【正文】 存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。輸出接口電路將中央處理器送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、電動機等被控設(shè)備的執(zhí)行元件?？删幊炭刂破鳎≒LC）是由工業(yè)微型計算機、輸入, 輸出設(shè)備、保護及抗干擾隔離電路等構(gòu)成的微機控制裝置，具有順序、周期性工作的特征，從應(yīng)用角度看可編程控制器具有如下特點：可靠性高：由于可編程控制器的輸入, 輸出端口均采用繼電器或光電耦合器件，采取了隔離和抗干擾措施，使其具有很高的抗干擾能力，因而能在惡劣環(huán)境下可靠工作。由于其具有極高的性價比，在以下幾方面都有優(yōu)越的表現(xiàn)：極高的可靠性、程序易于掌握，實時特性功能、編程語言指令豐富，操作簡便，有豐富的擴展功能。為了進一步提高PLC 的可靠性，靈活性，近年來對大型PLC 還采用雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU 的表決式系統(tǒng)。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干擾能力，~15ms之間。但存在動作速度較慢，且為有觸點系統(tǒng)，使用壽命有限等問題。接口電路PLC接口電路分為I/O擴展接口電路和外設(shè)通信接口電路兩類（1）I/O擴接口電路I/O擴展接口電路用連接I/O擴展單元，可以用來擴充開關(guān)量I/O點數(shù)和增加模擬量的I/O端子。微機一般采用等待命令的工作方式。自診斷內(nèi)容為I/O部分、存儲器、CPU等，發(fā)現(xiàn)異常停機顯示出錯。PLC與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同?？刂葡到y(tǒng)輸出點的類型非常關(guān)鍵，如果它們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有直流24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點數(shù)有可能大于實際點數(shù)。②價格方面：不同廠家的PLC的PLC產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價格能相差40%以上。在下載了程序之后，S7200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備。（1）PID控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計常規(guī)的PID控制系統(tǒng)原理圖如圖 1所示： 圖 PID 控制系統(tǒng)原理圖比例環(huán)節(jié) ( P ) : 成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號 e( t)，偏差一旦產(chǎn)生， 控制器立即產(chǎn)生控制作用， 以減小偏差。（3）PLC中PID控制器的實現(xiàn) PLC的PID控制器的設(shè)計是以連續(xù)的PID控制規(guī)律為基礎(chǔ), 將其數(shù)字化, 寫成離散形式的PID方程, 再根據(jù)離散方程進行控制程序的設(shè)計。它能實現(xiàn)交流異步電機的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因素、過載保護等功能。 傳感器選擇流速的測量我選擇的是TFT32超聲波液位計/多功能變送器，格萊公司TFT32超聲波液位計能連續(xù)測量、顯示、傳送和控制罐或泵站中的液位。 同時，TFT32變送器還可接受多種信號：4—20mA電流、電壓、RS232/485等，并且可以與上位機以總線形式連接通信，使用它很容易把現(xiàn)場所有變送器都連接至總控室。 變頻器與曝氧機的電路連接變頻器用于曝氣轉(zhuǎn)刷的自控中, 通過調(diào)節(jié)曝氣轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)速, 實現(xiàn)氧化溝需氧量與充氧量的最佳匹配, 在保證出水水質(zhì)的同時, 可以最大限度的降低能耗。 DO 值過高, 則不僅會增加能耗, 同時也會造成混合液絮體分散和破碎, 使二沉池的固液分離發(fā)生困難。電動機的啟動電流小,即實現(xiàn)軟啟動。曝氣轉(zhuǎn)刷的臺數(shù)設(shè)置,總是考慮理論需氧量,并在此基礎(chǔ)上進行功率的選配。由圖中看出,調(diào)節(jié)曝氣轉(zhuǎn)刷的浸深使充氧能力增大或減小,只能使消耗功率有較小的改變。考慮到目前變頻器價格較貴,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)速運轉(zhuǎn), 根據(jù)近年來部分污水處理廠的使用經(jīng)驗,變頻器產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)得到保證。好氧段混合液的ORP 值則應(yīng)控制在 40 mV 之上。