【文章內(nèi)容簡介】 閥門、內(nèi)回液閥門采用開關(guān)量控制，因此共有10數(shù)字量輸出點(diǎn)。(2) 監(jiān)測對象模擬量輸入點(diǎn)數(shù)包括反應(yīng)池污水的PH值、液位、溶解氧DO的濃度、溫度、流量、污泥濃度、反應(yīng)池液位回流污泥流量、深度、內(nèi)回液流量、進(jìn)水流量供氣量10個(gè)模擬輸入量。(3) 報(bào)警對象該工藝流程報(bào)警對象包括反應(yīng)池污水的液位和溫度、鼓風(fēng)機(jī)出口管路的壓力。 溶解氧控制部分的設(shè)計(jì)污水處理后的水質(zhì)是否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，其中生化需氧量(BOD)和化學(xué)需氧量(COD)是重要的水質(zhì)指標(biāo)。BOD是指在有氧條件下，降解有機(jī)物所需的氧量。COD是指在酸性條件下，用強(qiáng)氧化劑將有機(jī)物氧化成C0H20所消耗的氧量。BOD的測定需費(fèi)時(shí)5天，且測定結(jié)果易受多種因素影響，誤差較大。COD的檢測比較精確，但方法繁瑣，耗時(shí)約2小時(shí)。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。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。所以有必要找出簡單、可行的控制參數(shù)。在好氧區(qū)，參與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，為了使微生物的活動(dòng)最佳化，應(yīng)該使供氧量與消耗的氧量相等，或稍大一些。如果供氧不足，溶解氧濃度過低，則好氧菌活性會下降，就會使污泥中的微生物的活動(dòng)受到影響，微生物難以形成易沉降的絮體，凈化功能下降，且易于產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象；但如果溶解氧濃度過高，則又會增加動(dòng)力功耗，同時(shí)也會造成混合液絮體分散和破碎，使二沉池的固液分離發(fā)生困難。如果曝氣區(qū)處于最佳溶解氧濃度，就能使處理的水質(zhì)優(yōu)化，同時(shí)也能節(jié)約動(dòng)力費(fèi)用。由此可見，混合液中溶解氧濃度(DO)是A/O工藝中一個(gè)重要的控制參數(shù)。 溶解氧控制的設(shè)計(jì)對曝氣池污水中溶解氧濃度的控制實(shí)際上是通過控制鼓風(fēng)量來間接實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)槠貧獬刂械奈⑸镆M(jìn)行好氧反應(yīng)，所以需要用鼓風(fēng)機(jī)來送進(jìn)所需要的氧氣。鼓風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)速度決定了曝氣池中的溶解氧濃度，速度越大，溶解氧濃度越大。因此通過控制鼓風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)速度即可達(dá)到控制曝氣池中的溶解氧濃度的目的。但由于溶解氧的形成是非線性的，為使問題簡化，可將溶解氧的形成看成是近似線性的，且與鼓風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量有確定的比例關(guān)系，這樣便于進(jìn)行PID控制算法的設(shè)計(jì)。對鼓風(fēng)量的控制主要通過控制電磁閥來實(shí)現(xiàn)。 反應(yīng)池溶解氧控制系統(tǒng)框圖圖中虛線部分即為PLC。變送器將傳感器測量得來的信號處理后按照一定的比例關(guān)系轉(zhuǎn)換為420mA電流，并將這個(gè)電流信號送給PLC的模擬量輸入端，PLC模擬量模塊將該信號轉(zhuǎn)變?yōu)閷?yīng)的數(shù)字量信號，數(shù)字量范圍為027648，對應(yīng)溶解氧濃度020mg/L．PLC運(yùn)算單元再按照PID控制算法對獲得的測量信號進(jìn)行處理，然后輸出數(shù)字量控制信號。該數(shù)字量控制信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變?yōu)槟M信號，通過控制變頻器的頻率來控制電磁閥的開度，從而達(dá)到控制曝氣池溶解氧濃度的目的。第4章 污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 污水處理監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本課題控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從功能上主要分為三部分：下位機(jī)PLC的設(shè)計(jì)、上位機(jī)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的通信設(shè)計(jì)。下位機(jī)PLC由CPU和相關(guān)模塊組成。