【導讀】知道電機的基本知識，具備西門子。plc200、三菱plc的硬件和軟件基礎，熟練操作常用的組態(tài)軟件，了解傳感器的檢測原理，以及電動機的工作原理，現(xiàn)場控制柜的設計原理和必要的安全保護。對個人的自學能力有著。操作的污水處理技術，A/B法是吸附生物降解法，進行不斷地完善直至最初的設計初衷。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對周圍環(huán)境造。成很大的污染，從而工業(yè)污水的處理在是當下社會急需解決的問題。保證污水處理過程中的正常運行，減少運行成本成為相關部門所關注的問題。度和發(fā)達國家有不小的差距，這樣就更加重視污水對現(xiàn)代人們生活造成的影響。這種結(jié)果的原因主要有幾個方面：污水處理管理水平低、自動控制手段差。

　　

【正文】 潛水泵報警 轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻接觸器 污泥回流泵報警 轉(zhuǎn)碟曝氣機變頻接觸器 模擬量輸入部分 由于需要采集一個溶氧儀所反饋的數(shù)據(jù)，因此擴展了一個模擬量輸入輸出模塊，具體 I/O 分配，如下表 36 所示。 表 36 模擬量輸入地址分配 輸入地址 輸入設備 AIW0 溶解氧儀 模擬量輸出部分 在此控制系統(tǒng)中需要將采集回來的模擬量進行數(shù)據(jù)處理，然后，通過模擬輸出口對變頻器進行控制，進行控制其他設備的運行，如下表 37所示。 表 37模擬量輸出地址分配 輸出地址 輸出設備 AQW0 經(jīng) PID 運算輸出 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，設計出工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的硬件連線圖如圖38 所示，此控制面板上的手動控制部分主要在調(diào)試系統(tǒng)時使用，調(diào)試完成后基本處于閑置狀態(tài)。 常州信息職業(yè)技術學院 15 圖 38 工業(yè)污水處理系統(tǒng) PLC 硬件接線圖 其他資源配置 要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要 PLC 主機及其擴展模塊之外，還需要各種傳感器、接觸器和變頻器等儀器設備。 接觸器選型 在控制系統(tǒng)中，所有設備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反饋值進行動作的 ，因此需要 PLC 根據(jù)當前的工作情況，以及按鈕的情況來控制常州信息職業(yè)技術學院 16 所有設備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機接觸器、清污機接觸器、潛水泵接觸器、分離機接觸器、轉(zhuǎn)碟曝氣機接觸器、潛水攪拌機接觸器、刮泥機接觸器等。為此該系統(tǒng)選用施耐德 LC1D0901M5C 交流接觸，其額定電壓 220V,額定電流 9A。其特點有： 高標準：符合 IEC6094741 和 標準。長壽命：機械壽命高達 2020 萬次；電壽命高達 200 萬次。強適應性： ―TH‖防護處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。寬電壓：線圈控制電壓在 70%120%Uc 之間波動，不影響產(chǎn)品正常工作。強通用性：具有 50Hz60Hz 通用線圈，可以全世界通用。模塊化：產(chǎn)品本體上可以附加輔助觸頭，通電 /斷電延時觸頭，機械閉鎖等模塊。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星 三角起動器。 變頻器簡介 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。變頻器的輸入端接至頻率固定的三相交流電，輸出端輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電。 變頻器主要分為間接變頻和直接變頻兩大類，而間接變頻又根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)的主要儲能元件的不同可分為電壓 型和電流型。