將氧化溝 DO 值作為第一受控變量,以曝氣轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)速作為第二受控變量的獨立的控制系統(tǒng)可有效地用于 DO值控制。由于方式 2 與方式 3 具有相同的結(jié)構(gòu)和功能,現(xiàn)以方式2溶解氧的變頻調(diào)速為例說明控制過程。由于氧化溝沿溝不同點的 DO 值和 ORP 值也不同。 變頻器與PLC電路連接PLC與變頻器的鏈接無非通過3種方式：PLC的數(shù)字量輸出與變頻器的數(shù)字量輸入連接，這樣通過PLC可以進行多段數(shù)以及起停的控制。操作人員知道故障發(fā)生后，按報警消除按鈕SB7，電鈴關(guān)掉。 系統(tǒng)的工作流程圖 氧化溝曝氣沉砂池控制自動過程開始？轉(zhuǎn)手動控制啟動分離機和變頻啟動轉(zhuǎn)碟曝氣機YN檢測污水含氧量含氧量超過設(shè)定值？變頻器速度達到100%YN維持現(xiàn)狀N轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻運行Y 氧化溝曝氣系統(tǒng)工作流程圖 系統(tǒng)的梯形圖程序 程序說明：總 結(jié)隨著我國自動化技術(shù)和儀表檢測技術(shù)的發(fā)展，自動化調(diào)節(jié)儀表逐漸被污水處理廠所采用。氧化溝曝氧機的控制系統(tǒng)由可編程序控制器、變頻器、傳感器、曝氧機組成。參考文獻李光飛. 51系列單片機設(shè)計實例[M] .北京：航空航天大學(xué)出版社，2003吳堅，趙英凱. 計算機控制系統(tǒng)[M]. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2002[M].西安交通大學(xué)出版社，1997翟玉文，[J]. 電子測量技術(shù). 2002 (5)：（模擬部分）[M].華中理工大學(xué)出版社，2001（數(shù)字部分）[M].華中理工大學(xué)出版社，2002林紀鵬，王君編. 傳感器技術(shù)[C].傳感器技術(shù)編輯部，[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003[M].機械工業(yè)出版社，1997程啟明. 8098單片機控制電阻爐溫度系統(tǒng)[J]. 電測與儀表. 199411姚振群，1111111. 2011[J].中國工業(yè)自動化培訓(xùn)網(wǎng)，2009,52PL7Communication Application Specific Functions. Schneider Automation GmbH. July 1998致 謝經(jīng)過一段長時間的努力，自己終于基本上完成了這一畢業(yè)設(shè)計課題。是的，自己的收獲是大于自己耗費的能量的，這是值得的。他不僅細心地為我指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計，而且淵博的學(xué)識和樸實無華的工作作風(fēng)更是令人受益。在PLC中實現(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)曝氧機的運轉(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。氧化溝中的曝氣轉(zhuǎn)刷具有充氧、混合和推流等功能, 其中充氧功能占主要地位。梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。在控制過程中，由于操作不當(dāng)或設(shè)備故障等原因，各種過程參數(shù)會超出正常工作范圍，為了及時發(fā)現(xiàn)越界的過程參數(shù)，常設(shè)置信號報警電路。校驗時, 應(yīng)將轉(zhuǎn)刷運行方式有自清和人工清的, 質(zhì)量一定要可靠和對其經(jīng)常維護?？紤]到溶解氧變化的滯后,調(diào)整轉(zhuǎn)刷臺數(shù)的最小時間間隔為 15~ 30m in(根據(jù)實際工況調(diào)整)。當(dāng)測定的 DO 值比設(shè)定的 DO 值大時, 逐漸減小變頻器的輸出頻率。1. 運行時間表控制 PLC 根據(jù)設(shè)定的 24 h 運行表來確定轉(zhuǎn)刷的開停,應(yīng)預(yù)先計算出來并列成操作表格或做成處理廠操作手冊的一個章節(jié),方便操作人員辯別工況。因為有就地控制,不對現(xiàn)場維修人員構(gòu)成威脅,但信息一定要反饋。假如曝氣轉(zhuǎn)刷的額定功率為 45 kW( 9m),與之配套的變頻器價格約為2萬元, 一年運行8760h,裝變頻器后節(jié)電率為 30% ,每年可節(jié)電 11260 kW h, ,不到一年就可以收回成本,因而曝氣轉(zhuǎn)刷采用變頻調(diào)速經(jīng)濟是合算的。 （4）變頻調(diào)速的節(jié)能效果 如上所述,采用變頻調(diào)速后,當(dāng)實際需求氧量較少時,通過調(diào)低曝氣轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)速,曝氣轉(zhuǎn)刷的軸功率可以成3次方規(guī)律降低,折入電機的軸功率也減少,從而使運行電耗大幅度地降低。