【正文】 兩種：一種是由粗瓷或剛玉等燒結(jié)而成的普通曝氣管，這種管壁在燒結(jié)過程中產(chǎn)生許多極微小的孔隙，它的主要特點(diǎn)是能產(chǎn)生微小的氣泡，～，氣、液接觸面積大，氧利用率高，一般可達(dá)到20～25％；其缺點(diǎn)是氣壓損失較大，易堵塞，送入的空氣需經(jīng)過濾處理，易損壞，一旦損壞，氧利用率就開始快速下降。鼓風(fēng)機(jī)將空氣通過一系列管道輸送到安裝在池底部的曝氣器，通過曝氣器，使空氣形成不同尺寸的氣泡。從國外引進(jìn)污水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)已廣泛采用集散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了自動(dòng)化程度較高的檢測儀表，各種新工藝、新設(shè)備大量出現(xiàn)并得到應(yīng)用。我國城市污水處理設(shè)施的建設(shè)比較緩慢，城市污水處理率不到7％，大量污水未經(jīng)處理而直接排入江河、湖泊。而中國迅速進(jìn)行的工業(yè)化、城市化，不可避免地會(huì)加快水污染速度。由于水污染控制的相對(duì)滯后，受污染的水體逐年增加，也加劇了水資源的短缺。因此世界各國對(duì)城市污水都采用集中處理的辦法。與國外相比，我國污水處理自動(dòng)化控制起步較晚，七十年代開始采用熱工儀表，實(shí)行集體巡檢；八十年代應(yīng)用分析儀表和DCS系統(tǒng)；至九十年代，隨著一大批利用國際貸款的大型污水處理廠的建成投產(chǎn)，我國污水處理控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平有了很大提高?！　?）鼓風(fēng)曝氣設(shè)備　　鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)、曝氣器和一系列連通的管線組成?！　∑涔ぷ髟硎牵嚎諝鈴奈馀萜貧夤芎笊w的通氣孔進(jìn)入曝氣管，曝氣管的管壁上密布者許多細(xì)小的孔隙，管內(nèi)空氣在壓力差的作用下，從管壁的孔隙中擴(kuò)散出來，在污水形成許許多多微小的氣泡，并造成水的紊流，從而達(dá)到了將空氣中的氧溶入水中的目的。但由于這種膜片的開孔直徑直接影響到氧的利用率，因此，開孔直徑應(yīng)適當(dāng)。但由于產(chǎn)生氣泡的直徑較大，氧利用率相對(duì)微孔曝氣器要低，一般在15～19％之間。因此，這種曝氣器的使用壽命較長，可達(dá)8～10年。換言之，它是促進(jìn)氣體與液體之間物質(zhì)交換的一種手段。本設(shè)計(jì)開發(fā)的意義在于運(yùn)用西門子PLC對(duì)污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。對(duì)于其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我們可以利用PLC的模擬量模塊，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采樣處理，通過變頻器控制曝氧機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)曝氧機(jī)對(duì)污水處理氧化溝的控制。在單片機(jī)誕生之前，為了滿足工控對(duì)象的應(yīng)用要求，只能將通用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)械加固、電氣加固后嵌入到對(duì)象體系中構(gòu)成自動(dòng)駕駛儀、輪機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等。它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)控制要求，同時(shí)也照顧到現(xiàn)場電器操作維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，擯棄了微機(jī)常用的計(jì)算機(jī)編程語言的表達(dá)形式，獨(dú)具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)，而且調(diào)試和查錯(cuò)都變得很容易。系統(tǒng)程序一般包括下列幾部分：① 檢查程序；②翻譯程序；③監(jiān)控程序。此外，相對(duì)而言，PLC也更具有以下的優(yōu)勢：①PLC的軟件簡單易學(xué)、使用維護(hù)較為方便；②PLC集三電（即電控、電儀、電傳）于一體，適用各種規(guī)模的自動(dòng)化系統(tǒng)；③PLC可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；④PLC網(wǎng)絡(luò)的的性能價(jià)格比高。