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它不僅配置有數(shù)字量模塊，而且也配備有模擬量模塊。在污水處理過程中，有大量的開關(guān)量需要進(jìn)行數(shù)字量控制，例如泵組的開啟、保護(hù)，閥門的開、關(guān)，設(shè)備的互鎖、協(xié)調(diào)等；配備的模擬量模塊用來控制鼓風(fēng)量、流量、溫度、水位等參數(shù)的測量與控制。本課題下位機(jī)采用PLC作為現(xiàn)場控制站，主要實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制、數(shù)據(jù)采集和反饋控制功能。上位計(jì)算機(jī)主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成。上位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理和監(jiān)控功能，不參與過程控制，而是承擔(dān)高一級的控制與管理任務(wù)，要求信息存儲量大、計(jì)算速度快。美國Intel公司生產(chǎn)的奔騰(Pentium)系列CPU以其運(yùn)算速度快、可靠性高、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)深受用戶的信賴。因而，本系統(tǒng)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可采用Intel PIII CPU，配置Microsoft Windows XP操作系統(tǒng)，利用組態(tài)王組態(tài)軟件來開發(fā)污水處理控制系統(tǒng)的綜合應(yīng)用程序，主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能和對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整的功能。PLC以及控制單元與上位計(jì)算機(jī)之間的通信問題是本系統(tǒng)開發(fā)是否成功的關(guān)鍵。如果PLC及控制單元無法與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，則上位計(jì)算機(jī)就無法取得現(xiàn)場的有關(guān)數(shù)據(jù)，也就無法實(shí)施有效的管理和監(jiān)控?？删幊绦蚩刂破鱌LC通過自身配備的通信端口可以與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以便將有關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給上位計(jì)算機(jī)。本課題上位機(jī)采用普通的PC機(jī)加SIEMENS公司的CP5611通訊卡，通過插在PCI插槽的CP5611通訊卡實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)PLC的通訊。由于監(jiān)控室沒有強(qiáng)的干擾源，因此采用普通的PC機(jī)可以保證與下位機(jī)的通訊的穩(wěn)定性。 PLC控制技術(shù)路線圖本課題根據(jù)A/O工藝流程的控制要求，污水處理系統(tǒng)主要是反應(yīng)池區(qū)，反應(yīng)池區(qū)主要是生化處理階段，因此采用一臺PLC作為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分成三層：第一層是現(xiàn)場的檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的信號檢測、以及控制器的命令。第二層是現(xiàn)場監(jiān)測控制層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、主要參數(shù)的設(shè)定和主要設(shè)備的控制等功能。第三層是操作控制站，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的顯示、通訊、報(bào)表、報(bào)警、管理以及監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等功能。 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 下位機(jī)的硬件選型控制系統(tǒng)硬件是系統(tǒng)得以正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，硬件性能的好壞直接影響到控制系統(tǒng)的性能、可靠性等指標(biāo)。任何生產(chǎn)過程都希望生產(chǎn)能持續(xù)不斷進(jìn)行，即使出現(xiàn)故障，也希望能迅速得到解決。污水處理系統(tǒng)要求24h不間斷運(yùn)行，這更需要選擇優(yōu)良的系統(tǒng)硬件加以保證。因此，硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。 