【正文】 器輸出，具有多個(gè)模擬量輸出（0~20 mA），2 個(gè)模擬輸入：AIN1：0~10 V， 0~20 mA 和–10 至+10 V； AIN2：0~10 V， 0~20 mA，6 個(gè)帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為NPN/PNP 接線。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲。在此控制系統(tǒng)中，需要對(duì)變頻器進(jìn)行通信控制，因此需先對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要對(duì)一下幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如表311所示。中心高63～355mm，~315kW。電動(dòng)機(jī)符合JB/ Y2系列(1P54)三相異步電動(dòng)機(jī)（機(jī)座號(hào)80～280）技術(shù)條件。粗格柵、細(xì)格柵各安裝了一臺(tái)超聲波液位差計(jì)，通過格柵機(jī)前后的液位差來反映格柵機(jī)阻塞程度，并傳輸?shù)絇LC控制器，進(jìn)行分析計(jì)算。工作溫度： 20~60℃ ，工作電壓：AC220V或 DC24V，工作壓力：常壓，差值精度：177。采用先進(jìn)的嵌入式微處理技術(shù)，使其測(cè)控儀器達(dá)到了高度的數(shù)字化和智能化。用傳統(tǒng)的化學(xué)方法（如碘量滴定法）測(cè)定溶解液中的溶解氧是很費(fèi)時(shí)的，且成本很高，不能連續(xù)測(cè)量，而用滴汞電極（DME）的極譜分析最為簡(jiǎn)單。這種電極利用膜可滲透氧但不能滲透水和有機(jī)及無機(jī)溶質(zhì)的原理，保護(hù)電極不與這類還原物質(zhì)緊密接觸，從而使傳感器的靈敏度不受影響。對(duì)結(jié)構(gòu)和透氧膜確定的傳感器而言，在一定溫度下，氧傳感器的電流只與試樣中的氧分壓成正比。 mV，溶解氧：（0~）mg/L(ppm)；（0~）% 溫度：（10~110）℃精確度：pH：177。 ℃，自動(dòng)溫度補(bǔ)償：pH：（0~100）℃ 溶解氧：（0~45）℃，其他參數(shù)：數(shù)據(jù)儲(chǔ)存：900組，通訊接口：RS232，電源：DC9V/300mA。新型的溶氧電極有鹽度測(cè)試功能，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)鹽度補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償；儀器內(nèi)置氣壓傳感器，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣壓補(bǔ)償。 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制過程可以分為手動(dòng)控制功能和自動(dòng)運(yùn)行功能。圖42手動(dòng)操作模式流程圖 處于自動(dòng)方式時(shí)，系統(tǒng)上電后，按下自動(dòng)啟動(dòng)確認(rèn)后系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)開始工作，其工作過程包括以下幾個(gè)方面。（4）啟動(dòng)細(xì)格柵系統(tǒng)。以上工作過程并不是順序控制方式，而是按照PLC檢測(cè)到傳感器狀態(tài)進(jìn)行啟動(dòng)如圖43所示。（1）自動(dòng)過程開始啟動(dòng)粗格柵機(jī)，定時(shí)20min。（5）液面差值低于設(shè)定值，停止清污機(jī)運(yùn)行。（3）定時(shí)到后，若仍低于最低位傳感器，則停止?jié)撍眠\(yùn)行，否則潛水泵繼續(xù)運(yùn)行。圖45潛水泵工作流程圖細(xì)格柵系統(tǒng)程序與粗格柵系統(tǒng)程序相似，主要控制細(xì)格柵機(jī)和轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)的運(yùn)行，其工作過程包括以下幾個(gè)方面：（1）自動(dòng)過程開始，啟動(dòng)細(xì)格柵機(jī)，定時(shí)20min。（5）液面差低于設(shè)定值，停止轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)運(yùn)行。（2）定時(shí)到，若液面仍低于最低位傳感器則停止回流泵運(yùn)行。污泥回流系統(tǒng)工作流程圖如圖48所示。（3）定時(shí)到，啟動(dòng)污泥泵和切割機(jī)。BOD是指在有氧條件下，降解有機(jī)物所需的氧量。雖然有COD濃度在線檢測(cè)儀可以在線檢測(cè)，但仍存在滯后（30分鐘左右），測(cè)量結(jié)果嚴(yán)重滯后于實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，不能及時(shí)反映實(shí)際情況。為了使微生物的活動(dòng)最佳化，應(yīng)該使供氧量與消耗的氧量相等，或稍大一些。氯氣投加消毒效果的好壞與原水PH值、水溫、濁度和接觸時(shí)間有直接的關(guān)系。氯氣投加系統(tǒng)具有大慣性、大滯后的特點(diǎn)，其過渡過程和純滯后時(shí)間均較長(zhǎng)，并且系統(tǒng)的干擾因素較多，對(duì)這樣一個(gè)系統(tǒng)，使用一般的PID調(diào)節(jié)很難滿足控制要求。其控制過程主要是通過污泥濃度、污水流量、絮凝劑濃度等因素控制來完成的。常規(guī)的PID控制器的描述如式（）所示：ni=0U n=kpEn+ki∑Ei+KdECn （）其中各參數(shù)代表的意義是：Un：控制器的輸出En：控制器偏差輸入ECn：系統(tǒng)誤差變化率kp：比例增益ki：積分增益kd：微分增益比例增益kp使控制器的輸入輸出成一一對(duì)應(yīng)比例關(guān)系。