜，采用先進的PLC控製技術可以提高SBR廢水處理的效率，方便操作和使用。

    SBR廢水處理係統分別由汙水處理池、清水池、中水水箱、電控箱以及水泵、羅茨風機、電動閥門和電磁閥等部分組成，在汙水處理池、清水池、中水水箱中分別設置液位開關(guan) ，用以檢測水池與(yu) 水箱中的水位。SBR廢水處理係統示意圖如圖7-22所示。

    圖7-22    SBR廢水處理係統示意圖

    汙水處理的第一階段：當汙水池中的水位處於(yu) 低水位或無水狀態時，電動閥會(hui) 自動開起納入汙水。當汙水池納入的汙水至正常高水位時，電動閥自動關(guan) 閉，汙水池中汙水呈微氧和厭氧狀態。

    汙水處理的第二階段：采用能降解大分子汙染物的曝氣法，可使汙水脫色、除臭、平衡菌群的pH值並對汙染物進行高效除汙，即好氧處理過程。整個(ge) 好氧（曝氣）時間一般需要6～8h。在曝氣管路上安裝了排空電磁閥，當電動閥門自動關(guan) 閉後，排空電磁閥開起，羅茨風機延時空載起動，然後排空電磁閥關(guan) 閉，汙水池開始曝氣。當曝氣處理結束後，排空電磁閥再次開起，羅茨風機空載停機，然後排空電磁閥延時關(guan) 閉。曝氣風機在無負荷條件下起動和停止，能起到保護電動機和風機的作用。經過0. 5h的水質沉澱，PLC下達起動1#清水泵指令，將沉澱後的水泵入到清水池。當清水池中的水位升至正常高水位時，1#清水泵自動停止運行。這時2#清水泵自動起動向中水箱泵水，當水箱內(nei) 達到正常高水位時，2#清水泵自動停止運行，這時中水箱內(nei) 的水全部完成處理過程。

    當中水箱內(nei) 水位降至低水位時，2#清水泵又自動起動向中水箱泵水。當汙水池中的水位降至低水位時，電動閥門自動打開繼續向汙水池納入汙水。如此循環往複。

    SBR廢水處理技術針對汙水水質不同選用生物菌群不同，工藝要求有所不同。電氣控製係統應有參數可修正功能，以滿足廢水處理的要求。

    (2) SBR廢水處理係統動力設備

    SBR廢水處理係統中所使用的動力設備（水泵、羅茨風機、電動閥），均采用三相交流異步電動機，電動機和電磁閥（AC220V選配）選配防水防潮型。

    1#清水泵：立式離心泵LS50-10-A，揚程10m，流量29m³/h，1kW。

    2#清水泵：立式離心泵LS40-32.1，揚程30m，流量16m³/h，3kW。

    曝氣羅茨風機：TSA40，0.7m³/min，1.1kW。

    電動閥：閥體(ti) D97AIX5-10ZB-125mm，電動裝置LQ20-1，AC380V，60W。

    (3) SBR廢水處理電氣控製係統設計要求

    1)控製裝置選用PLC作為(wei) 係統的控製核心，根據工藝要求合理選配PLC機型和I/O接口。

    2)可執行手動和自動兩(liang) 種方式，應能按照工藝要求編輯程序並可實時整定參數。

    3)電動閥上驅動電動機為(wei) 正、反轉雙向運行，因此要在PLC控製回路加互鎖功能。

    4) PLC的接地應按手冊(ce) 中的要求設計，並在圖中表示或說明。

    5)為(wei) 了設備安全運行，考慮必要的保護措施，入如電動機過熱保護、控製係統短路保護等。

    6)繪製電氣原理圖：包括主電路，控製電路、PLC硬件電路，編製PLC的I/O接口功能表。

    7)選擇電器元件、編製元器件目錄表。

    8)繪製接線圖、電控櫃布置圖和配線圖、控製麵板布置圖和配線圖等。

    9)采用梯形圖或指令表編製PLC控製程序。

    2．SBR廢水處理電氣控製係統總體(ti) 設計過程

    (1)總體(ti) 方案說明

    1) SBR廢水處理係統控製對象電動機均由交流接觸器完成起、停控製，電動閥電動機要采用正、反轉控製。

    2)汙水池、清水池、中水水箱水位檢測開關(guan) ，在選型時考慮抗幹擾性能，選用電極考慮耐腐蝕性。

    3)電動閥上驅動電動機，其內(nei) 部設有過載保護開關(guan) ，為(wei) 常閉觸點，作為(wei) 電動閥過載保護信號，PLC控製電路考慮該信號邏輯關(guan) 係。

