1．系統(tǒng)介紹

    (1) SBR廢水處理工藝的技術(shù)要求

    SBR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)勢菌技術(shù)對校園生活污水進(jìn)行處理，經(jīng)過處理后的中水可以用來澆灌綠地、花木，沖洗廁所及車輛等，從而達(dá)到節(jié)約水資源的目的。

    SBR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處理效果的影響。同時，SBR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SBR廢水處理的效率，方便操作和使用。

    SBR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)，用以檢測水池與水箱中的水位。SBR廢水處理系統(tǒng)示意圖如圖7-22所示。

    圖7-22    SBR廢水處理系統(tǒng)示意圖

    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水狀態(tài)時，電動閥會自動開起納入污水。當(dāng)污水池納入的污水至正常高水位時，電動閥自動關(guān)閉，污水池中污水呈微氧和厭氧狀態(tài)。

    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值并對污染物進(jìn)行高效除污，即好氧處理過程。整個好氧（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(dāng)電動閥門自動關(guān)閉后，排空電磁閥開起，羅茨風(fēng)機(jī)延時空載起動，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關(guān)閉。曝氣風(fēng)機(jī)在無負(fù)荷條件下起動和停止，能起到保護(hù)電動機(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，1#清水泵自動停止運(yùn)行。這時2#清水泵自動起動向中水箱泵水，當(dāng)水箱內(nèi)達(dá)到正常高水位時，2#清水泵自動停止運(yùn)行，這時中水箱內(nèi)的水全部完成處理過程。

    當(dāng)中水箱內(nèi)水位降至低水位時，2#清水泵又自動起動向中水箱泵水。當(dāng)污水池中的水位降至低水位時，電動閥門自動打開繼續(xù)向污水池納入污水。如此循環(huán)往復(fù)。

    SBR廢水處理技術(shù)針對污水水質(zhì)不同選用生物菌群不同，工藝要求有所不同。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。

    (2) SBR廢水處理系統(tǒng)動力設(shè)備

    SBR廢水處理系統(tǒng)中所使用的動力設(shè)備（水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動閥），均采用三相交流異步電動機(jī)，電動機(jī)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(yáng)程10m，流量29m³/h，1kW。

    2#清水泵：立式離心泵LS40-32.1，揚(yáng)程30m，流量16m³/h，3kW。

    曝氣羅茨風(fēng)機(jī)：TSA40，0.7m³/min，1.1kW。

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

    (3) SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

    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。

    2)可執(zhí)行手動和自動兩種方式，應(yīng)能按照工藝要求編輯程序并可實(shí)時整定參數(shù)。

    3)電動閥上驅(qū)動電動機(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。

    4) PLC的接地應(yīng)按手冊中的要求設(shè)計(jì)，并在圖中表示或說明。

    5)為了設(shè)備安全運(yùn)行，考慮必要的保護(hù)措施，入如電動機(jī)過熱保護(hù)、控制系統(tǒng)短路保護(hù)等。

    6)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。

    7)選擇電器元件、編制元器件目錄表。

    8)繪制接線圖、電控柜布置圖和配線圖、控制面板布置圖和配線圖等。

    9)采用梯形圖或指令表編制PLC控制程序。

    2．SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)過程

    (1)總體方案說明

    1) SBR廢水處理系統(tǒng)控制對象電動機(jī)均由交流接觸器完成起、停控制，電動閥電動機(jī)要采用正、反轉(zhuǎn)控制。

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

    3)電動閥上驅(qū)動電動機(jī)，其內(nèi)部設(shè)有過載保護(hù)開關(guān)，為常閉觸點(diǎn)，作為電動閥過載保護(hù)信號，PLC控制電路考慮該信號邏輯關(guān)系。

    4)1#清水泵、2#清水泵、羅茨風(fēng)機(jī)電動機(jī)、電動閥電動機(jī)分別采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，其熱繼電器的常開觸點(diǎn)通過中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為PLC的輸入信號，用以完成各個電動機(jī)系統(tǒng)的過載保護(hù)。

    5)羅茨風(fēng)機(jī)的控制要求在無負(fù)載條件下起動或停機(jī)，需要在曝氣管路上設(shè)置排空電磁閥。

    6)主電路用斷路器，各負(fù)載回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔斷器，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。

    7)電控箱設(shè)置在控制室內(nèi)。控制面板與電控箱內(nèi)的電器板用BVR型銅導(dǎo)線連接，電控箱與執(zhí)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(fù)載時需考慮其供電容量。PLC接地端采用第三種接地方式，提高抗干擾能力。

    (2) SBR廢水處理電氣控制原理圖設(shè)計(jì)

    主電路設(shè)計(jì)：

    SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖7-23所示。

    圖7-23    SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路

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

    2)電動機(jī)M1、M2、M3、M4由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。電動閥電動機(jī)M4控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開關(guān)，對閥門電動機(jī)M4實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。

    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�相交流電源的作用，使用和維修方便。

    4)熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4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)。

