【正文】 超過洪澇災(zāi)害。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 4 2 工業(yè)污水處理 控制系統(tǒng)總體介紹 工業(yè)污水處理 基本概念 城市污水、生活污水、生產(chǎn)污水或經(jīng)過工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)污水，往往都排入排水系統(tǒng)。按化學(xué)性質(zhì)，污水中的污染物質(zhì)可分為無機性物質(zhì)和有機性物質(zhì)，其化學(xué)元素以炭、氮、磷為主。 雖然 BOD20。 常用的 工業(yè)污水處理 工藝 不同的 工業(yè)污水處理 對象，不同的 工業(yè)污水處理 環(huán)境，將需要有不同的 工業(yè)污水處理 工藝來處理。目前， 工業(yè)污水處理 的方法一般以生物處理法為主，輔以物理處理法和化學(xué)處理法。 圖 21傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖 污水中的有機物在曝氣池停留的過程中，曝氣池中的微生物吸附污水中的大部分有機物，并且在曝氣池中被氧化成無機物，然后在沉淀池中經(jīng)過沉淀后的部分活性泥需要回流到曝氣池中。 A/O法是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種 工業(yè)污水處理 工藝，其中 A 代表 Anoxic（缺氧的）， O 代表 Oxic（好氧的）。 其工藝流程圖如下： 圖 22 A/O法工藝流程圖 曝氣池 （微生物吸附有機物氧化為無機物） 沉淀池 （活性泥下沉） 回流活性泥 原污水 清水排出 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 6 （ 3） A2/O 法。因此，在對除磷脫氮有特別要求的城市 工業(yè)污 水處理 廠，一般首選 A2/O 工藝。高負(fù)荷段停留時間約為 20~40min，以生物絮凝吸附作用為主，同時發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，去除 BOD達(dá) 50%以上。對于高濃度的 工業(yè)污水處理 ， AB法具有很好的適用性，并有較高的 節(jié)能效益。對于污水濃度低 的場合， B 段也比較困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢。其反應(yīng)機理及去除污染物的機理與傳統(tǒng)的活性污泥法基本相同，只是運行操作方式不盡相同。在除砂池系統(tǒng)中 細(xì)格柵和轉(zhuǎn)鼓清污機進一步 凈 化污水中的細(xì)小顆粒物體，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。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 8 （ 1） DCS 系統(tǒng)。擴展能力較強。現(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。 信號輸入 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 9 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。 控制輸出信號 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。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 10 3 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(dá)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。 工業(yè)污水處理系統(tǒng)主電路設(shè)計 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 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 14 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 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 17 其他資源配置 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(dá) 2021 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φ m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 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(zhuǎn)矩公式： 2212 2 21 1 2 1 232 [ ( ) ( ) ]m p s r UT f s r r s x x?? ? ? ? （ ） 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 19 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： 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(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護。 表 311 變頻器參數(shù)設(shè)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(zhuǎn)矩負(fù)載 P2021 6 9600baud P2021 1 USS 地址 P0300 根據(jù)具體電動機設(shè)置 電動機類型 P0304 根據(jù)具體電動機設(shè)置 電動機額定電壓 P0305 根據(jù)具體電動機設(shè)置 電動機額定電流 P0310 根據(jù)具體電動機設(shè)置 電動機額定頻率 P0311 根據(jù)具體電動機設(shè)置 電動機額定轉(zhuǎn)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(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 21 歐洲市場設(shè)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(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀大方，安裝尺寸符合 IEC 標(biāo)準(zhǔn)，具有高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大，使用維護方便等特點。電動機符合JB/ Y2 系列 (1P54)三相異步電動機（機座號 63～ 355）技術(shù)條件。 型號含義：如 Y2200L26E：“ Y2”表示異步電動機第二次改型設(shè)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(shè)計。當(dāng)液位差超過預(yù)設(shè)值后，系統(tǒng)控制清污機運行，清除大顆粒的污染物質(zhì)，保障污水流動暢通；在液位差未超過設(shè)定值時，清污機處于停止?fàn)顟B(tài)，這樣就可以大大減少設(shè)備損耗。3mm 或 ％ FS（取其較大者） ， 重復(fù)精度： 1‰ ， 分辨率： 1mm ， 方 向 角 ： 4176。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(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 22 測量儀器。但是 DME 的一些特殊性又影響了它在現(xiàn)場工作中的應(yīng)用。當(dāng)前用來測量水中溶解氧濃度最常用的儀器就是電化學(xué)傳感器（例如 Clark傳感器）。 因此，測定電流即可知氧濃度。 pH mV：177。其特點是 高精度的 pH+溶解氧雙參數(shù)儀表。極譜型溶氧電極，極化時間短，響應(yīng)快，測量準(zhǔn)確。在手動控制模式下 ，每個設(shè)備可以單獨運行，以測試設(shè)備的性能，如圖 41 所示。 （ 1）系統(tǒng)上電后 ，按下自動啟動確認(rèn)按鈕，啟動潛水?dāng)嚢杵骱凸文鄼C。 （ 5）啟動曝氣沉砂系統(tǒng)。 圖 43 自動操作模式流程圖 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 25 在自動控制模式流程圖中，調(diào)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(xì)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。 （ 2）定時到，停止運行粗格柵機 2h。 粗格柵系統(tǒng)工作流程圖如圖 44所示。 （ 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。 （ 2）定時到，停止運行細(xì)格柵機 2h。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 27 圖 46細(xì)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 。 （ 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(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)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。 污泥脫水系統(tǒng)工作流程圖如圖 49所示。 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。另外， COD檢測儀的價格也較昂貴，增加了控制系統(tǒng)的成本。如果供氧量少，處理的水質(zhì)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(zhì)也差，另外也不經(jīng)濟。 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(zhǔn)確控制。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。其 PID調(diào)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。一旦輸入輸出有偏差 ， 比例作用會立即產(chǎn)生控制作用，比例控制是用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)增益的，它是基于偏差進行調(diào)節(jié)的，是有差調(diào)節(jié)。然而， ki 值的引入使得系統(tǒng)的響應(yīng)的快速性下降，穩(wěn)定性變差。在實際的系統(tǒng)設(shè)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。 USS協(xié)議是主 從結(jié)構(gòu)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(shè)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(yīng)并回送報文，從站之間不能直接進行數(shù)據(jù)通訊。調(diào)用一條指令時，將會自動地增加一個或幾個子程序。 Baud 設(shè)置 波特率為 1200、 2400、 4800、 9600、 19200、 38400、 57600 或 115200。 調(diào)試過程首先檢查總供電及各設(shè)備供電是否正常，然后檢查設(shè)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(guān)閉，檢查儀表及控制系統(tǒng)是否正常。 調(diào)試時，可根據(jù)功能模塊分類分別調(diào)試，最后進行總體調(diào)試。 當(dāng)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(shè)備進行啟?？刂?。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