【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 控制。 （ 1）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì) DCS 和 PLC 的改進(jìn)，得出自動(dòng)化控制。該系統(tǒng)按照公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間，通過(guò)通信協(xié)議，運(yùn)用智能設(shè)備與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)鏈接與傳遞，從 而實(shí)現(xiàn)了控制與管理。優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為：豐富的硬、軟件搭配，使計(jì)算機(jī)能快速反應(yīng)，具有良好的實(shí)時(shí)性，公開(kāi)的通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)了不同產(chǎn)品的互相連接。 （ 2） DCS 系統(tǒng)。 DCS 被叫做分布式計(jì)算機(jī)控制，業(yè)界簡(jiǎn)稱為分散控制系統(tǒng)。其包含了信號(hào)處理、測(cè)量監(jiān)控、通信網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)操作。 它 通過(guò) 過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí) 構(gòu) 成的以通信網(wǎng)絡(luò)為 橋梁 的多級(jí)計(jì)算機(jī) 控制 系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、通訊、顯示和控制等技術(shù)，其 優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了 分散控制 的需求，通過(guò) 集中操作 ， 分級(jí) 分層的 管理 ，又由于 配置靈活 并且其擴(kuò)展能力強(qiáng)， 組態(tài)方便 ，軟硬件資源豐富等一系列特點(diǎn)，使其運(yùn)用頗多 。 （ 3） PLC 系統(tǒng)。 PLC 也就是可編程邏輯控制器 ,其就是一種 可 編程 的 存儲(chǔ)器 ，它不但實(shí)現(xiàn)了其控制系統(tǒng)的的需求，通過(guò) 內(nèi)部存儲(chǔ)程序 與 執(zhí)行邏輯運(yùn)算 ， 定時(shí)向用戶 發(fā)布 指令，并通過(guò)模擬式控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 作為系統(tǒng)控制器，通過(guò)與上位機(jī)的連接，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 其功能特點(diǎn)是：編程簡(jiǎn)單、性能價(jià)格比高、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、調(diào)試工作量少、維修方便、模塊化結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)周期短等特點(diǎn)。 生活污水處理系統(tǒng)的功能要求 長(zhǎng)期以來(lái)，生活污水處理系統(tǒng)的功能就是凈化城市用水，使生活用水達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。雖然污水處理技術(shù)水平在不斷發(fā)展，但是還是趕不上城市的發(fā)展需求。資金短缺和設(shè)備運(yùn)行率低嚴(yán)重的阻礙了城市的發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)高效率、低耗能、簡(jiǎn)單化的需求，而且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的要求，我們把目標(biāo)定在了可編程邏輯控制器上，顯然 PLC 是個(gè)更好的選擇。 PLC 以其簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和可靠的性能，使整個(gè)污水處理過(guò)程 變得輕松。