【正文】 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 5 調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果 工業(yè)污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝完成后，進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試和試運(yùn)行，確定符合實(shí)際進(jìn)水水量和水。 Baud 設(shè)置波特率為 1200、 2400、 4800、 9600、 19200、 38400、 57600 或 115200。 USS_INIT 指令：當(dāng) EN 輸入接通時(shí)，每一循環(huán)都執(zhí)行該指令。調(diào)用一條指令時(shí)，將會(huì)自動(dòng)地增加一個(gè)或幾個(gè)子程序。 在使用 USS 協(xié)議之前，需要先安裝西門(mén)子的指令庫(kù)。 USS協(xié)議是主 從結(jié)構(gòu)的協(xié)議，規(guī)定了在 USS 總線(xiàn)上可以有一個(gè)主站和最多 30 個(gè)從站；總線(xiàn)上的每個(gè)從站都有一個(gè)站地址（在從站參數(shù)中設(shè)定），主站依靠它識(shí)別每個(gè)從站；每個(gè)從站也只對(duì)主站發(fā)來(lái)的報(bào)文做出響應(yīng)并回送報(bào)文，從站之間不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。為此在常規(guī)的 PID控制基礎(chǔ)上，采用模糊推理的方法，對(duì) PID 的控制參數(shù)進(jìn)行在線(xiàn)自整定，從而完善 PID 控制器的性能，使其適應(yīng)控制系統(tǒng)的參數(shù)變化和工作條。在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只有合理地整定上述n i=0 U n=kpEn+ki∑ Ei+KdECn 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 三個(gè)參數(shù)，才能獲得比較滿(mǎn)意的控制性能。微分作用 kt的作用使之能夠根據(jù)偏差變化的趨勢(shì)作出反應(yīng)，它加快了對(duì)偏差變化的反應(yīng)速度，能夠有效地減小超調(diào)，縮小 最大動(dòng)態(tài)偏差。然而， ki 值的引入使得系統(tǒng)的響應(yīng)的快速性下降，穩(wěn)定性變差。但是因?yàn)?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。一旦輸入輸出有偏差，比例作用會(huì)立即產(chǎn)生控制作 用，比例控制是用來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)增益的，它是基于偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的，是有差調(diào)節(jié)。 PID 控制 對(duì)于工業(yè)控制過(guò)程 , 常 規(guī)的 PID 控制器具有原理簡(jiǎn)單、使用方便、穩(wěn)定可靠、無(wú)靜差等優(yōu)點(diǎn)，因此在控制理論和技術(shù)飛躍發(fā)展的今天，在工業(yè)控制領(lǐng)域仍具有強(qiáng)大的生命力。其 PID調(diào)節(jié)的模糊控制過(guò)程與上述兩個(gè)非線(xiàn)性控制環(huán)節(jié)類(lèi)似，具有大時(shí)滯、非線(xiàn)性的特點(diǎn)。 圖 411氯氣投加自控原理圖 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 在污泥脫水過(guò)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(dá)到泥水充分分離的處理效果，需進(jìn)行絮凝劑投加。為了精確控制投加的氯量，運(yùn)用模糊自整定 PID參數(shù)控制器對(duì)氯氣投加系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控 制。近年來(lái)，人工加氯逐漸被自動(dòng)方式取代。人工進(jìn)行加氯量控制，不僅對(duì)操作工人不安全，而且投加量也難以準(zhǔn)確控制。如果控制曝氣設(shè)備的最佳溶解氧濃度，就能使處理水質(zhì)優(yōu)化，也能節(jié)約動(dòng)力費(fèi)用，并且由于 DO的在線(xiàn)檢測(cè)簡(jiǎn)單、可靠，因此把 DO 作為工業(yè)污水處理過(guò)程的控制參數(shù)。如果供氧量少，處理的水質(zhì)和污泥的活化就要降低如果供氧量過(guò)多，污泥的沉降性差，處理水質(zhì)也差，另外也不經(jīng)濟(jì)。 在好氧反應(yīng)過(guò)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(guān)鍵因素是反應(yīng)池中溶解氧的含量。另外， COD檢測(cè)儀的價(jià)格也較昂貴，增加了控制系統(tǒng)的成本。 COD 的檢測(cè)比較精確，但方法繁瑣，耗時(shí)約 2小時(shí)。 COD 是指在酸性條件下，用強(qiáng)氧化劑將有機(jī)物氧化成 CO H2O所消耗的氧量。 