【導(dǎo)讀】普遍低于世界標(biāo)準(zhǔn)。污水處理系統(tǒng)中的曝氣過程控制、數(shù)據(jù)通訊和監(jiān)控管理是急需解決。中國(guó)污水處理自控系統(tǒng)相對(duì)落后，污水處理成本居高不下，污水廠排放的。費(fèi)用，具有重要意義。文章首先介紹PLC在污水處理控制系統(tǒng)的工藝及相關(guān)流程，控制系統(tǒng)硬。處理過程中的應(yīng)用。先根據(jù)污水處理要求設(shè)計(jì)了設(shè)備的電器控制與自動(dòng)控制線路，主要。制系統(tǒng)，其中包括PLC的選型、系統(tǒng)資源配置以及按照污水處理工藝編制PLC程序。

　　

【正文】 務(wù)。可以說 ， S7200 的通訊功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了小型 PLC 的整體通訊水平。 （ 3） 編程軟件的易用性 Step 7 – Micro/WIN 編程軟件為用戶提供了開發(fā)、編輯和監(jiān)控的良好編程環(huán)境。全中文的界面、中文的在線幫助信息、 Windows 的界面風(fēng)格以及豐富的編程向?qū)?功 能 使 用戶快速進(jìn)入狀態(tài)，得心應(yīng)手。 （ 4） 不斷地創(chuàng) 新 創(chuàng)新是西門子公司的一貫風(fēng)格， 在 S7200 上更是體現(xiàn)得淋漓盡致。永不停歇地推出新 產(chǎn) 品，使更多的需求夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)，這正是 S7200 成為市場(chǎng)佼佼者的原動(dòng)力。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 18 PLC 的 I/O 資源配置 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對(duì) PLC 的 I/O 進(jìn)行配置，具體分配如下表 ： 數(shù)字量輸入部分 表 35 數(shù)字輸入量地址分配 輸入地址 輸入設(shè)備 輸入地址 輸入設(shè)備 急停 手動(dòng)刮泥機(jī)啟動(dòng) 手動(dòng)方式 手動(dòng)污泥回流泵啟動(dòng) 自動(dòng)方式 手動(dòng)分離式脫水機(jī)啟 動(dòng) 自動(dòng)啟動(dòng)確認(rèn) 手動(dòng)污泥泵啟動(dòng) 手動(dòng)粗格柵機(jī)啟動(dòng) 手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)加速 手動(dòng)清污機(jī)啟動(dòng) 手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)減少 手動(dòng)潛水泵啟動(dòng) 粗格柵液位差計(jì) 手動(dòng)細(xì)格柵機(jī)啟動(dòng) 細(xì)格柵液位差計(jì) 手動(dòng)分離機(jī)啟動(dòng) 進(jìn)水泵房液面高位傳感器 手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻啟動(dòng) 進(jìn)水泵房液面低位傳感器 手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻啟動(dòng) 污泥回流泵液面高位傳感器 手動(dòng)潛水?dāng)嚢?機(jī)啟動(dòng) 污泥回流泵液面低位傳感器 數(shù)字量輸出部分 表 36數(shù)字輸出量地址分配 輸出地址 輸出設(shè)備 輸出地址 輸出設(shè)備 粗格柵機(jī)接觸器 潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器 清污機(jī)接觸器 刮泥機(jī)接觸器 潛水泵接觸器 污泥回流泵接觸器 細(xì)格柵機(jī)接觸器 離心式脫水機(jī)接觸器 分離機(jī)接觸器 潛水泵報(bào)警 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻接觸器 污泥回流泵報(bào)警 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 19 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻接觸器 潛水泵報(bào)警 模擬量輸入部分 由于需要采集一個(gè)溶氧儀所反饋的數(shù)據(jù)，因此擴(kuò)展了一個(gè)模擬量輸入輸出模塊，具體 I/O 分配，如下表 37所示 ： 表 37 模擬量輸入地址分配 輸入地址 輸入設(shè)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后，通過模擬輸出口對(duì)變頻器進(jìn)行控制，進(jìn)行控制其他設(shè)備的運(yùn)行，如下表 38所示 ： 表 38模擬量輸出地址分配 輸出地址 輸出設(shè)備 AQW0 經(jīng) PID 運(yùn)算輸出 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計(jì)出工業(yè)污水處理控制系 統(tǒng)的硬件連線圖如圖39所示，此控制面板上的手動(dòng)控制部分主要在調(diào)試系統(tǒng)時(shí)使用，調(diào)試完成后基本處于閑置狀態(tài)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 20 39 硬件連線圖 其他資源配置 要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要 PLC 主機(jī)及擴(kuò)展模塊之外，還需要各種傳感器、接觸器和變頻器等儀器設(shè)備 。 接觸器選型 在控制系統(tǒng)中，所有設(shè)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(jìn)行動(dòng)作的，因此需要 PLC 根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設(shè)備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機(jī)接觸器、清污機(jī)接觸器、潛水泵接觸器、分離機(jī)接觸器、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)接觸器、潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器、刮泥機(jī)接觸器等。為此該系統(tǒng)選用施耐德 LC1D0901M5C 交流接觸 器 ，其額定電壓 為 220V,額定電流 為 9A。