【正文】 抑制系統(tǒng)閉環(huán)內(nèi)的各種因素所引起的擾動(dòng)，使反饋跟隨給定變化。積分環(huán)節(jié) ( I ) : 主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。2)使用PID功能指令它是用于PID控制的子程序, 與模擬量輸入輸出模塊一起使用, 可以得到類似于使用PID過程控制的效果, 但價(jià)格便宜的多。在連續(xù)系統(tǒng)中, 典型的PID 閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖1 所示?；赑LC 的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖2 所示, 圖中虛線部分在PLC內(nèi), spn、pvn、en、Mn 分別為模擬量sp ( t)、p v( t)、e( t) 、M ( t)在第n次采樣的數(shù)字量。變頻器容量的選擇是一個(gè)重要且復(fù)雜的問題，要考慮變頻器容量與電動(dòng)機(jī)容量的匹配，容量偏小會(huì)影響電動(dòng)機(jī)有效力矩的輸出，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至損壞裝置，而容量偏大則電流的諧波分量會(huì)增大，也增加了設(shè)備投資。若都通過，則預(yù)選的變頻器容量便選定了；否則從（2）開始重新進(jìn)行，直到通過為止。TFT32包括一個(gè)安裝在被測(cè)液面上方的非接觸式超聲波傳感器探頭和變送器，沒有可動(dòng)部件。用面板上的兩個(gè)鍵可以直接輸入測(cè)量的量程并對(duì)繼電器進(jìn)行設(shè)置。含氧量的檢測(cè)我選擇的是溶解氧變送器COS61傳感器，COS61傳感器水中溶解氧濃度的連續(xù)測(cè)量在水處理領(lǐng)域起著重要的作用。3. 實(shí)用轉(zhuǎn)換工具能夠與COS41，COM2x3D兼容 。同時(shí)論證了變頻調(diào)速的可行性和必要性。目前, 氧化溝中的曝氣轉(zhuǎn)刷的數(shù)量和功率按理論需氧量來設(shè)計(jì), 并適當(dāng)增設(shè)一定數(shù)量的曝氣轉(zhuǎn)刷作為備用。而氧化溝中混合液的需氧量是不斷變化的, 影響 DO 值的因素有進(jìn)水水質(zhì)、氧轉(zhuǎn)移速率、微生物量及其活性和底物的去除速率。在恒轉(zhuǎn)矩情況下,當(dāng)電源頻率在低于工頻( 50 H z)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 與電磁轉(zhuǎn)矩 M 之關(guān)系，即機(jī)械特性見圖 1。方便地進(jìn)行加減速控制,而且該技術(shù)用于一些高能耗設(shè)備的控制上, 具有非常顯著的節(jié)能效果,通過對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)改造,可使總耗電量減少 30% ~ 40% ,節(jié)能效果顯著, 同時(shí)便于使控制系統(tǒng)自動(dòng)化、高性能化。曝氣轉(zhuǎn)刷充氧能力隨轉(zhuǎn)速的增加而增大,曝氣轉(zhuǎn)刷充氧能力Q與轉(zhuǎn)速n的1次方近似成正比:Q = Cn式中: C 為比例系數(shù)。由于進(jìn)水水質(zhì)、流量等變化,氧化溝某一時(shí)段的需氧量也隨著變化,在大多數(shù)情況下,曝氣轉(zhuǎn)刷都工作在偏離氧量最大需求的狀態(tài)下,即曝氣轉(zhuǎn)刷按不變的設(shè)計(jì)指標(biāo)投入運(yùn)行,造成供氧量過大。與采用減小曝氣轉(zhuǎn)刷的浸深的方法相比,變頻調(diào)速可高效地實(shí)現(xiàn)需用功率與實(shí)際供給功率的合理匹配。因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)空載與負(fù)載時(shí)界限出功率變化不大。（5）曝氣轉(zhuǎn)刷的控制方式 隨著我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)和儀表檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展,自動(dòng)化調(diào)節(jié)儀表逐漸被污水處理廠所采用。1）就地控制方式 將總變配電室內(nèi)低電壓配電柜上各轉(zhuǎn)刷的手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于手動(dòng)位置時(shí)直接在柜面上控制轉(zhuǎn)刷的開/停。3）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制方式 當(dāng)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到自動(dòng)位置時(shí),由PLC內(nèi)部程序完成轉(zhuǎn)刷的自動(dòng)控制。因而 ORP 值也可作為控制曝氣轉(zhuǎn)刷的參數(shù)。