電壓型變頻器主回路由相控整流器，中間直流環(huán)節(jié)和逆變器三個部分組成。 相控整流器將交流電壓整流為可控的直流電壓，經(jīng)濾波由電容 Cd 輸出直流電壓 Vd，逆變器將直流 Ud 變換成頻率可調(diào)的交流電源供給電機進行變頻調(diào)速。由于中間直流環(huán)節(jié)是 Cd 低阻抗輸出相當于是恒壓源，故稱電壓型。 電流型交 直 交變頻器與電壓型變頻器的差別僅在于中間直流環(huán)節(jié)中的儲能元件用的是電感而不是電容。由于中間直流環(huán)節(jié)是高阻抗輸出相當于電流源，故稱電流型。 變頻與變壓 (VVVF)原理 當在實際利用變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的過程中，當頻 率 f 下降時，定子繞組的反電動勢 E 有所下降，定子電流增大，但是轉(zhuǎn)子側(cè)的負載并未增加，故轉(zhuǎn)子段電流不變，根據(jù)電流平衡方程可知，勵磁電流比增大，因而磁通 φm增大。 φm增加將導致鐵芯的飽和，進而引起勵磁電流波形的畸變，這是不希望的結(jié)果，因此希望 φm 可以保持基本不變。要實現(xiàn)這個目標，只要在變頻過程中使變頻器輸出電壓 Ul/f=const，則磁通 φm可保持基本不變。因此變頻的同時也要變壓，常用 VVVF 表示。 VVVF 實施的基本方法包括：脈幅調(diào)制 (PAM)和脈寬調(diào)制 (PWM)。 （ 1） 脈幅調(diào)制 (PAM) 實現(xiàn)方法就是調(diào)節(jié)頻 率的同時，也改變直流電壓的振幅值。 PAM 需要同時調(diào)節(jié)兩個部分：整流部分和逆變部分，兩者之間還必須滿足一定的關系，故控制電路比較復雜，因此比較少用。 （ 2） 脈寬調(diào)制 (PWM) 實現(xiàn)方法就是在每半個周期內(nèi)，把輸出電壓的波形分割成若干個脈沖波，每個脈沖的寬度為 t1，每個脈沖間的間隔寬度為 t2，則脈沖的占空比 Υ=tl/(t2+tl)。這時電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時，不改變直流電壓的幅值，常州信息職業(yè)技術學院 17 而是改變輸出電壓脈沖的占空比，同樣可以實現(xiàn)變頻也變壓的效果。 PWM 只需控制逆變電路便可實現(xiàn)，與 PAM 相比電路簡化 了許多，因此在變頻調(diào)速中比較常用。 變頻調(diào)速的基本原理 （ 1）異步電動機的等效變換 X 1 R 2R 1 X 2R mI OX mR 1U 1R LU 2 圖 39 異步電動機的等效變換 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式： 2212 2 21 1 2 1 232 [ ( ) ( ) ]m p s r UT f s r r s x x?? ? ? ? 其中： P 為旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)， S 為轉(zhuǎn)差率。 （ 2）變頻調(diào)速的原理 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生。異步電動機的定子主磁通是以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場實際是三個交變磁場合成的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 n0=60f/p，其 中 f 是電流頻率， P 是旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)。產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的必要條件是轉(zhuǎn)子繞組切割定子磁場的磁力線。因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n1必須低于定子磁場的轉(zhuǎn)速 n0 (即所謂的“異步” )。