    4)1#清水泵、2#清水泵、羅茨風機電動機、電動閥電動機分別采用熱繼電器實現過載保護，其熱繼電器的常開觸點通過中間繼電器轉換後，作為(wei) PLC的輸入信號，用以完成各個(ge) 電動機係統的過載保護。

    5)羅茨風機的控製要求在無負載條件下起動或停機，需要在曝氣管路上設置排空電磁閥。

    6)主電路用斷路器，各負載回路和控製回路以及PLC控製回路采用熔斷器，實現短路保護。

    7)電控箱設置在控製室內(nei) 。控製麵板與(yu) 電控箱內(nei) 的電器板用BVR型銅導線連接，電控箱與(yu) 執行裝置之間采用端子板連接。

    8) PLC選用繼電器輸出型。

    9) PLC自身配有24V直流電源，外接負載時需考慮其供電容量。PLC接地端采用第三種接地方式，提高抗幹擾能力。

    (2) SBR廢水處理電氣控製原理圖設計

    主電路設計：

    SBR廢水處理電氣控製係統主電路如圖7-23所示。

    圖7-23    SBR廢水處理電氣控製係統主電路

    1)主回路中交流接觸器KM1、KM2、KM3分別控製1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝氣風機M3;交流接觸器KM4、KM5控製電動閥電動機M4，通過正、反轉完成開起閥門和關(guan) 閉閥門的功能。

    2)電動機M1、M2、M3、M4由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實現過載保護。電動閥電動機M4控製器內(nei) 還裝有常閉熱保護開關(guan) ，對閥門電動機M4實現雙重保護。

    3) QF為(wei) 電源總開關(guan) ，既可完成主電路的短路保護，又起到分斷三相交流電源的作用，使用和維修方便。

    4)熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4實現各負載回路的短路保護。FU5、FU6分別完成交流控製回路和PLC控製回路的短路保護。

    交流控製電路設計：

    SBR廢水處理係統交流控製電路如圖7-24所示。

    圖7-24    SBR廢水處理係統交流控製電路

    1)控製電路有電源指示HL。PLC供電回路采用隔離變壓器TC，以防止電源幹擾。

    2)隔離變壓器TC的選用根據PLC耗電量配置，可以配置標準型、變比1：1、容量100V·A隔離變壓器。

    3)1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝氣風機M3分別有運行指示燈HL1、HL2、HL3，由KM1、KM2、KM3接觸器常開輔助觸點控製。

    4)4台電動機M1、M2、M3、M4的過載保護，分別由4個(ge) 熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實現，將其常閉觸點並聯後與(yu) 中間繼電器KA1連接構成過載保護信號，KA1還起到電壓轉換的作用，將220V交流信號轉換成24V直流信號送人PLC完成過載保護控製功能。

    5)上水電磁閥YA1和指示燈HL1、排空電磁閥YA2，分別由中間繼電器KA2和KA3觸點控製。

    主要參數計算：

    1)斷路器QF脫扣電流。斷路器為(wei) 供電係統電源開關(guan) ，其主回路控製對象為(wei) 電感性負載交流電動機，斷路器過電流脫扣值按電動機起動電流的1.7倍整定。SBR廢水處理係統有3kW負載電動機一台，起動電流較大，其餘(yu) 三台在1.1kW以下，起動電流較小，而且工藝要求4台電動機單獨起動運行，因此可根據3kW電動機選擇自動開關(guan) QF脫扣電流IQF；

    IQF=1.7IN=1.7×6A=10.2A≈10A，選用IQF=10A的斷路器。

    2)熔斷器FU熔體(ti) 額定電流IFU。以曝氣風機為(wei) 例，IFU≥2IN=2×2.5A=5A，選用5A的熔體(ti) 。其餘(yu) 熔體(ti) 額定電流的選擇，按上述方法選配。控製回路熔體(ti) 額定電流選用2A。

    3)熱繼電器的選擇請參考有關(guan) 技術手冊(ce) ，自行計算參數。

    PLC控製電路設計：

    包括PLC硬件結構配置及PLC控製原理電路設計。

    1)硬件結構設計。了解各個(ge) 控製對象的驅動要求，如驅動電壓的等級、負載的性質等。分析對象的控製要求，確定輸入/輸出接口( I/O)數量。確定所控製參數的精度及類型，如對開關(guan) 量、模擬量的控製、用戶程序存儲(chu) 器的存儲(chu) 容量等。選擇適合的PLC機型及外設。完成PLC硬件結構配置。

