【正文】 究成果己被應用于大批 工業(yè)污水處理 廠。現(xiàn)階段，我國 工業(yè)污水處理 的工作重點已經(jīng)從 工藝技術的研究轉(zhuǎn)移到具體項目的實施。這些 工業(yè)污水處理 廠的投入對國家的水體污染改善起了關鍵的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的經(jīng)驗。在這種形勢下 工業(yè)污水處理 自動化控制系統(tǒng)無疑是一個具有巨大的社會效益 、 環(huán)境效益及經(jīng)濟效益的研究課題。因此，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對于 工業(yè)污水處理 非常有必要。我國是一個嚴重缺水的國家，雖然我國年平均水資源總最為 28000 億 m2，居世界第 6 位，人均水資源量為 2220m2，居世界第 110 位，已經(jīng)被聯(lián)合國列為世界上 13 個缺水國家之一。水資溝的匱乏和水資源的污染，己經(jīng)嚴重的影 響了人民的日常生活，嚴重的影響了我國的經(jīng)濟建設和發(fā)展。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細菌、病毒等使人致病的微生物。按物理形態(tài)，污水中的污染物質(zhì)可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質(zhì)、膠體污染物質(zhì)和溶解性污染物質(zhì)。能較精確地描述污水的生化需氧量，但其測定的時間太長，需20天。因此，在選擇 工業(yè)污水處理 工藝的時候必需要認真考慮當?shù)匚鬯那闆r，以及實際的 工業(yè)污水處理 的環(huán)境。常用的 工業(yè)污水處理 工藝有以下幾種。該工藝的優(yōu)點有：有機物去除率高，污泥負荷高，池的容積小，耗電省，運行成本低。 A/O法是一種缺氧 好氧生物 工業(yè)污水處理 工藝。 A2/O 法 也 是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎上發(fā)展起來的一種 工業(yè)污水處理 工藝，其中 A2，即 AA，前一個 A代表 Anaerobic（厭氧的），后一個A代表 Anoxic（缺氧的）； O代表（好氧的）。 其工藝流程圖如圖 。 B段與常規(guī)活性污泥法相識，負荷較低。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時，優(yōu)勢最為明顯。 總體而言， AB 法工藝較適合于污水濃度高，具有污泥消化等后續(xù)處理設施的大中規(guī)模的城市 工業(yè)污水處理 廠，且有明顯的節(jié)能效果，而對于有脫氮要求的城市 工業(yè)污水處理 廠，一般不宜采用。 SBR法與傳統(tǒng)的水處理工藝的最大區(qū)別在于它是以時間順序來分割流程各單元，以時間分割操作代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應代替生化反應，靜置理想沉淀代替動態(tài)沉淀等。在該氧化溝系統(tǒng)中進行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，此環(huán)節(jié)用到一些化學藥劑來加強處理效果 ，如復合堿、氯氣、油絮凝劑等。經(jīng)處理的污水進入沉淀池中，在刮泥機的作用下進行物理沉淀，為了加強沉淀效果，同時加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強烈吸附架橋作用更加容易沉降。 DCS 是集散控制系統(tǒng)的簡稱，又稱為分布式計算機控制系統(tǒng)，是由計算機技術、信號處理技術、測量控制技術、通信網(wǎng)絡技術等相互滲透形成的。軟硬件資源豐富，可適應各種要求。該系統(tǒng)按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設備之間，以及智能設備與計算機之間進行數(shù)據(jù)傳輸和交換，從而實現(xiàn)控制與管理一體化的自動控制系統(tǒng)，其優(yōu)點 ： 可以用計算機豐富的軟件、硬件資源。 