【正文】 然后，在此也向這四年來幫助過、關(guān)心過我的老師與同學(xué)表示由衷的感謝！最后，我也得自我感謝。本設(shè)計(jì)開發(fā)的意義在于運(yùn)用西門子PLC對污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。曝氣是使空氣與水強(qiáng)烈接觸的一種手段，其目的在于將空氣中的氧溶解于水中，或者將水中不需要的氣體和揮發(fā)性物質(zhì)放逐到空氣中。首先畫出系統(tǒng)控制的流程圖，再通過編寫出系統(tǒng)的梯形圖。本設(shè)計(jì)采用的是電鈴和指示燈都是選擇直流型號的。( 2) 轉(zhuǎn)刷故障報(bào)警。開啟全部轉(zhuǎn)刷時(shí), 當(dāng)運(yùn)行時(shí)間超過最大運(yùn)行時(shí)間而測量值未到上限值, 則轉(zhuǎn)到方式 1 運(yùn)行。 PLC 控制系統(tǒng)方框圖由于氧化溝體積很大, 而曝氣量和 DO 值的變化之間存在時(shí)間滯后,要使系統(tǒng)穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn) DO 控制,可使變頻器定時(shí)發(fā)出增大或減小頻率的指令,定時(shí)的時(shí)間間隔為 10 min 左右。此種控制方式在進(jìn)水穩(wěn)定的情況下運(yùn)行較為方便, PL C 只需根據(jù)運(yùn)行時(shí)間表對轉(zhuǎn)刷進(jìn)行控制。由于混合液中的DO濃度越高, ORP(氧化還原電位) 值越高當(dāng)混合液中存在 NO3 N 時(shí), 其濃度越高, ORP 值也越高。近幾年來, 我國新建 的城市污水處理廠已經(jīng)大量應(yīng) 用可編程控制器 (簡稱PLC)系統(tǒng),縮短了我國污水處理廠與世界上發(fā)達(dá)國家污水處理廠在自動控制領(lǐng)域的差距。充氧能力隨曝氣轉(zhuǎn)刷的浸深和轉(zhuǎn)速的變化而變化,且變化幅度較大。由于曝氣轉(zhuǎn)刷的軸功率是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與角速度的乘積,而曝氣轉(zhuǎn)刷的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系,因此曝氣轉(zhuǎn)刷的軸功率P與轉(zhuǎn)速n的3次方成正比:P = Dn 3式中: D 為比例系數(shù)。A、B、C 3 點(diǎn)處對應(yīng) 3個(gè)轉(zhuǎn)速 n A、nB 、n C,但轉(zhuǎn)矩相等。相當(dāng)多的氧化溝污水處理廠由于種種原因并沒有設(shè)置變頻調(diào)速, 在這種情況下, 當(dāng)需要降低 DO 值時(shí), 就通過減小曝氣轉(zhuǎn)刷的浸深或運(yùn)行臺數(shù), 除造成能量的浪費(fèi)外, 還可能導(dǎo)致出水水質(zhì)的不穩(wěn)定。5. 標(biāo)定數(shù)據(jù)儲存在傳感器中由于變送器使用數(shù)字通信，EMC防護(hù)等級高 維護(hù)間隔時(shí)間長，長期穩(wěn)定性好。繼電器狀態(tài)在顯示器上能顯示。根據(jù)控制功能來分類的話，變頻器可分3種類型：普通功能型的V/F控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型V/F控制變頻器和矢量控制的高性能變頻器。 PLC閉環(huán)控制系統(tǒng)方框 變頻器的選型考慮到目前變頻器價(jià)格較貴，在氧化溝污水處理廠中，可以將一部分曝氣轉(zhuǎn)刷裝上變頻器，其余的曝氣轉(zhuǎn)刷仍按額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)近年來部分污水處理廠的使用經(jīng)驗(yàn)，變頻器產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)得到保證。如S7 200的PID指令。 PID控制器具有算法簡單，魯棒性好和可靠性高的特點(diǎn)。S7200 CPU將微處理器、集成電源、輸入電路和輸出電路集成在一個(gè)緊湊的外殼中，從而形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的Micro PLC。對第二個(gè)問題，則有以下幾個(gè)方面要考慮：①功能方面：所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對于某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力完成控制任務(wù)。對第一個(gè)問題，首先要對控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來，包括開關(guān)開關(guān)量1/0和模擬量I/O以及這些I/O點(diǎn)的性質(zhì)。⑤當(dāng)所有的指令執(zhí)行完畢時(shí)，集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備，這就是輸出刷新階段。整個(gè)工作過程分為5個(gè)階段：自診斷，與編程器、計(jì)算機(jī)等的通信，輸入采樣，用戶程序執(zhí)行，輸出結(jié)果，其PLC工作過程圖如圖33所示。當(dāng)輸入端子為非干接點(diǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)，為外部輸入元件提供24V直流電源（僅供輸入點(diǎn)使用）。其中模擬量I/O要經(jīng)過A/D，D/A轉(zhuǎn)換電路的處理，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所能識別的數(shù)字信號，在整體機(jī)構(gòu)的PLC中，有開關(guān)量的交，直流I/O模塊，和模擬量I/O模塊及各種智能I/O模塊可供選擇。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)繼電器線圈通電，帶動觸點(diǎn)閉合，通過繼電器閉和的觸點(diǎn)，由外部電源驅(qū)動交、直流負(fù)載。基本I/O接口電路（1）輸入接口單元。它按照PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)：檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤，當(dāng)PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過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)。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，西門子公司專門為 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)動能力，可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動控制等功能。 ㈢ 輸入輸出部分 這是PLC與被控設(shè)備相連接的接口電路。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出(I/O)接口電路相連接。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專用復(fù)位電路。水含氧量檢測傳感器將檢測到的數(shù)字量輸入PLC中。