【導讀】目前，我國大多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)自動化水平不高、安全性低、管理不當，效率普遍低于世界標準。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。是急需解決的主要問題。中國污水處理自控系統(tǒng)相對落后，污水處理成本居高不。下，污水廠排放的處理過的污水的水質不穩(wěn)定，所以如何建立有效的自控系統(tǒng)，優(yōu)化運行效果，減少運行費用，具有重要意義。文章首先介紹了基于PLC污水處理控制系統(tǒng)的工藝及相關。步驟，來說明PLC在污水處理過程中的應用。先根據(jù)污水處理要求設計了設備的。據(jù)報道我國人均擁有淡水量為2400噸，為世。淡水量僅有240噸。令人擔憂的是淡水總量日益減少，用水成本不斷升高，淡水。的浪費非常嚴重。我國北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢、水位下降、湖。泊干涸、河水斷流、生態(tài)惡化。目前全國城市污廢水的處理率。僅有10%左右，其余的污廢水都直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重復利用率低、污染嚴重是我國工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的突出問題。

　　

【正文】 流系統(tǒng)程序主要控制污泥回流泵的運行和停止，其工作過程包括以下幾個方面。 （ 1）自動過程開始首先檢測液面高低，若低于最低位傳感器，啟動定時。 （ 2）定時到，若液面仍低于最低位傳感器則停止回流泵運行。 （ 3）若液面處于最高位和最低位之間，啟動污泥回流泵。 （ 4）若液面高于最高位傳感器時，啟動定時。 （ 5）定時到，若液面仍處于最高位傳感器時，輸出報警信號。 污泥回流系統(tǒng)工作流程圖如圖 48 所示。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 29 圖 48 污泥回流系統(tǒng)工作流程圖 污泥脫水系統(tǒng)程序主要控制離心式脫水機，啟動定時。 （ 1）自 動過程開始首先啟動離心式脫水機，啟動定時。 （ 2）定時到，啟動聚合物泵，啟動定時。 （ 3）定時到，啟動污泥泵和切割機。 污泥脫水系統(tǒng)工作流程圖如圖 49 所示。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 30 圖 49 污泥脫水系統(tǒng)工作流程圖 在設計程序過程中，會用到許多中間繼電器、寄存器、定時器等軟元件，為了便于編程及修改，在程序編寫前應先列出可能用到的軟元件，如表 410 所示。 表 410 軟元件設置 元件 意義 內容 備注 系統(tǒng)停止標志 On 有效 手動方式標志 On 有效 自動方式標志 On 有效 自動方式啟動標志 On 有效 清污機運行標志 On 有效 聚合物泵運行標志 On 有效 污泥泵運行標志 On 有效 切割機運行標志 On 有效 粗格柵機停止標志 On 有效 粗格柵機定時脈沖計數(shù) On 有效 進水泵房液面低于最低位 On 有效 細格柵機停止標志 On 有效 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 31 細格柵機定時脈沖計數(shù) On 有效 轉碟曝氣機變頻轉工頻運行標志 On 有效 轉碟曝氣機變頻運行標志 On 有效 回流泵房液面低于最低位標志 On 有效 回流泵房液面高于最高位標志 On 有效 C1 粗格柵機 2h 定時中間計數(shù)器 10 C2 細格柵機 2h 定時中間計數(shù)器 10 T33 時鐘脈沖 5 50ms T37 粗格柵機運行時間 120xx 20min T38 粗格柵機停止時間定時 7200 12min T39 進水泵房液面低于最低位定時 20 2s T40 進水泵房液面高于最高位定時 20 2s T41 