運(yùn)行時(shí)間表控制為開環(huán)控制,以氧化還原電位和溶解氧含量值作為參考,由現(xiàn)場(chǎng)工藝工程師根據(jù)進(jìn)水BOD、COD及流量計(jì)算出所需供氧量,進(jìn)而確定轉(zhuǎn)刷的啟停時(shí)間和臺(tái)數(shù), 其中每臺(tái)轉(zhuǎn)刷運(yùn)行時(shí)間可單獨(dú)以分鐘設(shè)定,從而減少轉(zhuǎn)刷運(yùn)行總臺(tái)數(shù),達(dá)到降低能耗的目的。先設(shè)定 DO 的濃度值(一般為 2mg/ L 左右) ,當(dāng)系統(tǒng)開始工作后, 溶解氧測(cè)定儀將實(shí)測(cè) DO 值經(jīng)變送器轉(zhuǎn)變成控制標(biāo)準(zhǔn)電流輸入模擬塊, 經(jīng) A/ D 模數(shù)轉(zhuǎn)換后,進(jìn)入PL C 與設(shè)定的 DO值進(jìn)行比較。其控制示意圖見圖 3。首先全部開啟轉(zhuǎn)刷,曝氣轉(zhuǎn)刷根據(jù)氧化溝的溶解氧值調(diào)整轉(zhuǎn)速和運(yùn)行臺(tái)數(shù)。為了防止測(cè)量?jī)x表出故障,可根據(jù)工藝要求設(shè)定溶解氧上限值和下限值以及最大運(yùn)行時(shí)間和最大停止時(shí)間。DO值和 ORP 值的測(cè)試點(diǎn)應(yīng)位于最后( 相對(duì)于水流的方向)一個(gè)曝氣轉(zhuǎn)刷旁的彎道處, 如圖 4 所示, DO 值和ORP值測(cè)試點(diǎn)位置示意圖必要時(shí)在生產(chǎn)實(shí)踐中探索出最佳設(shè)置位置。( 宜設(shè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視示屏系統(tǒng)) ( 1) 轉(zhuǎn)刷的變頻調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。PLC的模擬量輸出與變頻器的模擬量輸入連接，這樣可以進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。設(shè)計(jì)原則如下：1)發(fā)生事故前能及時(shí)提供信號(hào)報(bào)警信息，避免事故的發(fā)生；2)發(fā)生事故時(shí)應(yīng)能從安全的角度出發(fā)，使聯(lián)鎖動(dòng)作用于切除與事故有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行，盡量減少事故的影響；3)事故發(fā)生時(shí)應(yīng)能提供第一事故原因的信息，以便及時(shí)消除事故發(fā)生根源；4)事故發(fā)生后能提供事故的記錄信息，便于事故的分析和采取相應(yīng)改進(jìn)措施。并按下停止按鈕去檢查故障，解決問題。本部分主要是指PLC的梯形圖程序設(shè)計(jì)。近幾年來，我國(guó)新建的城市污水處理廠已經(jīng)大量應(yīng)用可編程控制器即PLC系統(tǒng)，縮短了我國(guó)污水處理廠與世界上發(fā)達(dá)國(guó)家污水處理廠在自動(dòng)控制領(lǐng)域的差距。在使用氧化溝作為污水處理工藝的城市污水處理廠中, 曝氣轉(zhuǎn)刷的能耗占總能耗的 40% 左右, 因而, 降低曝氣轉(zhuǎn)刷的能耗能取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。水流速度傳感器將數(shù)據(jù)輸入PLC中。根據(jù)工藝條件要求，編制出相應(yīng)的控制程序，再在模型設(shè)備上進(jìn)行調(diào)試和檢驗(yàn)，配合計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)可編程序控制器的程序輸入、輸出控制信號(hào)及對(duì)運(yùn)行結(jié)果的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在此，首先我要感謝父母給予我入大學(xué)的機(jī)會(huì)。無論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、資料查詢、開題、研究和撰寫的環(huán)節(jié)，老師都是有問必答，有求必應(yīng)，這為學(xué)生著想之心清晰可見。畢業(yè)設(shè)計(jì)給我?guī)淼氖菍黼S時(shí)都能派上用場(chǎng)的諸多東西。我知道在設(shè)計(jì)過程中，懶惰的性格使自己在進(jìn)程上拖得較慢，但是，我更明白自己付出了最大的努力，而且自己堅(jiān)持下來了，未曾言棄，也未曾丟掉嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度。其次，十分感激潘湘高老師在設(shè)計(jì)過程中提供的莫大幫助。使污水處理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理，對(duì)降低污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會(huì)和和諧社會(huì)、保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。