兩者之間的差異可由轉(zhuǎn)差率表示，轉(zhuǎn)差率 s=( n0 n1)/n0根據(jù) n0=60f/p 可知，當頻率 f 連續(xù)可調(diào)時，電動機的同步轉(zhuǎn)速 n0也連續(xù)可調(diào)，而異步電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n1，總是比同步轉(zhuǎn)速略低一點，所以當 n1連續(xù)可調(diào)時， n1也是連續(xù)可調(diào)。 設變頻后的頻率為 fx，電壓為 Ux，電動機的額定相電壓和頻率為 UN 和 fN，則有： xf ＝ fk Nf （ ） xU ＝ uk NU （ ） 其中 kf 為頻率可調(diào)比， ku 為電壓可調(diào)比。將上述兩個公式代入異步電動機的電 磁轉(zhuǎn)矩公式可得變頻后的轉(zhuǎn)矩公式： 22212 2 21 2 1 232 [ ( ) ( ) ]um f N x x fp s r k UT k f s r r s k x x?? ? ? ? 其中： sx為頻率為 fx時的轉(zhuǎn)差率。 （ ） （ ） ） ] 常州信息職業(yè)技術學院 18 在變頻器正常工作情況下，即 kf＝ km1 時的機械特性如圖 310 所示。 nn 1n 2n 3n 4f 3f 4f 2f 1of 1 f 2 f 3 f 4T k 4 T k 3 T k 2 T k 1 T M 圖 310kf＝ km1 時的機械特性 由圖 42 可知隨著 f 的下降，臨界轉(zhuǎn)矩 Tkx逐漸減少，電動機的帶負載能力也隨之下降。這無疑給變頻調(diào)速帶來了瑕點。而針對這種想象一般要采取電壓補償法。新系列的變頻器一般都提供了設置自動轉(zhuǎn)矩補償功能。變頻器可以根據(jù)電流的大小自動地決定補償?shù)某潭取? 變頻器選型 該系統(tǒng)選用的變頻器是西門子 MM430 變頻器， 具有多個繼電器輸出 ， 具有多個模擬量輸出 （ 0~20 mA） ， 2 個模擬輸入： AIN1： 0~10 V， 0~20 mA 和 –10 至 +10 V； AIN2： 0~10 V， 0~20 mA， 6 個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為 NPN/PNP 接線 。它是一種風機水泵負載專用變頻器，能適用于各種變速驅(qū)動系統(tǒng)，尤其是適用于工業(yè)部門的水泵和風機。該型變頻器，具有能源利用率高的特點，優(yōu)化了部分結(jié)構與功能，便于工作人員進行操作，實 現(xiàn)功能強。 它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關頻率是可選的，因而降低了電動機運行的噪聲。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。 變頻器參數(shù)設置 該工業(yè)污水處理系統(tǒng)中的 MM430 變頻器是一種風機水泵負載專用變頻器，能適用于各種變速驅(qū)動系統(tǒng)，尤其適合用于工業(yè)部門的水泵和風機。該變頻器，具有能源利用率高的特點，優(yōu)化了部分結(jié)構與功能，便于工作人員進行操作，實現(xiàn)其控制功能。在此控制系統(tǒng)中，需要對變頻器進行通信控制，因此需先對變頻器的參數(shù)進行設置，主要對一下幾個參數(shù)進行 調(diào)整，如表 311 所示。 表 311 變頻器參數(shù)設置表 參數(shù)號 參數(shù)值 說明 P0005 21 顯示實際頻率 P0700 2 由端子排輸入 P1000 2 模擬輸入 常州信息職業(yè)技術學院 19 P1300 2 可用于可變轉(zhuǎn)矩負載 P2020 6 9600baud P2020 1 USS 地址 P0300 根據(jù)具體電動機設置 電動機類型 P0304 根據(jù)具體電動機設置 電動機額定電壓 P0305 根據(jù)具體電動機設置 電動機額定電流 P0310 根據(jù)具體電動機設置 電動機額定頻率 P0311 根據(jù)具體電動機設置 電動機 額定轉(zhuǎn)速 電動機的選型 在該工業(yè)污水處理系統(tǒng)中需要用到許多電機， Y2 系列三相異步電機 是專為歐洲市場設計的三相異步電動機、電機出線盒置于電機機殼頂部、整機結(jié)構緊湊、外形美觀大方，安裝尺寸符合 IEC 標準，具有高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大，使用維護方便等特點。 