【正文】 在設(shè)計(jì)過程中主要從硬件和軟件兩個(gè)方面的問題進(jìn)行，工業(yè)污水處理系統(tǒng)中，主要的硬件問題包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件選型和PLC的外圍電路設(shè)計(jì)和接線處。而轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)根據(jù)溶解氧儀反饋的模擬量經(jīng)PLC運(yùn)算后通過變頻器控制其進(jìn)行工頻運(yùn)行還是變頻運(yùn)行，進(jìn)行加速還是減速運(yùn)行，同時(shí)控制分離機(jī)的運(yùn)行與停止。調(diào)試時(shí)，可根據(jù)功能模塊分類分別調(diào)試，最后進(jìn)行總體調(diào)試。USS協(xié)議是主從結(jié)構(gòu)的協(xié)議，規(guī)定了在USS 總線上可以有一個(gè)主站和最多30 個(gè)從站；總線上的每個(gè)從站都有一個(gè)站地址（在從站參數(shù)中設(shè)定），主站依靠它識(shí)別每個(gè)從站；每個(gè)從站也只對(duì)主站發(fā)來的報(bào)文做出響應(yīng)并回送報(bào)文，從站之間不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。其PID調(diào)節(jié)的模糊控制過程與上述兩個(gè)非線性控制環(huán)節(jié)類似，具有大時(shí)滯、非線性的特點(diǎn)。另外，COD檢測儀的價(jià)格也較昂貴，增加了控制系統(tǒng)的成本。（3）若液面處于最高位和最低位之間，啟動(dòng)污泥回流泵。 粗格柵系統(tǒng)工作流程圖如圖44所示。（1）系統(tǒng)上電后，按下自動(dòng)啟動(dòng)確認(rèn)按鈕，啟動(dòng)潛水?dāng)嚢杵骱凸文鄼C(jī)。 pH mV：177。它集超聲波傳感器、溫度補(bǔ)償電路、運(yùn)算主機(jī)為一體的非接觸式液位差測量儀器。電動(dòng)機(jī)符合JB/ Y2系列(1P54)三相異步電動(dòng)機(jī)（機(jī)座號(hào)63～355）技術(shù)條件。而針對(duì)這種想象一般要采取電壓補(bǔ)償法。PAM需要同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)部分：整流部分和逆變部分，兩者之間還必須滿足一定的關(guān)系，故控制電路比較復(fù)雜，因此比較少用。模塊化：產(chǎn)品本體上可以附加輔助觸頭，通電/斷電延時(shí)觸頭，機(jī)械閉鎖等模塊。8點(diǎn)DC輸入8點(diǎn)輸出型。在自動(dòng)方式下進(jìn)行閉環(huán)控制，系統(tǒng)根據(jù)檢測到外部傳感器的狀態(tài)對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟?？刂疲涔ぷ鬟^程如下。(4）沉淀系統(tǒng)。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院第3章 硬件系統(tǒng)配置氧化溝是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)的不同形成了不同的氧化方法例如，奧貝爾、卡魯賽爾和一體化氧化溝法，對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)，其配套的設(shè)備也有較大的不同，所以其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不同的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不同的控制系統(tǒng)，因此需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。工業(yè)污水處理系統(tǒng)信號(hào)輸入檢測方面主要涉及四類信號(hào)的監(jiān)測，主要包括：按鈕的輸入檢測、液位差的輸入檢測、液位高低的輸入檢測，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是由DCS和PLC發(fā)展而來的，是基于現(xiàn)場總線的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在除砂池系統(tǒng)中細(xì)格柵和轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)進(jìn)一步凈化污水中的細(xì)小顆粒物體，將污水中的細(xì)小沙粒濾除后進(jìn)入氧化溝反應(yīng)池。高負(fù)荷段停留時(shí)間約為20~40min，以生物絮凝吸附作用為主，同時(shí)發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，去除BOD達(dá)50%以上。傳統(tǒng)活性污泥處理法是一種最古老的工業(yè)污水處理工藝，其工業(yè)污水處理的關(guān)鍵組成部分為沼氣池與沉淀池，主要處理部分關(guān)系框圖如圖21所示。污水污染物可根據(jù)化學(xué)性質(zhì)和物理形態(tài)進(jìn)行不同的分類。其中處理過的污水還可以循環(huán)再利用，由于我國是一個(gè)水資源匱乏的國家，而且時(shí)空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水?！捌呶濉焙汀鞍宋濉惫リP(guān)項(xiàng)目在氧化塘、土地處理和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術(shù)方面的研究較多，以這些成果為設(shè)計(jì)依據(jù)，建立了一些氧化塘、土地處理等污水示范工程。我國北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢、水位下降、湖泊干涸、河水?dāng)嗔?