PLC 是可編程邏輯控制器的簡稱，用它作為處理系統(tǒng)的控制器，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計算機作為其上位機，通過網(wǎng)絡連接 PLC，對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，其特點如下 ： 編程方便，開發(fā)周期短，維護容易。 工業(yè)污水處理 系統(tǒng)的功能要求 工業(yè)污水處理 系統(tǒng)的主要功能是完成對城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過該系統(tǒng)處理后，輸出符合國家標準的水質(zhì)。與各類人機界面的通信可完成 PLC 控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時使用戶可通過操作界面功能控制 PLC 系統(tǒng)。 （ 1） 按鈕輸入檢測。 （ 3）液位 高低輸入檢測。曝氣過程是 工業(yè)污水處理 系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，為了保證微生物所需要的氧氣，必須檢測污水中的含氧量，并通過曝氣機增加或減少其含氧量。 （ 1）數(shù)字量輸出。 主要組成部分 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的結(jié)構比較復雜，設備較多，在氧化溝中其控制過程及原理大致相同，都是通過控制曝氣機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)污水中的含氧量， 其基本組成如圖 31所示。進水泵房中的潛水泵運行及停止是通過安裝在泵房內(nèi)的液位傳感器來決定的，當液位較低時只啟動一臺潛水泵，當液位 較高時啟動兩臺潛水泵，若液位持續(xù)升高時，則輸出報警以示意有故障發(fā)生。沉砂池中分離機的運行和后續(xù)處理中的轉(zhuǎn) 碟曝氣機的運行同步，即啟動轉(zhuǎn)碟曝氣機的時候同時啟動分離機，對沉砂池中的沙粒進行排除。潛水攪 拌機的作用是推進水流，同時使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈的攪拌狀態(tài)，使他們充分混合接觸。沉淀系統(tǒng)主要設備為刮泥機，其功能是對進行氧化溝處理后的污水進行物理沉淀，將污泥和清水分離，刮泥 機在整個系統(tǒng)啟動后就開始持續(xù)運行。離心式脫水機主要有聚合物泵、污泥機和切割機構成，以上設備按照順序控制的方式啟 動，依次啟動聚合物泵、污泥機和切割機，完成對污泥的脫水處理。操作面板主要包括手動、自動、各類設備的啟動按鈕等。電氣控制柜是電氣控制的核心設備，主 要包括變頻器、各類傳感器的輸入信號、 PLC 及其擴展模塊等。 (1）接通電源，啟動自動控制方式，啟動潛水攪拌器和刮泥機。 (5）轉(zhuǎn)碟曝氣機根據(jù)溶解氧儀反饋的模擬量經(jīng) PLC 運算后進行控制，同時控制分離機的運行與停止。三臺電機分別為潛水泵電機（ M1）、清污機電機（ M2）、轉(zhuǎn)碟曝氣機電機（ M3）。由于 工業(yè)污水處理 電氣控制系統(tǒng)涉及較多的輸入輸出端口，其控制過程相對復雜，因此采用 CPU226 作為該控制系統(tǒng)的主機。正好 可以滿足控制系統(tǒng)的 I/O 需求。 數(shù)字量輸入部分 表 34 數(shù)字輸入量地址分配 輸入地址 輸入設備 輸入地址 輸入設備 急停 手動刮泥機啟動 手動方式 手動污泥回流泵啟動 自動方式 手動分離式脫水機啟動 自動啟動確認 手動污泥泵啟動 手動粗格柵機啟動 手動轉(zhuǎn)碟曝氣機加速 手動清污機啟動 手動轉(zhuǎn)碟曝氣機減少 手動潛水泵啟動 粗格柵液位差計 手動細格柵機啟動 細格柵液位差計 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 15 手動分離機啟動 進水泵房液面高位傳感器 手動轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻啟動 進水泵房液面低位 傳感器 手動轉(zhuǎn)碟曝氣機變頻 