其特點(diǎn)有： 高標(biāo)準(zhǔn)：符合 IEC6094741 和 標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)壽命：河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 21 機(jī)械壽命高達(dá) 2020 萬(wàn)次；電 壽命高達(dá) 200 萬(wàn)次 ； 強(qiáng)適應(yīng)性： “ TH” 防護(hù)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(dòng)，不影響產(chǎn)品正常工作 ； 強(qiáng)通用性：具有 50Hz～ 60Hz 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(shí)觸頭，機(jī)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(dòng)器 。 變頻器簡(jiǎn)介 變頻器的功能是將頻率固定的 (通常為 50Hz)交流電 轉(zhuǎn) 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(chǔ)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(gè)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 動(dòng) 機(jī)進(jìn)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(dāng)于是恒壓源，故稱 為 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(chǔ)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(dāng)于電流源，故稱 為 電流型。 變頻與變壓 (VVVF)原理 當(dāng)在實(shí)際利用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的過程中，當(dāng)頻率 f下降時(shí)，定子繞組的反電動(dòng)勢(shì) E 有所下降，定子電流增大，但是轉(zhuǎn)子側(cè)的負(fù)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(lì)磁電流比增大，因而磁通φ m增大。φ m增加將導(dǎo)致鐵芯的飽和，進(jìn)而引起勵(lì)磁電流波形的畸變，這是不希望的結(jié)果，因此希望φ m保持基本不變。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，只要在變頻過程中使變頻器輸出電壓Ul/f=const 不變 ，則磁通 φ m可保持基本不變。因此變頻的同時(shí)也要變壓，常用VVVF 表示。 VVVF 實(shí)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(shí)現(xiàn)方法就是調(diào)節(jié)頻率的同時(shí)，也改變直流電壓的振幅值 。 PAM 需要同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)部分：整流部分和逆變部分，兩者之間還必須滿足一定的關(guān)系，故控制電路比較復(fù)雜，因此比較少 使 用。 （ 2） 脈寬調(diào)制 (PWM) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 22 實(shí)現(xiàn)方法就是在每半個(gè)周期內(nèi)，把輸出電壓的波形分割成若干個(gè)脈沖波，每個(gè)脈沖的寬度為 t1， 每個(gè)脈沖間的間隔寬度為 t2，則脈沖的占空比 Υ=tl/(t2+tl )。這時(shí)電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時(shí)，不改變直流電壓的幅 值，而是改變輸出電壓脈沖的占空比，同樣可以實(shí)現(xiàn)變頻變壓的效果。 PWM 只需控制逆變電路 即 可實(shí)現(xiàn)，與 PAM 相比電路簡(jiǎn)化了許多，因此在變頻調(diào)速中較常用。 變頻調(diào)速的基本原理 （ 1） 異步電動(dòng)機(jī)的等效變換 X 1 R 2R 1 X 2R mI OX mR 1U 1R LU 2 圖 310 異步電動(dòng)機(jī)的等效變換 異步電動(dòng)機(jī)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(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)， S 為轉(zhuǎn)差率 （ 2） 變頻調(diào)速的原理 異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用 而 產(chǎn)生。 異步電動(dòng)機(jī)的定子主磁通是以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)實(shí)際是 由 三個(gè)交變磁場(chǎng)合成的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 n0=60f/p， 其中 f是電流頻率 ， P是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)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(chǎng)的磁力線。因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n1必須低于定子磁場(chǎng)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(dāng)頻率 f連續(xù)可調(diào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n0也連續(xù)可調(diào)，而異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n1， 總是比同步轉(zhuǎn)速略低一點(diǎn)，所以當(dāng) n1連續(xù)可調(diào)時(shí) ， n1也是連續(xù)可調(diào)。 設(shè)變頻后的頻率為 fx，電壓為 Ux， 電動(dòng)機(jī)的額定相電壓和頻率為 UN和 fN，則有： xf ＝ fk Nf （ ） xU ＝ uk NU （ ） （ ） 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 23 其中 kf為頻率可調(diào)比， ku為電壓可調(diào)比。將上述兩個(gè)公式代入異步電動(dòng)機(jī)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(shí)的轉(zhuǎn)差率。 在變頻器正常工作情況下，即 kf＝ km1 時(shí)的機(jī)械特性如圖 311 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 311 kf＝ km1 時(shí)的機(jī)械特性 由圖 311可知隨著 f 的下降，臨界轉(zhuǎn)矩 Tkx逐漸減少，電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力也隨之下降。這無疑給 變頻調(diào)速帶來了 困難 。而針對(duì)這種想象一般要采取電壓補(bǔ)償法。