【正文】 父母是偉大的，因為他們不辭辛勞地工作來供我讀書、消費，這也成為我在學(xué)習(xí)過程中不斷向前的動力。曝氧機控制系統(tǒng)是利用PLC作為主控制器，變頻器，傳感器輔助控制來實現(xiàn)對曝氣機的轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)。PLC與變頻器進行通訊控制，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。當溶解氧測量測量值高于設(shè)定值時,逐臺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, 逐臺關(guān)閉曝氣轉(zhuǎn)刷至所需溶解氧設(shè)定值。相應(yīng)地有氧化還原電位的變頻調(diào)速控制的方式。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。工藝專業(yè)工程師常采用單速或雙速驅(qū)動電機,忽略了調(diào)頻節(jié)電的經(jīng)濟效果。全面介紹了在實際應(yīng)用中曝氣轉(zhuǎn)刷的三種控制方式, 其中計算機系統(tǒng)自動控制方式中的變頻調(diào)速控制可以實現(xiàn)節(jié)能。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。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。S7200 CPU 最多可以支持 8 個 PID 控制回路（8 個 PID 指令功能塊）。這樣有可能造成輸出點數(shù)的浪費，增加成本。②PLC檢查是否有與編程器和計算機的通信請求，若有則進行相應(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)、出錯信息等發(fā)送給編程器進行顯示。根據(jù)被控制對象對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點數(shù)。一種是直流輸入，一種是交流輸入。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運行，停止和調(diào)速。此外，相對而言，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)模的自動化系統(tǒng)；③PLC可靠性高、抗干擾能力強；④PLC網(wǎng)絡(luò)的的性能價格比高。它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實時控制要求，同時也照顧到現(xiàn)場電器操作維護人員的技能和習(xí)慣，擯棄了微機常用的計算機編程語言的表達形式，獨具風(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)試和查錯都變得很容易。對于其控制系統(tǒng)的設(shè)計，我們可以利用PLC的模擬量模塊，對數(shù)字信號進行采樣處理，通過變頻器控制曝氧機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)曝氧機對污水處理氧化溝的控制。換言之，它是促進氣體與液體之間物質(zhì)交換的一種手段。但由于產(chǎn)生氣泡的直徑較大，氧利用率相對微孔曝氣器要低，一般在15～19％之間?！　∑涔ぷ髟硎牵嚎諝鈴奈馀萜貧夤芎笊w的通氣孔進入曝氣管，曝氣管的管壁上密布者許多細小的孔隙，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，從而達到了將空氣中的氧溶入水中的目的。與國外相比，我國污水處理自動化控制起步較晚，七十年代開始采用熱工儀表，實行集體巡檢；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)的自動化水平有了很大提高。由于水污染控制的相對滯后，受污染的水體逐年增加，也加劇了水資源的短缺。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。鼓風(fēng)機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。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。　　　　搖臂式微孔曝氣器因為有氧利用率高、檢修方便等優(yōu)點，較多應(yīng)用在生產(chǎn)負荷較重、污水水質(zhì)較惡劣的一級生化系統(tǒng)；固定式動態(tài)曝氣器則因為有氧利用率稍低但可以長期保持，檢修困難但使用壽命長的特點，一般應(yīng)用在生產(chǎn)負荷較低，污水水質(zhì)較好的二級生化系統(tǒng)。使污水處理實現(xiàn)自動化處理，對降低污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會和和諧社會、保持我國經(jīng)濟高速發(fā)展具有重要意義。由于通用計算機的巨大體積和高成本，無線嵌入到大多數(shù)對象體系中，單片機則應(yīng)運而生。⑵隨機存儲器RAM是可讀可寫存儲器，讀出時，RAM中的內(nèi)容不被破壞；寫入時，剛寫入的信息就會消除原有的信息。使用方便：對于不同的控制系統(tǒng)，當硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入、輸出作很小的變動時，只需修改相應(yīng)程序即可，無需對系統(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。CPU常用的微處理器有通用型微處理器，單片機和位片式計算機等。優(yōu)點是兩者均為無觸點開關(guān)系統(tǒng)，不存在電弧現(xiàn)象，而且開關(guān)速度快，缺點是半導(dǎo)體器件的過載能力差。 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。這種工作方式可以避免繼電器控制的接點競爭和時序失配問題。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)測及控制的自動化。微分環(huán)節(jié) ( D ): 反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。變頻器容量選擇可分三步：㈠了解負載性質(zhì)和變化規(guī)律，計算出負載電流的大小或作出負載電流圖 I=F(t)；㈡預(yù)選變頻器容量及其他；㈢校驗預(yù)選變頻器。溶解氧變送器COS61傳感器在污水處理中有以下優(yōu)勢：，實用性好。目前的氧化溝設(shè)計, 多采用水下推動器配合使用, 使轉(zhuǎn)刷只擔負充氧任務(wù)成為可能, 因而轉(zhuǎn)刷的變頻設(shè)置更為必要。