積分作用ki是為了消除靜差而引入的。但是，同時(shí)又會(huì)使系統(tǒng)容易受到高頻干擾的影響。 PLC和變頻器通訊（1）USS通訊協(xié)議簡(jiǎn)介USS協(xié)議（Universal Serial Interface Protocol 通用串行接口協(xié)議）是SIEMENS 公司所有傳動(dòng)產(chǎn)品的通用通訊協(xié)議，它是一種基于串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的協(xié)議。USS協(xié)議指令在STEP7—MICRO/WIN32指令樹的庫文件夾中，STEP7—MICRO/WIN32指令庫提供14個(gè)子程序、3個(gè)中斷程序和8條指令來支持USS協(xié)議。通過Mode輸入值可選擇不同的通訊協(xié)議：輸入值為1，指定Port 0為USS協(xié)議并使能該協(xié)議；輸入值為0，指定Port 0為PPI并且禁止USS協(xié)議。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求將各硬件接線接好。在STEP7Micro/WIN32軟件中，通過編程，將編好的程序下載到PLC中進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，檢查程序是否有錯(cuò)誤，是否能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能控制。啟動(dòng)電源后按下手動(dòng)或自動(dòng)模式選擇按鈕，當(dāng)在手動(dòng)模式時(shí)，可通過各控制按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)污水處理系統(tǒng)中各電機(jī)的控制運(yùn)行同時(shí)相應(yīng)的指示燈亮。運(yùn)行粗、細(xì)格柵機(jī)，進(jìn)行間歇運(yùn)行，即運(yùn)行一段時(shí)間然后停止一段時(shí)間，循環(huán)進(jìn)行。而進(jìn)水泵房中的潛水泵根據(jù)液面高低進(jìn)行運(yùn)行、停止及運(yùn)行數(shù)量的控制：①潛水泵系統(tǒng)啟動(dòng)首先開始啟動(dòng)潛水泵。⑤定時(shí)到后，若液面仍持續(xù)處于高位傳感器，則輸出報(bào)警信號(hào)。③若液面處于最高位和最低位之間，啟動(dòng)污泥回流泵?？刂葡到y(tǒng)能根據(jù)外界溶解氧儀檢測(cè)反饋的模擬量信號(hào)輸入的狀態(tài)來控制清污機(jī)、潛水泵，以及污泥回流泵的啟停，因此需要按照液位傳感器和液位差計(jì)反饋來的信息進(jìn)行判斷處理，然后再進(jìn)行輸出控制。本文詳細(xì)闡述了工業(yè)污水處理工藝流程、控制系統(tǒng)總體方案以及具體的軟硬件實(shí)現(xiàn)。熟悉了PLC硬件的工作原理，完成了整個(gè)系統(tǒng)的模擬調(diào)試，通過對(duì)系統(tǒng)的不斷修改和調(diào)試，基本上達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。軟件方面主要問題在于程序編寫完畢后，需要首先在電腦上對(duì)程序進(jìn)行軟件仿真，主要檢查是否存在各種錯(cuò)誤，可利用西門子公司配套的仿真軟件。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院參考文獻(xiàn)[1] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. 1.[2]孫振強(qiáng)，王暉， [M].北京：清華大學(xué)出版社，.[3][D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)出版社，2005.[4] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，.[5]張培山，[J].控制系統(tǒng),2006,5（1）：8283.[6]李英輝，趙豫龍，[J].石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院報(bào),2008,6（4）7678.[7][J].湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，43（4）：8687.[8]（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，.[9] [M].北京：電子工業(yè)出版社，.[1。調(diào)試時(shí)，可根據(jù)功能模塊分類分別調(diào)試，最后進(jìn)行總體調(diào)試。在PLC的外圍硬件連線方面，主要是增加一些保護(hù)設(shè)備。在這個(gè)過程中，使我學(xué)到了很多知識(shí)，積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，鍛煉了自己的獨(dú)立思考能力和實(shí)踐動(dòng)手能力?；旧线_(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)要求。⑤定時(shí)到，若液面仍處于最高位傳感器時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)。污泥回流泵的運(yùn)行與停止根據(jù)液面的高低進(jìn)行控制：①污泥回流系統(tǒng)啟動(dòng)首先檢測(cè)液面高低，若低于最低位傳感器，啟動(dòng)定時(shí)。③定時(shí)到后，若仍低于最低位傳感器，則停止?jié)撍眠\(yùn)行，否則潛水泵繼續(xù)運(yùn)行。