【正文】 是指溶解在水中的氧氣，它在河 流、湖泊、海洋中都大量的存在，是檢測水質和環(huán)境污染程度的主要指標。為了消除上述困難，膜覆蓋氧電極誕生了，它最初是由 Clark 在 1956 年提出的，故而得名 Clark 氧電極。測量時將其放入待測溶液，水質溶解氧透過透氧膜，溶解于膜與電極之間的電解液薄層中，當兩輸出端接上負載電路時，氧在陰極表面上發(fā)生還原反應。測量范圍： pH：（ ~） pH mV：177。 mg/L 溫度：177?？稍O定高純水和加氨純水二種特殊的 pH 測量模式，適合電力、石化等行業(yè)使用。在軟件的設計中，首先按照需要實現(xiàn)的功能要求做出流程框圖，其次按照不同功能編寫不同功能模塊，這樣寫出的程序條例清晰，既方便編寫，也便于調試。在此模式下，可以通過按鈕對格柵機、清污機 、轉碟曝氣機、刮泥機，以及各類泵進行控制，對于轉碟曝氣機的控制，可以通過按鈕增大或減小變頻器的頻率來改變其速度，以檢測調試性能。 （ 3）啟動潛水泵。 （ 7）啟動污泥脫水系統(tǒng)。 粗格柵系統(tǒng)程序主要控制粗格柵機和清污機的運行，其工作過程包括以下幾個方面。 （ 4）同時檢查液面差，若超過設定值則啟動清污機。 （ 2）檢測液面高度，低于最低位傳感器時，開始定時防止誤判。 潛水泵工作流程圖如圖 45 所示 。 （ 4）同時檢測液面差，若超過設定值則啟動轉鼓清污機。 （ 1）自動過程開始首先檢測液面高低，若低于最低位傳感器，啟動定時。 （ 5）定時到，若液面仍處于最高位傳感器時，輸出報警信號。 （ 2）定時到，啟動聚合物泵，啟動定時。 表 410軟元件設置 元件 意義 內容 備注 系統(tǒng)停止標志 On 有效 手動方式標志 On 有效 自動方 式標志 On 有效 自動方式啟動標志 On 有效 清污機運行標志 On 有效 聚合物泵運行標志 On 有效 污泥泵運行標志 On 有效 切割機運行標志 On 有效 粗格柵機停止標志 On 有效 粗格柵機定時脈沖計數(shù) On 有效 進水泵房液面低于最低位 On 有效 細格柵機停止標志 On 有效 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 31 細格柵機定時脈沖計數(shù) On 有效 轉碟曝氣機變頻轉工頻運行標志 On 有效 轉碟曝氣機變頻運行標志 On 有效 回流泵房液面低于最低位標志 On 有效 回流泵房液面高于最高位標志 On 有效 C1 粗格柵機 2h 定時中間計數(shù)器 10 C2 細格柵機 2h 定時中間計數(shù)器 10 T33 時鐘脈沖 5 50ms T37 粗格柵機運行時間 12021 20min T38 粗格柵機停止時間定時 7200 12min T39 進水泵房液面低于最低位定時 20 2s T40 進水泵房液面高于最高位定時 20 2s T41 細格柵機運行時間 12021 20min T42 細格柵機停止時間定時 7200 12min T43 污泥回流泵房液面低于最低位定時 20 2s T44 污泥回流泵高于低位且低于高位定時 20 2s T45 污泥回流泵房液面高于最高位定時 20 2s T46 離心式脫水機與聚合物泵啟動間隔 50 5s T47 聚合物泵與污泥泵和切割機啟動間隔 50 5s VD10 變頻器速度寄存器 VD20 含氧量反饋值寄存器 VD30 變頻器速度寄存器 VD100 含氧量標準值寄存器 VD102 變頻器速度標準值寄 存器 VD104 USSINIT 指令執(zhí)行結果 VD106 USSRPMR錯誤狀態(tài)字節(jié) 曝氣過程控制的任務 工業(yè)污水處理 后的水質是否達到排放標準，其中生化需氧量 （ BOD） 和化學需氧量 （ COD） 是重要的水質指標。 COD 的檢測比較精確，但方法繁瑣，耗時約 2 小時。 在好氧反應過程中，參與 工業(yè)污水處理 的是以好氧菌為主體的微生物，決定其處理效果的關鍵因素是反應池中溶解氧的含量。如果控制曝氣設備的最佳溶解氧濃度，就能使處理水質優(yōu)化，也能節(jié)約動力費用，并且由于 DO 的在線檢測簡單、可靠，因此把 DO 作為 工業(yè)污水處理 過程的控制參數(shù)。近年來，人工加氯逐漸被自動方式取代。 圖 411氯氣投加自控原理圖 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 33 絮凝劑投加環(huán) 在污泥脫水過程中為增加沉淀效果，使污水中懸浮顆粒能夠形成具有良好沉淀性能的絮凝體，達到泥水充分分離的處理效果，需進行絮凝劑投加。 PID 控制 對于工業(yè)控制過 程 , 常規(guī)的 PID 控制器具有原理簡單、使用方便、穩(wěn)定可靠、無靜差等優(yōu)點，因此在控制理論和技術飛躍發(fā)展的今天，在工業(yè)控制領域仍具有強大的生命力 。