【文章內(nèi)容簡介】 示意圖 城市污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)備較多，在氧化溝中其控蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 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。 (1)進(jìn)水系統(tǒng) 進(jìn)水系統(tǒng)主要有進(jìn)水管道和進(jìn)水泵房組成，進(jìn)水管道主要由粗格柵機(jī)和清污機(jī)組成，進(jìn)水泵房主要有兩臺(tái)潛水泵組 成。進(jìn)水管道的主要功能是將污水中的大塊物體排除，其中的粗格柵是根據(jù)程序設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行間歇工作，而清污機(jī)的運(yùn)行和停止是根據(jù)粗格柵兩側(cè)的液位差來決定的，當(dāng)液位差超過某個(gè)值時(shí)，啟動(dòng)清污機(jī)；當(dāng)液位差小于某個(gè)值時(shí)停止清污機(jī)的運(yùn)行。進(jìn)水泵房中的潛水泵運(yùn)行及停止是通過安裝在泵房內(nèi)的液位傳感器來決定的，當(dāng)液位較低時(shí)只啟動(dòng)一臺(tái)潛水泵，當(dāng)液位較高時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)潛水泵，若液位持續(xù)升高時(shí)，則輸出報(bào)警以示意有故障發(fā)生。 (2)除砂系統(tǒng) 除砂系統(tǒng)主要由細(xì)格柵系統(tǒng)和沉砂池組成，細(xì)格柵系統(tǒng)是由細(xì)格柵機(jī)和轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)組成，沉砂池的主要設(shè)備是分離機(jī) 。細(xì)格柵系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)一步凈化污水中的顆粒物體，將污水中細(xì)小的沙粒濾除，其中的細(xì)格柵機(jī)是根據(jù)程序設(shè)定時(shí)間進(jìn)行間歇工作，而轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)的運(yùn)行和停止則根據(jù)細(xì)格柵兩側(cè)的液位差來決定，當(dāng)液位差超過某個(gè)值時(shí)，啟動(dòng)清污機(jī)；當(dāng)液位差小于某個(gè)值時(shí)停止清污機(jī)的運(yùn)行，這和粗格柵系統(tǒng)的運(yùn)行方式一致。沉砂池中分離機(jī)的運(yùn)行和后續(xù)處理中的轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的運(yùn)行同步，即啟動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的時(shí)候同時(shí)啟動(dòng)分離機(jī)，對(duì)沉砂池中的沙粒進(jìn)行排除。 (3)氧化溝系統(tǒng) 氧化溝系統(tǒng)由氧化溝和污泥回流系統(tǒng)構(gòu)成，氧化溝是基于 PLC 的城市污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)中最重要的 環(huán)節(jié)，因此控制量較多，控制過程叫復(fù)雜，包括轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)和潛水?dāng)嚢铏C(jī)，污水回流系統(tǒng)主要有污泥回流泵構(gòu)成。氧化溝的功能是對(duì)污水進(jìn)行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，使其達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中是轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備，在氧化溝中設(shè)置有溶解氧儀對(duì)污水中的含氧量進(jìn)行檢測，根據(jù)其反饋到 P LC 的值來控制曝氣機(jī)變頻器的運(yùn)行，改變污水中溶解氧的含量。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用是推進(jìn)水流，同時(shí)使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈的攪拌狀態(tài)，使他們充分混合接觸。使活性污泥的生化反應(yīng)更加充分，這樣才能最大程度地分解污水中的有害成分。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。 (4)沉淀系統(tǒng) 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)行物蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 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。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 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。 (5)污泥脫水環(huán)節(jié) 污泥脫水系統(tǒng)主要包括離心式脫水機(jī)，其主要功能是對(duì)氧化池中處理過污水的活性污泥進(jìn)行脫水處理，由于對(duì)污水進(jìn)行處理后，活性污泥中有新的微生物及其他雜質(zhì)，因此需要先對(duì)活性污泥添加一定量的藥物，便于污泥脫水。離心式脫水機(jī)主要有聚合物泵、污泥機(jī)和切割機(jī)構(gòu)成，以上設(shè)備按照順序控制的方式啟動(dòng)，依次啟動(dòng)聚合物泵、污泥機(jī)和切割機(jī)，完成對(duì)污泥的脫水處理。 詳細(xì)的工藝流程圖如下： 圖 25 污水處理 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。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。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。對(duì)污水進(jìn)行除油、消毒、調(diào)整 PH 值。同時(shí)在該系統(tǒng)中設(shè)置有溶解氧儀超聲波檢測器，通過它對(duì)污水中的含氧量進(jìn)行檢測，根據(jù)其反饋到 PLC 的值來控制曝氣機(jī)變頻器的運(yùn)行，改變污水中溶解氧的含量。