適應(yīng)性強(qiáng)和維修的便利性更是實(shí)現(xiàn)了高效運(yùn)行的特點(diǎn)。憑借上機(jī)位與計(jì)算機(jī)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，由于 PLC 的集成化設(shè)計(jì)，讓整個(gè)系統(tǒng)配上了一個(gè)強(qiáng)勁的大腦，其中強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面和通信網(wǎng)的形成，令污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接成為可能。 針對(duì)于 PLC 的功能要求，目前涉及到兩個(gè)方面，控制信號(hào)輸入和控制信號(hào)輸出。 PLC 的控制信號(hào)輸入主要包括按鈕的輸入、浮球的高液位輸入、浮球的低液位輸入、 PH 的輸入。其中按鈕包括總開(kāi)關(guān)按鈕、粗細(xì)格柵除污機(jī)按鈕、剩余污泥泵按鈕、鼓風(fēng)機(jī)按鈕、潷水器按鈕、進(jìn)水閥門按鈕、空氣閥門按鈕、潛水?dāng)?拌機(jī)按鈕、回流污泥泵按鈕。浮球高低液位輸入則控制著空氣閥門、潛水?dāng)嚢铏C(jī)和 4 回流污泥泵的啟動(dòng)與停止。 PLC 的信號(hào)輸出則是控制各設(shè)備的接觸器。 第三章 生活污水處理系統(tǒng)硬件 設(shè)計(jì) 生活污水處理系統(tǒng)的主要組成部分 本文所研究的污水處理流程如圖 2 所示 圖 2 粗、細(xì)格柵除污池 格 柵除污機(jī)就是通過(guò)物理手段將固體和液體分離的一種除污機(jī)機(jī)械。它的工作原理就是一種連續(xù)自動(dòng)攔截水中固 體的專業(yè)設(shè)施。而除渣就是由格柵完成。 粗細(xì)格柵池內(nèi)的粗細(xì)格柵是由不銹鋼制成，并且進(jìn)行了酸洗純化處理。該設(shè)備一般是污水處理的第一步，將其橫在污水主通道上，由于其特殊的耙齒結(jié)構(gòu)，截留下漂浮的固體，例如礦泉水瓶、泡沫板、塑料袋之類的生活垃圾。其主要目的就是防止這些固體堵塞到污水處理其余深加工的設(shè)備。通過(guò)粗細(xì)格柵的雙層過(guò)濾，并且合理的控制其污水流動(dòng)速度，進(jìn)而滿足初步的除污能力。該除污機(jī)的 工作原理是 讓電動(dòng)機(jī)驅(qū)使耙齒鏈與水流方向做反向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)使每個(gè)耙齒之間產(chǎn)生作用力，進(jìn)而達(dá)到清理目的。同時(shí)依靠清掃器把黏在耙齒的雜 物清理干凈。最后針對(duì)該格柵池設(shè)置反饋模塊，由浮球來(lái)檢測(cè)格柵池水位，如果超過(guò)臨界值則通過(guò)傳感器反饋到報(bào) 警裝置，從而發(fā)出警報(bào)?；谏蠙C(jī)位良好的檢測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。 調(diào)節(jié)池 由于人們生活的規(guī)律不盡相同，所以對(duì)于生活污水的排放也存在不確定性。出水的時(shí)段也不盡相同，由于所有污水要經(jīng)由污水廠處理，所以必須設(shè)置一個(gè)緩沖地帶，也就是調(diào)節(jié)池。有了調(diào)節(jié)池就可以控制污水量，進(jìn)入規(guī)范流速，正常運(yùn)行。調(diào)節(jié)池的設(shè)立也是一個(gè)預(yù)留的防止突發(fā)事件發(fā)生的必要設(shè)置。該池設(shè)置液位檢測(cè)設(shè)備，避免污水溢出。 粗格柵間 進(jìn)水系統(tǒng) 消毒池 細(xì)格柵間 潷水器 S B R池 沉砂池 濃縮池 污泥脫水 出水 泥 餅 外送 進(jìn)水 5 SBR 反應(yīng)池池 SBR 反應(yīng)池集 齊了初步沉淀、生物降解、二次沉淀，并且運(yùn)用到了污泥回流系統(tǒng)，利用間歇曝氣的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)活性污泥處理。該池有曝氣機(jī)，當(dāng)設(shè)置好時(shí)間區(qū)段，則 PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)曝氣機(jī)的自動(dòng)化控制。