【正文】 孔曝氣管。氣泡在曝氣器出口形成，尺寸則取決于空氣擴(kuò)散裝置的形式，氣泡經(jīng)過上升和隨水環(huán)流動(dòng)，最后在液面處破裂，這一過程產(chǎn)生氧向污水中轉(zhuǎn)移的作用?？梢哉f我國污水處理自動(dòng)化的現(xiàn)狀是：手動(dòng)和自動(dòng)皆備，自制和引用并舉。因此建立對(duì)城市污水進(jìn)行集中處理的法律制度，使有關(guān)城市污水處理廠的建設(shè)、運(yùn)行管理及污水處理收費(fèi)納入法制化軌道，是十分必要的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年我國城市污水排放量已達(dá)332億立方米，其中絕大部分污水未經(jīng)有效處理而排入江河湖海。雖然我國水資源總量非常豐富，居世界第六位，但是由于人口眾多，人均占有率卻很低，約為世界平均的l/4。隨著城市化水平和人民生活水平的提高，城市生活污水排放量迅速增長，其所占城市污廢水排放量的比例逐年增多。國外同時(shí)注重水處理中的PLC的開發(fā)，相繼研制出了一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列、OMRON的歐姆龍PLC；同時(shí)國外也很重視在線儀表的研制，如德國E+H公司，美國的哈希公司相繼研制了溶解氧DO（Dissolved Oxygen）、化學(xué)需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）分析儀。　　所有的曝氣設(shè)備，都應(yīng)該滿足下列3種功能：　?、佼a(chǎn)生并維持有效的氣水接觸，并且在生物氧化作用不斷消耗氧氣的情況下保持水中一定的溶解氧濃度；　?、谠谄貧鈪^(qū)內(nèi)產(chǎn)生足夠的混合作用和水的環(huán)流動(dòng)；③維持液體的足夠速度，以使水中的生物固體處于懸浮狀態(tài)。提升式微孔曝氣器主要由微孔曝氣管、活動(dòng)搖臂、提升機(jī)等3部分組成：①微孔曝氣管即由微孔管、前蓋、后蓋及連接螺栓組成；②活動(dòng)搖臂是可提升的配管，微孔曝氣管安裝于支氣管上，成柵條狀，底座固定在池壁上，活動(dòng)立管伸入池中，支管落在池底部，并支架支撐在池底部；③曝氣器提升機(jī)，為活動(dòng)式電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，起吊小車可隨意移動(dòng)，將搖臂提起。因此，污水不會(huì)倒流而堵塞孔眼。由于動(dòng)態(tài)曝氣器采用了大孔排氣，即使停風(fēng)停壓后，污水倒流進(jìn)曝氣器和配氣管中，也不會(huì)造成排氣孔堵塞，從而從根本上解決了曝氣器堵塞的問題，可長期保持氧利用率不發(fā)生變化。這3種失效形式一般可以通過合理選型，正確選材，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)等方法來避免。而本設(shè)計(jì)的研究意義在于：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。曝氣設(shè)備正是基于這種做法而在污水處理中被廣泛采用的。自20世紀(jì)60年代以來，各國都研究和發(fā)展了各種控制水體污染的新技術(shù)和新方法，對(duì)污染的控制也開始進(jìn)入一個(gè)較高級(jí)的階段，即綜合防治環(huán)境污染的新階段。 系統(tǒng)主控器的比較與選擇 單片機(jī)在我國，單片機(jī)已不陌生，它的出現(xiàn)是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)的里程碑事件，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。 可編程序控制器可編程序控制器PC(Programmable Controller)，又稱可編程序控制器PLC(Programmable Logic Controller)，是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相接合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。 在PLC中使用的兩種類型存儲(chǔ)器為ROM何RAM，現(xiàn)說明如下： ⑴只讀存儲(chǔ)器ROM中的內(nèi)容是由PLC的制造廠家寫入的系統(tǒng)程序，并且永遠(yuǎn)駐留(PLC去電后再加電，ROM內(nèi)容不變)。 主控器的選擇 雖然單片機(jī)功能強(qiáng)大，具有先進(jìn)的工藝和更小的封裝，而且功耗低、電壓低以及價(jià)格更為低廉，但是，相對(duì)PLC而言，單片機(jī)卻存在信號(hào)容易被干擾，外圍電路繁多以及控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺陷。