【正文】 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。自動(dòng)控制系統(tǒng)過程包括：粗格柵系統(tǒng)、潛水泵系統(tǒng)、細(xì)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)。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的檢查后，開始具體調(diào)試。 （ 2） USS 通訊協(xié)議庫 編程之前一定要將 USS 協(xié)議庫添加進(jìn)去，編程軟件 默認(rèn)安裝沒有 USS 協(xié)議庫的。在污水的自動(dòng)控制中，混凝劑投加、n i=0 U n=kpEn+ki∑ Ei+KdECn 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 34 氯氣投加和曝氣環(huán)節(jié)由于過程的復(fù)雜性、多變性、非線性和大滯后的特點(diǎn)，采用的 PID 控制算法難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確和高效的控制。為了盡量減小偏差，同時(shí)也為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，縮短系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，需要增大 kp 值。氯氣投加自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖 411 所示。由此可見，混合液中溶解氧濃度 (DO)是好氧反應(yīng)中一個(gè)重要的控制參數(shù)。 BOD 的測定需費(fèi)時(shí) 5 天，且測定結(jié)果易受多種因素影響，誤差較大。 （ 1）自 動(dòng)過程開始首先啟動(dòng)離心式脫水機(jī)，啟動(dòng)定時(shí)。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （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(yùn)行和停止，其工作過程包括以下幾個(gè)方面。 （ 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） 2h 定時(shí)到，運(yùn)行粗格柵機(jī) 20min，循環(huán)進(jìn)行。 （ 6）啟動(dòng)污泥回流系統(tǒng)。 圖 41 模式選擇流程圖 手動(dòng)模式 在手動(dòng)模式下，可單獨(dú)調(diào)試每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，如圖 52所示。配用 2503 型 pH 電極，可用于離子強(qiáng)度較低、渾濁液體和膠體溶液的測量。選用 PH/溶解氧測量儀型號(hào) :SA29MP525。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。/ 6176。 根據(jù)上述分析，選擇 Y2200L26E 即可滿足要求。 主要性能有： 絕緣等級(jí)： F； 防護(hù)等級(jí)： IP54 或 IP55； 電壓： 380V或 415V； 頻率： 50Hz 或 60Hz； 冷卻方式： IC411。該型變頻器，具有能源利用率高的特點(diǎn)，優(yōu)化了部分結(jié)構(gòu)與功能，便于工作人員進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)。 在變頻器正常工作情況下，即 kf＝ km1 時(shí)的機(jī)械特性如圖 310 所示。 （ 2）變頻調(diào)速的原理 異步電動(dòng)機(jī)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。因此變頻的同時(shí)也要變壓，常用 VVVF表示。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(gè)部分組成。強(qiáng)適應(yīng)性： “TH” 防護(hù)處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。 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(shè)備 輸入地址 輸入設(shè)備 急停 手動(dòng)刮泥機(jī)啟動(dòng) 手動(dòng)方式 手動(dòng)污泥回流泵啟動(dòng) 自動(dòng)方式 手動(dòng)分離式脫水機(jī)啟動(dòng) 自動(dòng)啟 動(dòng)確認(rèn) 手動(dòng)污泥泵啟動(dòng) 手動(dòng)粗格柵機(jī)啟動(dòng) 手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)加速 手動(dòng)清污機(jī)啟動(dòng) 手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)減少 手動(dòng)潛水泵啟動(dòng) 粗格柵液位差計(jì) 手動(dòng)細(xì)格柵機(jī)啟動(dòng) 細(xì)格柵液位差計(jì) 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 15 