、生態(tài)惡化。保證污水處理過程中的正常運(yùn)行，減少運(yùn)行成本成為相關(guān)部門所關(guān)注的問題。雖然我國在這方面投入的人員遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家，但數(shù)據(jù)顯示我國城市污水處理的處理深度和發(fā)達(dá)國家有不小的差距，這樣就更加重視污水對(duì)現(xiàn)代人們生活造成的影響。淡水資源的短缺己經(jīng)成為我國急需解決的問題。在人工處理技術(shù)方面，“八五”對(duì)高負(fù)荷活性污泥、高負(fù)荷生物膜、一體化氧化溝技術(shù)進(jìn)行了深入研究。所以水資源也是一種保護(hù)。按化學(xué)性質(zhì)，污水中的污染物質(zhì)可分為無機(jī)性物質(zhì)和有機(jī)性物質(zhì)，其化學(xué)元素以炭、氮、磷為主。曝氣池（微生物吸附有機(jī)物氧化為無機(jī)物）沉淀池（活性泥下沉）回流活性泥原污水清水排出圖21傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖污水中的有機(jī)物在曝氣池停留的過程中，曝氣池中的微生物吸附污水中的大部分有機(jī)物，并且在曝氣池中被氧化成無機(jī)物，然后在沉淀池中經(jīng)過沉淀后的部分活性泥需要回流到曝氣池中。B段與常規(guī)活性污泥法相識(shí)，負(fù)荷較低。在該氧化溝系統(tǒng)中進(jìn)行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，此環(huán)節(jié)用到一些化學(xué)藥劑來加強(qiáng)處理效果，如復(fù)合堿、氯氣、油絮凝劑等。該系統(tǒng)按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間，以及智能設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，從而實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)：可以用計(jì)算機(jī)豐富的軟件、硬件資源。（1）按鈕輸入檢測。工業(yè)污水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)備較多，在氧化溝中其控制過程及原理大致相同，都是通過控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)污水中的含氧量，其基本組成如圖31所示。沉淀系統(tǒng)主要設(shè)備為刮泥機(jī)，其功能是對(duì)進(jìn)行氧化溝處理后的污水進(jìn)行物理沉淀，將污泥和清水分離，刮泥機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)后就開始持續(xù)運(yùn)行。(1）接通電源，啟動(dòng)自動(dòng)控制方式，啟動(dòng)潛水?dāng)嚢杵骱凸文鄼C(jī)。正好可以滿足控制系統(tǒng)的I/O需求。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星三角起動(dòng)器。（2）脈寬調(diào)制(PWM)實(shí)現(xiàn)方法就是在每半個(gè)周期內(nèi)，把輸出電壓的波形分割成若干個(gè)脈沖波，每個(gè)脈沖的寬度為t1，每個(gè)脈沖間的間隔寬度為t2，則脈沖的占空比Υ=tl/(t2+tl)。新系列的變頻器一般都提供了設(shè)置自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能。 型號(hào)含義：如Y2200L12Y：“Y2”表示異步電動(dòng)機(jī)第二次改型設(shè)計(jì)，“200”表示中心高，“L”表示機(jī)座長短號(hào)，“1”表示鐵心長度序號(hào)，“2”表示極數(shù)，“Y”表示第一種設(shè)計(jì)（可省略）。超聲波液位差計(jì)具有精度高，壽命長，穩(wěn)定可靠，安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)。% FS 溶解氧：177。（2）啟動(dòng)粗格柵系統(tǒng)。圖44粗格柵系統(tǒng)工作流程圖潛水泵程序主要控制潛水泵的運(yùn)行和停止，其工作過程包括以下幾個(gè)方面：（1）自動(dòng)過程開始啟動(dòng)潛水泵。（4）若液面高于最高位傳感器時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)。所以有必要找出簡單、可行的控制參數(shù)。由于混凝過程的復(fù)雜性和多變性，混凝投藥的自動(dòng)控制一直受到控制行業(yè)和污水行業(yè)專家的普遍關(guān)注。另外，還有一種廣播通訊方式，主站可以同時(shí)給所有從站發(fā)送報(bào)文，從站在接收到報(bào)文并做出相應(yīng)的響應(yīng)后可不回送報(bào)文。 在該控制程序中，需要根據(jù)外界輸入的狀態(tài)來控制清污機(jī)、潛水泵，以及污泥回流泵的啟停，因此需要按照液位傳感器和液位差計(jì)反饋來的信息進(jìn)行判斷處理，然后再進(jìn)行輸出控制。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：①污泥回流系統(tǒng)啟動(dòng)首先檢測液面高低，若低于最低位傳感器，啟動(dòng)定時(shí)。在PLC的外圍硬件連線方面，主要是增加一些保護(hù)設(shè)備。熟悉了PLC硬件的工作原理，完成了整個(gè)系統(tǒng)的模擬調(diào)試，通過對(duì)系統(tǒng)的不斷修改和調(diào)試，基本上達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。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)。