體積?。河捎谠谥圃鞎r(shí)采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實(shí)現(xiàn)了小型化。用西門子S7200系列就完全可以滿足電氣控制系統(tǒng)方面的要求。這樣，即使某個(gè)CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。多數(shù)PLC的輸入接口單元都相同，通常有兩種類型。雙向晶閘管和晶體管輸出型輸出分別具有驅(qū)動(dòng)交、直流負(fù)載的能力。I/O擴(kuò)展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，有鍵按下或I/O動(dòng)作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。繼電接觸器控制是按“并行”方式工作的，也就是按同時(shí)執(zhí)行的方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個(gè)繼電器同時(shí)動(dòng)作。因?yàn)镻LC的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級(jí)，所以一旦它們是交流220V的負(fù)載使用，則直流24V的負(fù)載只能使用其他組的輸出端了。③個(gè)人喜好方面：有些工程技術(shù)人員對(duì)某種品牌的PLC熟悉，所以一般比較喜歡使用這種產(chǎn)品。 西門子S7200系列可編程控制器單元的外形圖 PLC中PID算法的實(shí)現(xiàn)S7200 能夠進(jìn)行 PID 控制。積分環(huán)節(jié) ( I ) : 主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。在連續(xù)系統(tǒng)中, 典型的PID 閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖1 所示。變頻器容量的選擇是一個(gè)重要且復(fù)雜的問題，要考慮變頻器容量與電動(dòng)機(jī)容量的匹配，容量偏小會(huì)影響電動(dòng)機(jī)有效力矩的輸出，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至損壞裝置，而容量偏大則電流的諧波分量會(huì)增大，也增加了設(shè)備投資。TFT32包括一個(gè)安裝在被測液面上方的非接觸式超聲波傳感器探頭和變送器，沒有可動(dòng)部件。含氧量的檢測我選擇的是溶解氧變送器COS61傳感器，COS61傳感器水中溶解氧濃度的連續(xù)測量在水處理領(lǐng)域起著重要的作用。同時(shí)論證了變頻調(diào)速的可行性和必要性。而氧化溝中混合液的需氧量是不斷變化的, 影響 DO 值的因素有進(jìn)水水質(zhì)、氧轉(zhuǎn)移速率、微生物量及其活性和底物的去除速率。方便地進(jìn)行加減速控制,而且該技術(shù)用于一些高能耗設(shè)備的控制上, 具有非常顯著的節(jié)能效果,通過對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)改造,可使總耗電量減少 30% ~ 40% ,節(jié)能效果顯著, 同時(shí)便于使控制系統(tǒng)自動(dòng)化、高性能化。由于進(jìn)水水質(zhì)、流量等變化,氧化溝某一時(shí)段的需氧量也隨著變化,在大多數(shù)情況下,曝氣轉(zhuǎn)刷都工作在偏離氧量最大需求的狀態(tài)下,即曝氣轉(zhuǎn)刷按不變的設(shè)計(jì)指標(biāo)投入運(yùn)行,造成供氧量過大。因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)空載與負(fù)載時(shí)界限出功率變化不大。1）就地控制方式 將總變配電室內(nèi)低電壓配電柜上各轉(zhuǎn)刷的手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于手動(dòng)位置時(shí)直接在柜面上控制轉(zhuǎn)刷的開/停。因而 ORP 值也可作為控制曝氣轉(zhuǎn)刷的參數(shù)。先設(shè)定 DO 的濃度值(一般為 2mg/ L 左右) ,當(dāng)系統(tǒng)開始工作后, 溶解氧測定儀將實(shí)測 DO 值經(jīng)變送器轉(zhuǎn)變成控制標(biāo)準(zhǔn)電流輸入模擬塊, 經(jīng) A/ D 模數(shù)轉(zhuǎn)換后,進(jìn)入PL C 與設(shè)定的 DO值進(jìn)行比較。