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1、吉林化工学院毕业设计说明书污水厂粗格栅自动控制系统设计及应用Wastewater Treatment Plant Coarse Grid Design and Application of Automatic Control Systems摘 要为了解决粗格栅污水处理生产效率低、需要大量的人工操作和维护复杂等问题，本设计提出了应用可编程控制器实现无人监守、自动控制的系统方案。本文介绍了粗格栅污水处理工艺原理和控制要求，采用简易的逻辑控制、硬件和软件互锁的方法实现自控要求。阐述了粗格栅系统的电气控制系统设计和自控系统设计。电气控制系统设计根据污水处理厂承担的负荷和尖峰电流选择低压开关、断路器和熔
2、断器等设备型号。自动控制系统部分包含下位机项目的创建、编写和仿真调试，绘制控制系统流程图和二次回路接线图；上位机部分有现场监控画面、历史趋势曲线画面、报警画面和PID变频控制画面。本系统可实现自动、手动、远程控制，改善污水处理系统操作环境。最后对系统的调试与运行结果分析得知，粗格栅系统设计基本达到预期的要求。关键词：污水处理；粗格栅；电气控制；可编程控制器AbstractIn order to solve the coarse grid of sewage treatment and low production efficiency, requires a lot of manual ope
3、ration and maintenance of complex issues such as the present design of the application of programmable controllers nobody probation program of automatic control systems.This article describes the coarse grid sewage treatment process principle and control requirements, the use of simple logic control
4、, hardware and software interlock to achieve self-control requirements. The coarse grid system electrical control system design and automatic control system design. Electrical control system design based on bear the load and the peak current of the sewage treatment plant to select the device model o
5、f the low-voltage switchgear, circuit breakers and fuses. Part of the automatic control system includes the creation of the next bit machine, the preparation and simulation debugging, draw control system flow chart and the secondary circuit wiring diagram; live monitor screen of the host computer pa
6、rt of the historical trend curve screen, alarm screens and PID frequency conversion control screen. This system can achieve automatic, manual, remote control, to improve the sewage treatment system operating environment. Finally, system commissioning and operation results of the analysis of the coar
