【正文】 ，將污水中的細(xì)小沙粒濾除后進(jìn)入氧化溝反應(yīng)池。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用是推進(jìn)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(kuò)展能力較強(qiáng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是由DCS和PLC發(fā)展而來的，是基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 （3）PLC系統(tǒng)。模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。 PLC作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設(shè)計(jì)過程變得更加簡單，可實(shí)現(xiàn)的功能變得更多。工業(yè)污水處理系統(tǒng)信號(hào)輸入檢測(cè)方面主要涉及四類信號(hào)的監(jiān)測(cè)，主要包括：按鈕的輸入檢測(cè)、液位差的輸入檢測(cè)、液位高低的輸入檢測(cè)，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測(cè)。檢測(cè)粗細(xì)格柵兩側(cè)液位差，用來控制清污機(jī)的啟動(dòng)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(hào)輸出部分主要包括兩個(gè)方面：一個(gè)是數(shù)字量輸出，即各類設(shè)備的接觸器；另外一個(gè)是模擬量輸出，用來控制曝氣機(jī)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(duì)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(duì)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(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。進(jìn)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(shí)間進(jìn)行間歇工作，而清污機(jī)的運(yùn)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(gè)值時(shí)，啟動(dòng)清污機(jī)；當(dāng)液位差小于某個(gè)值時(shí)停止清污機(jī)的運(yùn)行。細(xì)格柵系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)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(jī)是根據(jù)程序設(shè)定時(shí)間進(jìn)行間歇工作，而轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)的運(yùn)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(gè)值時(shí)，啟動(dòng)清污機(jī)；當(dāng)液位差小于某個(gè)值時(shí)停止清污機(jī)的運(yùn)行，這和粗格柵系統(tǒng)的運(yùn)行方式一致。氧化溝的功能是對(duì)污水進(jìn)行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，使其達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中是轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備，在氧化溝中設(shè)置有溶解氧儀對(duì)污水中的含氧量進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)其反饋到PLC的值來控制曝氣機(jī)變頻器的運(yùn)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(jī)，其主要功能是對(duì)氧化池中處理過污水的活性污泥進(jìn)行脫水處理，由于對(duì)污水進(jìn)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(duì)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(dòng)方式下進(jìn)行閉環(huán)控制，系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到外部傳感器的狀態(tài)對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟停控制，其工作過程如下。(4）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。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(jì)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(jī)。8點(diǎn)DC輸入8點(diǎn)輸出型。 PLC的I/O資源配置根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對(duì)PLC的I/O進(jìn)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(jī)及其擴(kuò)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(jī)械壽命高達(dá)2000萬次；電壽命高達(dá)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(shí)觸頭，機(jī)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(chǔ)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(chǔ)能元件用的是電感而不是電容。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)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(dòng)機(jī)的等效變換圖39 異步電動(dòng)機(jī)的等效變換異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式：（）其中：P為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)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(chǎng)的磁力線。將上述兩個(gè)公式代入異步電動(dòng)機(jī)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(shí)的轉(zhuǎn)差率。而針對(duì)這種想象一般要采取電壓補(bǔ)償法。它是一種風(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)，尤其是適用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機(jī)。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)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(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。當(dāng)在實(shí)際利用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的過程中，當(dāng)頻率f下降時(shí)，定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)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(lì)磁電流比增大，因而磁通φm增大。VVVF實(shí)施的基本方法包括：脈幅調(diào)制(PAM)和脈寬調(diào)制(PWM)。這時(shí)電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時(shí)，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(shí)現(xiàn)變頻也變壓的效果。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0=60f/p，其中f是電流頻率，P是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)。設(shè)變頻后的頻率為fx，電壓為Ux，電動(dòng)機(jī)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(diǎn)。該系統(tǒng)選用的變頻器是西門子MM430變頻器，具有多個(gè)繼電器輸出，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。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，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。參考文獻(xiàn)[1] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. 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