首先全部開啟轉(zhuǎn)刷,曝氣轉(zhuǎn)刷根據(jù)氧化溝的溶解氧值調(diào)整轉(zhuǎn)速和運(yùn)行臺(tái)數(shù)。DO值和 ORP 值的測試點(diǎn)應(yīng)位于最后( 相對(duì)于水流的方向)一個(gè)曝氣轉(zhuǎn)刷旁的彎道處, 如圖 4 所示, DO 值和ORP值測試點(diǎn)位置示意圖必要時(shí)在生產(chǎn)實(shí)踐中探索出最佳設(shè)置位置。PLC的模擬量輸出與變頻器的模擬量輸入連接，這樣可以進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。并按下停止按鈕去檢查故障，解決問題。近幾年來，我國新建的城市污水處理廠已經(jīng)大量應(yīng)用可編程控制器即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(dòng)控制領(lǐng)域的差距。水流速度傳感器將數(shù)據(jù)輸入PLC中。在此，首先我要感謝父母給予我入大學(xué)的機(jī)會(huì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)給我?guī)淼氖菍黼S時(shí)都能派上用場的諸多東西。其次，十分感激潘湘高老師在設(shè)計(jì)過程中提供的莫大幫助。水含氧量檢測傳感器將檢測到的數(shù)字量輸入PLC中。因而，氧化溝中的曝氣轉(zhuǎn)刷可采用PLC分站來實(shí)現(xiàn)控制，并與控制其它部分的PLC分站一起實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)污水處理廠的自動(dòng)控制。圖310報(bào)警電路PLC第4章 曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)PLC程序的表達(dá)方式基本有4種：梯形圖、指令表、邏輯功能圖和高級(jí)語言。報(bào)警是電氣自動(dòng)控制中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。在用方式 3 運(yùn)行時(shí), 溶解氧儀和氧化還原電位計(jì)探頭由于受水體中污染物和水流波動(dòng)的干擾, 測量精度受到影響, 因此每周應(yīng)對(duì)儀表進(jìn)行清洗和校驗(yàn)。反之,當(dāng)溶解氧低于設(shè)定值時(shí), 逐臺(tái)開啟轉(zhuǎn)刷至全部轉(zhuǎn)刷開啟。當(dāng)測定的 DO值比設(shè)定的 DO 值小時(shí), 逐漸增大變頻器的輸出頻率( 不超過工頻 50 Hz) 。曝氣轉(zhuǎn)刷有 3 種自動(dòng)控制方式:方式 1 為運(yùn)行時(shí)間表控制, 方式 2 為溶解氧的變頻調(diào)速控制,方式3為氧化還原電位的變頻調(diào)速控制。2）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)手動(dòng)控制方式 在控制中心配電柜上的手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于自動(dòng)位置時(shí),操作人員可在控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)上用鍵盤或鼠標(biāo)器控制轉(zhuǎn)刷的開/停。且還可以省去轉(zhuǎn)刷浸深調(diào)節(jié)系統(tǒng)。此時(shí)曝氣轉(zhuǎn)刷的負(fù)荷率下降,而曝氣轉(zhuǎn)刷仍全速運(yùn)轉(zhuǎn),造成了電能的浪費(fèi)。(2)曝氣轉(zhuǎn)刷工作性能 曝氣轉(zhuǎn)刷是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng),曝氣轉(zhuǎn)刷對(duì)電動(dòng)機(jī)來講是一種負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系。目前的氧化溝設(shè)計(jì), 多采用水下推動(dòng)器配合使用, 使轉(zhuǎn)刷只擔(dān)負(fù)充氧任務(wù)成為可能, 因而轉(zhuǎn)刷的變頻設(shè)置更為必要。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。溶解氧變送器COS61傳感器在污水處理中有以下優(yōu)勢(shì)：，實(shí)用性好。在危險(xiǎn)場合時(shí)，可裝安全柵以實(shí)現(xiàn)本安防爆。變頻器容量選擇可分三步：㈠了解負(fù)載性質(zhì)和變化規(guī)律，計(jì)算出負(fù)載電流的大小或作出負(fù)載電流圖 I=F(t)；㈡預(yù)選變頻器容量及其他；㈢校驗(yàn)預(yù)選變頻器。 