7、se grid system, the basic design to meet expectations.Key Words：Sewage treatment；Coarse grid；The power electricity system design; PLC 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 本课题设计背景11.2 本课题设计目的及意义21.3 本课题设计的内容2第2章 系统控制方案32.1 粗格栅系统控制的概述32.1.1 污水处理工艺32.1.2 粗格栅系统组成32.2 系统方案42.2.1系统控制方式42.2.2 污水一级处理工艺5第3章 电气控制系统设计6
8、3.1 粗格栅供电系统概况63.2 粗格栅系统负荷计算和尖峰电流计算63.2.1 用电设备负荷计算63.2.2 用电设备尖峰电流的计算73.3 低压一次设备选择83.3.1 熔断器选择与校验83.3.2 低压断路器选择与校验93.3.3 低压隔离开关选择103.4 变频器的选型及应用113.4.1 变频器简介113.4.2 变频器的选型与接线设计123.5 电气主接线及设计123.5.1 一次回路主接线设计123.5.2 配电系统接线设计133.5.3 二次回路接线设计14第4章 自动控制系统设计164.1 PLC的结构与工作原理164.2自控系统I/O点表164.3自控系统设备选型184.4
9、自控系统工程创建204.5自控系统梯形图设计214.6自控系统流程图设计25第5章 人机界面设计及系统仿真通讯275.1 WinCC简介275.2 WinCC人机界面设计275.2.1 创建项目275.2.2 创建变量285.2.3 组态系统变量305.2.4 创建报警画面和历史趋势曲线画面315.3 PLCSIM与WINCC仿真调试325.3.1 建立PLCSIM与WINCC连接325.3.2下载载程序及仿真调试335.3.3 程序运行过程调试34结 论38参考文献39致 谢40第1章 绪论1.1 本课题设计背景我国污水处理产业发展起步较晚，但改革开放以来，国民经济快速发展，人民生活水平的显
10、著提高，拉动了污水处理的需求，进入二十一世纪，我国污水处理产也进入快速发展期，污水处理需求的增速远高于全球水平。随着社会经济的快速发展以及城市化进程的不断加快，城市生活废水的排放量也随之日益增多。作为改善城市生活环境的重要项目之一-城市污水处理项目无论是对于保护城市水环境及水资源的利用，还是改善居民生活环境等都具有非常积极而深渊的显示意义。然而，如果城市污水处理项目规划不当、处理方案不合理，都会对城市环境造成很大的影响，并产生相当程度的危害。城市污水是城市地区范围内的生活污水、工业废水和径流污水的总称，它通常是由城市管渠汇集排入水体或者通过城市污水处理厂处理后排入水体。随着城市化水平和人民生活
11、水平的提高，城市生活污水排放量迅速增长，其所占城市污废水排放量的比例逐年增多，据统计，到2009年全国生活污水排放量已达504亿吨，生活污水排放量首次超过工业废水排放量。因此，在工业废水逐步得到治理后，生活污水对环境的影响越发变得突出，如何加大力度治理城市污水也显得突出起来。我国是一个严重缺水的国家，虽然我国年平均水资源总量为28000亿立方米，位居世界第6，人均水资源量为2,220立方米，居于世界第110位，以及被联合国列为世界第十三个缺水国家之一。水资源的匮乏和水资源的污染，已经严重的影响了人民的日常生活，严重的影响了我国的经济建设和发展。特别是我国北方城市，如北京，天津沈阳等城市水资源更
12、为短缺。根据国家十五发展纲要，十五期间各县市都要建立污水处理厂，如何保证处理过程的正常运行，减少运行成本成为环保部门、城建部门所关注的问题。在我国，随着城市人口的增加工业生产的发展，污水排放量也日益增加，水体污染相当严重而且几乎遍及全国各地。到2000年底，全国省市的663个城市中有310个建有污水处理设施，建设务实处理厂427座，年污水处理113.6亿立方米，污水处理率只有34.23%。城市内河道大都以成为污水退路有的已成为污水沟渠，城市地下水也受到不同程度的污染。严重的水污染破坏到生态环境，直接威胁人民的生活和身体健康，影响工农业生产，已成为不亚于洪灾、旱灾等给人们带来的危害。从总体上看，
13、我国污水处理正在经历由规模小、水平低、品种单一、严重不能满足需求到具有相当规模和水平、品种质量显著提高和初步满足国民经济发展要求的深刻转变，污水处理需求逐步实现自给。总之在当前背景下，对污水处理是迫切的而且是必要的。1.2 本课题设计目的及意义污水问题是当今我国面临比较严重的问题之一，为了使出水指标中的主要污染浓度水平对河流和人们等水源中的污染降低到可以接受的水平，使自然资源得到保护和水的生态资源得到改善，把水体中的有机污染和无极污染物浓度水平降低，达到国家标准然后可以排放或者重复利用。这样可以有效的保护我国有限的水资源，最大限度的节约用水和最大化的保护水资源。污水处理在现实生活中应用的相当广