主體硬件的配置主體硬件的選擇主要包括CPU的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊選擇等。S7300PLC的CPU模塊選型。西門子PLC S7300的CPU模塊分為緊湊型、標(biāo)準(zhǔn)型、革新型、戶外型和故障安全型。其中緊湊型的CPU用于要求響應(yīng)快速并具有許多特殊功能的裝備；戶外型和故障安全型的主要用于特殊場合；革新型是標(biāo)準(zhǔn)型的改進(jìn)產(chǎn)品且價(jià)格比標(biāo)準(zhǔn)型高，因此本課題選用標(biāo)準(zhǔn)型CPU。其中標(biāo)準(zhǔn)型CPU又分為模塊具有現(xiàn)場總線擴(kuò)展功能和不帶現(xiàn)場總線擴(kuò)展功能兩種類型。由于本控制系統(tǒng)要與上位進(jìn)行通訊，同時(shí)與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行通訊因此必須選用帶現(xiàn)場總線擴(kuò)展功能的。綜合性價(jià)比與控制要求選用CPU314。這種CPU帶有PROFIBUSDP接口，可以建立一個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)PLC與現(xiàn)場設(shè)備的通訊。反應(yīng)池區(qū)選用該類型的CPU。 S7300PLC的輸入輸出模塊的選擇。輸入模塊分為數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸入模塊。輸出模塊也分為數(shù)字量輸出模塊和模擬量輸出模塊以及數(shù)字量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊。輸入模塊和輸出模塊主要根據(jù)現(xiàn)場控制設(shè)備數(shù)量和類型的要求來選擇，在滿足現(xiàn)場設(shè)備的情況下留有一定的余量。本課題中輸入量主要以模擬量為主，輸出量以數(shù)字量為主。因此輸入模塊選擇模擬量輸入模塊為主，同時(shí)利用CPU上面自帶的數(shù)字量輸入點(diǎn)可以滿足輸入設(shè)備的要求；輸出模塊主要選擇是數(shù)字量輸出模塊，同時(shí)利用CPU自帶的模擬量輸入點(diǎn)可以滿足輸出設(shè)備的控制要求。反應(yīng)池區(qū)選擇型號為數(shù)字量輸入模塊SM321Dl32xDC24V一個(gè)；數(shù)字量輸出模塊SM322D016xDC24V/；模擬量輸入模塊選擇型號為SM331Al8x12Bit兩個(gè)；模擬量輸出模塊選擇型號為SM332A04x12Bit兩個(gè)。輸出點(diǎn)可以利用CPU自帶的數(shù)字量輸出點(diǎn)就可以滿足被控制設(shè)備的要求。利用這些數(shù)字量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊即可采集DO、pH值、溫度等模擬量信號并對閥門、進(jìn)水泵、鼓風(fēng)機(jī)等進(jìn)行控制。其他模塊的選擇主要包括電源模塊、機(jī)架的選擇。電源模塊選型號為PS307(IOA)，機(jī)架型號為O號機(jī)架。 主要傳感器的選擇傳感器在控制系統(tǒng)中扮演著相當(dāng)于人的眼睛作用。它為控制系統(tǒng)提供系統(tǒng)運(yùn)行的信息。PLC通過傳感器采集到的信息來采取相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。當(dāng)傳感器發(fā)生故障時(shí)候，系統(tǒng)也就失去了信息的輸入源，系統(tǒng)就會出現(xiàn)盲目運(yùn)轉(zhuǎn)。因此傳感器在控制系統(tǒng)中起著及其重要的作用，是控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分。（1） 液位傳感器的選擇液位傳感器用于測量各種容器或管道內(nèi)液體的液位高低和流量大小，本課題選擇西門子7ML52111DA11液位傳感器(量程是0～5m)，作為反應(yīng)池液位高度測量儀器。也可以用于水渠、水庫、江河、湖和海水水位的測量中，尤其適用于污水、有腐蝕性的場合，如城市排水泵站攔污柵前后水位的測量。一方面原因是產(chǎn)品系列化，連接比較方便，使用可靠。另一方面這個(gè)量程可以避免由于盲區(qū)導(dǎo)致的測量誤差，同時(shí)可以滿足工藝的要求。（2） 流量傳感器的選擇流量傳感器主要用于測量進(jìn)水污水的流量。本課題中選擇LDE10電磁流量計(jì)(量程是O一100L/h)。該流量計(jì)可以滿足本工藝的要求，并且可以方便實(shí)現(xiàn)與西門子PLC的連接，同時(shí)具有價(jià)格比較合理。（3） 溫度傳感器選擇本課題溫度傳感器主要用于測量污水的溫度。其中反應(yīng)池中的污水的溫度監(jiān)控比較關(guān)鍵，因?yàn)闇囟鹊母叩椭苯佑绊懛磻?yīng)的快慢以及反應(yīng)的程度。本課題選用西門子的溫度傳感器，（量程是30