手動(dòng)分離機(jī)啟動(dòng) 進(jìn)水泵房液面高位傳感器 手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻啟動(dòng) 進(jìn)水泵房液面低位傳感器 手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻啟動(dòng) 污泥回流泵液面高位傳感器 手動(dòng)潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動(dòng) 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(shè)備 輸出地址 輸出設(shè)備 粗格柵機(jī)接觸器 潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器 清污機(jī)接觸器 刮泥機(jī)接觸器 潛水泵接觸器 污泥回流泵接觸器 細(xì)格柵機(jī)接觸器 離心式脫水機(jī)接觸器 分離機(jī)接觸器 潛水泵報(bào)警 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻接觸器 污泥回流泵報(bào)警 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻接觸器 模擬量輸入部分 由 于需要采集一個(gè)溶氧儀所反饋的數(shù)據(jù)，因此擴(kuò)展了一個(gè)模擬量輸入輸出模塊，具體 I/O 分配，如下表 36 所示。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(duì)復(fù)雜，因此采用 CPU226 作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。 (5）轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)根據(jù)溶解氧儀反饋的模擬量經(jīng) PLC 運(yùn)算后進(jìn)行控制，同時(shí)控制分離機(jī)的運(yùn)行與停止。電氣控制柜是電氣控制的核心設(shè)備，主要包括變頻器、各類傳感器的輸入信號(hào)、 PLC 及其擴(kuò)展模塊等。離心式脫水機(jī)主要有聚合物泵、污泥機(jī)和切割機(jī)構(gòu)成，以上設(shè)備按照順序控制的方式啟動(dòng)，依次啟動(dòng)聚合物泵、污泥機(jī)和切割機(jī)，完成對(duì)污泥的脫水處理。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用是推進(jìn)水流，同時(shí)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。進(jìn)水泵房中的潛水泵運(yùn)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(dāng)液位較低時(shí)只啟動(dòng)一臺(tái)潛水泵，當(dāng)液位較高時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)潛水泵，若液位持續(xù)升高時(shí)，則輸出報(bào)警以示意有故障發(fā)生。 （ 1）數(shù)字量輸出。 （ 3）液位高低輸入檢測。與各類人機(jī)界面的通信可完成 PLC 控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時(shí)使用戶可通過操作界面功能控制 PLC 系統(tǒng)。 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(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計(jì)算機(jī)作為其上 位機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)連接 PLC，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其特點(diǎn)如下：編程方便，開發(fā)周期短，維護(hù)容易。軟硬件資源豐富，可適應(yīng)各種要求。經(jīng)處理的污水進(jìn)入沉淀池中，在刮泥機(jī)的作用下進(jìn)行物理沉淀，為了加強(qiáng)沉淀效果，同時(shí)加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強(qiáng)烈吸附架橋作用更加容易沉降。 SBR 法與傳統(tǒng)的水處理工藝的最大區(qū)別在于它是以時(shí)間順序來分割流程各單元，以時(shí)間分割操作代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)代替生化反應(yīng)，靜置理想沉淀代替動(dòng)態(tài)沉淀等。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時(shí)，優(yōu)勢最為明顯。其工藝流程圖如圖 所示。 A/O 法是一種缺氧 好氧生物工業(yè)污水處理工藝。常用的工業(yè)污水 處理工藝有以下幾種。能較精確地描述污水的生化需氧量，但其測定的時(shí)間太長，需20 天。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動(dòng)植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細(xì)菌、病毒等使人致病的微生物。