电气控制与PLC计文档格式.docx
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①每台电动机的控制方式，应根据其容量及拖动负载性质考虑其起动要求，选择适当的起动线路。
对于容量小（7.5kW以下）、起动负载不大的电动机，可采用直接起动；
对于大容量电动机应采用降压起动。
②根据运动要求决定转向控制。
③根据每台电动机的工作制，决定是否需要设置过载保护或过电流控制措施。
④根据拖动负载及工艺要求决定停车时是否需要制动控制，并决定采用何种控制方式。
⑤设置短路保护及其他必要的电气保护。
⑥考虑其他特殊要求：
调速要求、主电路参数测量、信号检测等。
3）根据主电路的控制要求设计控制回路，其设计方法是：
①正确选择控制电路电压种类及大小。
②根据每台电动机的起动、运行、调速、制动及保护要求依次绘制各控制环节（基本单元控制
线路）。
③设置必要的联锁（包括同一台电动机各动作之间以及各台电动机之间的动作联锁）。
④设置短路保护以及设计任务书中要求的位置保护（如极限位、越位、相对位置保护）、电压保护、电流保护和各种物理量保护（温度、压力、流量等）。
⑤根据拖动要求，设计特殊要求控制环节，如自动抬刀、变速与自动循环、工艺参数测量等控制。
⑥按需要设置应急操作。
4）根据照明、指示、报警等要求没计辅助电路。
5）总体检查、修改、补充及完善。
主要内容包括：
①校核各种动作控制是否满足要求，是否有矛盾或遗漏。
②检查接触器、继电器、主令电器的触点使用是否合理，是否超过电器元器件允许的数量。
③检查联锁要求能否实现。
④检查各种保护能否实现。
⑤检查发生误操作所引起的后果与防范措施。
6）进行必要的参数计算。
7）正确、合理地选择各电器元器件，按规定格式编制元件目录表。
8）根据完善后的设计草图，按电气制图标准绘制电气原理线路图，按《电气技术中的项目代号》要求标注器件的项目代号，按《绝缘导线的标记》的要求对线路进行统一编号。
2．工艺设计步骤
1）根据电气设备的总体配置及电器元件的分布状况和操作要求划分电器组件，绘制电气控制系统的总装配图和接线图。
2）根据电器元器件的型号、外形尺寸、安装尺寸绘制每一组件的元件布置图（如电器安装板、控制面板、电源、放大器等）。
3）根据元器件布置图及电气原理编号绘制组件接线图，统计组件进出线的数量、编号以及各组件之间的连接方式。
4）绘制并修改工艺设计草图后，使可按机械、电气制图要求绘制工程图。
最后按设计过程和设计结果编写设计说明书及使用说明书。
设计实例：
小型SBR废水处理PLC电气控制系统课程设计
一、小型SBR废水处理电气控制系统设计任务书
1．SBR废水处理工艺的技术要求
SBR废水处理技术是一种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。
水位电极
上水电磁阀
电动阀
~
排空电磁阀
中水箱
纳入污水
空气
污水处理池
1#清水泵
清水池
2#清水泵中水
风机生物菌泥
图11-1SBR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6～8h。
在曝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，工艺要求要求有所不同，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。
2．SBR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-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-40，0.7m3/min，1.1kW。
电动阀：
阀体D97A1X5-10ZB-125mm，电动装置LQ20-1，AC380V，60W。
3．SBR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，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。
2．SBR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。
QFR
S
T
N
FU6
KM1
FU1
KM2
FU2
KM3
FU3
FU4
KM4
NL5L6FR1FR2FR3
KM5
333
3FR4
M1M2M3M4
~~~~阀门电动机
1#泵（污水）2＃泵（清水）风机
图11-2SBR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KM4、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。
L5
~220VN
KM1-1
HL1
HL2
电源指示
1#泵提示（潜水）TC
KM2-1HL3
2#泵提示（清水）
隔离变压器
1:
1
KM3-1
KA2-1
KA2-2
KA3-1
FR1
HL4
YA1
HL5
YA2
罗茨风机上水电磁阀
上水阀指示
220
N==L
