【正文】 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，在該系統(tǒng)中。 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)。 第 2種設(shè)計(jì)是滿(mǎn)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(shuō)明書(shū) 25 的使用場(chǎng)合，如水泵、風(fēng)機(jī)配套，此設(shè)計(jì)稱(chēng)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) 63～ 355）技術(shù)條件。 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(chēng)為Y2Y系列。 電機(jī)出線(xiàn)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)。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。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 。 它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。它是一種風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載專(zhuān)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(mén)的水泵和風(fēng)機(jī)。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?。而針?duì)這種想象一般要采取電壓補(bǔ)償法。 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。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。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)。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(xiàn)。 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。 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。 （ 2） 脈寬調(diào)制 (PWM) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 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 )。 （ 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 。因此變頻的同時(shí)也要變壓，常用VVVF 表示。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。 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(chēng) 為 電流型。 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。 變頻器主要分為間接變頻和直接變頻兩大類(lèi)，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。 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。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。其特點(diǎn)有： 高標(biāo)準(zhǔn)：符合 IEC6094741 和 標(biāo)準(zhǔn)。 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(lái)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。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 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(shuō)明書(shū) 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(lái)的模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后，通過(guò)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(xiàn)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)。 （ 4） 不斷地創(chuàng) 新 創(chuàng)新是西門(mén)子公司的一貫風(fēng)格， 在 S7200 上更是體現(xiàn)得淋漓盡致。 （ 3） 編程軟件的易用性 Step 7 – Micro/WIN 編程軟件為用戶(hù)提供了開(kāi)發(fā)、編輯和監(jiān)控的良好編程環(huán)境。在 互 聯(lián)網(wǎng)需求已日益成為必需的今天，強(qiáng)大的通訊 功能 無(wú)疑會(huì)使 S7200 為更多的用戶(hù)服務(wù)。 S7200 除具有 PLC 基本的控制功能外，更在如下方面有其獨(dú)到之處 ： （ 1） 功能強(qiáng)大的指令集 指令內(nèi)容包括位邏輯指令、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、 PID 指令、復(fù)雜數(shù)字運(yùn) 算 指令、字符串指令、時(shí)鐘指令、通訊指令，以及和智能模塊配合的專(zhuān)用指令等。西門(mén)子公司專(zhuān)門(mén)為 S7— 200 系 列 PLC 配置了模擬量輸入輸出模塊 EM235，該模塊具有較高的分辨率和較強(qiáng)的輸出驅(qū)動(dòng)能力，可滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的功能要求。正好可以滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的 I/O需求。 CPU226 在工業(yè)污水處理系統(tǒng)中使用的數(shù)字量輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)都比較多，因此除了 PLC主機(jī)自帶的 I/O外，還需要擴(kuò)展一定數(shù)量的 I/O擴(kuò)展模塊。 M MM L 1L 2L 3NQ FL 1 1L 2 1L 3 1L 2 2L 3 2L 1 2L 1 2L 2 2L 3 2NK M 6L 1 8 L 2 8 L 3 8F R 33P EW 3V 3U 3P EP EF R 1F R 2U 1 V 1 W 1 U 2 V 2 W 2K M 5L 3 5L 1 5L 2540 9B 20 93B 21234L 1 3 L 2 3 L 3 30 31 0D 3K M 3L 2 6 L 3 6L 1 6K M 2L 1 7 L 2 7R 1R S TU V W5 0 0 ?西 門(mén) 子 變 頻 器M 4 3 0L 3 7K M 9L 1 4 L 2 4 L 3 412圖 33工業(yè)污水處理系統(tǒng)部分主電路圖 PLC 的選型 PLC 的選擇 根據(jù)工業(yè)污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的功能要求，以及其復(fù)雜程度，從經(jīng)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 17 濟(jì)性、可靠性等各方面來(lái)考慮，選擇西門(mén)子 S7— 200系列 PLC作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。接觸器 KM KM KM6分別控制 M M M3 的工頻運(yùn)行；接觸器 KM KM9 分別控制 M M3 的變頻運(yùn)行；FR FR FR3 分別為三臺(tái)電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器 ； QF1 為 主電路的空氣開(kāi)關(guān)；FU1為主電路的熔斷器。 工業(yè)污水處理系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 圖 33 為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主電路圖的部分圖。 格 柵 及定 時(shí) 運(yùn)行各 類(lèi) 泵運(yùn) 行離 心 式 脫水 機(jī) 運(yùn) 行變 頻 器轉(zhuǎn) 跌 曝 氣機(jī) 運(yùn) 行顯 示 面 板操 作 面板液 位 差 傳感 器 輸 入液 位 高 度傳 感 器 輸入溶 解 氧 儀反 饋 值（ 模 擬量 ）可 編 輯控 制 器P L C 32電氣控制系統(tǒng)框圖 工作過(guò)程 在手動(dòng)狀態(tài)下，各類(lèi)設(shè)備的控制是根據(jù)操 作面板上的按鈕輸入來(lái)控制，無(wú)邏輯控制，即可不根據(jù)傳感器的狀態(tài)進(jìn)行控制。 （ 3） 電氣控制柜： 電氣控制柜是電氣控制的核心設(shè)備，主要包括變頻器、各類(lèi)傳感器的輸入信號(hào)、 PLC 及其擴(kuò)展模塊等。 （ 1） 操作面板： 操作面板主要包括手動(dòng)、自動(dòng)、各類(lèi)設(shè)備的啟動(dòng)按鈕等。 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。 （ 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(guò)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。 （ 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(kāi)始持續(xù)運(yùn)行。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。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 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(cè)，根據(jù)其反饋到 PLC 的值來(lái)控制曝氣機(jī)變頻器的運(yùn)行，改變污水中溶解氧的含量。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 同時(shí)啟動(dòng)分離機(jī)，對(duì)沉砂池中的沙粒進(jìn)行排除。 （ 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)。進(jìn)水管道的主要功能是將污水中的大塊物體去 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(lái)決定的，當(dāng)液位差超過(guò)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。 不同的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不同的控制系統(tǒng)，因此需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 13 3 硬件系統(tǒng)配置 氧化溝是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)的不同形成了不同的氧化方法 。 （ 1） 數(shù)字量輸出： 控制各類(lèi)設(shè)備的啟動(dòng)和停止，包括：格柵機(jī)啟停、清污機(jī)啟停、潛水泵啟停、潛水?dāng)嚢杵鲉⑼?、污泥回流泵等設(shè)備。當(dāng)溶解氧值偏低時(shí)，降低了微生物分解的效果，延長(zhǎng)了處理時(shí)間，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致處理失效，因此需要增加曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速以增加供 氧量；當(dāng)溶解氧值偏高時(shí)，導(dǎo)致微生物過(guò)氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速以減少供氧量，最終使污水中的溶解氧保持在一定的范圍內(nèi) 。曝氣過(guò)程是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，為了保證微生物所需要的氧氣，必河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 12 須檢測(cè)污水中的 含氧量，并通過(guò)曝氣機(jī)增加或減少其含氧量。 （ 3） 液位高低輸入 檢測(cè)： 檢測(cè)進(jìn)水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用來(lái)控制潛水泵或污泥回流泵的啟動(dòng)和停止，以及投入運(yùn)行的潛水泵的數(shù)量。 （ 1） 按鈕輸入檢測(cè)： 大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測(cè)，主要有自動(dòng)按鈕、手動(dòng)按鈕、格柵機(jī)啟動(dòng)按鈕、清污機(jī)啟動(dòng)按鈕、潛水泵