【正文】 中沉降，最后通過過濾器過濾成可以正常利用的水。原水過濾包括污水處理和污泥處理兩個(gè)子系統(tǒng)，他們之間相輔相成，共同構(gòu)成一個(gè)完整的污水處理系統(tǒng)。今天我的論文不是來討論這整個(gè)系統(tǒng)，而是探討其中的一小部分——沉降和過濾。眾所周知，過濾流程是將原水經(jīng)過加藥處理過后，在水中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成許多的絮凝物，再經(jīng)過一段時(shí)間的靜置，最終將原水中的大分子物質(zhì)沉降到罐的底部，上層的清液由沉降罐的頂部流出。經(jīng)過加壓泵直接進(jìn)入過濾器中，液體通過過濾器過濾就可以達(dá)到所要求的技術(shù)指標(biāo)。沉降罐底部的淤泥需要定時(shí)排出。沉降和過濾過程是通過沉降罐和過濾器實(shí)現(xiàn)的。沉降罐是用來沉降液體中的絮凝物，一般采用 3～5 個(gè)沉降罐并聯(lián)工作。該過濾流程工藝采用了 4 個(gè)沉降罐，并且每個(gè)沉降罐底部周圍都有 4 個(gè)排污閥，在設(shè)定的循環(huán)周期中，4 個(gè)排污閥依次打開（4 個(gè)排污閥中只有 1 個(gè)打開） ，將罐底的淤泥排出。過濾器是內(nèi)部填充有多層濾料的承壓罐，一般采用 6～10 個(gè)過濾器并聯(lián)工作，該過濾流程工藝使用了 8 個(gè)過濾器。每個(gè)過濾器過濾一段時(shí)間之后要進(jìn)行反沖洗操作，這樣可以清除濾料上的污漬，以保證整個(gè)流程連續(xù)不斷的運(yùn)行。過濾器從開始進(jìn)水過濾到反沖洗完畢算作一個(gè)周期。成都工業(yè)學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 7 頁5 沉降、過濾過程的工藝流程污水處理系統(tǒng)的過濾流程的工藝流程圖如圖 所示。 圖 帶設(shè)備的過濾工藝流程圖 沉降罐排污流程① 沉降 原水在經(jīng)過加藥混合后，沿著管道分別送入 MMMM4 等四個(gè)沉降罐中。靜置一段時(shí)間，等到將大部分雜質(zhì)沉淀在沉降罐底部時(shí)，再將上層清液由頂部的出水口流出，最后通過加壓泵加壓進(jìn)入過濾器中。② 排污沉降一段時(shí)間后，每個(gè)沉降罐底部都會(huì)產(chǎn)生大量的淤泥，這時(shí)就需要依次將沉降罐底部的 4 個(gè)排污閥門打開，并且每次只能有一個(gè)閥門打開，最終將底部的淤泥全部排出。 過濾器過濾流程① 過濾成都工業(yè)學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 8 頁5把經(jīng)過沉降的上層清液分別送入 N1～N8 等 8 個(gè)過濾器中。將每個(gè)過濾器的進(jìn)水閥和出水閥都打開，上層清液由進(jìn)水閥流入，經(jīng)過過濾器的多層過濾后，由出水閥流出，最后送入清水池存儲(chǔ)起來。② 反沖洗每個(gè)過濾器過濾一段時(shí)間后都要進(jìn)行反沖洗。首先將過濾器的進(jìn)水閥和出水閥關(guān)閉，再打開排水閥和排氣閥，將過濾器中的水和氣體排出。待水和氣體排出后，再將排水閥和排氣閥關(guān)閉。最后啟動(dòng)反沖洗泵，打開反沖洗進(jìn)水閥和出水閥，開始反沖洗操作。 工藝設(shè)備的控制要求該過濾工藝采用的設(shè)備都具有手動(dòng)/自動(dòng)功能。當(dāng)設(shè)備處于自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，所有的設(shè)備將按 PLC 程序中設(shè)定的時(shí)間間隔工作。當(dāng)設(shè)備處于手動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，操作工可以使用控制盤上面的按鈕來控制設(shè)備的運(yùn)行(22。 控制系統(tǒng)組成 在控制室有一面控制盤?？刂票P上有用于控制操作的開關(guān)、按鈕和定時(shí)器，以及用于顯示工作狀態(tài)的指示燈等控制設(shè)備?？刂票P內(nèi)安裝有一臺(tái) OMRON 的 CQM1 系列的 PLC。PLC 輸出節(jié)點(diǎn)通過電纜線和現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備相連?？刂崎y均采用氣動(dòng)蝶閥，控制電磁閥采用兩位五通單電控電磁閥?？刂葡到y(tǒng)組成如圖 所示。成都工業(yè)學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 9 頁5P L C 盤 面 設(shè) 備沉降罐排污閥過濾罐閥門反沖洗泵控 制 盤現(xiàn) 場(chǎng) 設(shè) 備圖 控制系統(tǒng)組成圖 設(shè)備控制原理① 沉降罐的控制 沉降罐的控制分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。這兩種控制方式都是由 PLC按程序設(shè)定好的操作順序依次控制沉降罐閥門的開啟和關(guān)閉，不需要操作工到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟閉控制閥門。ⅰ. 手動(dòng)狀態(tài)當(dāng)沉降罐選擇手動(dòng)方式開啟時(shí)，該沉降罐不會(huì)按照沉降罐定時(shí)器所設(shè)定好的時(shí)間間隔定時(shí)自動(dòng)操作，而是通過操作工啟動(dòng)儀表盤上的按鈕來啟動(dòng)該沉降罐，使其完成排污過程。ⅱ. 自動(dòng)狀態(tài)當(dāng)沉降罐選擇自動(dòng)方式開啟時(shí)，該沉降罐將按照沉降罐定時(shí)器所設(shè)定好的時(shí)間間隔定時(shí)自動(dòng)操作，不需要操作工的干預(yù)。在任何時(shí)候，均可以中斷沉降罐的排污過程。② 過濾器的控制 過濾器的控制分為手動(dòng)、自動(dòng)和差壓三種控制方式。