但是因為 kp值又受到系統(tǒng)穩(wěn)定性的限制，所以 kp 值不能任意的增大。微分作用 kt的作用使之能夠根據(jù)偏差變化的趨勢作出反應，它加快了對偏差變化的反應速度，能夠有效地減小超調，縮小最大動態(tài)偏差。為此在常規(guī)的 PID 控制基礎上， 采用模糊推理的方法，對 PID 的控制參數(shù)進行在線自整定，從而完善 PID 控制器的性能，使其適應控制系統(tǒng)的參數(shù)變化和工作條 。 在使用 USS 協(xié)議之前，需要先安裝西門子的指令庫。 USS_INIT 指令：當 EN 輸入接通時，每一循環(huán)都執(zhí)行該指令。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 35 5 調試和運行結果 工業(yè)污水處理 廠自動控制系統(tǒng)設計、安 裝完成后，進行系統(tǒng)的調試和試運行，確定符合實際進水水量和水質的各項控制參數(shù)，發(fā)現(xiàn)并解決設備、儀表、程序、工藝等方面出現(xiàn)的問題，檢驗系統(tǒng)是否實現(xiàn)工藝設計目標，即出水各項指標達到設計要求 。 硬件功能調試主要是測試硬件的功能是否正常，這部分的調試內容包括： （ 1） 供電線路的 設置和檢驗，主要用萬用表檢測電路的連通是否實現(xiàn)，以及保證接線的正確性，防止 220V 與 24V 線路的錯位接線發(fā)生； （ 2） 電機直接加三相電源調試，檢測電機工作狀態(tài)； （ 3） 變頻器單獨調試，檢測能否正常進行參數(shù)設置； （ 4） 變頻器加電機進行調試，檢測能否正常進行變頻調速，在外部控制模式下，控制端子是否能正?？刂齐姍C啟動，調節(jié)電機轉速等； （ 5） PLC 單獨檢測，檢查 PLC 單元能否正常工作，指示燈是否正常，該部分工作實際上在計算機模擬調試前就己經完成； （ 6） PLC 加變頻器聯(lián)機調試，檢查 PLC、變頻器是否能實現(xiàn)對此系 統(tǒng)控制； 經過測試，結果表明上述功能一切正常，可以進行總體調試。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 36 運行結果 通過系統(tǒng)調試，能 夠 實現(xiàn) PLC 在系統(tǒng)控制中的手動 、自動模式的控制。 啟動自動運行按鈕后，自動過程開始， 啟動潛水攪拌器和刮泥機 。 根據(jù)反饋回來的液位差。在間歇運行過程時，粗格柵機運行 20min 定時到后停止運行 2h， 2h 定時到后又開始 運行 20min。 當在自動模式時， 在自動方式下進行閉環(huán)控制，系統(tǒng)根據(jù)檢測到外部傳感器的狀態(tài)對設備進行啟?？刂?。 調試時，可根據(jù)功能模塊分類分別調試，最后進行總體調試。 調試過程首先檢查總供電及各設備供電是否正常，然后檢查設備的電氣控制是否正常，能否正常開機，各種閘閥能否正常開啟和關閉，檢查儀表及控制系統(tǒng)是否正常。 Baud 設置 波特率為 1200、 2400、 4800、 9600、 19200、 38400、 57600 或 115200。調用一條指令時，將會自動地增加一個或幾個子程序。 USS協(xié)議是主 從結構的協(xié)議，規(guī)定了在 USS 總線上可以有一個主站和最多 30 個從站；總線上的每個從站都有一個站地址（在從站參數(shù)中設定），主站依靠 它識別每個從站；每個從站也只對主站發(fā)來的報文做出響應并回送報文，從站之間不能直接進行數(shù)據(jù)通訊。在實際的系統(tǒng)設計中只有合理地整定上述三個參數(shù)，才能獲得比較滿意的控制性能。然而， ki 值的引入使得系統(tǒng)的響應的快速性下降， 穩(wěn)定性變差。一旦輸入輸出有偏差 ， 比例作用會立即產生控制作用，比例控制是用來調節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)增益的，它是基于偏差進行調節(jié)的，是有差調節(jié)。其 PID調 節(jié)的模糊控制過程與上述兩個非線性控制環(huán)節(jié)類似，具有大時滯、非線性的特點。為了精確控制投加的氯量，運用模糊自整定 PID 參數(shù)控制器對氯氣投加系統(tǒng)進行自動控制。 人工進行加氯量控制，不僅對操作工人不安全，而且投加量也難以準確控制。如果供氧量少，處理的水質和污泥的活化就要降低如果供氧量過多，污泥的沉降性差，處理水質也差，另外也不經濟。另外， COD 檢測儀的價格也較昂貴，增加了控制系統(tǒng)的成本。 