細格柵機運行時間 120xx 20min T42 細格柵 機停止時間定時 7200 12min T43 污泥回流泵房液面低于最低位定時 20 2s T44 污泥回流泵高于低位且低于高位定時 20 2s T45 污泥回流泵房液面高于最高位定時 20 2s T46 離心式脫水機與聚合物泵啟動間隔 50 5s T47 聚合物泵與污泥泵和切割機啟動間隔 50 5s VD10 變頻器速度寄存器 VD20 含氧量反饋值寄存器 VD30 變頻器速度寄存器 VD100 含氧量標準值寄存器 VD102 變頻器速度標準值寄存器 VD104 USSINIT 指令執(zhí)行結果 VD106 USSRPMR 錯誤狀態(tài)字節(jié) 曝氣過程控制的任務 工業(yè)污水處理后的水質是否達到排放標準，其中生化需氧量（ BOD）和化學需氧量（ COD）是重要的水質指標。 BOD 是指在有氧條件下，降解有機物所需的氧量。 COD 是指在酸性條件下，用強氧化劑將有機物氧化成 CO H2O所消耗的氧量。 BOD 的測定需費時 5 天，且測定結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，耗時約 2 小時。雖然有 COD 濃度在線檢測儀可以在西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 32 線檢測，但仍存在滯后（ 30 分鐘左右 ） ，測量結果嚴重滯后于實際運行時間，不能及時反映實際情況。另外， COD 檢測儀的價格也較昂貴，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)。 在好氧反應過程中，參與工業(yè)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鍵因素是反應池中溶解氧的含量。為了使微生物的活動最佳化，應該使供氧量與消耗的氧量相等，或稍大一些。如果供氧量少，處理的水質和污泥的活化就要降低如果供氧量過多，污泥的沉降性差，處理水質也差，另外也不經濟。由此可見，混合液中溶解氧濃度 (DO)是好氧反應中一個重要的控制參數(shù)。如 果控制曝氣設備的最佳溶解氧濃度，就能使處理水質優(yōu)化，也能節(jié)約動力費用，并且由于 DO 的在線檢測簡單、可靠，因此把 DO 作為工業(yè)污水處理過程的控制參數(shù)。 氯氣投加環(huán)節(jié) 氯氣投加消毒效果的好壞與原水 PH 值、水溫、濁度和接觸時間有直接的關系。人工進行加氯量控制，不僅對操作工人不安全，而且投加量也難以準確控制。投加量少了，達不到殺菌消毒效果；投加量多了雖殺菌效果得到了保證，但水將呈氯臭味難以飲用，此外管道腐蝕將加劇，生產成本也上升。近年來，人工加氯逐漸被自動方式取代。 氯氣投加系統(tǒng)具有大慣性、大滯后的特點，其過渡 過程和純滯后時間均較長，并且系統(tǒng)的干擾因素較多，對這樣一個系統(tǒng)，使用一般的 PID 調節(jié)很難滿足控制要求。為了精確控制投加的氯量，運用模糊自整定 PID 參數(shù)控制器對氯氣投加系統(tǒng)進行自動控制。氯氣投加自動控制系統(tǒng)如圖 411 所示。 圖 411 氯氣投加自控原理圖 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 33 絮凝劑投加環(huán) 在污泥脫水過程中為增加沉淀效果，使污水中懸浮顆粒能夠形成具有良好沉淀性能的絮凝體，達到泥水充分分離的處理效果，需進行絮凝劑投加。其控制過程主要是通過污泥濃度、污水流量、絮凝劑濃度等因素控制來完成的。其 PID調節(jié)的模糊控制過程與上述兩個 非線性控制環(huán)節(jié)類似，具有大時滯、非線性的特點。由于混凝過程的復雜性和多變性，混凝投藥的自動控制一直受到控制行業(yè)和污水行業(yè)專家的普遍關注。 PID 控制 對于工業(yè)控制過程 , 常規(guī)的 PID 控制器具有原理簡單、使用方便、穩(wěn)定可靠、無靜差等優(yōu)點，因此在控制理論和技術飛躍發(fā)展的今天，在工業(yè)控制領域仍具有強大的生命力。