表 410軟元件設(shè)置 元件 意義 內(nèi)容 備注 系統(tǒng)停止標(biāo)志 On有效 手動(dòng)方式標(biāo)志 On有效 自動(dòng)方式標(biāo)志 On有效 自動(dòng)方式啟動(dòng)標(biāo)志 On有效 清污機(jī)運(yùn)行標(biāo)志 On有效 聚合物泵運(yùn)行標(biāo)志 On有效 污泥泵運(yùn)行標(biāo)志 On有效 切割機(jī)運(yùn)行 標(biāo)志 On有效 粗格柵機(jī)停止標(biāo)志 On有效 粗格柵機(jī)定時(shí)脈沖計(jì)數(shù) On有效 進(jìn)水泵房液面低于最低位 On有效 細(xì)格柵機(jī)停止標(biāo)志 On有效 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 細(xì)格柵機(jī)定時(shí)脈沖計(jì)數(shù) On有效 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻轉(zhuǎn)工頻運(yùn)行標(biāo)志 On有效 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻運(yùn)行標(biāo)志 On有效 回流泵房液面低于最低位標(biāo)志 On有效 回流泵房液面高于最高位標(biāo)志 On有效 C1 粗格柵機(jī) 2h 定時(shí)中間計(jì)數(shù)器 10 C2 細(xì)格柵機(jī) 2h 定時(shí)中間計(jì)數(shù)器 10 T33 時(shí)鐘脈沖 5 50ms T37 粗格柵機(jī)運(yùn)行時(shí)間 12021 20min T38 粗格柵機(jī)停止時(shí)間定時(shí) 7200 12min T39 進(jìn)水泵房液面低于最低位定時(shí) 20 2s T40 進(jìn)水泵房液面高于最高位定時(shí) 20 2s T41 細(xì)格柵機(jī)運(yùn)行時(shí)間 12021 20min T42 細(xì)格柵機(jī)停止時(shí)間定時(shí) 7200 12min T43 污泥回流泵房液面低于最低位定時(shí) 20 2s T44 污泥回流泵高于低位且低于高位定時(shí) 20 2s T45 污泥回流泵房液面高于最 高位定時(shí) 20 2s T46 離心式脫水機(jī)與聚合物泵啟動(dòng)間隔 50 5s T47 聚合物泵與污泥泵和切割機(jī)啟動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)值寄存器 VD102 變頻器速度標(biāo)準(zhǔn)值寄存器 VD104 USSINIT 指令執(zhí)行結(jié)果 VD106 USSRPMR 錯(cuò)誤狀態(tài)字節(jié) 工業(yè)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)。 污泥脫水系統(tǒng)工作流程圖如圖 49所示。 （ 2）定時(shí)到，啟動(dòng)聚合物泵，啟動(dòng)定時(shí)。 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)，啟動(dòng)定時(shí)。 （ 5）定時(shí)到，若液面仍處于最高位傳感器時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)。 （ 3）若液面處于最高位和最低位之間，啟動(dòng)污泥回流泵。 （ 1）自動(dòng)過(guò)程開(kāi)始首先檢測(cè)液面高低，若低于最低位傳感器，啟動(dòng)定時(shí)。 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 46 細(xì)格柵系統(tǒng)工作流程圖 曝氣沉砂系統(tǒng)工作流程圖如圖 47所示。 （ 4）同時(shí)檢測(cè)液面差，若超過(guò)設(shè)定值則啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)。 （ 2）定時(shí)到，停止運(yùn)行細(xì)格柵機(jī) 2h。 潛水泵工作流程圖如圖 45 所示。 （ 4）檢測(cè)液面處于中位和高位傳感器之間時(shí)，開(kāi)始定時(shí)防止誤判。 （ 2）檢測(cè)液面高度，低于最低位傳感器時(shí)，開(kāi)始定時(shí)防止誤判。 粗格柵系統(tǒng)工作流程圖如圖 44所示。 （ 4）同時(shí)檢查液面差，若超過(guò)設(shè)定值則啟動(dòng)清污機(jī)。 （ 2）定時(shí)到，停止運(yùn)行粗格柵機(jī) 2h。 粗格柵系統(tǒng)程序主要控制粗格柵機(jī)和清污機(jī)的運(yùn)行，其工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面。 圖 43 自動(dòng)操作模式流程圖 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 在自動(dòng)控制模式流程圖中，調(diào)用了各個(gè)控制系統(tǒng)的程序，主要包括粗格柵系統(tǒng)程序、潛水泵程序、細(xì)格柵系統(tǒng) 程序、曝氣沉砂系統(tǒng)程序、污泥回流泵系統(tǒng)程序。 （ 7）啟動(dòng)污泥脫水系統(tǒng)。 （ 5）啟動(dòng)曝氣沉砂系統(tǒng)。 （ 3）啟動(dòng)潛水泵。 （ 1）系統(tǒng)上電后，按下自動(dòng)啟動(dòng)確認(rèn)按鈕，啟動(dòng)潛水?dāng)嚢杵骱凸文鄼C(jī)。在此模式下，可以通過(guò)按鈕對(duì)格柵機(jī)、清污機(jī)、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)、刮泥機(jī)，以及各類(lèi)泵進(jìn)行控制，對(duì)于轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的控制，可以通過(guò)按鈕增大或減小變頻器的頻率來(lái)改變其速度，以檢測(cè)調(diào)試性能。