14、泛，尤其在城市用水我处理方面，粗格栅污水处理环节是污水处理过程中的一个环节，主要作用是拦截污水中的固体废物，去除污水中一些粗大的悬浮物，保护水泵等设备不受损害。是污水处理必不可少的一个环节，污水处理是将污水中的污染物质分离去除，使有害的物质转化为无害的物质、有用的物质，水得到净化，并使资源得到充分利用。城市生活污水处理工艺按流程和处理程序划分可分为预处理工艺、一级处理工艺、二级处理工艺、深度处理工艺和污泥处理工艺，以及最终的污泥处置。预处理工艺：主要是物理处理，通过格栅、沉砂池等将污水中大块污物拦截出来，保证后续单元的正常运行。预处理过程就去除污染物质而言，可能不起关键作用，但是至关重要。在现
15、在的情况下，人力成本逐渐提高，并且污水厂的环境比较差，不利于人们长期工作。因此设计使用高度自动化设备，使生产效率提高，更加节约资源和更好的处理污水。1.3 本课题设计的内容本课题主要研究内容有以下几点：粗格栅系统电气设备选型：根据动力设备进行负荷计算，选择合理低压开关和低压断路器等设备，粗格栅系统的电气主接线及设计。PLC控制程序设计：包括系统I/O点统计，西门子PLC设备的选型，项目的创建过程，下位机程序的编写，运行仿真调试和绘制二次接线回路等。上位机界面设计：利用WinCC软件对上位机进行组态，包括报警、历史趋势曲线、现场操作画面和PID控制画面等。粗格栅系统数据处理：对PLC程序进行调试
16、、仿真以及与上位机通讯，对数据进行处理分析等。第2章 系统控制方案2.1 粗格栅系统控制的概述污水由进水系统通过粗格栅和螺旋输送机进行初步排除大块杂质物体，到达沉砂池中。在沉砂池系统中细格栅和行车式吸砂机进一步净化污水中的细小颗粒物体，将污水中的细小沙粒滤除后进入反应池。格栅单元，作用是用来去除水中粗大的悬浮物和杂物，以保护后续处理设施能正常运行的一种预处理方法。一般根据水源情况分别设有粗格栅和细格栅两个步序，粗格栅去除的是那些可能堵塞水泵机组及管阀门的较粗大的悬浮物，而细格栅用以去除粗格栅难以去除的呈悬浮物状的细小纤维。本系统就是这一环节。2.1.1 污水处理工艺污水由进水系统通过粗格栅和螺
17、旋输送机进行初步排除大块杂质物体，到达沉砂池中。沉砂池中细格栅和行车式吸砂机进一步净化污水中的细小颗粒物体，将污水中的细小沙粒滤除后进入反应池。工艺流程图如图2-1所示。图2-1 工艺流程图2.1.2 粗格栅系统组成粗格栅污水处理系统主要由进水井系统、格栅系统、螺旋输送压榨一体机系统、集水井系统等四部分组成。进水井系统是污水经过简单过滤获得的污水，粗格栅系统由两台粗格栅机和一台螺旋输送机组成，集水井是由五台泵控制的，其中有一台是有变频器控制。具体详细流程图见上位机画面。粗格栅系统图如图2-2所示。图2-2 粗格栅系统图2.2 系统方案2.2.1系统控制方式在污水处理这方面，粗格栅控制系统有以下
18、几种方式。方案1：完全采用传统的继电器控制；方案2：采用可编程控制器PLC控制。第一种方案继电器控制系统逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串并联组合控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想在改变或者扩展功能较为困难；另外，继电器的触点数量有限，所以继电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。继电器控制工作频率低，触电的开关动作一般在几十毫秒数量级，且机械触点还会出现抖动问题。与第一种方案比较，方案2的PLC控制有许多优势，可编程控制器PLC控制可以实现非常复杂的控制功能，与相同功能的继电器相比，具有功能强，性价比高的特点；可编程控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有
19、品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户可以根据需求选择相应的模块；可编程控制器具有可靠性高，抗干扰能力强的特点；系统安装调试简单，工作量少、扩展性强、体积小、功耗低、维修方便、升级方便等优点。综上所述，采用方案2比较合适。从实际经验来看，粗格栅除污机可以采用时间控制和液位差控制两种方式，螺旋输送机优先的运行模式比较好。运行停止时应先将细格栅停止后再使螺旋输送机停止，在确保过水量及合理的水头损失前提下，合理缩短格栅的运行时间，既保证了栅渣的积累，避免无效运行，又减轻设备的磨损和节约能耗。粗格栅系统控制二种启动方式，一种为图2-3 格栅流程图 图2-4 集水井流程图按时间启动，一种为根据格栅前后液