水含氧量檢測(cè)傳感器將檢測(cè)到的數(shù)字量輸入PLC中。換言之，它是促進(jìn)氣體與液體之間物質(zhì)交換的一種手段。因而，氧化溝中的曝氣轉(zhuǎn)刷可采用PLC分站來實(shí)現(xiàn)控制，并與控制其它部分的PLC分站一起實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)污水處理廠的自動(dòng)控制。梯形圖具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，易于被人掌握，特別適用于開關(guān)邏輯控制。圖310報(bào)警電路PLC第4章 曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)PLC程序的表達(dá)方式基本有4種：梯形圖、指令表、邏輯功能圖和高級(jí)語言。當(dāng)變頻器發(fā)生故障或電動(dòng)機(jī)過流時(shí)，即NC閉合或FR斷開，相應(yīng)的報(bào)警指示燈HL5或HL6點(diǎn)亮，并且報(bào)警電鈴HA響。報(bào)警是電氣自動(dòng)控制中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。 ( 3) 轉(zhuǎn)刷手動(dòng)/ 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)位置。在用方式 3 運(yùn)行時(shí), 溶解氧儀和氧化還原電位計(jì)探頭由于受水體中污染物和水流波動(dòng)的干擾, 測(cè)量精度受到影響, 因此每周應(yīng)對(duì)儀表進(jìn)行清洗和校驗(yàn)。 同樣全部轉(zhuǎn)刷停止時(shí),當(dāng)停止時(shí)間超過最大停止時(shí)間而測(cè)量值未到下限值,則轉(zhuǎn)到方式 1 運(yùn)行。反之,當(dāng)溶解氧低于設(shè)定值時(shí), 逐臺(tái)開啟轉(zhuǎn)刷至全部轉(zhuǎn)刷開啟。這種時(shí)間間隔要通過生產(chǎn)實(shí)踐調(diào)整核定。當(dāng)測(cè)定的 DO值比設(shè)定的 DO 值小時(shí), 逐漸增大變頻器的輸出頻率( 不超過工頻 50 Hz) 。2. 溶解氧的變頻調(diào)速控制 當(dāng)進(jìn)水變化較大,人為無法確定某段時(shí)間耗氧量的情況下,為了降低運(yùn)行成本, 又要保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo),可采用溶解氧的變頻調(diào)速控制。曝氣轉(zhuǎn)刷有 3 種自動(dòng)控制方式:方式 1 為運(yùn)行時(shí)間表控制, 方式 2 為溶解氧的變頻調(diào)速控制,方式3為氧化還原電位的變頻調(diào)速控制。 而當(dāng)存在 PO4 3 P 時(shí), ORP 值則隨 PO 43 P 濃度升高而降低。2）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)手動(dòng)控制方式 在控制中心配電柜上的手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于自動(dòng)位置時(shí),操作人員可在控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)上用鍵盤或鼠標(biāo)器控制轉(zhuǎn)刷的開/停。因而,氧化溝中的曝氣轉(zhuǎn)刷可采PLC分站來實(shí)現(xiàn)控制并與控制其它部分的PLC分站一起實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)污水處理廠的自動(dòng)控制。且還可以省去轉(zhuǎn)刷浸深調(diào)節(jié)系統(tǒng)。采用曝氣轉(zhuǎn)刷的浸深來調(diào)節(jié)溶解氧與變頻調(diào)速調(diào)節(jié)溶解氧兩種情況下充氧能力與消耗功率的關(guān)系曲線如圖2所示， 充氧率與軸 功率關(guān)系圖圖為曝氣轉(zhuǎn)刷浸深的調(diào)節(jié)曲線,?為變頻調(diào)速調(diào)節(jié)曲線。此時(shí)曝氣轉(zhuǎn)刷的負(fù)荷率下降,而曝氣轉(zhuǎn)刷仍全速運(yùn)轉(zhuǎn),造成了電能的浪費(fèi)。(3) 曝氣轉(zhuǎn)刷低效運(yùn)行的原因 由于按需氧和供氧關(guān)系作選型依據(jù),實(shí)際上曝氣轉(zhuǎn)刷的定速運(yùn)行與實(shí)際需氧量是不適應(yīng)的。(2)曝氣轉(zhuǎn)刷工作性能 曝氣轉(zhuǎn)刷是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng),曝氣轉(zhuǎn)刷對(duì)電動(dòng)機(jī)來講是一種負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系。 