    2)根據上述硬件選型及工藝要求，繪製PLC控製電路原理圖，繪製PLC控製電路，編製I/O接口功能表。圖7-25為(wei) SBR廢水處理係統PLC控製電路原理圖，L6作為(wei) PLC輸出回路的電源，分別向輸出回路的負載供電，輸出回路所有COM端短接後接入電源N端。

    圖7-25    SBR廢水處理係統PLC控製電路原理圖

    3) KM4和KM5接觸器線圈支路，設計了互鎖電路，以防止誤操作故障。

    4) PLC輸入回路中，信號電源由PLC本身的24V直流電源提供，所有輸入COM端短接後接入PLC電源DC24V的(+)端。輸入口如果有有源信號裝置，需要考慮信號裝置的電源等級和容量，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質量。

    5) PLC采用繼電器輸出，每個(ge) 輸出點額定控製容量為(wei) AC250V/2A。

    表7-9和表7-10分別為(wei) SBR廢水處理係統PLC輸入和輸出接口功能表。

    表7-9    SBR廢水處理係統PLC輸入接口功能表

序號	工位名稱	文字符號	輸入地址
1	汙水池高水位開關(guan) 信號	H1	X000
2	汙水池低水位開關(guan) 信號	L1	X001
3	清水池高水位開關(guan) 信號	H2	X002
4	清水池低水位開關(guan) 信號	12	X003
5	中水箱高水位開關(guan) 信號	H3	X004
6	中水箱低水位開關(guan) 信號	L3	X005
7	起動按鈕（綠色）	SB1	X006
8	停止按鈕（紅色）	SB2	X007
9	旋鈕開關(guan) （自動）	SB3-1	X010
10	旋鈕開關(guan) （手動）	SB3-2	X011
11	手動開電動閥旋鈕開關(guan)	SB4	X012
12	手動關(guan) 電動閥旋鈕開關(guan)	SB5	X013
13	1#清水泵手動旋鈕開關(guan)	SB6	X014
14	2#清水泵手動旋鈕開關(guan)	SB7	X015
15	電動閥門開起限位開關(guan)	SQ1	X016
16	電動閥門關(guan) 閉限位開關(guan)	SQ2	X017
17	電動閥電動機故障報警	FR0	X020
18	電動機熱保護器報警	KA1	X021
19	曝氣風機手動旋鈕開關(guan)	SB8	X022
20	輸入點備用	-	X023~X027

    表7-10    SBR廢水處理係統PLC輸出接口功能表

序號	工位名稱	文字符號	輸出地址
1	1#清水泵接觸器	KM1	Y000
2	2#清水泵接觸器	KM2	Y001
3	汙水池高水位紅色指示燈	HL7	Y002
4	汙水池低水位綠色指示燈	HL8	Y003
5	清水池高水位紅色指示燈	HL9	Y004
6	清水池低水位綠色指示燈	HL10	Y005
7	中水箱高水位紅色指示燈	HL11	Y006
8	中水箱低水位綠色指示燈	HL12	Y007
9	電動閥門開起綠色指示燈	HL13	&nnbsp;  Y010
10	電動閥門關(guan) 閉黃色指示燈	HL14	Y011
11	開電動閥門接觸器	KM4	Y012
12	關(guan) 電動閥門接觸器	KM5	Y013
13	電動機熱保護器報警紅色指示燈	HL6	Y014
14	羅茨風機（曝氣風機）接觸器	KM3	Y015
15	排空電磁閥繼電器	KA3	Y016
16	上水電磁閥繼電器	KA2	Y017
17	輸出口備用	-	Y020～Y027