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用是推進(jìn)水流，使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈攪拌充分混合接觸，使生化反應(yīng)更加 充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 經(jīng)處理的污水進(jìn)入沉淀池中，在刮泥機(jī)的作用下進(jìn)行物理沉淀，為了加強(qiáng)沉淀效果，同時(shí)加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強(qiáng)烈吸附架橋作用更加容易沉降。污水經(jīng)沉淀池處理最后到達(dá)脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機(jī)作用下進(jìn)行脫水處理后排出清水。 城市污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)控制形式 早期的控制系統(tǒng)多采用繼電器 —— 接觸器控制系統(tǒng)，但隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，控制要求的不斷提高，該類控制方法已不能滿足現(xiàn)代基于 PLC 的城市污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制要求，因此已逐漸被淘汰，取而代之的是 DCS、現(xiàn)場總 線控制、 PLC 等控制方 法 。 (1)DCS 系統(tǒng) DCS 是集散控制系統(tǒng)的簡稱，又稱為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相互滲透形成的。由計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場終端組成，通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場控制站、檢測站和操作站、控制站等連接起來，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各類生產(chǎn)過程，可提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平和管理水平，其主要特點(diǎn)如下：采用分級(jí)分布式控制，減少了系統(tǒng)的信息傳輸量，使系統(tǒng)應(yīng)用程序比較簡單。實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險(xiǎn)性分散，可靠性提高。擴(kuò)展能力較強(qiáng)。軟硬件資源豐 富，可適應(yīng)各種要求。實(shí)時(shí)性好，響應(yīng)快。 (2)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 現(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)。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。響應(yīng)快，實(shí)時(shí)性好。通信協(xié)議公開，不同產(chǎn)品可互連。 (3)PLC 系統(tǒng) PLC 是可編程邏輯控制器的簡稱，用它作為處理系統(tǒng)的控制器，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計(jì)算機(jī)作為其上位機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)連接 PLC，對(duì) 生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其特點(diǎn)如下：編程方便，開發(fā)周期短，維護(hù)容易。通用性強(qiáng)，使用方便?？刂乒δ軓?qiáng)。模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。 PLC 基本結(jié)構(gòu)和工作原理 PLC 就是 可編程邏輯控制器 （ Programmable Logic Controller）的縮寫 ， 它是 一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。 PLC 的硬件結(jié)構(gòu) 可編程控制器主要由中央處理單元 (CPU)、存儲(chǔ)器 (RAM、 ROM)、輸入輸出單元 (I/O)、電源和編程器等幾組成。 PLC 硬件結(jié)構(gòu)如圖 26 所示： 中央控制處理單元 (CPU) 可編程控制器中常用的 CPU 主要采用通用微處理器、單片機(jī)和雙極型位片式微處理器三種類型。 通用微處理器有 8080、 808 8028 80386 等；單片機(jī)有 803 8096 等；位片式微處理器的 AM2900、 AM2903 等。 FX2 可編程控制器使用的微處理器是 16 位的 8096 單片機(jī)。 存儲(chǔ)器 可編程控制器配 有兩種存儲(chǔ)器：系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器：存放系統(tǒng)管理程序。 用戶存儲(chǔ)器：存放用戶編制的控制程序。 輸入接口電路 PLC 通過輸入單元可實(shí)現(xiàn)將不同輸入電路的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成 PLC 所需的標(biāo)準(zhǔn)電平供 PLC 進(jìn)行處理。 接到 P LC 輸入接口的輸入器件是：各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。各種 PLC圖 26 PLC 硬件結(jié)構(gòu) 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 的輸入電路大都相同， PLC 輸入電路中有光耦合器隔離，并設(shè)有 RC 濾波器，用以消除輸入觸點(diǎn)的抖動(dòng)和外部噪聲干擾。 PLC 輸入電路通常有三種類型：直流 (12∽ 24)V 輸入、交流 (100∽ 120)V 輸入與交流 (200∽ 240)V 輸 入和交直流 (12∽ 24)V 輸入 。 輸出端子有兩種接法： 一種是輸出各自獨(dú)立，無公共點(diǎn)：各輸出端子各自形成獨(dú)立回路。 一種為每 4∽ 8 個(gè)輸出點(diǎn)構(gòu)成一組，共有一個(gè)公共點(diǎn)：在輸出共用一個(gè)公共端子時(shí)，必須用同一電壓類型和同一電壓等級(jí)，但不同的公共點(diǎn)組可使用不同電壓類型和等級(jí)的負(fù)載，且各輸出公共點(diǎn)之間是相互隔離的。 輸入輸出端子處理的過程如下： 電源 PLC 的供電電源一般是市電，也有用直流 24V 電源供電的。 