我國是一個(gè)嚴(yán)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(gè)缺水國家之一。在這種形勢下工業(yè)污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)無疑是一個(gè)具有巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益的研究課題。現(xiàn)階段，我國工業(yè)污水處理的工作重點(diǎn)已經(jīng)從工藝技術(shù)的研究轉(zhuǎn)移到具體項(xiàng)目的實(shí)施。在工廠的工業(yè)污水處理過程中，污水來源的不穩(wěn)定以及工廠中各種污水的成分的復(fù)雜性，對(duì)工 業(yè)污水處理的工藝和控制方式提出了非常高的要求。耗水量高、重復(fù)利用率低、污染嚴(yán)重是我國工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的突出問題。而且我國水資源時(shí)空分布極不均衡，全國500 多個(gè)城市缺水，其中多個(gè)嚴(yán)重缺水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，人均擁有淡水量僅有 240 噸。 本文介紹了工廠污水處理的基本工藝和流程，并通過研究設(shè)計(jì)一套基于 PLC控制的 污水處理系統(tǒng)。文章首先介紹了基于 PLC 污水處理控制系統(tǒng)的工藝及相關(guān)流程，控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)、工作原理以及設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的基本原則和步驟，來說明 PLC 在污水處理過程中的應(yīng)用。令人擔(dān)憂的是淡水總量日益減少，用水成本不斷升高，淡水的浪費(fèi)非常嚴(yán)重。嚴(yán)重的環(huán)境污染使有限的水資源日益減少、水質(zhì)日益惡化，無疑是“雪上加霜”。 工業(yè)污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀 我國工業(yè)污水處理技術(shù)從“七五”國家科技攻關(guān)開始逐步進(jìn)行研究。 國際上，大規(guī)模的水污染治理是在第二次世界大戰(zhàn)后，隨著 50 年代經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展帶來的 60 年代 日益嚴(yán)重性的環(huán)境污染而展開的。 對(duì)于環(huán)境保護(hù)問題，國務(wù)院明確規(guī)定所有工業(yè)污染源都必須達(dá)到排放標(biāo) 。目前我國約 300個(gè)城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有 5O個(gè)。經(jīng)處理后的污水，最后出路有三種： ① 排放水體； ② 灌溉田地； ③ 重復(fù)使用?？紤]到好氧分解速率一般在開始的幾天最快，在 20℃溫度下，污水五日生化需氧量 (BOD5)，約占 BOD20的 70%～ 80%，因此把 BOD5作為衡量污染水的有機(jī)物濃度指標(biāo)。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 5 （ 1） 傳統(tǒng)活性污泥法。該工藝通過增加好氧池與缺氧池所形成的硝化 反硝化反應(yīng)系統(tǒng)，很好的處理了污水中的氮含量，具有明顯的脫氮效果。 圖 23 A2/O 法工藝流程圖 （ 4） A/B 法。但是， AB 法污泥產(chǎn)量較大， A 段污泥有機(jī)物含 量極高，因此必須添加污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理，這樣就將增加一定的投資和費(fèi)用。整個(gè)過程對(duì)于單個(gè)操作單元而言是間歇進(jìn)行的，但是通過多個(gè)單元組合調(diào)度后又是連續(xù)的，在運(yùn)行上實(shí)現(xiàn)了有序和間歇操作相結(jié)合。污水經(jīng)沉淀池處理最后到達(dá)脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機(jī)作用下進(jìn)行脫水處理后排出清水。實(shí)時(shí)性好，響應(yīng)快。通用性強(qiáng)，使用方便。由于 PLC 的 CPU 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能，并且也可實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程監(jiān)控。檢測進(jìn)水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用來控制潛水泵或污泥回流泵的啟動(dòng)和停止，以及投入運(yùn)行的潛水泵的數(shù)量?？刂聘黝愒O(shè)備的啟動(dòng)和停止，包括：格柵機(jī)啟停、清污機(jī)啟停、潛水泵啟停、潛水?dāng)嚢杵鲉⑼?、污泥回流泵等設(shè)備。 (2）除砂系統(tǒng)。使活性污泥的生化反應(yīng)更加充分，這樣才 能最大程度地分解污水中的有害成分。 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)主要包括操作面板、顯示面板、電氣 控制柜等單元。