后四個(gè)部分分別為總結(jié)、參考文獻(xiàn)、致謝和附錄。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。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：　　①空氣擴(kuò)散裝置應(yīng)具有較高的氧利用率和動力效率，具有較好的節(jié)能效果；　　　?、诓灰锥氯?，出現(xiàn)故障易排除，便于維護(hù)管理；　　　　③構(gòu)造簡單，便于安裝，工程造價(jià)及裝置本身成本都較低?！　　　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，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，污水的腐蝕還會造成布?xì)夤鼙跍p薄穿孔；③水下?lián)u臂活動關(guān)節(jié)長期浸泡在水中，可能會因?yàn)樯P等原因而無法轉(zhuǎn)動，從而使得曝氣器不能正常提升到水面。　　動態(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)針方向，反旋導(dǎo)流為逆時(shí)針方向，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)。在合成橡膠膜片上用激光等方法打出均勻分布的孔眼?！　」娘L(fēng)曝氣設(shè)備的主要技術(shù)性能指標(biāo)有：動力效率(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)，即通過鼓風(fēng)曝氣轉(zhuǎn)移到混合液的氧量，占總供氧量的百分比(％)。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。先后投資研究高效型、智能型、集約型污水處理設(shè)備和自動化控制儀表，一些發(fā)達(dá)國家經(jīng)過多年的努力，污水處理率已經(jīng)達(dá)到80%～90%，成功地解決了來自城市和工業(yè)的點(diǎn)源污染問題。我國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。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 錯誤！未定義書簽。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城市污水處理的趨勢。由于自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)的飛速發(fā)展，國外的污水廠很早便實(shí)現(xiàn)了污水廠的網(wǎng)絡(luò)自動控制，如DCS、FCS系統(tǒng)。一般乙烯廠的污水處理多采用這種方式?！　　　?）微氣泡曝氣器微氣泡曝氣器也稱微孔曝氣器，采用多孔性材料如陶粒、粗瓷等摻以適當(dāng)?shù)娜绶尤渲活惖恼硠?，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。曝氣時(shí)，空氣通過管壁上的通氣孔進(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，達(dá)到布?xì)鈹U(kuò)散的目的。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。以上3種失效形式，經(jīng)過近年來的新技術(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。　　此外，還應(yīng)考慮污水的水質(zhì)，地區(qū)條件以及曝氣池型、水深等。顯然，克服液膜障最有效的方法是快速變換“氣液”界面。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)的簡介水污染問題是一個(gè)遍及全世界的環(huán)境問題，無論是在發(fā)展中國家還是發(fā)達(dá)國家，這個(gè)問題已越來越引起人們的重視。在PLC中實(shí)現(xiàn)PID控制算法，通過PID算法來調(diào)節(jié)控制變頻器，然后通過變頻器來調(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。其功能示意圖如21所示。 CPU的主要功能： ⑴從存儲器中讀取指令； ⑵執(zhí)行指令；⑶準(zhǔn)備取下一條指令；⑷處理中斷。用戶設(shè)備輸入PLC的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量(要通過模數(shù)變換進(jìn)入機(jī)內(nèi))等，通過輸入接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接收和處理的信號。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。S7200系列的PLC在各種行業(yè)的檢測及控制的自動化都得到廣泛的應(yīng)用。等所有的用戶程序執(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。PLC內(nèi)部輸入電路作用是將PLC外部電路（如行程開關(guān)、按鈕、傳感器等）提供的、符合PLC輸入電路要求的電壓信號，通過光耦電路送至PLC內(nèi)部電路。優(yōu)點(diǎn)是過載能力強(qiáng)，交、直流負(fù)載皆宜。PLC輸入電路和輸出電路各種不同結(jié)構(gòu)形式能夠適應(yīng)各不同負(fù)載的要求。 PLC的基本工作原理 PLC雖然具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。 PLC的工作過程框圖①每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。PLC經(jīng)過這5個(gè)階段的工作過程，稱為一個(gè)掃描周期，完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。I/O點(diǎn)的性質(zhì)主要是指它們是直流信號還是交流信號，它們的電源電壓，以及輸出是用繼電器型還是晶體管型或是可控硅型。如對PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求時(shí)，就要求設(shè)計(jì)者對市場上流行的PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。參見圖11。 被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制中，尤其適應(yīng)用于可建立精確的數(shù)學(xué)模型的確定控制系統(tǒng)。3)用自編的程序?qū)崿F(xiàn)PID閉環(huán)控制在沒有PID過程控制模塊和功能指令的情況下, 仍希望采用某種改進(jìn)的PID 控制算法, 此時(shí)用戶需要自己編制PID控制程序。變頻器是一種把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置。根據(jù)負(fù)載的要求來選擇變頻器的類型的話，本設(shè)計(jì)中采用丹佛斯DANFOSS型變頻器FC101。TFT32有LEVEL 模式和RANGE模式，以厘米、英寸或百分比顯示液位。無流量要求—能夠在靜止的水中進(jìn)行測量。此外, 氧化溝中 DO 值過低, 則好氧菌活性下降, 微生物難以形成易沉淀的絮體。