COD 是指在酸性條件下，用強氧化劑將有機物氧化成 CO H2O所消耗的氧量。 污泥脫水系統(tǒng)工作流程圖如圖 49 所示。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 29 圖 48污泥回流系統(tǒng)工作流程圖 污泥脫水系統(tǒng)程序主要控制離心式脫 水機，啟動定時。 （ 3）若液面處于最高位和最低位之間，啟動污泥回流泵。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 27 圖 46細格柵系統(tǒng)工作流程圖 曝氣沉砂系統(tǒng)工作流程圖如圖 47 所示 。 （ 2）定時到，停止運行細格柵機 2h。 （ 4）檢測液面處于中位和高位傳感器之間時，開始定時防止誤判。 粗格柵系統(tǒng)工作流程圖如圖 44 所示。 （ 2）定時到，停止運行粗格柵機 2h。 圖 43 自動操作模式流程圖 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 25 在自動控制模式流程圖中，調用了各個控制系統(tǒng)的程序，主要包括粗格柵系統(tǒng)程序、潛水泵程序、細格柵系統(tǒng)程序、曝氣沉砂系統(tǒng)程序、污泥回流泵系統(tǒng)程序。 （ 5）啟動曝氣沉砂系統(tǒng)。 （ 1）系統(tǒng)上電后，按下自動啟動確認按鈕，啟動潛水攪拌器和刮泥機。在手動控制模式下，每個設備可以單獨運行，以測試設備的性能，如圖 41 所示。極譜型溶氧電極，極化時間短，響應快，測量準確。其特點是 高精度的 pH+溶解氧雙參數(shù)儀表。 pH mV：177。 因此，測定電流即可知氧濃度。當前用來測量水中溶解氧濃度最常用的儀器就是電化學傳感器（例如 Clark傳感器）。但是 DME 的一些特殊性又影響了它在現(xiàn)場工作中的應用。它集超聲波傳感器、溫度補償電路、運算主機為一體的非接觸式液位差西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 22 測量儀器。3mm 或 ％ FS（取其較大者） ， 重復精度： 1‰ ， 分辨率： 1mm ， 方 向 角 ： 4176。當液位差超過預設值后，系統(tǒng)控制清污機運行，清除大顆粒的污染物質，保障污水流動暢通；在液位差未超過設定值時，清污機處于停止狀態(tài)，這樣就可以大大減少設備損耗。 型號含義：如 Y2200L26E：“ Y2”表示異步電動機第二次改型設計，“ 200”表示中心高，“ L”表示機座長短號，“ 2”表示鐵心長度序號，“ 6”表示極數(shù)，“ E”表示第二種設計。電動機符合JB/ Y2 系列 (1P54)三相異步電動機（機座號 63～ 355）技術條件。 表 311 變頻器參數(shù)設置表 參數(shù)號 參數(shù)值 說明 P0005 21 顯示實際頻率 P0700 2 由 端子排輸入 P1000 2 模擬輸入 P1300 2 可用于可變轉矩負載 P2021 6 9600baud P2021 1 USS 地址 P0300 根據(jù)具體電動機設置 電動機類型 P0304 根據(jù)具體電動機設置 電動機額定電壓 P0305 根據(jù)具體電動機設置 電動機額定電流 P0310 根據(jù)具體電動機設置 電動機額定頻率 P0311 根據(jù)具體電動機設置 電動機額定轉速 電動機的選型 在該 工業(yè)污水處理 系統(tǒng)中需要用到許多電機， Y2 系列三相異步電機 是專為西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 21 歐洲市場設計的三相異步電動機、 電機出線盒置于電機機殼頂部、整機結構緊湊、外形美觀大方，安裝尺寸符合 IEC 標準，具有高效、節(jié)能、起動轉矩大，使用維護方便等特點。全面而完善的保護功能 為變頻器和電動機提供了良好的保護。它是一種風機水泵負載專用變頻器，能適用于各種變速驅動系統(tǒng)，尤其是適用于工業(yè)部門的水泵和風機。而針對這種想象一般要采取電壓補償法。將上述兩個公式代入異步電動機的電磁轉矩公式可得變頻后的轉矩公式： 22212 2 21 2 1 232 [ ( ) ( ) ]um f N x x fp s r k UT k f s r r s k x x?? ? ? ? 其中： sx 為頻率為 fx 時的轉差率。產生轉子電流的必要條件是轉子繞組切割定子磁場的磁力線。 變頻調速的基本原理 （ 1） 異步電動機的等效變換 X 1 R 2R 1 X 2R mI OX mR 1U 1R LU 2 圖 39 異步電動機的等效變換 異步電動機的電磁轉矩公式： 2212 2 21 1 2 1 232 [ ( ) ( ) ]m p s r UT f