K c 為比例系數(shù), TI 為積分時(shí)間常數(shù), TD 為微分時(shí)間常數(shù)。微分環(huán)節(jié) ( D ): 反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。 PID 是閉環(huán)控制系統(tǒng)的比例－積分－微分控制算法。西門子S7200系列西門子S7200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動(dòng)化。所以要盡可能選擇相同等級(jí)和種類的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。這種工作方式可以避免繼電器控制的接點(diǎn)競爭和時(shí)序失配問題。如果有與計(jì)算機(jī)等的通信請(qǐng)求，也在這段時(shí)間完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務(wù)。 CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條。（2）外設(shè)通信接口電路通信接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)點(diǎn)是兩者均為無觸點(diǎn)開關(guān)系統(tǒng)，不存在電弧現(xiàn)象，而且開關(guān)速度快，缺點(diǎn)是半導(dǎo)體器件的過載能力差。（2）輸出接口單元。CPU常用的微處理器有通用型微處理器，單片機(jī)和位片式計(jì)算機(jī)等?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）流速傳感器輸入（數(shù)字量）溶氧儀反饋值（數(shù)字量）變頻器曝氣機(jī)運(yùn)行PID算法含氧量水流速控制 基于PLC的氧化溝曝氣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。使用方便：對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入、輸出作很小的變動(dòng)時(shí)，只需修改相應(yīng)程序即可，無需對(duì)系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了現(xiàn)場調(diào)試的工作量，使用起來靈活方便。故此氧化溝曝氣機(jī)控制系統(tǒng)的主控制器采用可編程序控制器(PLC)。⑵隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM是可讀可寫存儲(chǔ)器，讀出時(shí)，RAM中的內(nèi)容不被破壞；寫入時(shí)，剛寫入的信息就會(huì)消除原有的信息。根據(jù)PLC實(shí)施控制的基本點(diǎn)的分析，PLC采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由CPU、RAM、ROM和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成，如圖22所示。由于通用計(jì)算機(jī)的巨大體積和高成本，無線嵌入到大多數(shù)對(duì)象體系中，單片機(jī)則應(yīng)運(yùn)而生。模擬氧化溝曝氧機(jī)的控制系統(tǒng)由可編程序控制器、變頻器、傳感器、曝氧機(jī)組成。使污水處理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理，對(duì)降低污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會(huì)和和諧社會(huì)、保持我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。它還有其他一些重要作用，如混合和攪拌。　　　　搖臂式微孔曝氣器因?yàn)橛醒趵寐矢摺z修方便等優(yōu)點(diǎn)，較多應(yīng)用在生產(chǎn)負(fù)荷較重、污水水質(zhì)較惡劣的一級(jí)生化系統(tǒng)；固定式動(dòng)態(tài)曝氣器則因?yàn)橛醒趵寐噬缘偷梢蚤L期保持，檢修困難但使用壽命長的特點(diǎn)，一般應(yīng)用在生產(chǎn)負(fù)荷較低，污水水質(zhì)較好的二級(jí)生化系統(tǒng)。與動(dòng)態(tài)曝氣器的結(jié)構(gòu)和性能類似的還有旋混曝氣器。開孔直徑過大，氧的利用率較低，開孔直徑過小，氧利用率高，但阻力增大?！　∥⒖灼貧夤艿男问接泻芏?，目前較為常用的有