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的機(jī)械特性(1)變頻調(diào)速節(jié)能效果顯著變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)無極調(diào)速。目前的氧化溝設(shè)計(jì), 多采用水下推動(dòng)器配合使用, 使轉(zhuǎn)刷只擔(dān)負(fù)充氧任務(wù)成為可能, 因而轉(zhuǎn)刷的變頻設(shè)置更為必要。此外, 氧化溝中 DO 值過低, 則好氧菌活性下降, 微生物難以形成易沉淀的絮體。氧化溝中的曝氣轉(zhuǎn)刷具有充氧、混合和推流等功能, 其中充氧功能占主要地位。無流量要求—能夠在靜止的水中進(jìn)行測(cè)量。溶解氧變送器COS61傳感器在污水處理中有以下優(yōu)勢(shì)：，實(shí)用性好。TFT32有LEVEL 模式和RANGE模式，以厘米、英寸或百分比顯示液位。在危險(xiǎn)場(chǎng)合時(shí)，可裝安全柵以實(shí)現(xiàn)本安防爆。根據(jù)負(fù)載的要求來選擇變頻器的類型的話，本設(shè)計(jì)中采用丹佛斯DANFOSS型變頻器FC101。變頻器容量選擇可分三步：㈠了解負(fù)載性質(zhì)和變化規(guī)律，計(jì)算出負(fù)載電流的大小或作出負(fù)載電流圖 I=F(t)；㈡預(yù)選變頻器容量及其他；㈢校驗(yàn)預(yù)選變頻器。變頻器是一種把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置。 K c 為比例系數(shù), TI 為積分時(shí)間常數(shù), TD 為微分時(shí)間常數(shù)。3)用自編的程序?qū)崿F(xiàn)PID閉環(huán)控制在沒有PID過程控制模塊和功能指令的情況下, 仍希望采用某種改進(jìn)的PID 控制算法, 此時(shí)用戶需要自己編制PID控制程序。微分環(huán)節(jié) ( D ): 反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。 被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制中，尤其適應(yīng)用于可建立精確的數(shù)學(xué)模型的確定控制系統(tǒng)。 PID 是閉環(huán)控制系統(tǒng)的比例－積分－微分控制算法。參見圖11。西門子S7200系列西門子S7200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。如對(duì)PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求時(shí)，就要求設(shè)計(jì)者對(duì)市場(chǎng)上流行的PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。所以要盡可能選擇相同等級(jí)和種類的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。I/O點(diǎn)的性質(zhì)主要是指它們是直流信號(hào)還是交流信號(hào)，它們的電源電壓，以及輸出是用繼電器型還是晶體管型或是可控硅型。這種工作方式可以避免繼電器控制的接點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配問題。PLC經(jīng)過這5個(gè)階段的工作過程，稱為一個(gè)掃描周期，完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。如果有與計(jì)算機(jī)等的通信請(qǐng)求，也在這段時(shí)間完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務(wù)。 PLC的工作過程框圖①每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。 CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條。 PLC的基本工作原理 PLC雖然具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。（2）外設(shè)通信接口電路通信接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC輸入電路和輸出電路各種不同結(jié)構(gòu)形式能夠適應(yīng)各不同負(fù)載的要求。優(yōu)點(diǎn)是兩者均為無觸點(diǎn)開關(guān)系統(tǒng)，不存在電弧現(xiàn)象，而且開關(guān)速度快，缺點(diǎn)是半導(dǎo)體器件的過載能力差。優(yōu)點(diǎn)是過載能力強(qiáng)，交、直流負(fù)載皆宜。（2）輸出接口單元。PLC內(nèi)部輸入電路作用是將PLC外部電路（如行程開關(guān)、按鈕、傳感器等）提供的、符合PLC輸入電路要求的電壓信號(hào)，通過光耦電路送至PLC內(nèi)部電路。CPU常用的微處理器有通用型微處理器，單片