通用性好：由于可編程控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，一般有CPU 模塊、電源模塊、PID模塊、模擬輸入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統(tǒng)，對(duì)不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊即可，因而具有很好的適用性。PLC為核心控制器，通過檢測操作面板按鈕的輸入，流速傳感器的輸入，溶氧儀模擬量的輸入完成曝氧機(jī)運(yùn)行，停止和調(diào)速。存儲(chǔ)器（Memory）可編程控制器的控制中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承擔(dān)著將外部輸入的信號(hào)的狀態(tài)寫入映像寄存器區(qū)域，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域。一種是直流輸入，一種是交流輸入。晶閘管輸出型CPU通過光耦電路的驅(qū)動(dòng)，使雙向晶閘管通斷，可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載；晶體管輸出型CPU通過光耦電路的驅(qū)動(dòng)，使雙晶體管通斷，驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。根據(jù)被控制對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)和要求，確定用戶所需的輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放。②PLC檢查是否有與編程器和計(jì)算機(jī)的通信請求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理，如接收由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、出錯(cuò)信息等發(fā)送給編程器進(jìn)行顯示。而PLC是以反復(fù)掃描的方式工作的，它是循環(huán)地連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時(shí)刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說PLC是以“串行”方式工作的。這樣有可能造成輸出點(diǎn)數(shù)的浪費(fèi)，增加成本。通過對(duì)系統(tǒng)原理及控制要求分析可知，結(jié)合系統(tǒng)的控制電路圖（見附錄Ⅰ）可知：在氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)中我選用的是S7200 CPU 224。S7200 CPU 最多可以支持 8 個(gè) PID 控制回路（8 個(gè) PID 指令功能塊）。積分作用的強(qiáng)弱取決于積 分時(shí)間常數(shù)T， T越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。圖中sp ( t) 是給定值, p v ( t) 為反饋量, c( t) 為系統(tǒng)的輸出量,PID控制器的輸入輸出關(guān)系如式1 所示:式中: M ( t)為控制器輸出, M 0 為輸出的初始值,e( t) = sp ( t) p v ( t) 為誤差信號(hào)。在滿足生產(chǎn)機(jī)械要求的前提下，變頻器容量越小越經(jīng)濟(jì)。通常超聲波傳感器探頭安裝在罐頂，超聲波變送器安裝在附近方便的地方。廣泛應(yīng)用于污水處理中，活性污泥池中通過氧的測量和調(diào)節(jié)以便在生物降解過程中達(dá)到高效。全面介紹了在實(shí)際應(yīng)用中曝氣轉(zhuǎn)刷的三種控制方式, 其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制方式中的變頻調(diào)速控制可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。因而, 在采用氧化溝工藝的污水處理廠的自動(dòng)控制中, 采用變頻器對(duì)曝氣轉(zhuǎn)刷進(jìn)行變頻調(diào)速, 使之根據(jù) DO 值的變化在一定范圍內(nèi)( 35 rpm~ 75 rpm) 降低或提高曝氣轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)速, 不僅能保證良好的污水處理效果, 而且還有顯著的節(jié)能效果。工藝專業(yè)工程師常采用單速或雙速驅(qū)動(dòng)電機(jī),忽略了調(diào)頻節(jié)電的經(jīng)濟(jì)效果。