20、位差启动。按时间启动：启动间隔时间可调（小时级），运行时间可调（分钟级），二台格栅机同时启动，输送机延时1秒启动。停车顺序为二格栅机先停， 10秒钟后，输送机停机，整体停机结束。根据格栅前后液位差启动：液位差达到40CM时启动格栅系统，运行时间为可调（分钟级），启动顺序和上条相同。格栅流程图如上图2-3所示。集水井水泵系统：根据液位控制。2.4为停最后一台泵，2.8启一台泵，3.2启二台泵 3.6启三台泵，4.0启四台泵，4.4 启5台泵。集水井流程图如上图2-4所示。2.2.2 污水一级处理工艺一级处理：一级处理可由筛滤、重力沉淀和浮选等方法串联组成，除去废水中大部分粒径在100m以上的大颗
21、粒物质。筛滤可除去较大物质；重力沉淀可除去无机粗粒和比重略大于1的有凝集性的有机颗粒；浮选可除去比重小于1的颗粒物(油类等)。废水经过处理后，一般达不到排放标准。一级处理的常用方法有筛滤法和沉淀法。方案一：格栅筛选法用来分离污水中呈悬浮状态污染物。常用设备是格栅和筛网。格栅主要用于截留污水中大于栅条间隙的漂浮物，一般布置在污水处理厂或泵站的进水口，以防止管道、机械设备及其他装置的堵塞。格栅的清渣，可采用人工或机械方法。本次研究部分是整个系统的一次处理阶段，格栅是由一组(或多组)相平行的金属栅条与框架组成。倾斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物及杂质。格栅所能截
22、留污染物的数量，随所选用的栅条间距和水的性质而有很大的区别。一般以不堵塞水泵和水处理厂站的处理设备为原则。粗格栅除污机优点适应性强，处理量大，作业面积大，抓取深度大，结构性好，自动化程度高，使用寿命长，工作环境好，土建投资少，性价比优，维修方便，操作简单等特点，目前在国内外普遍采用此种方法。方案二：离心机沉淀法离心机主要用于将悬浮的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不通，有互不相容的液体分开；它也可用于排除湿固体中的液体，例如洗衣机甩干湿衣服。用于一级处理的沉淀池，通称初次沉淀池。其作用为：去除污水中大部分可沉的悬浮固体；作为化学或生物化学处理的预处理，以减轻后续处理工艺的负荷和提高处理
23、效果，其优点是工作可靠，连续工作周期长，但离心机的缺点是效率比较低，适应工作范围小，由于高速，对材料强度的加工精度和制造量均要求严格，自动化程度低，维护比较复杂等。综上所述采用方案一格栅筛选法。第3章 电气控制系统设计3.1 粗格栅供电系统概况粗格栅电机供电系统所需的电压是220V/380V电压等级，是直接经公共低压电网分配的，无需电力变压器从610KV电网转换获得。在供电系统中常用一根线代表三相线图，即汇成单线图的形式。粗格栅强电系统属于三级负荷，但是短时停电或者较长时间停电会造成一定的紊乱，对企业带来麻烦，因此设置工厂备用电源，但是在控制柜方面需要采用不间断电源，即UPS电源，将会在下章节
24、介绍。本系统采用220/380V低压配电方式，其接地方式采用TN-S系统，其中N线与PE线全部分开，设备的外漏可导电部分均接PE线，由于PE线中无电流通过，设备之间不会产生干扰，TN-S系统广泛用于对安全要求较高的场所，及对抗干扰要求高的数据处理和精密检测等场所，也多用于住宅供电系统。本系统用电设备的工作制是连续工作制设备，这类设备在恒定负荷下运行，主电动机一般是连续运行的。3.2 粗格栅系统负荷计算和尖峰电流计算3.2.1 用电设备负荷计算计算负荷是通过负荷的统计求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。根据计算负荷选择电气设备和导线电缆，如果以计算符合连续运行，其发热温度不超过允
25、许值。计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大负荷P30是基本相当，有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算符合和计算电流相应地表示为P30、Q30、S30和I30。我国目前普遍采用的确定用电设备计算负荷的方法，有需要系数法和二项式法。本系统采用系数法计算，其有功计算负荷基本公式为，视在计算负荷为,计算负荷为,其中Kd称为需要系数，tan为正切值，cos为平均功率因数，Pe为设备容量。查附录知取需要系数Kd=0.8，cos=0.8，tan=0.75。1 粗格栅机运行（1台运行） 有功计算负荷：视在计算负荷：计算电流：2 输送机运行有功计算负荷：视在计算符合：计算电流：3 水泵（1台运行）有功计