    6)根據上述設計，對照主回路檢查交流控製回路、PLC控製回路、各種保護聯鎖電路、PLC控製程序等，全部符合設計要求後，繪製出最終的電氣原理圖。

    7)根據設計方案選擇的電氣元件，編製原理圖的元器件目錄表，見表7-11。

    表7-11    SBR廢水處理係統元器件目錄表

序號	文字符號	名 稱	數量	規格型號	備 注
1	M1～M4	電動機	4	Y係列	三相交流異步電動機
2	FR1～FR4	熱繼電器	4	JR16B-20/3	參照電動機整定電流
3	FU1～FU4	熔斷器	12	RL1-15	熔體(ti) 2～10A
4	FU5、FU6	熔斷器	2	RT16-32X	熔體(ti) 2A
5	QF	斷路器	1	C45AD	脫扣電流10A
6	TC	隔離變壓器	1	BK-100	電壓比1:1，AC220V
7	SB1	起動按鈕	1	LAY37	綠色
8	SB2	停止按鈕	1	LAY37	紅色
9	SB3	轉換開關(guan)	1	LAY37 -D2	手動/自動轉換
10	SB4～SB8	手動開關(guan)	5	LAY37-D2	黑色
11	KM1～KM4	交流接觸器	4	DJX-9	線圈電壓：AC220V
12	KA1～KA3	中間繼電器	3	HH52P	線圈電壓：AC220V
13	HL1～HL15	指示燈	15	AD16 -22	LED顯示，AC220V
14	YA1	電磁閥	1	ZCT-50A	線圈電壓：AC220V
15	YA2	電磁閥	1	ZCT-15A	線圈電壓：AC220V
16	YA3	電動閥門裝置	1	LQA20-1	AC380，60W
17	PLC	可編程序控製器	1	FX2N-48MR	繼電器輸出

    PLC控製程序設計：

    1)程序設計。根據控製要求，建立SBR廢水處理係統控製流程圖，如圖7-19所示。表達出各控製對象的動作順序，相互間的製約關(guan) 係。在明確PLC寄存器空間分配，確定專(zhuan) 用寄存器的基礎上，進行控製係統的程序設計，包括主程序編製、各功能子程序編製、其他輔助程序的編製等。

    2)係統靜態調試。空載靜態調試時，針對運行的程序檢查硬件接口電路中各種邏輯關(guan) 係是否正確，然後先調試子程序或功能模塊程序，然後調試初始化程序，最後調試主程序。調試過程中盡量接近實際係統，並考慮到各種可能發生的情況，作反複調試，出現問題及時分析、調整程序或參數。

    3)係統動態調試及運行。在動態帶負載狀態下調試，密切觀察係統的運行狀態，采用先手動再自動的調試方法，逐步進行。遇到問題及時停機，分析產(chan) 生問題的原因，提出解決(jue) 問題的方法，同時做好詳盡記錄，以備分析和改進。

    SBR廢水處理係統PLC控製程序流程圖如圖7-26所示。梯形圖程序如圖7-27所示。

    圖7-26    SBR廢水處理係統控製流程圖

    (3) SBR廢水處理係統電氣工藝設計

    按設計要求設計繪製電氣裝置總體(ti) 配置圖、電器板電器元器件平麵圖、控製麵板電器平麵圖及相關(guan) 電氣接線圖。

    1)先根據控製係統要求和電氣設備的結構，確定電器元器件的總體(ti) 布局以及電控箱內(nei) 裝配板與(yu) 控製麵板上應安裝的電器元件。本係統除電控箱外，在汙水處理設備現場設計安裝的電器元件和動力設備包括：電磁閥、水位開關(guan) 、電動機、電動閥（含閥位控製器）等。電控箱內(nei) 電器板上安裝的電器元件包括：斷路器、熔斷器、隔離變壓器、PLC、接觸器、中間繼電器、熱繼電器和端子板等。在控製麵板上設計安裝的電器元件包括：控製按鈕、旋鈕開關(guan) 、各色指示燈等。

    圖7-27    SBR廢水處理係統PLC控製梯形圖程序

    2)依據用戶要求滿足操作方便、美觀大方、布局均勻對稱等設計原則，繪製電控箱電器板元件布置圖、電器麵板元件布置圖、電氣接線圖等，如圖7-28、圖7-29所示。進出引線采用接線端子板連接，接線圖略。

    圖7-28    電控箱電器板元件布置圖

    圖7-29    電控箱電器麵板元件布置圖

    3)依據電器元件布置圖及電器元器件的外形尺寸、安裝尺寸，繪製電器板（絕緣板、鍍鋅鐵板或架）、控製麵板（有機玻璃板、鋁板或鐵板等）、墊板（有機械強度的絕緣板或鍍鋅板）等零部件加工圖。圖中應注明外形尺寸、安裝孔徑、定位尺寸與(yu) 公差、板材厚度以及加工要求等。本設計所涉及的鈑金加工技術圖從(cong) 略。

    4)依據電器安裝板、控製麵板尺寸設計電控箱，繪製電控箱安裝圖。本設計從(cong) 略。

    至此，基本完成了SBR廢水處理係統要求的電氣控製原理設計和工藝設計任務。