最后通過(guò)沉淀下來(lái)的污泥經(jīng)過(guò)壓縮處理，會(huì)得到大量的沼氣和環(huán)保地磚，避免了二次污染。 在 SBR 反應(yīng)池中，其過(guò)程包括進(jìn)水（進(jìn)水泵工作）、曝氣（空氣閥門工作）、沉淀（污泥泵工作）、排水（排水泵工作）。從進(jìn)水泵開(kāi)始工作到排水泵結(jié)束為一個(gè)完整的周期。其中通過(guò)生化反應(yīng)達(dá)到脫磷、脫氮和脫氨等化學(xué)元素。運(yùn)用 SBR反應(yīng)池可以提高生化反應(yīng)效率，反應(yīng)池內(nèi)好氧、厭氧的輪換 交替從而提高了凈化效果，并且該池運(yùn)行穩(wěn)定，在靜止沉淀用時(shí)少，出水好。簡(jiǎn)單的構(gòu)造與處理設(shè)備使其操作更加方便，并且組合式的延展性，也可以擴(kuò)大規(guī)模。由于反應(yīng)池的 DO、BOD5 濃度不同，所以有效的控制了活性污泥的膨脹。最后該工藝設(shè)備價(jià)格便宜，且布置緊湊。 除鹽池 經(jīng)過(guò) SBR 反應(yīng)池處理過(guò)的污水，如果不經(jīng)過(guò)除鹽處理，那么水體中的鹽含量就會(huì)升高，當(dāng)鹽濃度越來(lái)越高的時(shí)候，那么水體中的生物就會(huì)因?yàn)榧?xì)胞水分流失過(guò)多而脫水死亡。長(zhǎng)此以往那么水體中的生物就會(huì)因?yàn)楦淖兩姝h(huán)境，而導(dǎo)致滅絕和死亡。 在該池中一般配備有余氯儀，該儀器就是 專門檢測(cè)水中的鹽類物質(zhì)。如果池中的鹽濃度到達(dá)高臨界點(diǎn)的時(shí)候，系統(tǒng)將控制閥門關(guān)閉，并且通過(guò)相關(guān)膜處理來(lái)除去反應(yīng)池中的鹽類物質(zhì)。如果池中的鹽濃度到達(dá)低臨界點(diǎn)的時(shí)候，則直接排入干凈的水池中。 除鹽池之間還設(shè)立了不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域安裝一個(gè)半透膜，這樣既是為了防止膜兩邊的壓力差致使膜破裂，也是為了提高效率，節(jié)約成本。 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 生活污水處理的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 針對(duì)于該系統(tǒng)控制一般分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。如果當(dāng)自動(dòng)控制不能正常運(yùn)行或針對(duì)于特定系統(tǒng)需要獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，就可以采取手動(dòng)控制 。而自動(dòng)控制可以由操作人員遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作狀態(tài)實(shí)施監(jiān)控。自動(dòng)控制由強(qiáng)大的PLC 程序調(diào)控，手動(dòng)控制則是由操作員工直接在控制按鈕上操作。對(duì)此就污水處理的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)： (1) 由于對(duì)控制系統(tǒng)要求高的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用可編程邏輯控制器 PLC 作為本控制系統(tǒng)的核心，同時(shí)完成 PLC 的選型并做好 I/O 接口。 (2) 按照該程序的工藝要求，針對(duì)其參數(shù)進(jìn)行編輯，使其能自動(dòng)完成任務(wù)。 (3) 由于要控制攪拌機(jī)的雙向運(yùn)轉(zhuǎn)，所以必須在 PLC 控制中添加互鎖。 (4) 根據(jù) PLC 的工作要求，完成基本的設(shè)計(jì)思路 ，并且保證圖文并茂。 (5) 設(shè)備之間必須加裝保護(hù)裝置，減少安全隱患。 (6) 尋找合適的電器元件，并且設(shè)計(jì)編排元件目錄表。 6 (7) 針對(duì)設(shè)計(jì)繪制控制系統(tǒng)框圖，完成 PLC 接線圖、主硬件電路圖、控制電路圖、狀態(tài)流程圖等。 (8) 完成主控板和電控箱的排布圖，以及各種配線圖。 (9) 最后用 PLC 主控程序完成控制系統(tǒng)仿真圖和各程序的梯形圖。 