26、算负荷：视在计算符合：计算电流：4 粗格栅机（2台）、输送机、水泵（4台）有功计算负：视在计算符合： 计算电流 ：5 变频泵运行有功计算负荷：视在计算符合：计算电流：6 动力系统有功计算负荷：视在计算符合 ：计算电流：3.2.2 用电设备尖峰电流的计算尖峰电流是指持续时间12s的短时最大电流。尖峰电流主要用来选择熔断器和低压断路器、整定继电保护装置及减压电动机自启动条件等。多台用电设备尖峰电流的计算 （3-1）或 （3-2）其中为起动电流，为用电设备的起动电流倍数。动力柜的尖峰电流 格栅机、输送机和水泵的尖峰电流 变频泵的尖峰电流 单台用电设备尖峰电流的计算 （3-3）3.3 低压一次设备选择
27、电气设备要能可靠性工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定性和动稳定。3.3.1 熔断器选择与校验熔断器在供配电系统中的配置，应符合选择性保护的原则，也就是熔断器要配置得能使故障范围缩小到最低限度。供电系统中配置的熔断器数量要尽量少。低压配电系统中熔断器起安全保护作用，当电流超过规定值一定时间后以它本身产生的热量使用熔体融化而分断电流。本系统采用RM10型低压密闭管式熔断器，RM10型熔断器由纤维管、变截面锌溶片和触头底座等部分组成，RM10型低压熔断器结构如图3-1所示。这种熔断器的灭弧能力很强，属限流熔断器。a）熔管 b）熔片图3-1 RM10型低压熔断器1动力柜熔断器选
28、择熔体及熔断器的额定电流：熔体额定电流IN.FE应不小于线路计算电流I30，即IN.FE I30 =93.3 A，又熔体额定电流IN.FE还应躲过线路的尖峰电流IPK,即IN.FE IPK=136.3 A,选型RM10-200型低压熔断器，其熔体电流IN.FE为160 A, 最大电流为200A，熔管额定电压交流500V，直流440V，最大分断电流10KA，满足设计需求。2粗格栅机、输送机、水泵控制柜熔断器选择熔体及熔断器的额定电流：IN.FE I30 =67.6A，IN.FE IPK=110.6A,选型RM10-200型低压熔断器，其熔体电流IN.FE为125A, 最大电流为200A满足设计需
29、求。3变频柜熔断器选择熔体及熔断器的额定电流：IN.FE I30 =22.8A，IN.FE KIPK=47.8A,选型RM10-60型低压熔断器，其熔体电流为60A, 最大电流为60A满足设计需求。4粗格栅熔断器和输送机熔断器选择熔体及熔断器的额定电流：IN.FE I30 =11.4A，IN.FE KIPK=0.3511.43=12.0A,选型RM10-60型低压熔断器，其熔体电流为15A, 最大电流为15A满足设计需求。5水泵熔断器选择熔体及熔断器的额定电流：IN.FE I30 =8.4A，IN.FE KIPK=0.358.42=5.9A,选型RM10-15型低压熔断器，其熔体电流为35,
30、最大电流为60A满足设计需求。 6室内照明和控制柜熔断器选择RM10-15，其熔体电流为10A。最大电流为15A，满足设计要求。 3.3.2 低压断路器选择与校验低压断路器，又称低压自动开关，它既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和低电压下自动跳闸，当线路上出现短路故障时，其过电流脱扣器动作，使开关跳闸，如果出现过负荷时，其串联在一次线路的加热电阻丝加热，是双金属片弯曲，也使开关跳闸。当线路电压严重下降或失压时，其失压脱扣器动作，同样使开关跳闸。低压断路器有配电断路器、电动机保护用断路器、照明用断路器和漏电断路器等。DZ47LE系列断路器如图3-2所示和小型断路器如图3-3所示。图3-2 D
31、W系列断路器 图3-3 小型断路器1动力柜断路器选择低压断路器及其过电流脱扣器规格：选择DW16-630型低压断路器的过电流脱扣器额定电流IN.OR=160I30=93.3A,故初步选DW16-630型低压断路器，其IN.OR=160A。设瞬时脱扣电流整定为3倍，即IOP=1603=480A。而KrelIpk=1.35136.3=184.0A（其中Krel为可靠系数，DW系列断路器可取1.35），满足IOPKrelIpk的要求，即满足脱扣电流躲过尖峰电流的要求。2粗格栅机、输送机、水泵控制柜断路器选择低压断路器及其过电流脱扣器规格：选择DW16-630型低压断路器的过电流脱扣器额定电流IN.O
32、R=100I30=67.6A,故初步选DW16-630型低压断路器，其IN.OR=100A。设瞬时脱扣电流整定为3倍，即IOP=1003=300A。而KrelIpk=1.35110.6=149.3A，满足IOPKrelIpk的要求，即满足脱扣电流躲过尖峰电流的要求。3变频柜断路器选择小型断路器，其额定电流（ln）为IN=40A I30=22.8A，额定绝缘电压（Ui）为600V，额定冲击耐受电压(Uimp)为 4KV，额定短路分断能力（Icn）均能满足要求。4粗格栅机断路器和输送机断路器选择小型断路器，其额定电流（ln）为IN=20A I30=11.4A，额定绝缘电压（Ui）为600V，额定冲
