【正文】 機(jī)和位片式計(jì)算機(jī)等。等所有的用戶(hù)程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）流速傳感器輸入（數(shù)字量）溶氧儀反饋值（數(shù)字量）變頻器曝氣機(jī)運(yùn)行PID算法含氧量水流速控制 基于PLC的氧化溝曝氣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。S7200系列的PLC在各種行業(yè)的檢測(cè)及控制的自動(dòng)化都得到廣泛的應(yīng)用。使用方便：對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入、輸出作很小的變動(dòng)時(shí)，只需修改相應(yīng)程序即可，無(wú)需對(duì)系統(tǒng)連線(xiàn)做較大的修改，減少了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量，使用起來(lái)靈活方便。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。故此氧化溝曝氣機(jī)控制系統(tǒng)的主控制器采用可編程序控制器(PLC)。用戶(hù)設(shè)備輸入PLC的各種控制信號(hào)，如限位開(kāi)關(guān)、操作按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)以及其他一些傳感器輸出的開(kāi)關(guān)量或模擬量(要通過(guò)模數(shù)變換進(jìn)入機(jī)內(nèi))等，通過(guò)輸入接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接收和處理的信號(hào)。⑵隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM是可讀可寫(xiě)存儲(chǔ)器，讀出時(shí)，RAM中的內(nèi)容不被破壞；寫(xiě)入時(shí)，剛寫(xiě)入的信息就會(huì)消除原有的信息。 CPU的主要功能： ⑴從存儲(chǔ)器中讀取指令； ⑵執(zhí)行指令；⑶準(zhǔn)備取下一條指令；⑷處理中斷。根據(jù)PLC實(shí)施控制的基本點(diǎn)的分析，PLC采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由CPU、RAM、ROM和專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成，如圖22所示。其功能示意圖如21所示。由于通用計(jì)算機(jī)的巨大體積和高成本，無(wú)線(xiàn)嵌入到大多數(shù)對(duì)象體系中，單片機(jī)則應(yīng)運(yùn)而生。在PLC中實(shí)現(xiàn)PID控制算法，通過(guò)PID算法來(lái)調(diào)節(jié)控制變頻器，然后通過(guò)變頻器來(lái)調(diào)節(jié)曝氧機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，從而改變污水中的含氧量，保持污水中溶解氧于一定濃度。模擬氧化溝曝氧機(jī)的控制系統(tǒng)由可編程序控制器、變頻器、傳感器、曝氧機(jī)組成。34第2章 污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)介水污染問(wèn)題是一個(gè)遍及全世界的環(huán)境問(wèn)題，無(wú)論是在發(fā)展中國(guó)家還是發(fā)達(dá)國(guó)家，這個(gè)問(wèn)題已越來(lái)越引起人們的重視。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。顯然，克服液膜障最有效的方法是快速變換“氣液”界面。它還有其他一些重要作用，如混合和攪拌?！　〈送猓€應(yīng)考慮污水的水質(zhì)，地區(qū)條件以及曝氣池型、水深等?！　　　u臂式微孔曝氣器因?yàn)橛醒趵寐矢?、檢修方便等優(yōu)點(diǎn)，較多應(yīng)用在生產(chǎn)負(fù)荷較重、污水水質(zhì)較惡劣的一級(jí)生化系統(tǒng)；固定式動(dòng)態(tài)曝氣器則因?yàn)橛醒趵寐噬缘偷梢蚤L(zhǎng)期保持，檢修困難但使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，一般應(yīng)用在生產(chǎn)負(fù)荷較低，污水水質(zhì)較好的二級(jí)生化系統(tǒng)。以上3種失效形式，經(jīng)過(guò)近年來(lái)的新技術(shù)的應(yīng)用，已經(jīng)得到很大的改善，使得曝氣器的使用壽命可達(dá)5年左右。與動(dòng)態(tài)曝氣器的結(jié)構(gòu)和性能類(lèi)似的還有旋混曝氣器。由旋混旋流作用所產(chǎn)生的大量氣泡，再經(jīng)圓罩阻擋擴(kuò)散作用之后，均勻密布的向上產(chǎn)生氣泡。開(kāi)孔直徑過(guò)大，氧的利用率較低，開(kāi)孔直徑過(guò)小，氧利用率高，但阻力增大。