【正文】 ，將污水中的細(xì)小沙粒濾除后進入氧化溝反應(yīng)池。潛水?dāng)嚢铏C的作用是推進水流，使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈攪拌充分混合接觸，使生化反應(yīng)更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。（1）DCS系統(tǒng)。擴展能力較強?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是由DCS和PLC發(fā)展而來的，是基于現(xiàn)場總線的自動控制系統(tǒng)。 （3）PLC系統(tǒng)。模塊化結(jié)構(gòu)，擴展能力強。 PLC作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設(shè)計過程變得更加簡單，可實現(xiàn)的功能變得更多。工業(yè)污水處理系統(tǒng)信號輸入檢測方面主要涉及四類信號的監(jiān)測，主要包括：按鈕的輸入檢測、液位差的輸入檢測、液位高低的輸入檢測，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測。檢測粗細(xì)格柵兩側(cè)液位差，用來控制清污機的啟動與停止。以上三種都為數(shù)字量輸入，該輸入為模擬量輸入。 信號輸出部分主要包括兩個方面：一個是數(shù)字量輸出，即各類設(shè)備的接觸器；另外一個是模擬量輸出，用來控制曝氣機變頻器。第三章 硬件系統(tǒng)配置氧化溝是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)的不同形成了不同的氧化方法例如，奧貝爾、卡魯賽爾和一體化氧化溝法，對于不同的結(jié)構(gòu)，其配套的設(shè)備也有較大的不同，所以其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不同的結(jié)構(gòu)對應(yīng)不同的控制系統(tǒng)，因此需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。進水管道的主要功能是將污水中的大塊物體排除，其中的粗格柵是根據(jù)程序設(shè)定的時間進行間歇工作，而清污機的運行和停止是根據(jù)粗格柵兩側(cè)的液位差來決定的，當(dāng)液位差超過某個值時，啟動清污機；當(dāng)液位差小于某個值時停止清污機的運行。細(xì)格柵系統(tǒng)的主要功能是進一步凈化污水中的顆粒物體，將污水中細(xì)小的沙粒濾除，其中的細(xì)格柵機是根據(jù)程序設(shè)定時間進行間歇工作，而轉(zhuǎn)鼓清污機的運行和停止則根據(jù)細(xì)格柵兩側(cè)的液位差來決定，當(dāng)液位差超過某個值時，啟動清污機；當(dāng)液位差小于某個值時停止清污機的運行，這和粗格柵系統(tǒng)的運行方式一致。氧化溝的功能是對污水進行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，使其達到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中是轉(zhuǎn)碟曝氣機是關(guān)鍵設(shè)備，在氧化溝中設(shè)置有溶解氧儀對污水中的含氧量進行檢測，根據(jù)其反饋到PLC的值來控制曝氣機變頻器的運行，改變污水中溶解氧的含量。(4）沉淀系統(tǒng)。污泥脫水系統(tǒng)主要包括離心式脫水機，其主要功能是對氧化池中處理過污水的活性污泥進行脫水處理，由于對污水進行處理后，活性污泥中有新的微生物及其他雜質(zhì)，因此需要先對活性污泥添加一定量的藥物，便于污泥脫水。(1）操作面板。(3）電氣控制柜。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(shè)備進行啟?？刂?，其工作過程如下。(4）進水泵房中的潛水泵根據(jù)液面高低進行運行、停止及運行數(shù)量的控制。圖33為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主電路圖的部分圖。圖33工業(yè)污水處理系統(tǒng)部分主電路圖44 PLC選型根據(jù)工業(yè)污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的功能要求，以及其復(fù)雜程度，從經(jīng)濟性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子S7—200系列PLC作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的控制主機。8點DC輸入8點輸出型。 PLC的I/O資源配置根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對PLC的I/O進行配置，具體分配如下表。圖38工業(yè)污水處理系統(tǒng)PLC硬件接線圖要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要PLC主機及其擴展模塊之外，還需要各種傳感器、接觸器和變頻器等儀器設(shè)備。長壽命：機械壽命高達2000萬次；電壽命高達200萬次。模塊化：產(chǎn)品本體上可以附加輔助觸頭，通電/斷電延時觸頭，機械閉鎖等模塊。變頻器主要分為間接變頻和直接變頻兩大類，而間接變頻又根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)的主要儲能元件的不同可分為電壓型和電流型。電流型交直交變頻器與電壓型變頻器的差別僅在于中間直流環(huán)節(jié)中的儲能元件用的是電感而不是電容。要實現(xiàn)這個目標(biāo)，只要在變頻過程中使變頻器輸出電壓Ul/f=const，則磁通φm可保持基本不變。PAM需要同時調(diào)節(jié)兩個部分：整流部分和逆變部分，兩者之間還必須滿足一定的關(guān)系，故控制電路比較復(fù)雜，因此比較少用。（1）異步電動機的等效變換圖39 異步電動機的等效變換異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式：（）其中：P為旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率。產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的必要條件是轉(zhuǎn)子繞組切割定子磁場的磁力線。將上述兩個公式代入異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式可得變頻后的轉(zhuǎn)矩公式：（））]其中：sx為頻率為fx時的轉(zhuǎn)差率。而針對這種想象一般要采取電壓補償法。它是一種風(fēng)機水泵負(fù)載專用變頻器，能適用于各種變速驅(qū)動系統(tǒng)，尤其是適用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機。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變頻器的功能是將頻率固定的(通常為50Hz)的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。