這三種控制方式都是PLC 按程序設(shè)定好的操作順序依次控制過濾器閥門的開啟和關(guān)閉，不需要操作工到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟閉閥門。ⅰ. 手動(dòng)狀態(tài)成都工業(yè)學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 10 頁5當(dāng)過濾器選擇手動(dòng)方式開啟時(shí)，該過濾器不會(huì)按照過濾器定時(shí)器所設(shè)定好的時(shí)間間隔定時(shí)自動(dòng)操作，而是通過操作人員來啟動(dòng)儀表盤上的按鈕來啟動(dòng)該過濾器，使其完成反沖洗過程。ⅱ. 自動(dòng)狀態(tài)當(dāng)過濾器選擇自動(dòng)方式開啟時(shí)，該過濾器將按照過濾器定時(shí)器所設(shè)定好的時(shí)間間隔定時(shí)自動(dòng)操作，不需要操作工的干預(yù)。ⅲ. 差壓控制狀態(tài)無論過濾器選擇何種方式工作時(shí)，只要該過濾器的差壓開關(guān)動(dòng)作后，儀表盤上的差壓報(bào)警指示燈點(diǎn)亮，都將自動(dòng)開始過濾器的反沖洗過程。當(dāng)過濾器正在反沖洗時(shí)，以上的控制都不起作用，只有等到反沖洗操作停止之后才能起作用。在任何時(shí)候，均可中斷過濾器的反沖洗過程。 可編程控制器 PLC 概述 PLC 的基本概念 PLC（Programmable Logic Controller）可編程邏輯控制器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或者生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過出邏輯控制的范圍。因此，今天這種裝置被稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱 PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱相混淆，所以將可編程序控制器簡(jiǎn)稱 PLC。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 雖然是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，但是其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本結(jié)構(gòu)如圖 所示： 成都工業(yè)學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 11 頁5C P U存儲(chǔ)器輸出模塊輸入模塊指示燈電磁閥報(bào)警器等輸出元件編程器電源周邊裝置輸入元件按鈕開關(guān)近接開關(guān)極限開關(guān)等圖 PLC 的基本結(jié)構(gòu)⑴ 電源 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去?！　、?中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映像區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果，并送入 I/O映像區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器中。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，將 I/O 映像區(qū)內(nèi)的輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置上，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止工作。 　　為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，近年來對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 成都工業(yè)學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 12 頁5⑶ 存儲(chǔ)器 　　存儲(chǔ)器（Memory）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)才有記憶功能，才能保證正常工作。按用途存儲(chǔ)器可分為主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）和輔助存儲(chǔ)器（外存）,也有分為外部存儲(chǔ)器和內(nèi)部存儲(chǔ)器的分類方法。外存通常是磁性介質(zhì)或光盤等，能長(zhǎng)期保存信息。內(nèi)存指主板上的存儲(chǔ)部件，用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)和程序，但僅用于暫時(shí)存放程序和數(shù)據(jù)，關(guān)閉電源或斷電，數(shù)據(jù)會(huì)丟失。　?、?輸入輸出接口電路 現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是 PLC 與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 　　現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用是 PLC 通過現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 　　⑸ 功能模塊 隨著 PLC 應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，各 PLC 制造廠家在提高 PLC 主機(jī)性能的同時(shí)，還開發(fā)了專門用途的功能模塊，以滿足各種工業(yè)控制的特定需要。