曝氣時(shí)，空氣通過(guò)管壁上的通氣孔進(jìn)入膜片與管壁之間，在壓縮空氣的作用下，使膜片微微鼓起，孔眼張開(kāi)，達(dá)到布?xì)鈹U(kuò)散的目的?！　∥⒖灼貧夤艿男问接泻芏?，目前較為常用的有兩種：一種是由粗瓷或剛玉等燒結(jié)而成的普通曝氣管，這種管壁在燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生許多極微小的孔隙，它的主要特點(diǎn)是能產(chǎn)生微小的氣泡，～，氣、液接觸面積大，氧利用率高，一般可達(dá)到20～25％；其缺點(diǎn)是氣壓損失較大，易堵塞，送入的空氣需經(jīng)過(guò)濾處理，易損壞，一旦損壞，氧利用率就開(kāi)始快速下降?！　　　?）微氣泡曝氣器微氣泡曝氣器也稱(chēng)微孔曝氣器，采用多孔性材料如陶粒、粗瓷等摻以適當(dāng)?shù)娜绶尤?shù)脂一類(lèi)的粘劑，在高溫下燒結(jié)成為擴(kuò)散板、擴(kuò)散管和擴(kuò)散罩的形式。鼓風(fēng)機(jī)將空氣通過(guò)一系列管道輸送到安裝在池底部的曝氣器，通過(guò)曝氣器，使空氣形成不同尺寸的氣泡。一般乙烯廠的污水處理多采用這種方式。從國(guó)外引進(jìn)污水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)已廣泛采用集散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了自動(dòng)化程度較高的檢測(cè)儀表，各種新工藝、新設(shè)備大量出現(xiàn)并得到應(yīng)用。由于自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)外的污水廠很早便實(shí)現(xiàn)了污水廠的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)控制，如DCS、FCS系統(tǒng)。我國(guó)城市污水處理設(shè)施的建設(shè)比較緩慢，城市污水處理率不到7％，大量污水未經(jīng)處理而直接排入江河、湖泊。因此，增加污水處理比例和將污水處理之后再回用是今后我國(guó)城市污水處理的趨勢(shì)。而中國(guó)迅速進(jìn)行的工業(yè)化、城市化，不可避免地會(huì)加快水污染速度。污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 污水處理概述 1 污水處理氧化溝曝氣機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生發(fā)展及研究現(xiàn)狀 1 2 污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及研究意義 5 論文的組織 6第2章 污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 7 污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 7 系統(tǒng)主控器的比較與選擇 7 單片機(jī) 7 可編程序控制器 8 主控器的選擇 10 系統(tǒng)的方案分析 10 基于PLC的曝氧機(jī)控制系統(tǒng) 10第3章 污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 12 可編程序控制器設(shè)計(jì) 12 PLC的硬件系統(tǒng) 12 PLC的基本工作原理 14 PLC的選型 15 PLC中PID算法的實(shí)現(xiàn) 16 變頻器的選型 18 傳感器選擇 19 變頻器與曝氧機(jī)的電路連接 20 25 PLC的輸入輸出端口分配 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。由于水污染控制的相對(duì)滯后，受污染的水體逐年增加，也加劇了水資源的短缺。我國(guó)北方城市大部分受到資源型缺水的困擾，南方多水地區(qū)由于受到不同程度的污染，已經(jīng)呈現(xiàn)水質(zhì)型缺水趨勢(shì)。因此世界各國(guó)對(duì)城市污水都采用集中處理的辦法。先后投資研究高效型、智能型、集約型污水處理設(shè)備和自動(dòng)化控制儀表，一些發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)過(guò)多年的努力，污水處理率已經(jīng)達(dá)到80%～90%，成功地解決了來(lái)自城市和工業(yè)的點(diǎn)源污染問(wèn)題。與國(guó)外相比，我國(guó)污水處理自動(dòng)化控制起步較晚，七十年代開(kāi)始采用熱工儀表，實(shí)行集體巡檢；八十年代應(yīng)用分析儀表和DCS系統(tǒng)；至九十年代，隨著一大批利用國(guó)際貸款的大型污水處理廠的建成投產(chǎn)，我國(guó)污水處理控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平有了很大提高。鼓風(fēng)曝氣是采用曝氣器擴(kuò)散板或擴(kuò)散管在水中引入氣泡的曝氣方式。　　