33、击耐受电压(Uimp)为 4KV，额定短路分断能力（Icn）均能满足要求。5水泵断路器选择小型断路器，其额定电流（ln）为IN=16A I30=8.4A，额定绝缘电压（Ui）为600V，额定冲击耐受电压(Uimp)为 4KV，额定短路分断能力（Icn）均能满足要求。6室内照明和控制柜断路器选择额定电流（ln）IN=16A额定绝缘电压（Ui）为600V，额定冲击耐受电压(Uimp)为 4KV，额定短路分断能力（Icn）均能满足要求。3.3.3 低压隔离开关选择低压隔离开关主要功能是保证电气设备及装置在检修工作时的安全，不能用于切断、图3-4 低压隔离开关投入负荷电流或开断短路电流，仅可允许用于不
34、产生强大电弧的某些切换操作。本系统只有动力柜和粗格栅机、输送机、水泵控制柜需要安装低压隔离开关，需满足UN USN，即电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压USN的条件选择，满足IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即IN Imax，满足动稳定及热稳定校验即可。低压隔离开关如图3-4所示。电气设备控制选型统计表如表3-1所示。表3-1 电气设备控制选型序号设备名称型号额定电流熔体电流/脱扣电流备注1动力柜熔断器RM10-200200A160A2格栅机、输送机熔断器RM10-6060A25A3水泵熔断器RM10-1515A15A5变频柜熔断器RM10-606
35、0A60A6动力柜断路器DW16-63093.3A160A7格栅机、输送机熔断器DW16-63067.6100A8水泵熔断器DZ47-638.415A9变频柜熔断器DZ47-6322.840A3.4 变频器的选型及应用3.4.1 变频器简介变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的， 根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非
36、常广泛的应用。下面以这图3-5 变频器基本构成图种常见的交直交型变频器，交直交变频器的工作可分为两个基本过程，其一为交直变换过程：就是先把不可调的电网的三相(或单相)交流电经整流桥整流成直流电；其二是直交变换过程：就是反过来又把直流电 “逆变”成电压和频率都任意可调的三相交流电。变频器的基本结构由主回路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成，其变频器基本构成图如上图3-5所示。3.4.2 变频器的选型与接线设计本次系统负载为风机、泵类负载应选择MM430变频器，选择变频器时应以实际电机电流值为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。图3-6为变频器接线图，R、S、T为三相交流
37、电的输入端，经过变频器整流、逆变由U、V、W端子输出给水泵。ADC1+、ADC1-为自控频率输出端子也就是频率模拟量采集端（4-20mA时电流信号），+24V、X1为数字量采集端子，是为现场手自动控制按钮。U、V、W为输出控制电机端子，DAC1+、DAC为频率输出指示端子，NO、CON为变频器运行指示输出和故障报警输出。图3-6 变频器接线图3.5 电气主接线及设计3.5.1 一次回路主接线设计图3-7是格栅机、输送机和水泵控制的主电路图，其中KM1、KM2和KM3为控制电机的交流接触器，改变KM1、KM2和KM3就能改变电机的起动与停止操作。图中的FR为热继电器，在电机过载时，它的常闭触点断
38、开，使接触器的线圈断电，电机停转。本次电机使用的是三相交流电，使用了断路器来保护电机，使之免受损坏。图3-7 电气一次接线图3.5.2 配电系统接线设计主接线图即主电路图,是表示供电系统中电能输送和分配路线的电路图，亦称一次电路。图3-8是配电系统主接线图，下面以其电源进线、母线和出现的顺序对此配电装置作分析介绍。此装置采用的电源进线是常用的380V工厂用电等级，根据所有装置所需的动力符合要求选择DW16-630-160A/3P断路器型号，并选择一定隔离能力的开关。由于系统要求等级不高，采用单母线分配电压，这种母线方式可保证电源并列工作，又可使任意一条出线都可以从任意一个电源获得电能。其中断路