此時曝氣轉(zhuǎn)刷的負荷率下降,而曝氣轉(zhuǎn)刷仍全速運轉(zhuǎn),造成了電能的浪費。2）計算機系統(tǒng)手動控制方式 在控制中心配電柜上的手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)置于自動位置時,操作人員可在控制室內(nèi)的計算機上用鍵盤或鼠標器控制轉(zhuǎn)刷的開/停。當測定的 DO值比設(shè)定的 DO 值小時, 逐漸增大變頻器的輸出頻率( 不超過工頻 50 Hz) 。在用方式 3 運行時, 溶解氧儀和氧化還原電位計探頭由于受水體中污染物和水流波動的干擾, 測量精度受到影響, 因此每周應(yīng)對儀表進行清洗和校驗。圖310報警電路PLC第4章 曝氧機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計PLC程序的表達方式基本有4種：梯形圖、指令表、邏輯功能圖和高級語言。水含氧量檢測傳感器將檢測到的數(shù)字量輸入PLC中。畢業(yè)設(shè)計給我?guī)淼氖菍黼S時都能派上用場的諸多東西。水流速度傳感器將數(shù)據(jù)輸入PLC中。并按下停止按鈕去檢查故障，解決問題。DO值和 ORP 值的測試點應(yīng)位于最后( 相對于水流的方向)一個曝氣轉(zhuǎn)刷旁的彎道處, 如圖 4 所示, DO 值和ORP值測試點位置示意圖必要時在生產(chǎn)實踐中探索出最佳設(shè)置位置。先設(shè)定 DO 的濃度值(一般為 2mg/ L 左右) ,當系統(tǒng)開始工作后, 溶解氧測定儀將實測 DO 值經(jīng)變送器轉(zhuǎn)變成控制標準電流輸入模擬塊, 經(jīng) A/ D 模數(shù)轉(zhuǎn)換后,進入PL C 與設(shè)定的 DO值進行比較。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/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)置于手動位置時直接在柜面上控制轉(zhuǎn)刷的開/停。由于進水水質(zhì)、流量等變化,氧化溝某一時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)計指標投入運行,造成供氧量過大。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。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。變頻器容量的選擇是一個重要且復(fù)雜的問題，要考慮變頻器容量與電動機容量的匹配，容量偏小會影響電動機有效力矩的輸出，影響系統(tǒng)的正常運行，甚至損壞裝置，而容量偏大則電流的諧波分量會增大，也增加了設(shè)備投資。積分環(huán)節(jié) ( I ) : 主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。③個人喜好方面：有些工程技術(shù)人員對某種品牌的PLC熟悉，所以一般比較喜歡使用這種產(chǎn)品。繼電接觸器控制是按“并行”方式工作的，也就是按同時執(zhí)行的方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個繼電器同時動作。如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，有鍵按下或I/O動作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。雙向晶閘管和晶體管輸出型輸出分別具有驅(qū)動交、直流負載的能力。這樣，即使某個CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。體積小：由于在制造時采用了大規(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，實現(xiàn)了小型化。 在PLC中使用的兩種類型存儲器為ROM何RAM，現(xiàn)說明如下： ⑴只讀存儲器ROM中的內(nèi)容是由PLC的制造廠家寫入的系統(tǒng)程序，并且永遠駐留(PLC去電后再加電，ROM內(nèi)容不變)。 系統(tǒng)主控器的比較與選擇 單片機在我國，單片機已不陌生，它的出現(xiàn)是近代計算機技術(shù)的里程碑事件，因為單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支。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。這3種失效形式一般可以通過合理選型，正確選材，嚴把質(zhì)量關(guān)等方法來避免。因此，污水不會倒流而堵塞孔眼?！　∷械钠貧庠O(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；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)。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。據(jù)統(tǒng)計，2000年我國城市污水排放量已達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。可以說我國污水處理自動化的現(xiàn)狀是：手動和自動皆備，自制和引用并舉。另一種是管式膜片微孔曝氣管?！　?）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?？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。水流速度傳感器將數(shù)據(jù)輸入PLC中。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。 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。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。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）。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。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。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。 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。 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)。 TFT32用面板上的兩個鍵進