1）鼓風(fēng)曝氣設(shè)備　　鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)、曝氣器和一系列連通的管線(xiàn)組成?！　」娘L(fēng)曝氣設(shè)備的主要技術(shù)性能指標(biāo)有：動(dòng)力效率(Ep)，即每消耗1kW電能轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量；氧的利用效率(EA)，即通過(guò)鼓風(fēng)曝氣轉(zhuǎn)移到混合液的氧量，占總供氧量的百分比(％)?！　∑涔ぷ髟硎牵嚎諝鈴奈馀萜貧夤芎笊w的通氣孔進(jìn)入曝氣管，曝氣管的管壁上密布者許多細(xì)小的孔隙，管內(nèi)空氣在壓力差的作用下，從管壁的孔隙中擴(kuò)散出來(lái)，在污水形成許許多多微小的氣泡，并造成水的紊流，從而達(dá)到了將空氣中的氧溶入水中的目的。在合成橡膠膜片上用激光等方法打出均勻分布的孔眼。但由于這種膜片的開(kāi)孔直徑直接影響到氧的利用率，因此，開(kāi)孔直徑應(yīng)適當(dāng)?！　?dòng)態(tài)曝氣器采用了“大孔排氣泡布?xì)狻奔夹g(shù)，將引入曝氣器內(nèi)的空氣分別進(jìn)行正旋和反旋導(dǎo)流，正旋導(dǎo)流為順時(shí)針?lè)较?，反旋?dǎo)流為逆時(shí)針?lè)较?，由兩個(gè)不同方向旋流作用下，在套筒旋混筒內(nèi)形成一個(gè)瞬間連續(xù)局部反應(yīng)的氣液強(qiáng)化旋混區(qū)。但由于產(chǎn)生氣泡的直徑較大，氧利用率相對(duì)微孔曝氣器要低，一般在15～19％之間?！　　　u臂式微孔曝氣器的失效形式主要有以下3種：①鋼制布?xì)夤苌P后產(chǎn)生氧化鐵以及污水和空氣中的雜物會(huì)造成曝氣管內(nèi)堵，曝氣管內(nèi)氣流分布不均勻，使曝氣管抖動(dòng)，而產(chǎn)生疲勞損壞；②曝氣管安裝在管接頭上，在曝氣管抖動(dòng)和污水腐蝕的雙重作用下，管接頭易從根部折斷，污水的腐蝕還會(huì)造成布?xì)夤鼙跍p薄穿孔；③水下?lián)u臂活動(dòng)關(guān)節(jié)長(zhǎng)期浸泡在水中，可能會(huì)因?yàn)樯P等原因而無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得曝氣器不能正常提升到水面。因此，這種曝氣器的使用壽命較長(zhǎng)，可達(dá)8～10年。其實(shí)，曝氣器的選用依據(jù)各有側(cè)重，主要考慮下列因素：　?、倏諝鈹U(kuò)散裝置應(yīng)具有較高的氧利用率和動(dòng)力效率，具有較好的節(jié)能效果；　　　　②不易堵塞，出現(xiàn)故障易排除，便于維護(hù)管理；　　　?、蹣?gòu)造簡(jiǎn)單，便于安裝，工程造價(jià)及裝置本身成本都較低。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。如果液膜中氧的濃度低于水中氧的飽和濃度，空氣中的氧繼續(xù)向內(nèi)擴(kuò)散透過(guò)液膜進(jìn)入水體，因而液膜和氣膜將成為氧傳遞的障，這就是雙膜理論。本設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的意義在于運(yùn)用西門(mén)子PLC對(duì)污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。后四個(gè)部分分別為總結(jié)、參考文獻(xiàn)、致謝和附錄。對(duì)于其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我們可以利用PLC的模擬量模塊，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采樣處理，通過(guò)變頻器控制曝氧機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)曝氧機(jī)對(duì)污水處理氧化溝的控制。水含氧量檢測(cè)傳感器將檢測(cè)到的數(shù)字量輸入PLC中。在單片機(jī)誕生之前，為了滿(mǎn)足工控對(duì)象的應(yīng)用要求，只能將通用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)械加固、電氣加固后嵌入到對(duì)象體系中構(gòu)成自動(dòng)駕駛儀、輪機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等。STC89LE52RC+系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，最新的D版本內(nèi)部集MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路。