這些模塊包括：高速計(jì)數(shù)器模塊、定位控制模塊、A/D 和 D/A 模塊、PID 模塊、PLC 模塊、PLC 網(wǎng)絡(luò)模塊、PLC 與計(jì)算機(jī)通信模塊、中斷控制模塊、溫度傳感器輸入模塊、BASIC 模塊、語音輸出模塊等。 　?、?通信模塊 備或主計(jì)算機(jī)之間的通信，如以太網(wǎng)、RS48ProfibusDP 通訊模塊等。遠(yuǎn)程I/O 系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通信接口模塊。 PLC 的工作原理 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，成都工業(yè)學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 13 頁5PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 ⑴ 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映像區(qū)中相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O 映像區(qū)中相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 　?、?用戶程序執(zhí)行階段 　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 總是按由上而下的順序依次掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映像區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 　　在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在 I/O 映像區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)在 I/O 映像區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 　?、?輸出刷新階段 　　當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU 按照 I/O 映像區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外部設(shè)備。 PLC 的主要特點(diǎn) PLC 是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，所以在工業(yè)控制方面，它具有繼電器控制或通用計(jì)算機(jī)所無法比擬的特點(diǎn)。成都工業(yè)學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 14 頁5⑴ 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)PLC 的平均故障間隔時(shí)間可達(dá)幾十萬小時(shí)。硬件方面抗干擾措施有隔離、綠寶，軟件方面設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序、狀態(tài)信息保護(hù)功能。⑵ 編程軟件簡(jiǎn)單易學(xué)PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。⑶ 適應(yīng)性好，具有柔性由于可編程控制器產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)展方便?？蓡螜C(jī)控制，也可聯(lián)網(wǎng)操作。⑷ 功能完善，接口多樣具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、A/D、D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。⑸ 易于操作，維護(hù)方便安裝方便，具有 DIN 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝卡扣，用螺絲刀可以完成與不同設(shè)備的連接，有完善的自診斷功能和運(yùn)行故障指示裝置。目前，PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于汽車裝配、數(shù)控機(jī)床、機(jī)械制造、電力石化、冶金鋼鐵、交通運(yùn)輸、輕工紡織、污水處理等各行業(yè)中。 本章小結(jié) 本章主要介紹了污水處理中沉降、過濾過程的工藝流程和工藝設(shè)備的控制要求，并簡(jiǎn)單介紹了可編程控制器 PLC 的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、工作原理和主要特點(diǎn)。為下一章進(jìn)行過濾流程的硬件設(shè)計(jì)奠定好基礎(chǔ)。成都工業(yè)學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 15 頁5第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案 PLC 硬件選型 接觸器） 在控制系統(tǒng)中，所有設(shè)備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)定時(shí)器的反饋值進(jìn)行動(dòng)作的，因此需要 PLC 根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設(shè)備的起停。在此會(huì)用到了接觸器、反沖洗泵接觸器，為此該系統(tǒng)選用施耐德LCID0901M5C 交流接觸器，其額定電壓 220V，額定電流 9A。其特點(diǎn)有：高標(biāo)準(zhǔn)：符合 IEC6094741 和 標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)壽命：機(jī)