39、器具有开合电器的专用的灭弧装置，可以开断或闭合负荷电流和开断短路电流，顾用来作为接通或切断电路的控制电器，隔离开关是用来设备停运后退出工作时断开电路，保证与带电部分隔离，起隔离电压作用。在电机的线路中需要设置热继电器保护电机，使电机免受损坏。本装置中有计量装置、保护装置、监视装置均为做出介绍。图3-8 配电系统主接线图3.5.3 二次回路接线设计二次回路接线图如图3-9所示。“SA-手动/自动”是现场手动和PLC自动两种启动模式。当选择现场手动开关，设备将受本身的开停开关控制，这种状态主要是为了检修设备和开启使用设备时使用；当选者自动模式时，设备受PLC控制，设备将会按照自控要求自动运行。“K
40、M1”是继电器是控制电机启停的设备，“FR”是热继电器，保护电机设备的装置，“HY”是电机运行状态指示，主要在自控柜中显示电气运行状态指示。图3-9 二次回路接线图第4章 自动控制系统设计4.1 PLC的结构与工作原理PLC由传统的生产机械自动装置即继电器控制系统发展成为先进的自动控制装置，把计算机编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程。PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序
41、结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC工作原理图如图4-1所示。图4-1 PLC工作原理图4.2自控系统I/O点表表4-1 控制系统数字量输入/输出地址序号设备编号信号名称类型地址1格栅系统S201-1-T自动转换DI11.02格栅系统S201-2-T手动转换DI11.13格栅系统S201-3-T液位控制DI11.24格栅系统S201-4-T时间控制DI11.351#粗格栅S201-1-F故障DI8.062#粗格栅S201-2-F故障DI8.1续表4-1 控制系统数字量输入/输出地址序号设备编号信号名称类型地
42、址7输送机S201-3-F故障DI8.281#进水泵S201-4-F故障DI8.392#进水泵S201-5-F故障DI8.4103#进水泵S201-6-F故障DI8.5114#进水泵S201-7-F故障DI8.6125#进水泵S201-8-F故障DI8.7131#粗格栅S201-1-S开停状态DI9.0141#粗格栅S201-1-T自动转换DI9.1152#粗格栅S201-2-S开停状态DI9.2162#粗格栅S201-2-T自动转换DI9.317输送机S201-3-S开停状态DI9.418输送机S201-3-T自动转换DI9.5191#进水泵S201-4-S开停状态DI9.6201#进水泵S
43、201-4-T自动转换DI9.7212#进水泵S201-5-S开停状态DI10.0222#进水泵S201-5-T自动转换DI10.1233#进水泵S201-6-S开停状态DI10.2243#进水泵S201-6-T自动转换DI10.3254#进水泵S201-7-S开停状态DI10.4264#进水泵S201-7-T自动转换DI10.5275#进水泵S201-5-S开停状态DI10.6285#进水泵S201-5-T自动转换DI10.7291#粗格栅S201-1-F电机运行DO12.0302#粗格栅S201-2-F电机运行DO12.131输送机S201-3-F电机运行DO12.2321#进水泵S201
44、-4-F电机运行DO12.3332#进水泵S201-5-F电机运行DO12.4343#进水泵S201-6-F电机运行DO12.5354#进水泵S201-7-F电机运行DO12.6365#进水泵S201-8-F电机运行DO12.7371#粗格栅液位LD201液位测量AIPIW256382#粗格栅液位LD202液位测量AIPIW25839集水井液位LD203液位测量AIPIW26040频率反馈LD204频率检测AIPIW26241频率输出FO103-1频率输出AOPQW2564.3自控系统设备选型本设计题目所选用的是西门子S7-300系列的是PLC。S7-300为模块化中小型PLC系统，可以满足中等性能的要求的应用，其大范围的功能模块可以非常好的满足和适应自动控制任务，简单实用的分散式结构和多界面网络能力使其具有灵活的适应性，当控制任务增加时可以自由的扩展模块。1CPU型号选取根据细格栅污水处理系统的电气控制系统的要求，以及其复杂程度，从经济型、可靠性等方面来考虑，选择西门子S7-300系列的PLC作为粗格栅污水处理控制系统的控制主机。由于本次设计系统环境条件和要求并不苛刻，故选择标准型CPU，选择CPU313就能满足系统需求，CPU313具有扩展程序存储区的低成本的CPU，比较适用于需要高速处理的小型设备。订单号为6ES7 313-1AD00-0AB0。2电源模块PS选取