控制系統(tǒng)總體框圖 作為核心控件 PLC， 不但要檢測(cè)各種傳感器的輸入，還要完成控制面板的輸入操作命令，從而完成對(duì)各類閥門、泵等 相關(guān)設(shè)備 控制，使其能穩(wěn)定運(yùn)行、調(diào)整和終止 的 控制。 圖 3 電氣控制系統(tǒng)框圖 工作過(guò)程 在注水的時(shí)候用攪拌機(jī)在水下進(jìn)行操作 ，進(jìn)水 閥門的開(kāi)啟與關(guān)閉完全由浮球來(lái)控制 ， 然后到達(dá)曝氣階段的時(shí)候，分別 根據(jù) 生化反應(yīng)來(lái)控制曝氣時(shí)間。最后整個(gè)系統(tǒng)從注水開(kāi)始直到潷水器完成工作把水排出作為一個(gè)完整的周期。其具體操作如下： SBR 池排水之后，則新的周期開(kāi)始。開(kāi)始往池中 注 水 ，通過(guò)浮球?qū)σ好娴谋O(jiān)控來(lái)控制進(jìn)水的頻率與大小，整個(gè)過(guò)程都是 通過(guò)液位 來(lái) 控制， 所以 進(jìn)水 的 時(shí)間 會(huì)不停變換 。 通過(guò)粗細(xì)格柵除污機(jī) 的篩選，將初步濾出 的污水 注入調(diào)節(jié)池中。其中用液位計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)控液位 ，當(dāng) 細(xì) 格柵井液位 達(dá)到 高 位臨界點(diǎn)時(shí)，停止注水 泵，相反若 為低液位 臨界點(diǎn)，水泵進(jìn)水開(kāi)啟 。 可 編 程邏 輯 控制器PLC 格柵機(jī)運(yùn)行 顯示面板 各類傳感器 各類泵運(yùn)行 各類閥門運(yùn)行 變頻器 控制面板 7 ，通過(guò) 閑置 沉淀，從中觀察廢水的狀態(tài)與變化程度。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)閑置期是不斷變化的，正是對(duì)于該池的調(diào)整，從中得出合理的 SBR 池進(jìn)出規(guī)律，一方面讓該作業(yè)正常運(yùn)作，另一方面控制了不同時(shí)段的污水量，同時(shí)再配合液位計(jì)，反饋控制進(jìn)水量。 ，空氣閥門、潛水?dāng)嚢铏C(jī)、回流污泥泵同時(shí)開(kāi)啟并運(yùn)行，然后開(kāi)始 曝氣，在曝氣 個(gè)小時(shí)后，則可以關(guān)閉空氣閥門 。 污泥 沉淀 下來(lái)的 時(shí)間 由污泥沉降性能及混合液污泥濃度決定， 其沉淀下來(lái) 即為曝氣 結(jié)束的時(shí)刻。接著在反應(yīng)池內(nèi)污水被沉淀下來(lái) ， 通過(guò)計(jì)算回流 污泥泵運(yùn)行 大概 30min， 直到 排出污泥。最后潷水器通過(guò)液位計(jì)的浮球反饋，從而決定關(guān)閉，潷水器的排水時(shí)間則是由其性能決定。 當(dāng)反應(yīng)池開(kāi)始排水時(shí)，低位排水結(jié)束，水直接排進(jìn)除鹽池。當(dāng)除鹽池的污水達(dá)到最高臨界值時(shí)，排水結(jié)束。 ，低濃度時(shí)排水電磁閥開(kāi)始排水，高濃度時(shí)停止排水。除鹽池里面有余氯儀檢測(cè)設(shè)備，通過(guò)檢測(cè)水中濃度來(lái)控制排水，低濃度排水，高濃度停止排水。 PLC 的工作原理 PLC 一般 是 按照 周期性 循環(huán)掃描的工作方式運(yùn)行的。 該工作方式可以有效的避免線路繁雜 出現(xiàn)的問(wèn)題，并且有效的防止各觸點(diǎn)相互影響。 當(dāng) PLC 運(yùn)行時(shí)， 按照原先編排好的存儲(chǔ)程序，通過(guò) CPU 按照指令一步一步的周期性循環(huán)掃描。每當(dāng)進(jìn)行一次掃描， CPU 都要完成輸入信號(hào)的采集與輸出狀態(tài)的刷新。 也就是說(shuō) PLC的掃描周期必須要輸入采樣、執(zhí)行程序 和輸出刷新 這 三個(gè)階段。 循環(huán)掃描技術(shù) PLC 的循環(huán)掃描周期分為以下 三種階段 ： PLC 的輸入采樣階段：首先 先進(jìn)行 PLC 的自我檢測(cè)，然后與 CPU 按順序逐個(gè)掃描 并讀取 信號(hào)數(shù)據(jù) ， 并調(diào)取臨時(shí)存在于鎖存器的輸入端子，完成對(duì)該端子的通斷狀態(tài)，并讀取輸入數(shù)據(jù)。