【正文】 較多的數(shù)字輸入量，并且還要檢測模擬量的輸入，根據(jù)設(shè)定的程序進行數(shù)據(jù)處理后，輸出控制信號，因此系統(tǒng)的控制邏輯與時序就需要嚴格照檢測信號的輸入進行控制。 32 電氣控制系統(tǒng)框圖 工作過程 在手動狀態(tài)下，各類設(shè)備的控制是根據(jù)操作面板上的按鈕輸入來控制，無邏輯控制，即可不根據(jù)傳感器的狀態(tài)進行控制。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 13 (7）在污泥脫水系統(tǒng)中，離心式脫水機的啟動采用順序控制方式，依次啟動其設(shè)備。在此采用EM223 輸入 /輸出混合擴展模塊。 表 37 模擬量輸出地址分配 輸出地址 輸出設(shè)備 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 16 AQW0 經(jīng) PID 運算輸出 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計出工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的硬件連線圖如圖38 所示，此控制面板上 的手動控制部分主要在調(diào)試系統(tǒng)時使用，調(diào)試完成后基本處于閑置狀態(tài)。強通用性：具有 50Hz60Hz 通用線圈，可以全世界通用。由于中間直流環(huán)節(jié)是 Cd 低阻抗輸出相當于是恒壓源，故稱電壓型。 （ 1） 脈幅調(diào)制 (PAM) 實現(xiàn)方法就是調(diào)節(jié)頻率的同時，也改變直流電壓的振幅值。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 n0=60f/p，其中 f 是電流頻率， P 是旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)。這無疑給變頻調(diào)速帶來了瑕點。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動機運行的噪聲。中心高 63～ 355mm，功率從 ~315kW。粗格柵、細格柵各安裝了一臺超聲波液位差計，通過格柵機前后的液位差來反映格柵機阻塞程度，并傳輸?shù)?PLC 控制器，進行分析計算。 采用先進的嵌入式微處理技術(shù)，使其測控儀器達到了高度的數(shù)字化和智能化。這種電極利用膜可滲透氧但不能滲透水和有機及無機溶質(zhì)的原理，保護電極不與這類還原物質(zhì)緊密接觸，從而使傳感器的靈敏度不受影響 。 mV，溶解氧：（ 0~） mg/L(ppm)；（ 0~） % 溫度：（ 10~110）℃精確度： pH：177。新型的溶氧電極有鹽度測試功能，自動實現(xiàn)鹽度補償和溫度補償；儀器內(nèi)置氣壓傳感器，自動實現(xiàn)氣壓補償。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 24 圖 42 手動操作模式流程圖 自動模式 處于自動方式時，系統(tǒng)上電后，按下自動啟動確認后系統(tǒng)運行，系統(tǒng)開始工作，其工作過程包括以下幾個方面。 以上工作過程并不是順序控制方式，而是按照 PLC 檢測到傳感器狀態(tài)進行啟動如圖 43所示。 （ 5）液面差值低于設(shè)定值，停止清污機運行。 圖 45 潛水泵工作流程圖 細格柵系統(tǒng)程序與粗格柵系統(tǒng)程序相似，主要控制細格柵機和轉(zhuǎn)鼓清污機的運行，其工作過程包括以下幾個方面： （ 1）自動過程開始，啟動細格柵機，定時 20min。 （ 2）定時到，若液面仍低于最低位傳感器則停止回流泵運行。 （ 3）定時到，啟動污泥泵和切割機。雖然有 COD 濃度在線檢測儀可以在西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 32 線檢測，但仍存在滯后（ 30 分鐘左右 ） ，測量結(jié)果嚴重滯后于實際運行時間，不能及時反映實際情況。 氯氣投加環(huán)節(jié) 氯氣投加消毒效果的好壞與原水 PH 值、水溫、濁度和接觸時間有直接的關(guān)系。其控制過程主要是通過污泥濃度、污水流量、絮凝劑濃度等因素控制來完成的。積分作用 ki 是為了消除靜差而引入的。 PLC 和變頻器通訊 （ 1） USS 通訊協(xié)議簡介 USS協(xié)議（ Universal Serial Interface Protocol 通用串行接口協(xié)議）是SIEMENS 公司所有傳動產(chǎn)品的通用通訊協(xié)議，它是一種基于串行總線進行數(shù)據(jù)通訊的協(xié)議。通過 Mode 輸入值可選擇不同的通訊協(xié)議：輸入值為 1，指定 Port 0 為 USS 協(xié)議并使能該協(xié)議；輸入值為 0，指定 Port 0 為 PPI 并且禁止 USS 協(xié)議。 軟件系統(tǒng)的調(diào)試 在 STEP7Micro/WIN32 軟件中，通過編程，將編好的程序下載到 PLC 中進行運行調(diào)試，檢查程序是否有錯誤，是否能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能控制。運行粗、細格柵機，進行間歇運行，即運行一段時間然后停止一段時間，循環(huán)進行。 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。而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： ① 潛水泵系統(tǒng)啟動首先開始啟動潛水泵。