當(dāng)氧化溝中混合液溶解氧量過高,需要減小曝氣量時(shí),通常的控制方法是降低可調(diào)式溢流堰,減小曝氣轉(zhuǎn)刷的浸深。而采用變頻調(diào)速方法調(diào)節(jié),充氧能力稍有減小( 即轉(zhuǎn)速稍有降低) , 消耗功率便有較大幅度的減小。從安全生產(chǎn)考慮,就地設(shè)置是十分必要的,由維修人員控制,必要時(shí)設(shè)置更為安全的保護(hù)措施。相應(yīng)地有氧化還原電位的變頻調(diào)速控制的方式。對(duì)比較得出的偏差進(jìn)行 PID( 比例、積分、微分) 運(yùn)算,并以此結(jié)果控制變頻器的輸出頻 率, 以調(diào)整曝氣轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)速, 使曝氣轉(zhuǎn)刷的充氧能力得到改變。當(dāng)溶解氧測量測量值高于設(shè)定值時(shí),逐臺(tái)降低裝有變頻器的曝氣轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)速,若溶解氧仍高于設(shè)定值, 逐臺(tái)關(guān)閉曝氣轉(zhuǎn)刷至所需溶解氧設(shè)定值。在設(shè)計(jì)上溶解氧儀和氧化還原電位計(jì)輸入信號(hào)連接在PLC不同的輸入模塊上, 以免由于模塊的損壞造成控制失調(diào)。PLC與變頻器進(jìn)行通訊控制，但是要求變頻器與PLC擁有同一的通訊硬件架構(gòu)與通訊協(xié)議。其外接電路圖如下圖310所示。曝氧機(jī)控制系統(tǒng)是利用PLC作為主控制器，變頻器，傳感器輔助控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)。通過PLC來控制閥門，從而調(diào)節(jié)流速。父母是偉大的，因?yàn)樗麄儾晦o辛勞地工作來供我讀書、消費(fèi)，這也成為我在學(xué)習(xí)過程中不斷向前的動(dòng)力。附錄A 污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的控制電路圖附錄B 對(duì)應(yīng)梯形圖的指令表㈠：ST X 0 OR R 0 AN/ X 1 OT R 0 ST R 0 AN/ X 1 PSHS OT Y 0 RDS OT Y 1 POPS F0 (MV) WX 9 DT 0 ST DT 0 K 0 AN= DT 0 K 14 PSHS RST Y 2 RDS RST Y 3 POPS SET Y 4 ST DT 0 K 14 AN= DT 0 K 28 PSHS RST Y 2 RDS SET Y 3 POPS RST Y 4 ST DT 0 K 28 ㈡：AN= DT 0 K 42 PSHS RST Y 2 RDS SET Y 3 POPS SET Y 4 ST DT 0 K 42 AN= DT 0 K 56 PSHS SET Y 2 RDS RST Y 3POPS RST Y 4 ST DT 0 K 56 AN= DT 0 K 70 PSHS SET Y 2 RDS RST Y 3 POPS SET Y 4 ST DT 0 K 70 AN= DT 0 K 84 PSHS SET Y 2 ㈢： RDS SET Y 3 POPS RST Y 4 ST DT 0 K 84 PSHSSET Y 2 RDS SET Y 3 POPS SET Y 4 ST R 0 AN/ T 11 PSHS AN/ T 1 OR T 4 AN/ T 5 OR T 8 OT Y 5 POPS TM X 0 K 50 ST T 0 AN/ T 11 PSHS ST/ T 2 OR T 4 AN/ T 5 ST T 7 AN/ T 9 ORS OR T 10 OT Y 6 POPS TM X 1 K 100 ST T 1AN/ T 11 PSHS ㈣：ST/ T 3 OR T 4 AN/ T 5 ST T 6 AN/ T 8 ORS OR T 10 OT Y 7 POPS TM X 2 K 50 ST T 2 AN/ T 11 PSHS AN/ T 7 OR T 10 OT Y 8 POPS TM X 3 K 100 ST T 3 AN/ T 11 TM X 4 K 50 ST T 4 AN/ T 11 TM X 5 K 600 ST T 5AN/ T 11 TM X 6 K 50 ST T 6 AN/ T 11 TM X 7 K 100 ST T 7 AN/ T 11 TM X 8 K 50 ST T 8 AN/ T 11 TM X 9 K 100 ST T 9 ㈤：AN/ T 11 TM X 10 K 50 ST T 10 AN/ T 11 TM X 11 K 600 ST X 2 AN/ X 1 OT Y 9 ST X 3 AN/ X 1 OT Y A ST X 2 OR X 3 AN/ X 1 OT Y B E