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 12 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的工作原理 控制系統(tǒng)總體框圖 工業(yè) 污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)總框圖如圖 42所示， PLC為核心控制器，通過檢測操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，以及相關(guān)模擬量的輸入，完成相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行、停止和調(diào)速控制。 (6）污泥回流泵的運(yùn)行與停止根據(jù)液面的高低進(jìn)行控制。 CPU226 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，因此除了 PLC 主機(jī)自帶的 I/O 外，還需要擴(kuò)展一定數(shù)量的 I/O 擴(kuò)展模塊。 表 36 模擬量輸入地址分配 輸入地址 輸入設(shè)備 AIW0 溶解氧儀 模擬量輸出部分 在此控制系統(tǒng)中需要將采集回來的模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后，通過模擬輸出口對(duì)變頻器進(jìn)行控制，進(jìn)行控制其他設(shè)備的運(yùn)行，如下表 37所示。寬電壓：線圈控制電壓在 70%120%Uc 之間波動(dòng)，不影響產(chǎn)品正常工作。 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。 VVVF 實(shí)施的基本方法包括：脈幅調(diào)制 (PAM)和脈寬調(diào)制 (PWM)。異步電動(dòng)機(jī)的定子主磁通是以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)際是三個(gè)交變磁場合成的結(jié)果。 nn 1n 2n 3n 4f 3f 4f 2f 1of 1 f 2 f 3 f 4T k 4 T k 3 T k 2 T k 1 T M 圖 310kf＝ km1 時(shí)的機(jī)械特性 由圖 42 可知隨著 f 的下降，臨界轉(zhuǎn)矩 Tkx 逐漸減少，電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力也隨之下降。 它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。 Y2 系列電動(dòng)機(jī)有兩種設(shè)計(jì)，一種是適用于一般機(jī)械配套和出口需要，在輕載時(shí)有較高效率，在實(shí)際運(yùn)行中有較佳節(jié)能效果，且具有較高堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，此設(shè)計(jì)稱為 Y2Y 系列。 液位差計(jì) 對(duì)格柵機(jī)的清污機(jī)進(jìn)行控制，需要監(jiān)測格柵機(jī)兩側(cè)的液面差，在該系統(tǒng)中利用液位差計(jì)，該系統(tǒng)選用的 超聲波液位差計(jì)型號(hào) ： XL60YI4000。 （全角） ， 工作頻率： 13KHz~40KHz（因型號(hào)規(guī)格而不同） ， 信號(hào)輸出： RS48 Modbus、標(biāo)準(zhǔn)的 420mA 電流信號(hào)和多路開關(guān)量輸出 。為了消除上述困難，膜覆蓋氧電極誕生了，它最初是由 Clark 在 1956 年提出的，故而得名 Clark 氧電極。測量范圍： pH：（ ~） pH mV：177?？稍O(shè)定高純水和 加氨純水二種特殊的 pH 測量模式，適合電力、石化等行業(yè)使用。在此模式下，可以通過按鈕對(duì)格柵機(jī)、清污機(jī)、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)、刮泥機(jī)，以及 各類泵進(jìn)行控制，對(duì)于轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的控制，可以通過按鈕增大或減小變頻器的頻率來改變其速度，以檢測調(diào)試性能。 （ 7）啟動(dòng)污泥脫水系統(tǒng)。 （ 4）同時(shí) 檢查液面差，若超過設(shè)定值則啟動(dòng)清污機(jī)。 潛水泵工作流程圖如圖 45 所示。 （ 1）自動(dòng)過程開始首先檢測液面高低，若低于最低位傳感器，啟動(dòng)定時(shí)。 （ 2）定時(shí)到，啟動(dòng)聚合物泵，啟動(dòng)定時(shí)。 COD 的檢測比較精確，但方法繁瑣，耗時(shí)約 2 小時(shí)。如 果控制曝氣設(shè)備的最佳溶解氧濃度，就能使處理水質(zhì)優(yōu)化，也能節(jié)約動(dòng)力費(fèi)用，并且由于 DO 的在線檢測簡單、可靠，因此把 DO 作為工業(yè)污水處理過程的控制參數(shù)。 圖 411 氯氣投加自控原理圖 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 33 絮凝劑投加環(huán) 在污泥脫水過程中為增加沉淀效果，使污水中懸浮顆粒能夠形成具有良好沉淀性