在STEP7Micro/WIN32軟件中，通過編程，將編好的程序下載到PLC中進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，檢查程序是否有錯(cuò)誤，是否能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能控制。 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(dòng)產(chǎn)品的通用通訊協(xié)議，它是一種基于串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的協(xié)議。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。雖然有COD濃度在線檢測儀可以在線檢測，但仍存在滯后（30分鐘左右），測量結(jié)果嚴(yán)重滯后于實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，不能及時(shí)反映實(shí)際情況。（2）定時(shí)到，若液面仍低于最低位傳感器則停止回流泵運(yùn)行。（5）液面差值低于設(shè)定值，停止清污機(jī)運(yùn)行。圖42手動(dòng)操作模式流程圖 處于自動(dòng)方式時(shí)，系統(tǒng)上電后，按下自動(dòng)啟動(dòng)確認(rèn)后系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)開始工作，其工作過程包括以下幾個(gè)方面。 mV，溶解氧：（0~）mg/L(ppm)；（0~）% 溫度：（10~110）℃精確度：pH：177。采用先進(jìn)的嵌入式微處理技術(shù)，使其測控儀器達(dá)到了高度的數(shù)字化和智能化。中心高63～355mm，~315kW。這無疑給變頻調(diào)速帶來了瑕點(diǎn)。（1）脈幅調(diào)制(PAM)實(shí)現(xiàn)方法就是調(diào)節(jié)頻率的同時(shí)，也改變直流電壓的振幅值。強(qiáng)通用性：具有50Hz60Hz通用線圈，可以全世界通用。在此采用EM223輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊。32電氣控制系統(tǒng)框圖在手動(dòng)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(jìn)行控制。污水回流系統(tǒng)的污泥回流泵將剩余的污泥及使用過的污泥進(jìn)行處理，該設(shè)備的運(yùn)行與停止主要根據(jù)泵房內(nèi)液位傳感器的狀態(tài)，當(dāng)液位低于某個(gè)值時(shí)停止回流泵的運(yùn)行；當(dāng)液位持續(xù)高于某個(gè)高位時(shí)，回流泵停止運(yùn)行同時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)；液位處于正常狀態(tài)時(shí)，回流泵正常運(yùn)行。（2）模擬量輸出通過PLC中PID運(yùn)算后的數(shù)據(jù)，通過其功能模塊輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)輸入到變頻器的控制端子上，改變變頻器的輸出頻率，從而控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，最后達(dá)到控制污水中含氧量的要求。 利用PLC作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉及兩個(gè)方面：一是信號(hào)輸入；二是控制輸出信號(hào)。（2）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。：本工業(yè)污水處理工藝流程圖如下圖24所示：圖24 工藝流程圖污水由進(jìn)水系統(tǒng)通過粗格柵和清污機(jī)進(jìn)行初步排除大塊雜質(zhì)物體，到達(dá)除砂池中。A/B法是吸附生物降解法的簡稱，該工藝沒有初沉淀，將曝氣池分為高低負(fù)荷兩段，并分別有獨(dú)立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。（1） 傳統(tǒng)活性污泥法。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。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)。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。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。工業(yè)用水占據(jù)了很大一部分比例，如果這些污水無凈化排出必定會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成很大的污染，從而工業(yè)污水的處理在是當(dāng)下社會(huì)急需解決的問題。造成這種結(jié)果的原因主要有幾個(gè)方面：污水處理管理水平低、自動(dòng)控制手段差。我國淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重。研究成果己被應(yīng)用于大批工業(yè)污水處理廠。因此，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對(duì)于工業(yè)污水處理非常有必要。按物理形態(tài)，污水中的污染物質(zhì)可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質(zhì)、膠體污染物質(zhì)和溶解性污染物質(zhì)。該工藝的優(yōu)點(diǎn)有：有機(jī)物去除率高，污泥負(fù)荷高，池的容積小，耗電省，運(yùn)行成本低。AB法中A段效率很高，并有較強(qiáng)的緩沖能力。對(duì)污水進(jìn)行除油、消毒、調(diào)整PH值。