它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來(lái)滿(mǎn)足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)控制要求，同時(shí)也照顧到現(xiàn)場(chǎng)電器操作維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，擯棄了微機(jī)常用的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言的表達(dá)形式，獨(dú)具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語(yǔ)言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶(hù)程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)，而且調(diào)試和查錯(cuò)都變得很容易。CPU通過(guò)地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)與存儲(chǔ)單元、輸入輸出(I/O)接口電路相連接。系統(tǒng)程序一般包括下列幾部分：① 檢查程序；②翻譯程序；③監(jiān)控程序。 ㈢ 輸入輸出部分 這是PLC與被控設(shè)備相連接的接口電路。此外，相對(duì)而言，PLC也更具有以下的優(yōu)勢(shì)：①PLC的軟件簡(jiǎn)單易學(xué)、使用維護(hù)較為方便；②PLC集三電（即電控、電儀、電傳）于一體，適用各種規(guī)模的自動(dòng)化系統(tǒng)；③PLC可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；④PLC網(wǎng)絡(luò)的的性能價(jià)格比高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶(hù)需求的不斷提高，PLC在開(kāi)關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。通用性好：由于可編程控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，一般有CPU 模塊、電源模塊、PID模塊、模擬輸入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統(tǒng)，對(duì)不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊即可，因而具有很好的適用性。CPU224 在工業(yè)污水處理系統(tǒng)中使用的數(shù)字量輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)都比較多，西門(mén)子公司專(zhuān)門(mén)為 S7—200 系列 PLC 配置了模擬量輸入輸出模塊 EM235，該模塊具有較高的分辨率和較強(qiáng)的輸出驅(qū)動(dòng)能力，可滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的功能要求。PLC為核心控制器，通過(guò)檢測(cè)操作面板按鈕的輸入，流速傳感器的輸入，溶氧儀模擬量的輸入完成曝氧機(jī)運(yùn)行，停止和調(diào)速。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(hù)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(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，當(dāng)PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以?huà)呙璧姆绞浇邮宅F(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。存儲(chǔ)器（Memory）可編程控制器的控制中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承擔(dān)著將外部輸入的信號(hào)的狀態(tài)寫(xiě)入映像寄存器區(qū)域，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域?；綢/O接口電路（1）輸入接口單元。一種是直流輸入，一種是交流輸入。在繼電器式輸出中，CPU可以根據(jù)程序執(zhí)行的結(jié)果，使PLC內(nèi)設(shè)繼電器線(xiàn)圈通電，帶動(dòng)觸點(diǎn)閉合，通過(guò)繼電器閉和的觸點(diǎn)，由外部電源驅(qū)動(dòng)交、直流負(fù)載。晶閘管輸出型CPU通過(guò)光耦電路的驅(qū)動(dòng)，使雙向晶閘管通斷，可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載；晶體管輸出型CPU通過(guò)光耦電路的驅(qū)動(dòng)，使雙晶體管通斷，驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。其中模擬量I/O要經(jīng)過(guò)A/D，D/A轉(zhuǎn)換電路的處理，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所能