常規(guī)的 PID 控制器的描述如式（ ）所示： （ ） 其中各參數(shù)代表的意義是： Un：控制器的輸出 En：控 制器偏差輸入 ECn：系統(tǒng)誤差變化率 kp：比例增益 ki：積分增益 kd：微分增益 比例增益 kp 使控制器的輸入輸出成一一對應比例關系。一旦輸入輸出有偏差，比例作用會立即產生控制作用，比例控制是用來調節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)增益的，它是基于偏差進行調節(jié)的，是有差調節(jié)。為了盡量減小偏差，同時也為了加快系統(tǒng)的響應速度，縮短系統(tǒng)的調節(jié)時間，需要增大 kp 值。但是因為 kp 值又受到系統(tǒng)穩(wěn)定性的限制，所以 kp 值不能任意的增大。積分作用 ki 是為了消除靜差而引入的。然而， ki 值的引入使得系統(tǒng)的響應的快速性下降，穩(wěn)定性變差。尤其在系統(tǒng)出現(xiàn) 大偏差階段時，積分往往使得系統(tǒng)的響應出現(xiàn)過大的超調，從而使調節(jié)時間變長。微分作用 kt 的作用使之能夠根據(jù)偏差變化的趨勢作出反應，它加快了對偏差變化的反應速度，能夠有效地減小超調，縮小最大動態(tài)偏差。但是，同時又會使系統(tǒng)容易受到高頻干擾的影響。在實際的系統(tǒng)設計中只有合理地整定上述三個參數(shù)，才能獲得比較滿意的控制性能。在污水的自動控制中，混凝劑投加、n i=0 U n=kpEn+ki∑ Ei+KdECn 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 34 氯氣投加和曝氣環(huán)節(jié)由于過程的復雜性、多變性、非線性和大滯后的特點，采用的 PID 控制算法難以實現(xiàn)準確和高效的控制。為此在常規(guī)的 PID 控制基礎上，采用模糊推理的方法，對 PID 的控制參數(shù)進行在線自整定，從而完善 PID 控制器的性能，使其適應控制系統(tǒng)的參數(shù)變化和工作條。 PLC 和變頻器通訊 （ 1） USS 通訊協(xié)議簡介 USS協(xié)議（ Universal Serial Interface Protocol 通用串行接口協(xié)議）是SIEMENS 公司所有傳動產品的通用通訊協(xié)議，它是一種基于串行總線進行數(shù)據(jù)通訊的協(xié)議。 USS協(xié)議是主 從結構的協(xié)議，規(guī)定了在 USS 總線上可以有一個主站和最多 30 個從站；總線上的每個從站都有一個站地址（在從站參數(shù)中設定），主站依靠它識別每個從站；每個從站也 只對主站發(fā)來的報文做出響應并回送報文，從站之間不能直接進行數(shù)據(jù)通訊。另外，還有一種廣播通訊方式，主站可以同時給所有從站發(fā)送報文，從站在接收到報文并做出相應的響應后可不回送報文。 在使用 USS 協(xié)議之前，需要先安裝西門子的指令庫。 USS 協(xié)議指令在STEP7— MICRO/WIN32指令樹的庫文件夾中， STEP7— MICRO/WIN32指令庫提供 14個子程序、 3個中斷程序和 8條指令來支持 USS協(xié)議。調用一條指令時，將會自動地增加一個或幾個子程序。 （ 2） USS 通訊協(xié)議庫 編程之前一定要將 USS 協(xié)議庫添加進去，編程軟件 默認安裝沒有 USS 協(xié)議庫的。 USS_INIT 指令：當 EN輸入接通時，每一循環(huán)都執(zhí)行該指令。通過 Mode 輸入值可選擇不同的通訊協(xié)議：輸入值為 1，指定 Port 0 為 USS 協(xié)議并使能該協(xié)議；輸入值為 0，指定 Port 0 為 PPI 并且禁止 USS 協(xié)議。 Baud 設置波特率為 1200、 2400、 4800、 9600、 19200、 38400、 57600 或 115200。 