主要性能有： 絕緣等級： F； 防護等級： IP54 或 IP55； 電壓：380V或 415V； 頻率 ： 50Hz 或 60Hz； 冷卻方式： IC411。 Y2 系列電動機有兩種設計，一種是適用于一般機械配套和出口需要，在輕載時有較高效率，在實際運行中有較佳節(jié)能效果，且具有較高 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，此設計稱為 Y2Y 系列。中心高 63～ 355mm，功率從 ~315kW。電動機符合 JB/T86 Y2 系列 (1P54)三相異步電動機（機座 號 63～ 355）技術條件。 型號含義：如 Y2200L12Y： ―Y2‖表示異步電動機第二次改型設計， ―200‖表示中心高，―L‖表示機座長短號， ―1‖表示鐵心長度序號， ―2‖表示極數(shù)， ―Y‖表示第一種設計（可省略）。 第 2 種設計是滿載時有較高效率，更適用于長期運行和負載率較高的使用場合，如水泵、風機配套，此設計稱為 Y2E 系列，中心高 80～ 280mm，功率從 ～ 90kW。電動機符合 JB/ Y2 系列 (1P54)三相異步電動機（機座號 80～ 280）技術條件。 型號含義：如 Y2200L26E： ―Y2‖表示異步電動機第二次改型設計， ―200‖表示中心高， ―L‖表示機座長短號， ―2‖表示鐵心長度序號， ―6‖表示極數(shù)， ―E”表示第二種設計。 根據(jù)上述分析，選擇 Y2200L26E 即可滿足要求。 液位差計 對格柵機的清污機進行控制，需要監(jiān)測格柵機兩側(cè)的液面差，在該系統(tǒng)中利用液位差計，該系統(tǒng)選用的 超聲波液位差計型 號 ： XL60YI4000。粗格柵、細格柵各安裝了一臺超聲波液位差計，通過格柵機前后的液位差來反映格柵機阻塞程度，并傳輸?shù)?PLC 控制器，進行分析計算。當液位差超過預設值后，系統(tǒng)控制清污機運行，清除大顆粒的污染物質(zhì)，保障污水流動暢通；在液位差未超過設定值時，清污機處于停止狀態(tài)，這樣就可以大大減少設備損耗。 超聲波液位差計精度較高，且有多種量程可供選擇，其輸出信號有一下三種：可編程繼電器輸出、高精度 4～ 20mA 模擬信號輸出、 RS485 通信口輸出，可根據(jù)需要的信號選擇輸出，作為 PLC 的輸入信號。該系統(tǒng)選用的 超聲 波液位差計常州信息職業(yè)技術學院 20 型號 ： XL60YI4000。 工作溫度： 20~60℃ ， 工作電壓： AC220V 或 DC24V，工作壓力：常壓 ， 差值精度： 177。3mm或 ％ FS（取其較大者） ， 重復精度： 1‰ ，分辨率： 1mm ， 方 向 角 ： 4176。/ 6176。（全角） ， 工作頻率： 13KHz~40KHz（因型號規(guī)格而不同） ， 信號輸出： RS48 Modbus、標準的 420mA 電流信號和多路開關量輸出 。 采用先進的嵌入式微處理技術，使其測控儀器達到了高度的數(shù)字化和智能化。它集超聲波傳感器、溫度補償電路、運算主機為一體的非接觸式液位差測量儀 器。超聲波液位差計具有精度高，壽命長，穩(wěn)定可靠，安裝維護方便等特點 。 溶解氧儀 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。用傳統(tǒng)的化學方法（如碘量滴定法）測定溶解液中的溶解氧是很費時的，且成本很高，不能連續(xù)測量，而用滴汞電極 （ DME） 的極譜分析最為簡單。但是 DME 的一些特殊性又影響了它在現(xiàn)場工作中的應用。金與鉑電極能克服 DME 遇到的某些困難，但在一些生物介質(zhì)中就失效。為了消除上述困難，膜覆蓋氧電極誕生了，它最初是由 Clark 在 1956 年提出的，故而得名 Clark 氧電極。這種電極利用膜可滲透氧但不能滲透水和有機及無機溶質(zhì)的原理，保護電極不與這類還原物質(zhì)緊密接觸，從而使傳感器的靈敏度不受影響。當前用來測量水中溶解氧濃度最常用的儀器就是電化學傳感器（例如 Clark 傳感器）。