新系列的變頻器一般都提供了設(shè)置自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能。變頻器可以根據(jù)電流的大小自動(dòng)地決定補(bǔ)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(gè)繼電器輸出 ， 具有多個(gè)模擬量輸出（ 0～ 20 mA） ， 2 個(gè)模擬輸入： AIN1： 0～ 10 V， 0～ 20 mA 和 – 10 ～+10 V； AIN2： 0～ 10 V， 0～ 20 mA， 6 個(gè)帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為 NPN/PNP 接線 。它是一種風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載專用變頻器，能適用于各種變速驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)，尤其是適用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機(jī)。該 類 型 的 變頻器，具有能源利用率高的特點(diǎn)，優(yōu)化了部分結(jié)構(gòu)與功能，便于工作人員進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)。 它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù) 功能 。 變頻器參數(shù)設(shè)置 該工業(yè)污水處理系統(tǒng)中的 MM430 變頻器是一種風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載專用變頻器，能（ ）） ] 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 24 適用于各種變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，尤其適合用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機(jī)。該變頻器，具有能源利用率高的特點(diǎn)，優(yōu)化了部分結(jié)構(gòu)與功能，便于工 作人員進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)其控制功能。在此控制系統(tǒng)中，需要對(duì)變頻器進(jìn)行通信控制，因此需 要 先對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要對(duì) 以 下幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如表 312 所示 ： 表 312 變頻器參數(shù)設(shè)置表 參數(shù)號(hào) 參數(shù)值 說明 P0005 21 顯示實(shí)際頻率 P0700 2 由端子排輸入 P1000 2 模擬輸入 P1300 2 可用于可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載 P2020 6 9600baud P2020 1 USS 地址 P0300 根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置 電動(dòng)機(jī)類型 P0304 根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置 電動(dòng)機(jī)額定電壓 P0305 P0310 P0311 根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置 根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置 根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置 電動(dòng)機(jī)額定電流 電動(dòng)機(jī)額定頻率 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 電動(dòng)機(jī)的選型 在該工業(yè)污水處理系統(tǒng)中需要用到許多電機(jī)， Y2 系列三相異步電機(jī) 是專為歐洲市場(chǎng)設(shè)計(jì)的三相異步電動(dòng)機(jī) 。 電機(jī)出線盒置于電機(jī)機(jī)殼頂部 ， 整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀大方，安裝尺寸符合 IEC 標(biāo)準(zhǔn)，具有高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。 主要性能有： 絕緣等級(jí)： F；防護(hù)等級(jí)： IP54 或 IP55； 電壓： 380V或 415V；頻率： 50Hz 或 60Hz；冷卻方式： IC411。 Y2 系列電動(dòng)機(jī)有兩種設(shè)計(jì)，一種適用于一般機(jī)械配套和出口需要，在輕載時(shí)有較高效率，在實(shí)際運(yùn)行中有較 好 節(jié)能效果，且具有較高堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，此設(shè)計(jì)稱為Y2Y系列。中 心高 63～ 355mm，功 率從 ～ 315kW。電動(dòng)機(jī)符合 JB/ Y2 系列 (1P54)三相異步電動(dòng)機(jī)（機(jī)座號(hào) 63～ 355）技術(shù)條件。 型號(hào)含義：如Y2200L12Y： “Y2” 表示異步電動(dòng)機(jī)第二次改型設(shè)計(jì)，“ 200”表示中心高， “L”表示機(jī)座長(zhǎng)短號(hào)，“ 1”表示鐵心長(zhǎng)度序號(hào)，“ 2”表示極數(shù)， “Y” 表示第一種設(shè)計(jì)（可省略）。 第 2種設(shè)計(jì)是滿載時(shí)有較高效率，更適用于長(zhǎng)期運(yùn)行和負(fù)載率較高河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 25 的使用場(chǎng)合，如水泵、風(fēng)機(jī)配套，此設(shè)計(jì)稱為 Y2E系列，中心高 80～ 280mm，功率從 ～ 90kW。 電動(dòng)機(jī)符合 JB/ Y2 系 列 (1P54)三相異步電動(dòng)機(jī)（機(jī)座號(hào) 80～ 280）技術(shù)條件。 型號(hào)含義：如 Y2200L26E： “Y2” 表示異步電動(dòng)機(jī)第二次改型設(shè)計(jì)，“ 200”表示中心高， “L” 表示機(jī)座長(zhǎng)短號(hào)，“ 2”表示鐵心長(zhǎng)度序號(hào)，“ 6”表示極數(shù)， “E” 表示第二種設(shè)計(jì)。 根據(jù)上述分析，選擇 Y2200L26E 即可滿足要求。 液位差計(jì) 對(duì)格柵機(jī)的清污機(jī)進(jìn)行控制，需要監(jiān)測(cè)格柵機(jī)兩側(cè)的液 位 差，在該系