細(xì)格柵機(jī)粗格柵機(jī)相似。自動(dòng)控制系統(tǒng)過程包括：粗格柵系統(tǒng)、潛水泵系統(tǒng)、細(xì)格柵系統(tǒng)、曝氣沉砂系統(tǒng)、污泥回流系統(tǒng)、污泥脫水系統(tǒng)。 在該控制程序中，需要根據(jù)外界輸入的狀態(tài)來控制清污機(jī)、潛水泵，以及污泥回流泵的啟停，因此需要按照液位傳感器和液位差計(jì)反饋來的信息進(jìn)行判斷處理，然后再進(jìn)行輸出控制。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的檢查后，開始具體調(diào)試。Active指示哪個(gè)驅(qū)動(dòng)激活，有些驅(qū)動(dòng)只支持地址0到30。（2）USS通訊協(xié)議庫編程之前一定要將USS協(xié)議庫添加進(jìn)去，編程軟件默認(rèn)安裝沒有USS協(xié)議庫的。另外，還有一種廣播通訊方式，主站可以同時(shí)給所有從站發(fā)送報(bào)文，從站在接收到報(bào)文并做出相應(yīng)的響應(yīng)后可不回送報(bào)文。在污水的自動(dòng)控制中，混凝劑投加、氯氣投加和曝氣環(huán)節(jié)由于過程的復(fù)雜性、多變性、非線性和大滯后的特點(diǎn)，采用的PID控制算法難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確和高效的控制。尤其在系統(tǒng)出現(xiàn)大偏差階段時(shí)，積分往往使得系統(tǒng)的響應(yīng)出現(xiàn)過大的超調(diào)，從而使調(diào)節(jié)時(shí)間變長(zhǎng)。為了盡量減小偏差，同時(shí)也為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，縮短系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，需要增大kp值。由于混凝過程的復(fù)雜性和多變性，混凝投藥的自動(dòng)控制一直受到控制行業(yè)和污水行業(yè)專家的普遍關(guān)注。氯氣投加自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖411所示。投加量少了，達(dá)不到殺菌消毒效果；投加量多了雖殺菌效果得到了保證，但水將呈氯臭味難以飲用，此外管道腐蝕將加劇，生產(chǎn)成本也上升。由此可見，混合液中溶解氧濃度(DO)是好氧反應(yīng)中一個(gè)重要的控制參數(shù)。所以有必要找出簡(jiǎn)單、可行的控制參數(shù)。BOD的測(cè)定需費(fèi)時(shí)5天，且測(cè)定結(jié)果易受多種因素影響，誤差較大。圖49污泥脫水系統(tǒng)工作流程圖在設(shè)計(jì)程序過程中，會(huì)用到許多中間繼電器、寄存器、定時(shí)器等軟元件，為了便于編程及修改，在程序編寫前應(yīng)先列出可能用到的軟元件，如表410所示。（1）自動(dòng)過程開始首先啟動(dòng)離心式脫水機(jī)，啟動(dòng)定時(shí)。（4）若液面高于最高位傳感器時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)。47曝氣沉砂系統(tǒng)工作流程圖污泥回流系統(tǒng)程序主要控制污泥回流泵的運(yùn)行和停止，其工作過程包括以下幾個(gè)方面。（3）2h定時(shí)到，運(yùn)行細(xì)格柵機(jī)20min，循環(huán)進(jìn)行。（5）定時(shí)到后，若液面仍持續(xù)處于高位傳感器，則輸出報(bào)警信號(hào)。圖44粗格柵系統(tǒng)工作流程圖潛水泵程序主要控制潛水泵的運(yùn)行和停止，其工作過程包括以下幾個(gè)方面：（1）自動(dòng)過程開始啟動(dòng)潛水泵。（3）2h定時(shí)到，運(yùn)行粗格柵機(jī)20min，循環(huán)進(jìn)行。以及污泥脫水系統(tǒng)程序，以下將分別介紹各個(gè)子程序的工作過程。（6）啟動(dòng)污泥回流系統(tǒng)。（2）啟動(dòng)粗格柵系統(tǒng)。圖41模式選擇流程圖 在手動(dòng)模式下，可單獨(dú)調(diào)試每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，如圖52所示。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用西門子公司為S7—200系列PLC開發(fā)的STEP7—Micro/WIN32作為編程軟件，上面介紹了工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和電氣控制部分的結(jié)構(gòu)，硬件結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)基本完成后，就要開始軟件部分的設(shè)計(jì)，根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和硬件部分的設(shè)計(jì)情況及PLC控制系統(tǒng)I/O的分配情況，進(jìn)行軟件編程設(shè)計(jì)。配用2503型pH電極，可用于離子強(qiáng)度較低、渾濁液體和膠體溶液的測(cè)量。% FS 溶解氧：177。選用PH/溶解氧測(cè)量?jī)x型號(hào):SA29MP525。它是根據(jù)電池原理而設(shè)計(jì)的，本身就是個(gè)電池，不需要外加電壓，可通過測(cè)量電解電流來測(cè)量溶解氧濃度。金與鉑電極能克服DME遇到的某些困難，但在一些生物介質(zhì)中就失效。超聲波液位差計(jì)具有精度高，壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定可靠，安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)。