    交流控制電路設(shè)計(jì)：

    SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制電路如圖7-24所示。

    圖7-24    SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制電路

    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。

    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100V·A隔離變壓器。

    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、KM3接觸器常開輔助觸點(diǎn)控制。

    4)4臺電動機(jī)M1、M2、M3、M4的過載保護(hù)，分別由4個熱繼電器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，KA1還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流信號轉(zhuǎn)換成24V直流信號送人PLC完成過載保護(hù)控制功能。

    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(diǎn)控制。

    主要參數(shù)計(jì)算：

    1)斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，其主回路控制對象為電感性負(fù)載交流電動機(jī)，斷路器過電流脫扣值按電動機(jī)起動電流的1.7倍整定。SBR廢水處理系統(tǒng)有3kW負(fù)載電動機(jī)一臺，起動電流較大，其余三臺在1.1kW以下，起動電流較小，而且工藝要求4臺電動機(jī)單獨(dú)起動運(yùn)行，因此可根據(jù)3kW電動機(jī)選擇自動開關(guān)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。控制回路熔體額定電流選用2A。

    3)熱繼電器的選擇請參考有關(guān)技術(shù)手冊，自行計(jì)算參數(shù)。

    PLC控制電路設(shè)計(jì)：

    包括PLC硬件結(jié)構(gòu)配置及PLC控制原理電路設(shè)計(jì)。

    1)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。了解各個控制對象的驅(qū)動要求，如驅(qū)動電壓的等級、負(fù)載的性質(zhì)等。分析對象的控制要求，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，如對開關(guān)量、模擬量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等。選擇適合的PLC機(jī)型及外設(shè)。完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。

    2)根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制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7-25為SBR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。

    圖7-25    SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖

    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。

    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端短接后接入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(zhì)量。

    5) PLC采用繼電器輸出，每個輸出點(diǎn)額定控制容量為AC250V/2A。

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

    表7-9    SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸入接口功能表

    表7-10    SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸出接口功能表

    6)根據(jù)上述設(shè)計(jì)，對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圖。

    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，見表7-11。

    表7-11    SBR廢水處理系統(tǒng)元器件目錄表

    PLC控制程序設(shè)計(jì)：

    1)程序設(shè)計(jì)。根據(jù)控制要求，建立SBR廢水處理系統(tǒng)控制流程圖，如圖7-19所示。表達(dá)出各控制對象的動作順序，相互間的制約關(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。

    2)系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試。空載靜態(tài)調(diào)試時，針對運(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)問題及時分析、調(diào)整程序或參數(shù)。

    3)系統(tǒng)動態(tài)調(diào)試及運(yùn)行。在動態(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)，采用先手動再自動的調(diào)試方法，逐步進(jìn)行。遇到問題及時停機(jī)，分析產(chǎn)生問題的原因，提出解決問題的方法，同時做好詳盡記錄，以備分析和改進(jìn)。

    SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制程序流程圖如圖7-26所示。梯形圖程序如圖7-27所示。

    圖7-26    SBR廢水處理系統(tǒng)控制流程圖

    (3) SBR廢水處理系統(tǒng)電氣工藝設(shè)計(jì)

    按設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)繪制電氣裝置總體配置圖、電器板電器元器件平面圖、控制面板電器平面圖及相關(guān)電氣接線圖。

    1)先根據(jù)控制系統(tǒng)要求和電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)，確定電器元器件的總體布局以及電控箱內(nèi)裝配板與控制面板上應(yīng)安裝的電器元件。本系統(tǒng)除電控箱外，在污水處理設(shè)備現(xiàn)場設(shè)計(jì)安裝的電器元件和動力設(shè)備包括：電磁閥、水位開關(guān)、電動機(jī)、電動閥（含閥位控制器）等。電控箱內(nèi)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。在控制面板上設(shè)計(jì)安裝的電器元件包括：控制按鈕、旋鈕開關(guān)、各色指示燈等。

    圖7-27    SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制梯形圖程序

    2)依據(jù)用戶要求滿足操作方便、美觀大方、布局均勻?qū)ΨQ等設(shè)計(jì)原則，繪制電控箱電器板元件布置圖、電器面板元件布置圖、電氣接線圖等，如圖7-28、圖7-29所示。進(jìn)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    電控箱電器面板元件布置圖

    3)依據(jù)電器元件布置圖及電器元器件的外形尺寸、安裝尺寸，繪制電器板（絕緣板、鍍鋅鐵板或架）、控制面板（有機(jī)玻璃板、鋁板或鐵板等）、墊板（有機(jī)械強(qiáng)度的絕緣板或鍍鋅板）等零部件加工圖。圖中應(yīng)注明外形尺寸、安裝孔徑、定位尺寸與公差、板材厚度以及加工要求等。本設(shè)計(jì)所涉及的鈑金加工技術(shù)圖從略。

    4)依據(jù)電器安裝板、控制面板尺寸設(shè)計(jì)電控箱，繪制電控箱安裝圖。本設(shè)計(jì)從略。

    至此，基本完成了SBR廢水處理系統(tǒng)要求的電氣控制原理設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)任務(wù)。