啟動 污泥回流泵液面高位傳感器 手動潛水攪拌機啟動 污泥回流泵液面低位傳感器 數(shù)字量輸出部分 表 35數(shù)字輸出量地址分配 輸出地址 輸出設備 輸出地址 輸出設備 粗格柵機接觸器 潛水攪拌機接觸器 清污機接觸器 刮泥機接觸器 潛水泵接觸器 污泥回流泵接觸器 細格柵機接觸器 離心式脫水機接觸器 分離機接觸器 潛水泵報警 轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻接觸器 污泥回流泵報警 轉(zhuǎn)碟曝氣機變頻接觸器 模擬量輸入部分 由于需要采集一個溶氧儀所反饋的數(shù)據(jù)，因此擴展了一個模擬量輸入輸出模塊，具體 I/O 分配，如下表 36 所示 。 接觸器 選型 在控制系統(tǒng)中，所有設備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反饋值進行動作的，因此需要 PLC 根據(jù)當前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機接觸器、清污機接觸器、潛水泵接觸器、分離機接觸器、轉(zhuǎn)碟曝氣機接觸器、潛水攪拌機接觸器、刮泥機接觸器等 。強適應性： “ TH” 防護處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星 三角起動器。電壓型變頻器主回路由相控整流器，中間直流環(huán)節(jié)和逆變器三個部分組成。由于中間直流環(huán)節(jié)是高阻抗輸出相當于電流源，故稱電流型。因此變頻的同時也要變壓，常用 VVVF表示。 （ 2） 脈寬調(diào)制 (PWM) 實現(xiàn)方法就是在每半個周期內(nèi)，把輸出電壓的波形分割成若干個脈沖波，每個脈沖的寬度為 t1，每個脈沖間的間隔寬度為 t2，則脈沖的占空比Υ=tl/(t2+tl)。 （ 2） 變頻調(diào)速的原理 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生。因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n1 必須低于定子磁場的轉(zhuǎn)速 n0 (即所謂的“異步” )。 在變頻器正常工作情況下，即 kf＝ km1 時的機械特性如圖 310 所示。新系列的變頻器一般都提供了設置自動轉(zhuǎn)矩補償功能。該 型變頻器，具有能源利用率高的特點，優(yōu)化了部分結(jié)構與功能，便于工作人員進行操作，實現(xiàn)功能強。 變頻器參數(shù)設置 該 工業(yè)污水處理 系統(tǒng)中的 MM430 變頻器是一種風機水泵負載專用變頻器，能適用于各種變速驅(qū)動系統(tǒng)，尤其適合用于工業(yè)部門的水泵和風機。 主要性能有： 絕緣等級： F； 防護等級： IP54 或 IP55； 電壓： 380V或 415V； 頻率： 50Hz 或 60Hz； 冷卻方式： IC411。 型號含義：如 Y2200L12Y：“ 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，“ 1”表示鐵心長度序號，“ 2”表示極數(shù)，“ Y”表示第一種設計（可省略）。 根據(jù)上述分析，選擇 Y2200L26E即可滿足要求。 超聲波液位差計精度較高，且有多種量程可供選擇，其輸出信號有一下三種：可編程繼電器輸出、高精度 4～ 20mA 模擬信號輸出、 RS485 通信口輸出，可根據(jù)需要的信號選擇輸出，作為 PLC 的輸入信號 。/ 6176。超聲波液位差計具有精度高，壽命長，穩(wěn)定可靠，安裝維護方便等特點 。金與鉑電極能克服 DME 遇到的某些困難，但在一些生物 介質(zhì)中就失效。它是根據(jù)電池原理而設計的，本身就是個電池，不需要外加電壓，可通過測量電解電流來測量溶解氧濃度。選用 PH/溶解氧測量儀型號 :SA29MP525。 % FS 溶解氧：177。配用 2503 型 pH 電極，可用于離子強度較低、渾濁液體和膠體溶液的測量。