+24VDCCOMPLC
FR2
FR3
FR4
KA1
注:
电动机过载保护
表示采用第三种
接地方式。
图11-3SBR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：
IQF＝1.7IN=1.7×
6A＝10.2A≈10A，选用IQF＝10A的断路器。
2）熔断器FU熔体额定电流IFU。
以曝气风机为例，IFU≥2IN＝2×
2.5A＝5A，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
KM4-1
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，分别向输出回路的负载供电，输出回路所有COM端短接后接入电源N端。
HL8HL10
KM5-1
HL12HL14
HL7HL9HL11HL13
L6
KM4KM5
HL6
KM3KA3
KA2
N==
LCOM1Y1Y3Y5Y7
Y10
Y12
Y14
Y16
COM4
AC100~224V
Y0Y2Y4Y6
COM2
Y11
FR0
Y13
COM3
Y15
Y17
输出端
FX2N-48MR
SQ1
SQ2
DC24VX0X2X4X6X10X12X14X16X20X22X24X26
输入端
24+
COMX1X3X5X7X11X13X15X17X21X23X25X27
SB1
SB3-1
SB3-2
SB4
SB5
SB6
SB7
H1H2H3
电动阀控制器
KA1-1
SB8
0.7
SB2
L1L2L3
图11-4SBR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
PLC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11-1SBR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
污水池高水位开关信号
H1
X000
2
污水池低水位开关信号
L1
X001
3
清水池高水位开关信号
H2
X002
4
清水池低水位开关信号
L2
X003
5
中水箱高水位开关信号
H3
X004
6
中水箱低水位开关信号
L3
X005
7
起动按钮（绿色）
X006
8
停止按钮（红色）
X007
9
旋钮开关（自动）
X010
10
旋钮开关（手动）
X011
11
手动开电动阀旋钮开关
X012
12
手动关电动阀旋钮开关
X013
13
1#清水泵手动旋钮开关
X014
14
2#清水泵手动旋钮开关
X015
15
电动阀门开起限位开关
X016
16
电动阀门关闭限位开关
X017
17
电动阀电动机故障报警
X020
18
电动机热保护器报警
X021
19
曝气风机手动旋钮开关
X022
20
输入点备用
X023～X027
表11-2SBR废水处理系统PLC输出接口功能表
1#清水泵接触器
Y000
2#清水泵接触器
Y001
污水池高水位红色指示灯
HL7
Y002
污水池低水位绿色指示灯
HL8
Y003
清水池高水位红色指示灯
HL9
Y004
清水池低水位绿色指示灯
HL10
Y005
中水箱高水位红色指示灯
HL11
Y006
中水箱低水位绿色指示灯
HL12
Y007
（续）
电动阀门开起绿色指示灯
HL13
Y010
电动阀门关闭黄色指示灯
HL14
Y011
开电动阀门接触器
Y012
关电动阀门接触器
Y013
电动机热保护器报警红色指示灯
Y014
罗茨风机（曝气风机）接触器
Y015
排空电磁阀继电器
KA3
Y016
上水电磁阀继电器
Y017
输出口备用
Y020～Y027
6）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11-3SBR废水处理系统元器件目录表
名称
数量
规格型号
备注
M1～M4
电动机
Y系列
三相交流异步电动机
FR1～FR4
热继电器
JR16B-20/3
参照电动机整定电流
FU1～FU4
熔断器
RL1-15
熔体2～10A
FU5、FU6
RT16-32X
熔体2A
QF
断路器
C45AD
脱扣电流10A
TC
BK-100
变比1：
1，AC220V
起动按钮
LAY37
绿色
停止按钮
红色
SB3
转换开关
LAY37-D2
手动/自动转换
SB4～SB8
手动开关
黑色
KM1～KM4
交流接触器
DJX-9
线圈电压：
AC220V
KA1～KA3
中间继电器
HH52P
HL1～HL15
指示灯
AD16-22
LED显示，AC220V
电磁阀
ZCT-50A
ZCT-15A
YA3
电动阀门装置
LQA20-1
AC380，60W
PLC
可编程序控制器
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，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
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