啟動電源 后按下手動或自動模式選擇按鈕，當在手動模式時，可通過各控制按鈕實現(xiàn)對工業(yè)污水處理系統(tǒng)中各電機的控制運行同時相應(yīng)的指示燈亮。 硬件系統(tǒng)的調(diào)試 按照系統(tǒng)設(shè)計要求將各硬件接線接好。 USS 協(xié)議指令在STEP7— MICRO/WIN32指令樹的庫文件夾中， STEP7— MICRO/WIN32指令庫提供 14個子程序、 3個中斷程序和 8條指令來支持 USS協(xié)議。但是，同時又會使系統(tǒng)容易受到高頻干擾的影響。常規(guī)的 PID 控制器的描述如式（ ）所示： （ ） 其中各參數(shù)代表的意義是： Un：控制器的輸出 En：控 制器偏差輸入 ECn：系統(tǒng)誤差變化率 kp：比例增益 ki：積分增益 kd：微分增益 比例增益 kp 使控制器的輸入輸出成一一對應(yīng)比例關(guān)系。 氯氣投加系統(tǒng)具有大慣性、大滯后的特點，其過渡 過程和純滯后時間均較長，并且系統(tǒng)的干擾因素較多，對這樣一個系統(tǒng)，使用一般的 PID 調(diào)節(jié)很難滿足控制要求。為了使微生物的活動最佳化，應(yīng)該使供氧量與消耗的氧量相等，或稍大一些。 BOD 是指在有氧條件下，降解有機物所需的氧量。 污泥回流系統(tǒng)工作流程圖如圖 48 所示。 （ 5）液面差低于設(shè)定值，停止轉(zhuǎn)鼓清污機運行。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 26 （ 3）定時到后，若仍低于最低位傳感器，則停止?jié)撍眠\行，否則潛水泵繼續(xù)運行。 （ 1）自動過程開始啟動粗格柵機，定時 20min。 （ 4）啟動細格柵系統(tǒng)。 總體流程設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制過程可以分為手動控制功能和自動運行功能。 ℃，自動溫度補償： pH：（ 0~100）℃ 溶解氧：（ 0~45）℃，其他參數(shù)：數(shù)據(jù)儲存： 900組，通訊接口： RS232，電源： DC9V/300mA。對結(jié)構(gòu)和透氧膜確定的傳感器而言，在一定溫度下，氧傳感器的電流只與試樣中的氧分壓成正比。用傳統(tǒng)的化學(xué)方法（如碘量滴定法）測定溶解液中的溶解氧是很費時的，且成本很高，不能連續(xù)測量，而用滴汞電極（ DME）的極譜分析最為簡單。 工作溫度： 20~60℃ ， 工作電壓： AC220V 或 DC24V， 工作壓力：常壓 ， 差值精度： 177。電動機符合 JB/ Y2 系列 (1P54)三相異步電動機（機座號 80～ 280）技術(shù)條件。在此控制系統(tǒng)中，需要對變頻器進行通信控制，因此需先對變頻器的參數(shù)進行設(shè)置，主要對一下幾個參數(shù)進行調(diào)整，如表 311所示。 （ ）） ] 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 20 變頻器選型 該系統(tǒng)選用的變頻器是西門子 MM430 變頻器， 具有多個繼電器輸出 ， 具有多個模擬量輸出（ 0~20 mA） ， 2 個模擬輸入： AIN1： 0~10 V， 0~20 mA 和 – 10 至+10 V； AIN2： 0~10 V， 0~20 mA， 6 個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為 NPN/PNP 接線 。 設(shè)變頻后的頻率為 fx，電壓為 Ux，電動機的額定相電壓和頻率為 UN 和 fN，則有： xf ＝ fk Nf （ ） xU ＝ uk NU （ ） 其中 kf 為頻率可調(diào)比， ku 為電壓可調(diào)比。 PWM 只需控制逆變電路便可實現(xiàn)，與 PAM 相比電路簡化了許多，因此在變頻調(diào)速中比較常用。φ m增加將導(dǎo)致鐵芯的飽和，進而引起勵磁電流波形的畸變，這是不希望的結(jié)果，因此希望φ m 可以保持基本不變。變頻器的輸入端接至頻率固定的三相交流電，輸出端輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電。其特點有： 高標準：符合 IEC6094741 和 標準。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的輸出驅(qū)動能力，可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。選用的 MM430 變頻器是用來控制電機 M M3變頻運行的。 (3）根據(jù)反饋回來的液位差狀態(tài)控制清污機的運行與停止。顯示面板由于要顯示較多的數(shù)據(jù)，因此一般采用觸摸屏或者人機界面。 (5）污泥脫水環(huán)節(jié)。氧化溝系統(tǒng)由氧化溝和污 泥回流系統(tǒng)構(gòu)成，氧化溝是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，因此控制量較多，控制過程叫復(fù)雜，包括轉(zhuǎn)碟曝氣機和潛水攪拌機，污水回流系統(tǒng)主要有污泥回流泵構(gòu)成。進水系統(tǒng)主要有進水管道和進水泵房組成， 進水管道主要由粗格柵機和清污機組成，進水泵房主要有兩臺潛水泵組成。當溶解氧值偏低時，降低了微生物分解的效果，延長了處理時間，嚴重時甚至導(dǎo)致處理失效，因此需要增加曝氣機轉(zhuǎn)速以增加供氧量；當溶解氧值偏高時，導(dǎo)致微生物過氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機轉(zhuǎn)速以減少供氧量，最終使污水中的溶解 氧保持在一定的范圍內(nèi)。 （ 2）液位差輸入檢測。為實現(xiàn)工業(yè)污水處理技術(shù)的簡易、高效、低能耗的功能， 并且實現(xiàn)自動化的控制過程，采用 PLC 作為核心控制器是個較好的方案。通信協(xié)議公開，不同產(chǎn)品可互連。實現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險性分散，可靠性提高 。同時在該系統(tǒng)中設(shè)置有溶解氧儀超聲波檢測器，通過它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。 SBR 法 是歇式活性污泥法的簡稱，是一種按照一定的時間順序間歇式操作的污水生物處理技術(shù)，也是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污 泥工業(yè)污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。 B段起到出水把關(guān)作用，處理穩(wěn)定性較好。 A2O 法的除磷脫氮效果非常好，非常適合用于對除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。 （ 2） A/O 法。這些方法根據(jù)實際情況，可以單一使用，也可以針對不同的污水混合使用。有機物的種類很多，其共性是在微生物的作用下被降解時，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程實際中，采用以下的幾個綜合污染指標來表述：生物化學(xué)需氧量或生化需氧量（ Biochemical Oxygen Demand, BOD） mg/L、化學(xué)需氧量 (Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、總有機碳 (Total Organic Carbon) mg/L、總需氧量 (Total Oxygen Demand) mg/L。 課題主要設(shè)計的內(nèi)容 本課題主要設(shè)計的內(nèi)容是工業(yè)工業(yè)污水處理 工藝及工業(yè)污水處理系統(tǒng)的組成和 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 ,主要由以下內(nèi)容組成： （ 1）介紹了工業(yè)污水處理的基本內(nèi)容，包括工業(yè)污水處理的發(fā)展現(xiàn)狀以及工業(yè)污水處理的工藝流程； （ 2）介紹了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并對工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)進行設(shè)計分析； （ 3）具體分析設(shè)計工業(yè)污水處理的硬件系統(tǒng)； （ 4）具體分析設(shè)計工業(yè)污水處理的軟件系統(tǒng)； （ 5）工業(yè)污水處理系統(tǒng)的調(diào)試與運行。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 （論文） 3 研究目的和意義 世界任何國家的經(jīng)濟發(fā)展，都會推進社會進步、促進工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，使人民生活得到進一步改善，但是也隨之帶來不同程度的環(huán)境污染，污水也是造成環(huán)境污染的來源之一。 課題的背景 未來 10 年，中國工業(yè)污水處理項目工程建設(shè)投資將超過 2500 億元，其中工業(yè)污水處理設(shè)備投入約 300 億元。經(jīng)過“七五 ” 、“ 八五”和“九五”期間的努力，我國在工業(yè)污水處理技術(shù)方面取得了較大的成就。并且工業(yè)污水處理過程中，經(jīng)過厭氧和好氧處理，污水中的熱量、沼氣等再生能源可以為工業(yè)生產(chǎn)提供二次能源，真正實現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟的目的。但是我國工業(yè)用水耗費高，重復(fù)利用水少，中水使用率不高，有關(guān)資料顯示，我國的工業(yè)用水重復(fù)利 用率平均為 40%~50%。然而，水資源是有限的。污水處理系統(tǒng)中的曝氣過程控制、數(shù)據(jù)通訊和監(jiān)控管理是急需解決的主要問題。 關(guān)鍵詞：污水處理， PLC，工藝流程 目 錄 1 緒 論 ............................................................. 1 工業(yè)污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀 ..................................... 1 課題的背景 ................................................... 2 研究目的和意義 ............................................... 3 課題主要設(shè)計的內(nèi)容 ........................................... 3 2 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹 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