Active 指示哪個驅動激活，有些驅動 只支持地址 0到 30。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 35 5 調試和運行結果 工業(yè)污水處理廠自動控制系統(tǒng)設計、安裝完成后，進行系統(tǒng)的調試和 試運行，確定符合實際進水水量和水質的各項控制參數(shù)，發(fā)現(xiàn)并解決設備、儀表、程序、工藝等方面出現(xiàn)的問題，檢驗系統(tǒng)是否實現(xiàn)工藝設計目標，即出水各項指標達到設計要求。 硬件系統(tǒng)的調試 按照系統(tǒng)設計要求將各硬件接線接好。調試過程首先檢查總供電及各設備供電是否正常，然后檢查設備的電氣控制是否正常，能否正常開機，各種閘閥能否正常開啟和關閉，檢查儀表及控制系統(tǒng)是否正常。在對系統(tǒng)進行必要的檢查后，開始具體調試。 硬件功能調試主要是測試硬件的功能是否正常，這部分的調試內容包括： （ 1）供電線路的設置和檢驗，主要用萬用表檢 測電路的連通是否實現(xiàn)，以及保證接線的正確性，防止 220V 與 24V 線路的錯位接線發(fā)生； （ 2）電機直接加三相電源調試，檢測電機工作狀態(tài)； （ 3）變頻器單獨調試，檢測能否正常進行參數(shù)設置； （ 4）變頻器加電機進行調試，檢測能否正常進行變頻調速，在外部控制模式下，控制端子是否能正?？刂齐姍C啟動，調節(jié)電機轉速等； （ 5） PLC 單獨檢測，檢查 PLC 單元能否正常工作，指示燈是否正常，該部分工作實際上在計算機模擬調試前就己經完成； （ 6） PLC 加變頻器聯(lián)機調試，檢查 PLC、變頻器是否能實現(xiàn)對此系統(tǒng)控制； 經過測試，結果表 明上述功能一切正常，可以進行總體調試。 軟件系統(tǒng)的調試 在 STEP7Micro/WIN32 軟件中，通過編程，將編好的程序下載到 PLC 中進行運行調試，檢查程序是否有錯誤，是否能夠實現(xiàn)相應的功能控制。調試時，可根據(jù)功能模塊分類分別調試，最后進行總體調試。 在該控制程序中，需要根據(jù)外界輸入的狀態(tài)來控制清污機、潛水泵，以及污泥回流泵的啟停，因此需要按照液位傳感器和液位差計反饋來的信息進行判斷處理，然后再進行輸出控制。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 36 運行結果 通過系統(tǒng)調試，能夠實現(xiàn) PLC 在系統(tǒng)控制中的手動、自動模式的控制。啟動電源 后按下手動或自動模式選擇按鈕，當在手動模式時，可通過各控制按鈕實現(xiàn)對工業(yè)污水處理系統(tǒng)中各電機的控制運行同時相應的指示燈亮。 當在自動模式時，在自動方式下進行閉環(huán)控制，系統(tǒng)根據(jù)檢測到外部傳感器的狀態(tài)對設備進行啟?？刂啤Ｗ詣涌刂葡到y(tǒng)過程包括：粗格柵系統(tǒng)、潛水泵系統(tǒng)、細格柵系統(tǒng)、曝氣沉砂系統(tǒng)、污泥回流系統(tǒng)、污泥脫水系統(tǒng)。啟動自動運行按鈕后，自動過程開始，啟動潛水攪拌器和刮泥機。運行粗、細格柵機，進行間歇運行，即運行一段時間然后停止一段時間，循環(huán)進行。在間歇運行過程時，粗格柵機運行 20min 定時到后停止運行 2h， 2h定時到后又開始運行 20min。細格柵機粗格柵機相似。根據(jù)反饋回來的液位差狀態(tài)控制清污機的運行與停止。而進水泵房中的潛水泵根據(jù)液面高低進行運行、停止及運行數(shù)量的控制： ① 潛水泵系統(tǒng)啟動首先開始啟動潛水泵。 ② 檢測液面高度，低于最低位傳感器時，開始定時防止誤判。 ③ 定時到后，若仍低于最低位傳感器，則停止?jié)撍眠\行，否則潛水泵繼續(xù)運行。 ④ 檢測液面處于中位和高位傳感器之間時，開始定時防止誤判。 ⑤ 定時到后，若液面仍持續(xù)處于高位傳感器，則輸出報警信號。 而轉碟曝氣機根據(jù)溶