響應(yīng)快，實(shí)時(shí)性好。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測，主要有自動(dòng)按鈕、手動(dòng)按鈕、格柵機(jī)啟動(dòng)按鈕、清污機(jī)啟動(dòng)按鈕、潛水泵啟動(dòng)按鈕、潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動(dòng)按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機(jī)工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減速按鈕等。圖31工業(yè)污水處理系統(tǒng)基本組成示意圖(1）進(jìn)水系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中用到一定化學(xué)藥劑主要包括混凝劑、絮凝劑、復(fù)合堿等，主要用來調(diào)節(jié)改善混凝條件及絮凝體結(jié)構(gòu)，利用高分子助凝劑的強(qiáng)烈吸附架橋作用，使細(xì)小松散的絮凝體變的粗大而緊密，容易發(fā)生沉降。(2）運(yùn)行粗、細(xì)格柵機(jī)，進(jìn)行間歇運(yùn)行，即運(yùn)行一段時(shí)間然后停止一段時(shí)間，循環(huán)進(jìn)行。在該系統(tǒng)中，還需要采集模擬量并利用模擬量控制的功能要求，因此需要在擴(kuò)展一個(gè)模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊。變頻器的功能是將頻率固定的(通常為50Hz)的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。這時(shí)電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時(shí)，不改變直流電壓的幅值，而是改變輸出電壓脈沖的占空比，同樣可以實(shí)現(xiàn)變頻也變壓的效果。變頻器可以根據(jù)電流的大小自動(dòng)地決定補(bǔ)償?shù)某潭取?第2種設(shè)計(jì)是滿載時(shí)有較高效率，更適用于長期運(yùn)行和負(fù)載率較高的使用場合，如水泵、風(fēng)機(jī)配套，此設(shè)計(jì)稱為Y2E系列，中心高80～280mm，～90kW。溶解氧（DO）是指溶解在水中的氧氣，它在河流、湖泊、海洋中都大量的存在，是檢測水質(zhì)和環(huán)境污染程度的主要指標(biāo)。 mg/L 溫度：177。（3）啟動(dòng)潛水泵。（2）檢測液面高度，低于最低位傳感器時(shí)，開始定時(shí)防止誤判。（5）定時(shí)到，若液面仍處于最高位傳感器時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)。在好氧反應(yīng)過程中，參與工業(yè)污水處理的是以好氧菌為主體的微生物，決定其處理效果的關(guān)鍵因素是反應(yīng)池中溶解氧的含量。 PID控制對(duì)于工業(yè)控制過程, 常規(guī)的 PID 控制器具有原理簡單、使用方便、穩(wěn)定可靠、無靜差等優(yōu)點(diǎn)，因此在控制理論和技術(shù)飛躍發(fā)展的今天，在工業(yè)控制領(lǐng)域仍具有強(qiáng)大的生命力。在使用USS協(xié)議之前，需要先安裝西門子的指令庫。通過系統(tǒng)調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)PLC在系統(tǒng)控制中的手動(dòng)、自動(dòng)模式的控制。②定時(shí)到，若液面仍低于最低位傳感器則停止回流泵運(yùn)行。由于輸出都是何接觸器等元件連接，接觸器的突然斷開和閉合會(huì)形成突波對(duì)PLC的輸出端子造成損壞，因此需要加裝一些保護(hù)裝置，例如，續(xù)流二極管等，增加觸點(diǎn)的壽命。進(jìn)一步加深了解了PLC在實(shí)踐當(dāng)中的應(yīng)用。④檢測液面處于中位和高位傳感器之間時(shí)，開始定時(shí)防止誤判。硬件功能調(diào)試主要是測試硬件的功能是否正常，這部分的調(diào)試內(nèi)容包括：（1）供電線路的設(shè)置和檢驗(yàn)，主要用萬用表檢測電路的連通是否實(shí)現(xiàn)，以及保證接線的正確性，防止220V與24V線路的錯(cuò)位接線發(fā)生；（2）電機(jī)直接加三相電源調(diào)試，檢測電機(jī)工作狀態(tài)；（3）變頻器單獨(dú)調(diào)試，檢測能否正常進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；（4）變頻器加電機(jī)進(jìn)行調(diào)試，檢測能否正常進(jìn)行變頻調(diào)速，在外部控制模式下，控制端子是否能正?？刂齐姍C(jī)啟動(dòng)，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速等；（5）PLC單獨(dú)檢測，檢查PLC單元能否正常工作，指示燈是否正常，該部分工作實(shí)際上在計(jì)算機(jī)模擬調(diào)試前就己經(jīng)完成；（6）PLC加變頻器聯(lián)機(jī)調(diào)試，檢查PLC、變頻器是否能實(shí)現(xiàn)對(duì)此系統(tǒng)控制；經(jīng)過測試，結(jié)果表明上述功能一切正常，可以進(jìn)行總體調(diào)試。為此在常規(guī)的PID控制基礎(chǔ)上，采用模糊推理的方法，對(duì)PID的控制參數(shù)進(jìn)行在線自整定，從而完善PID控制器的性能，使其適應(yīng)控制系統(tǒng)的參數(shù)變化和工作條。圖411氯氣投加自控原理圖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能的絮凝體，達(dá)到泥水充分分離的處理效果，需進(jìn)行絮凝劑投加。COD的檢測比較精確，但方法繁瑣，耗時(shí)