編程器 利用編程器可將用戶程序輸入 PLC 的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序、修改程序；利用編程器還可以監(jiān)視 PLC 的 工作狀態(tài)。編程器一般分簡易型 和智能型。 PLC 的軟件結(jié)構(gòu) 在可編程控制器中， PLC 的軟件分為兩大部分： 系統(tǒng)監(jiān)控程序：用于控制可編程控制器本身的運(yùn)行。主要由管理程序、用戶指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊，系統(tǒng)調(diào)用。 用戶程序：它是由可編程控制器的使用者編制的，用于控制被控裝置的運(yùn)行。 的工作原理 PLC 的工作方式：采用循環(huán)掃描方式。在 P LC 處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、 程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。 由于 PLC是掃描工作過程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀 態(tài)映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。循環(huán)掃描過程如下： 工作過程：主要分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個(gè)階段。 內(nèi)部處理階段： 在此階段， PLC 檢查 CPU 模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器，以及完成一些其它內(nèi)部工作。 通信服務(wù)階段 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 在此階段， PLC 與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當(dāng) PLC 處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)容處理和通信操作等內(nèi)容。 輸入處理 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段順序讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存 入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映象寄存器。輸入映象寄存器被刷新后，接著進(jìn)入程序的執(zhí)行階段。 程序執(zhí)行 根據(jù) P LC 梯形圖程序掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。若用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)， PLC 從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對(duì)應(yīng)映象寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中。 輸出處理 程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即元件映象寄存器中的寄存器的狀態(tài)，在輸出 處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 的運(yùn)行方式： 運(yùn)行工作模式 當(dāng)處于運(yùn)行工作模式時(shí)， PLC 要進(jìn)行從內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序處理、輸出處理，然后按上述過程循環(huán)掃描工作。 在運(yùn)行模式下， PLC 通過反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能，為了使 PLC 的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至 PLC 停機(jī)或切換到 STOP 工作模式。 停止模式 當(dāng)處于停止工作模式時(shí)， PLC 只進(jìn)行內(nèi) 部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容。 的編程語言 梯形圖 梯形圖編程語言習(xí)慣上叫梯形圖。梯形圖沿襲了繼電器控制電路的形式，也可以說，梯形圖編程語言是在電氣控制系統(tǒng)中常用的繼電器、接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡化了符號(hào)演變而來的，具有形象、直觀、實(shí)用，電氣技術(shù)人員容易接受，是目前用得最多的一種 PLC 編程語言。 指令表 這種編程語言是一種與計(jì)算機(jī)匯編語言相類似的助記符編程方式，用一系列操作指令組成的語句表將控制流程熱核出來，并通過編程器送到 PLC 中去。 順序功能圖 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 采用 IEC 標(biāo)準(zhǔn)的 SFC(Sequential Function Chart)語言，用于編制復(fù)雜的順控程序。利用這種先進(jìn)的編程方法，初學(xué)者也很容易編出復(fù)雜的順控程序，大大提高了工作效率，也為調(diào)試、試運(yùn)行帶來許多言傳的方便。 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 類似于順序功能圖，可使復(fù)雜的順控系統(tǒng)編程得到進(jìn)一步簡化。 邏輯功能圖 它基本上沿用了數(shù)字電路中的邏輯門和邏輯框圖來表達(dá)。一般用一個(gè)運(yùn)算框圖表示一種功能?？刂七壿嫵Ｓ谩芭c”、“或”、“非”三種功能來完成。目前國際電工協(xié)會(huì) (IEC)正在實(shí)施發(fā)展這種編程標(biāo)準(zhǔn)。 高級(jí)語言 近幾年推出的 P LC，尤其是大型 PLC，已開始使用高級(jí)語言進(jìn)行編程采用高級(jí)語言編程后，用戶可以象使用 PC 機(jī)一樣操作 PLC。在功能上除可完成邏 輯運(yùn)算功能外，還可以進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集和處理、上位機(jī)通信等。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 三、 硬件 設(shè)計(jì) 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)主要包括操作面板、顯示面板、電氣控制柜等單元