相控整流器將交流電壓整流為可控的直流電壓，經(jīng)濾波由電容Cd輸出直流電壓Vd，逆變器將直流Ud變換成頻率可調(diào)的交流電源供給電機進行變頻調(diào)速。當(dāng)在實際利用變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的過程中，當(dāng)頻率f下降時，定子繞組的反電動勢E有所下降，定子電流增大，但是轉(zhuǎn)子側(cè)的負(fù)載并未增加，故轉(zhuǎn)子段電流不變，根據(jù)電流平衡方程可知，勵磁電流比增大，因而磁通φm增大。VVVF實施的基本方法包括：脈幅調(diào)制(PAM)和脈寬調(diào)制(PWM)。這時電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時，不改變直流電壓的幅值，而是改變輸出電壓脈沖的占空比，同樣可以實現(xiàn)變頻也變壓的效果。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0=60f/p，其中f是電流頻率，P是旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)。設(shè)變頻后的頻率為fx，電壓為Ux，電動機的額定相電壓和頻率為UN和fN，則有：＝ （）＝ （）其中kf為頻率可調(diào)比，ku為電壓可調(diào)比。這無疑給變頻調(diào)速帶來了瑕點。該系統(tǒng)選用的變頻器是西門子MM430變頻器，具有多個繼電器輸出，具有多個模擬量輸出（0~20 mA），2 個模擬輸入：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，因而降低了電動機運行的噪聲。在此控制系統(tǒng)中，需要對變頻器進行通信控制，因此需先對變頻器的參數(shù)進行設(shè)置，主要對一下幾個參數(shù)進行調(diào)整，如表311所示。中心高63～355mm，~315kW。電動機符合JB/ Y2系列(1P54)三相異步電動機（機座號80～280）技術(shù)條件。粗格柵、細(xì)格柵各安裝了一臺超聲波液位差計，通過格柵機前后的液位差來反映格柵機阻塞程度，并傳輸?shù)絇LC控制器，進行分析計算。工作溫度： 20~60℃ ，工作電壓：AC220V或 DC24V，工作壓力：常壓，差值精度：177。采用先進的嵌入式微處理技術(shù)，使其測控儀器達到了高度的數(shù)字化和智能化。用傳統(tǒng)的化學(xué)方法（如碘量滴定法）測定溶解液中的溶解氧是很費時的，且成本很高，不能連續(xù)測量，而用滴汞電極（DME）的極譜分析最為簡單。這種電極利用膜可滲透氧但不能滲透水和有機及無機溶質(zhì)的原理，保護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。 ℃，自動溫度補償：pH：（0~100）℃ 溶解氧：（0~45）℃，其他參數(shù)：數(shù)據(jù)儲存：900組，通訊接口：RS232，電源：DC9V/300mA。新型的溶氧電極有鹽度測試功能，自動實現(xiàn)鹽度補償和溫度補償；儀器內(nèi)置氣壓傳感器，自動實現(xiàn)氣壓補償。圖42手動操作模式流程圖處于自動方式時，系統(tǒng)上電后，按下自動啟動確認(rèn)后系統(tǒng)運行，系統(tǒng)開始工作，其工作過程包括以下幾個方面。（4）啟動細(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檢測到傳感器狀態(tài)進行啟動如圖43所示。（1）自動過程開始啟動粗格柵機，定時20min。（5）液面差值低于設(shè)定值，停止清污機運行。（3）定時到后，若仍低于最低位傳感器，則停止?jié)撍眠\行，否則潛水泵繼續(xù)運行。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)格柵機和轉(zhuǎn)鼓清污機的運行，其工作過程包括以下幾個方面：（1）自動過程開始，啟動細(xì)格柵機，定時20min。（5）液面差低于設(shè)定值，停止轉(zhuǎn)鼓清污機運行。（2）定時到，若液面仍低于最低位傳感器則停止回流泵運行。污泥回流系統(tǒng)工作流程圖如圖48所示。（3）定時到，啟動污泥泵和切割機。BOD是指在有氧條件下，降解有機物所需的氧量。雖然有COD濃度在線檢測儀可以在線檢測，但仍存在滯后（30分鐘左右），測量結(jié)果嚴(yán)重滯后于實際運行時間，不能及時反映實際情況。為了使微生物的活動最佳化，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，其過渡過程和純滯后時間均較長，并且系統(tǒng)的干擾因素較多，對這樣一個系統(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，同時又會使系統(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 公司所有傳動產(chǎn)品的通用通訊協(xié)議，它是一種基于串行總線進行數(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個子程序、3個中斷程序和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中進行運行調(diào)試，檢查程序是否有錯誤，是否能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能控制。啟動電源后按下手動或自動模式選擇按鈕，當(dāng)在手動模式時，可通過各控制按鈕實現(xiàn)對工業(yè)污水處理系統(tǒng)中各電機的控制運行同時相應(yīng)的指示燈亮。運行粗、細(xì)格柵機，進行間歇運行，即運行一段時間然后停止一段時間，循環(huán)進行。而進水泵房中的潛水泵根據(jù)液面高低進行運行、停止及運行數(shù)量的控制：①潛水泵系統(tǒng)啟動首先開始啟動潛水泵。⑤定時到后，若液面仍持續(xù)處于高位傳感器，則輸出報警信號。③若液面處于最高位和最低位之間，啟動污泥回流泵。控制系統(tǒng)能根據(jù)外界溶解氧儀檢測反饋的模擬量信號輸入的狀態(tài)來控制清污機、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反饋來的信息進行判斷處理，然后再進行輸出控制。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現(xiàn)。熟悉了PLC硬件的工作原理，完成了整個系統(tǒng)的模擬調(diào)試，通過對系統(tǒng)的不斷修改和調(diào)試，基本上達到了預(yù)期的設(shè)計要求。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程序進行軟件仿真，主要檢查是否存在各種錯誤，可利用西門子公司配套的仿真軟件。參考文獻[1] [M].北京：機械工業(yè)出版社，2004. 1.[2]孫振強，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] 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