/ 6176。超聲波液位差計(jì)精度較高，且有多種量程可供選擇，其輸出信號(hào)有一下三種：可編程繼電器輸出、高精度4～20mA模擬信號(hào)輸出、RS485通信口輸出，可根據(jù)需要的信號(hào)選擇輸出，作為PLC的輸入信號(hào)。根據(jù)上述分析，選擇Y2200L26E即可滿足要求。 型號(hào)含義：如Y2200L12Y：“Y2”表示異步電動(dòng)機(jī)第二次改型設(shè)計(jì)，“200”表示中心高，“L”表示機(jī)座長(zhǎng)短號(hào)，“1”表示鐵心長(zhǎng)度序號(hào)，“2”表示極數(shù)，“Y”表示第一種設(shè)計(jì)（可省略）。主要性能有：絕緣等級(jí)：F；防護(hù)等級(jí)：IP54或IP55；電壓：380V或415V；頻率：50Hz或60Hz；冷卻方式：IC411。該工業(yè)污水處理系統(tǒng)中的MM430變頻器是一種風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載專用變頻器，能適用于各種變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，尤其適合用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機(jī)。該型變頻器，具有能源利用率高的特點(diǎn)，優(yōu)化了部分結(jié)構(gòu)與功能，便于工作人員進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)。新系列的變頻器一般都提供了設(shè)置自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能。在變頻器正常工作情況下，即kf＝km1時(shí)的機(jī)械特性如圖310所示。因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n1必須低于定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0 (即所謂的“異步”)。（2）變頻調(diào)速的原理異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生。（2）脈寬調(diào)制(PWM)實(shí)現(xiàn)方法就是在每半個(gè)周期內(nèi)，把輸出電壓的波形分割成若干個(gè)脈沖波，每個(gè)脈沖的寬度為t1，每個(gè)脈沖間的間隔寬度為t2，則脈沖的占空比Υ=tl/(t2+tl)。因此變頻的同時(shí)也要變壓，常用VVVF表示。由于中間直流環(huán)節(jié)是高阻抗輸出相當(dāng)于電流源，故稱電流型。電壓型變頻器主回路由相控整流器，中間直流環(huán)節(jié)和逆變器三個(gè)部分組成。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星三角起動(dòng)器。強(qiáng)適應(yīng)性：“TH”防護(hù)處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。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)傳感器的反饋值進(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)備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機(jī)接觸器、清污機(jī)接觸器、潛水泵接觸器、分離機(jī)接觸器、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)接觸器、潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器、刮泥機(jī)接觸器等。表34 數(shù)字輸入量地址分配輸入地址輸入設(shè)備輸入地址輸入設(shè)備急停手動(dòng)刮泥機(jī)啟動(dòng)手動(dòng)方式手動(dòng)污泥回流泵啟動(dòng)自動(dòng)方式手動(dòng)分離式脫水機(jī)啟動(dòng)自動(dòng)啟動(dòng)確認(rèn)手動(dòng)污泥泵啟動(dòng)手動(dòng)粗格柵機(jī)啟動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)加速手動(dòng)清污機(jī)啟動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)減少手動(dòng)潛水泵啟動(dòng)粗格柵液位差計(jì)手動(dòng)細(xì)格柵機(jī)啟動(dòng)細(xì)格柵液位差計(jì)手動(dòng)分離機(jī)啟動(dòng)進(jìn)水泵房液面高位傳感器手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻啟動(dòng)進(jìn)水泵房液面低位傳感器手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻啟動(dòng)污泥回流泵液面高位傳感器手動(dòng)潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動(dòng)污泥回流泵液面低位傳感器表35數(shù)字輸出量地址分配輸出地址輸出設(shè)備輸出地址輸出設(shè)備粗格柵機(jī)接觸器潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器清污機(jī)接觸器刮泥機(jī)接觸器潛水泵接觸器污泥回流泵接觸器細(xì)格柵機(jī)接觸器離