性質(zhì)的負載,即負載轉(zhuǎn)矩 M 與轉(zhuǎn)速 n 的平方成正比:M = Kn 2式中: K 為比例系數(shù)。本文擬通過對氧化溝轉(zhuǎn)刷的變頻控制進行論述和實例分析, 以提請工藝設(shè)計師和污水處理廠管理者重視。在使用氧化溝作為污水處理工藝的城市污水處理廠中, 曝氣轉(zhuǎn)刷的能耗占總能耗的 40% 左右, 因而, 降低曝氣轉(zhuǎn)刷的能耗能取得明顯的經(jīng)濟效益。 。 TFT32用面板上的兩個鍵進行組態(tài)，很容易對測量的液位進行現(xiàn)場組態(tài)。必要時進行過載能力和起動能力的校驗。 連續(xù)閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖假設(shè)采樣周期為TS, 系統(tǒng)開始運行的時刻為t = 0,用矩形幾分來近似精確積分, 用差分近似精確微分, 將式1 離散化, 第n 次采樣時控制器的輸出為:式中: en 為第n 次采樣時的誤差值, K I 為積分系數(shù), KD為微分系數(shù)。（2）PLC實現(xiàn)PID控制的方式用PLC對模擬量進行PID控制大致有如下幾種方法:1)使用PID過程控制模塊這種模塊的PID控制程序是PLC 廠家設(shè)計的, 并放在模塊中, 用戶使用時只需要設(shè)置一些參數(shù), 使用起來非常方便。 PID 控制器根據(jù)設(shè)定值（給定）與被控對象的實際值（反饋）的差值，按照 PID 算法計算出控制器的輸出量，控制執(zhí)行機構(gòu)去影響被控對象的變化。S7200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對于要求高速輸出的情況，如運動控制時的高速脈沖輸出，就要使用無觸點的晶體管輸出的PLC了。 PLC的選型當(dāng)某一個控制任務(wù)決定由PLC完成后，選擇什么樣的PLC就是最重要的。③PLC的中央處理器對各個輸入端進行掃描，將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中，這就是輸入采樣階段。如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。PLC通過PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS485接口和電纜與計算機連接，可以實現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。以上列舉了六類輸入和輸出電路形式，各類PLC產(chǎn)品的輸入、輸出電路結(jié)構(gòu)形式均有所不同，但光耦隔離及阻容濾波等抗干擾措施是相似的。PLC輸出電路用來將CPU運算的結(jié)果變換成一定形式的功率輸出，驅(qū)動被控負載（電磁鐵、繼電器、接觸器線圈等）。小型PLC的CPU多采用單片機或?qū)Ｓ玫腃PU。第3章 污水處理氧化溝曝氧機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 本設(shè)計的硬件部分主要由可編程控制器（PLC）、變頻器、傳感器與曝氧機的控制以及報警電路五部分組成，其系統(tǒng)控制電路圖見附錄Ⅰ。基于可編程控制器的上述優(yōu)點能夠適應(yīng)和滿足污水處理氧化溝的運行要求，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。 系統(tǒng)的方案分析 基于PLC的曝氧機控制系統(tǒng)自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。RAM中一般存放以下內(nèi)容：①用戶程序；②邏輯變量；③供內(nèi)部程序使用的工作單元。㈠ 中央處理機中央處理機是PLC的大腦，它由中央處理器(CPU)和存儲器等組成。單片機芯片的微小體積和極低成本，廣泛地嵌入到玩具、家用電器、機器人、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、個人信息終端及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。水流速度傳感器將數(shù)據(jù)輸入PLC中。 論文的組織本論文主要由八個部分構(gòu)成?？諝庵械难跬ㄟ^曝氣傳遞到水中，氧由氣相向液相進行傳質(zhì)轉(zhuǎn)移，這種傳質(zhì)擴散的理論，目前應(yīng)用較多的是劉易斯和惠特曼提出的雙膜理論。　　曝氣器的種類非常多，經(jīng)過不斷的更新和發(fā)展，其結(jié)構(gòu)和性能更是有著日新月異的變化。　　4）搖臂微孔曝氣器與動態(tài)曝氣器的對比　　除了上面所講的氣泡直徑、氧利用率、是否易堵塞等不同之處外，兩者還有以下幾個不同點：　　　　搖臂微孔曝氣器為可活動式安裝，當(dāng)曝氣器需要更換或檢修時，可用提升機將曝氣器從水中出來，在池面進行施工檢修，不影響同池其他曝氣器的工作，不需要停池凈水，檢修成本低，工作量少。橡膠膜片應(yīng)選用耐老化，高強度膠質(zhì)，以免膜片出現(xiàn)撕裂，造成曝氣器損壞。另一種是管式膜片微