在手動(dòng)控制模式下，每個(gè)設(shè)備可以單獨(dú)運(yùn)行，以測(cè)試設(shè)備的性能，如圖 41 所示。在軟件的設(shè)計(jì)中，首先按照需要實(shí)現(xiàn)的功能要求做出流程框圖，其次按照不同功能編寫(xiě)不同功能模塊，這樣寫(xiě)出的程序條例清晰，既方便編寫(xiě)，也便于調(diào)試。極譜型溶氧電極，極化時(shí)間短 ，響應(yīng)快，測(cè)量準(zhǔn)確?？稍O(shè)定高純水和加氨純水二種特殊的 pH 測(cè)量模式，適合電力、石化等行業(yè)使用。其特點(diǎn)是 高精度的 pH+溶解氧雙參數(shù)儀表。 mg/L 溫度：177。 pH mV：177。測(cè)量范圍： pH：（ ~） pH mV：177。因此，測(cè)定電流即可知氧濃度。測(cè)量 時(shí)將其放入待測(cè)溶液，水質(zhì)溶解氧透過(guò)透氧膜，溶解于膜與電極之間的電解液薄層中，當(dāng)兩輸出端接上負(fù)載電路時(shí)，氧在陰極表面上發(fā)生還原反應(yīng)。當(dāng)前用來(lái)測(cè)量水中溶解氧濃度最常用的儀器就是電化學(xué)傳感器（例如 Clark傳感器）。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。但是 DME 的一些特殊性又影響了它在現(xiàn)場(chǎng)工作中的應(yīng)用。 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(cè)水質(zhì)和環(huán)境污染程度的主要指標(biāo)。它集超聲波傳感器、溫度補(bǔ)償電路、運(yùn)算主機(jī)為一體的非接觸式液位差測(cè)量?jī)x器。 （全角） ， 工作頻率： 13KHz~40KHz（因型號(hào)規(guī)格而不同） ， 信號(hào)輸出： RS48 Modbus、標(biāo)準(zhǔn)的 420mA 電流信號(hào)和多路開(kāi)關(guān)量輸出 。3mm 或 ％ FS（取其較大者） ， 重復(fù)精度： 1‰ ， 分辨率： 1mm ， 方 向 角 ： 4176。該系統(tǒng)選用的 超聲波液位差計(jì)型號(hào) ： XL60YI4000。當(dāng)液位差超過(guò)預(yù)設(shè)值后，系統(tǒng)控制清污機(jī)運(yùn)行，清除大顆粒的污染物質(zhì)，保障污水流動(dòng)暢通；在液位差未超過(guò)設(shè)定值時(shí)，清污機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，這樣就可以大大減少設(shè)備損耗。 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)的液面差，在該系統(tǒng)中利用液位差計(jì)，該系統(tǒng)選用的 超聲波液位差計(jì)型號(hào) ： XL60YI4000。 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)景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 行和負(fù)載率較高的使用場(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)，一種是適用于一般機(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)行中有較佳節(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。 表 311 變頻器參數(shù)設(shè)置表 參數(shù)號(hào) 參數(shù)值 說(shuō)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 P2021 6 9600baud P2021 1 USS 地址 P0300 根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置 電動(dòng)機(jī)類(lèi)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 根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置 電動(dòng)機(jī)額定電流 P0310 根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置 電動(dòng)機(jī)額定頻率 P0311 根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置 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(zhuān)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(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)。 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 310kf＝ km1 時(shí)的機(jī)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(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)際是三個(gè)交變磁場(chǎng)合成的結(jié)果。 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 39 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