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 23 4 軟件系統(tǒng)設計 采用西門子 公司為 S7— 200 系列 PLC 開發(fā)的 STEP7— Micro/WIN32 作為編程軟件，上面介紹了 工業(yè)污水處理 控制系統(tǒng)的結(jié)構、工作原理和電氣控制部分的結(jié)構，硬件結(jié)構的總體 設計基本完成后，就要開始軟件部分的設計，根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求 和硬件部分的設計情況及 PLC 控制系統(tǒng) I/O 的分配情況，進行軟件編程設計。 圖 41模式選擇流程圖 手動模式 在手動模式下，可單獨調(diào)試每個設備的運行，如圖 52 所示。 （ 2）啟動粗格柵系統(tǒng)。 （ 6）啟動污泥回流系統(tǒng)。以及污泥脫水系統(tǒng)程序，以下將分別介紹各個子程序的工 作過程。 （ 3） 2h 定時到，運行粗格柵機 20min，循環(huán)進行。 圖 44粗格柵系統(tǒng)工作流程圖 潛水泵程序主要控制潛水泵的運行和停止，其工作過程包括以下幾個方面 ： （ 1）自動過程開始啟動潛水泵。 （ 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） 2h 定時到，運行細格柵機 20min，循環(huán)進行。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 28 47曝氣沉砂系統(tǒng)工作流程圖 污泥回流系統(tǒng)程序主要控制污泥回流泵的運行和停止，其工作過程包括以下幾個方面。 （ 4）若液面高于最高位傳感器時，啟動定時。 （ 1）自動過程開始首先啟動離心式脫水機，啟動定時。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 30 圖 49污泥脫水系統(tǒng)工作流程圖 在設計程序過程中，會用到許多中間繼電器、寄存器、定時器等軟元件，為了便于 編程及修改，在程序編寫前應先列出可能用到的軟元件，如表 410 所示。 BOD 的測定需費時 5天，且測定結(jié)果易受多種因素影響，誤差較大。所以有必要找出簡單、可行的控制參數(shù)。由此可見，混合液中溶解氧濃度 (DO)是好氧反應中一個重要的控制參數(shù)。投加量少了，達不到殺菌消毒效果；投加量多了雖殺菌效果得到了保證，但水將呈氯臭味難以飲用，此外管道腐蝕將加劇，生產(chǎn)成本也上升。氯氣投加自動控制系統(tǒng)如圖 411 所示 。由于混凝過程的復雜性和多變性，混凝投藥的自動控制一直受到控制行業(yè)和污水行業(yè)專家的普遍關注 。為了盡量減小偏差， 同時也為了加快系統(tǒng)的響應速度，縮短系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間，需要增大 kp值。尤其在系統(tǒng)出現(xiàn)大偏差階段時，積分往往使得系統(tǒng)的響應出現(xiàn)過大的超調(diào)，從而使調(diào)節(jié)時間變長。在污水的自動控制中，混凝劑投加、n i=0 U n=kpEn+ki∑ Ei+KdECn 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 34 氯氣投加和曝氣環(huán)節(jié)由于過程的復雜性、 多變性、非線性和大滯后的特點，采用的 PID 控制算法難以實現(xiàn)準確和高效的控制。另外，還有一種廣播通訊方式，主站可以同時給所有從站發(fā)送報文，從站在接收到報文并做出相應的響應后可不回送報文。 （ 2） USS 通訊協(xié)議庫 編程之前一定要將 USS 協(xié)議庫添加進去，編程軟件默認安裝沒有 USS協(xié)議庫的。 Active 指示 哪個驅(qū)動激活，有些驅(qū)動 只支持地址 0 到 30。在對系統(tǒng)進行必要的檢查后，開始具體調(diào)試 。 在該控制程序中 ，需要根據(jù)外界輸入的狀態(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。 自動控制系統(tǒng)過程包括：粗格柵系統(tǒng)、潛水泵系統(tǒng)、細格柵系統(tǒng)、 曝氣沉砂 系統(tǒng) 、污泥回流系統(tǒng)、 污泥脫水系統(tǒng)