最后完成刷新后的輸入采集 存入輸入存儲(chǔ)單元 ，并關(guān)閉輸入端口。 PLC 的 程序執(zhí)行階段： PLC 按照操作指令逐個(gè)掃描， 分層次分梯度逐步提取，且嚴(yán)格執(zhí)行每一條指令，自行完成 繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器的狀態(tài)與 數(shù)據(jù) ，進(jìn)行運(yùn)算與 邏輯 處理，最后將結(jié)果寫入輸出 存儲(chǔ)器 。輸出 存儲(chǔ) 器的各種指令， 也 會(huì)隨著程序的改變而改變 ，而信號(hào)狀態(tài)與數(shù)據(jù)會(huì)保持一致。 PLC 用 輸出刷新階段： 在全部指令執(zhí)行完后，輸出 寄存器 將會(huì)把是否通斷的狀態(tài)發(fā)送到輸出鎖存器上，再由該執(zhí)行器通過(guò)合適的方 式輸出，最后達(dá)到控制驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的 外部 設(shè)備。 掃描周期 T=自檢時(shí)間 +讀入時(shí)間 *輸入點(diǎn)數(shù) +程序步數(shù) *運(yùn)算速度 +輸出時(shí)間 *輸出點(diǎn)數(shù) 8 PLC 的輸入 /輸出響應(yīng)時(shí)間 PLC 輸入 /輸出滯后的時(shí)間又稱其為系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指由可編程邏輯控制器輸入信號(hào)，從產(chǎn)生變化的時(shí)刻開(kāi)始，直到其控制的相關(guān)輸出信號(hào)發(fā)生改變所需要的時(shí)間。系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間分別包括掃描滯后時(shí)間、輸出滯后時(shí)間、輸入濾波時(shí)間。 PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)間比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)都滿的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng)。 輸入電路濾波時(shí)間，它由 RC 濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定。改變時(shí)間常數(shù)可調(diào)整輸入延遲時(shí)間。 輸出電路的滯后時(shí)間，它與輸出電路的輸出方式有關(guān)。繼電器輸出方式的滯后時(shí)間為 10ms 左右，雙向晶閘管輸出方式，在接通負(fù)載時(shí)滯后時(shí)間約為 1ms，切斷負(fù)載時(shí)滯后時(shí)間小于 10ms，晶體管輸出方式的滯后時(shí)間小于 1ms。 PLC 的響應(yīng)時(shí)間 很短，通過(guò)反應(yīng)時(shí)間我們可以大概估算出一個(gè)范圍，一般從新的輸入信號(hào)掃描到下一個(gè)周期為最短的相應(yīng)時(shí)間，由于輸入輸出都有延遲，所以略大于一個(gè)周期。由于掃描的工作方式，最多可能也會(huì)達(dá)到兩個(gè)多掃描周 期。 PLC 選型 根據(jù)該系統(tǒng)的需要， 既要滿足處理快捷，又要滿足可延展性，并且有特殊的單個(gè)模塊需求，日本的三菱公司的產(chǎn)品 值得我們考慮 。其 FX2N 系列， 能滿足該系統(tǒng)多個(gè)接入點(diǎn)。由于該系統(tǒng)比較復(fù)雜，還要考慮到其的經(jīng)濟(jì)適用性和可靠安全的問(wèn)題，并且保持較高的性能，故 選擇該公司 FX2N48MR 型號(hào)。 由于生活污水處理系統(tǒng)有很多輸出輸入數(shù)字量化的端口，還要通過(guò)模擬量滿足其功能要求，模塊化組件的連接與模擬，使得對(duì)于 PLC 的要求非常高。然而 FX2N48MR 正好滿足這些要求，其的多樣化使之成為生活污水處理系統(tǒng) 中的 核心部件。 污水處理系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 電氣控制系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 生活污水處理 系統(tǒng)主電路如圖