【正文】 。 細(xì)格柵機(jī)粗格柵機(jī)相似。運(yùn)行粗、細(xì)格柵機(jī)，進(jìn)行間歇運(yùn)行，即運(yùn)行一段時(shí)間然后停止一段時(shí)間，循環(huán)進(jìn)行 。 自動(dòng)控制系統(tǒng)過程包括：粗格柵系統(tǒng)、潛水泵系統(tǒng)、細(xì)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(dòng)電源后按下手動(dòng)或自動(dòng)模式選擇按鈕，當(dāng)在手動(dòng)模式時(shí)，可通過各控制按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì) 工業(yè)污水處理 系統(tǒng) 中 各電機(jī)的控制運(yùn)行同時(shí)相應(yīng)的指示燈亮 。 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(jī)、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(jì)反饋來的信息進(jìn)行判斷處理，然后再進(jìn)行輸出控制。 軟件系統(tǒng)的調(diào)試 在 STEP7Micro/WIN32 軟件中，通過編程，將編好的程序下載到 PLC中進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，檢查程序是否有 錯(cuò) 誤，是否能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能控制。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的檢查后，開始具體調(diào)試 。 硬件系統(tǒng)的調(diào)試 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 將各硬件接線接好。 Active 指示 哪個(gè)驅(qū)動(dòng)激活，有些驅(qū)動(dòng) 只支持地址 0 到 30。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。 （ 2） USS 通訊協(xié)議庫 編程之前一定要將 USS 協(xié)議庫添加進(jìn)去，編程軟件默認(rèn)安裝沒有 USS協(xié)議庫的。 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(gè)子程序、 3個(gè)中斷程序和 8條指令來支持 USS協(xié)議。另外，還有一種廣播通訊方式，主站可以同時(shí)給所有從站發(fā)送報(bào)文，從站在接收到報(bào)文并做出相應(yīng)的響應(yīng)后可不回送報(bào)文。 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(dòng)產(chǎn)品的通用通訊協(xié)議，它是一種基于串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的協(xié)議。在污水的自動(dòng)控制中，混凝劑投加、n i=0 U n=kpEn+ki∑ Ei+KdECn 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 34 氯氣投加和曝氣環(huán)節(jié)由于過程的復(fù)雜性、 多變性、非線性和大滯后的特點(diǎn)，采用的 PID 控制算法難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確和高效的控制。但是，同時(shí)又會(huì)使系統(tǒng)容易受到高頻干擾的影響。尤其在系統(tǒng)出現(xiàn)大偏差階段時(shí)，積分往往使得系統(tǒng)的響應(yīng)出現(xiàn)過大的超調(diào)，從而使調(diào)節(jié)時(shí)間變長。積分作用 ki 是為了消除靜差而引入的。為了盡量減小偏差， 同時(shí)也為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，縮短系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，需要增大 kp值。 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(duì)應(yīng)比例關(guān)系。由于混凝過程的復(fù)雜性和多變性，混凝投藥的自動(dòng)控制一直受到控制行業(yè)和污水行業(yè)專家的普遍關(guān)注 。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。氯氣投加自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖 411 所示 。 氯氣投加系統(tǒng)具有大慣性、大滯后的特點(diǎn)，其過渡過程和純滯后時(shí)間均較長，并且系統(tǒng)的干擾因素較多，對(duì)這樣一個(gè)系統(tǒng)，使用一般的 PID 調(diào)節(jié)很難滿足控制要求。投加量少了，達(dá)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(chǎn)成本也上升。 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(shí)間有直接的關(guān)系 。由此可見，混合液中溶解氧濃度 (DO)是好氧反應(yīng)中一個(gè)重要的控制參數(shù)。為了 使微生物的活動(dòng)最佳化，應(yīng)該使供氧量與消耗的氧量相等，或稍大一些。所以有必要找出簡單、可行的控制參數(shù)。雖然有 COD 濃度在線檢測儀可以在西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 32 線檢測，但仍存在滯后 （ 30 分鐘左右 ） ，測量結(jié)果嚴(yán)重滯后于實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，不能及時(shí)反映 實(shí)際情況 。 BOD 的測定需費(fèi)時(shí) 5天，且測定結(jié)果易受多種因素影響，誤差較大。 BOD 是指在有氧條件下，降解有機(jī)物所需的氧量。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 30 圖 49污泥脫水系統(tǒng)工作流程圖 在設(shè)計(jì)程序過程中，會(huì)用到許多中間繼電器、寄存器、定時(shí)器等軟元件，為了便于 編程及修改，在程序編寫前應(yīng)先列出可能用到的軟元件，如表 410 所示。 （ 3）定時(shí)到，啟動(dòng)污泥泵和切割機(jī)。 （ 1）自動(dòng)過程開始首先啟動(dòng)離心式脫水機(jī)，啟動(dòng)定時(shí)。 污泥回流系統(tǒng)工作流程圖如圖 48所示 。 （ 4）若液面高于最高位傳感器時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)。 （ 2）定時(shí)到，若液面仍低于最低位傳感器則停止回流泵運(yùn)行。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 28 47曝氣沉砂系統(tǒng)工作流程圖 污泥回流系統(tǒng)程序主要控制污泥回流泵的運(yùn)行和停止，其工作過程包括以下幾個(gè)方面。 （ 5）液面差低于設(shè)定值，停止轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)運(yùn)行。 （ 3） 2h 定時(shí)到，運(yùn)行細(xì)格柵機(jī) 20min，循環(huán)進(jìn)行。 圖 45潛水泵工作流程圖 細(xì)格柵系統(tǒng)程序與粗格柵系統(tǒng)程序相似，主要控制細(xì)格柵機(jī)和轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)的運(yùn)行，其工作過程包括以下幾個(gè)方面 ： （ 1）自動(dòng)過程開始，啟動(dòng)細(xì)格柵機(jī)，定時(shí) 20min。 （ 5）定時(shí)到后，若液面仍持續(xù)處于高位傳感器，則輸出報(bào)警信號(hào)。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 26 （ 3）定時(shí)到后，若仍低于最低位傳感器，則停止?jié)撍眠\(yùn)行，否則潛水泵繼續(xù)運(yùn)行。 圖 44粗格柵系統(tǒng)工作流程圖 潛水泵程序主要控制潛水泵的運(yùn)行和停止，其工作過程包括以下幾個(gè)方面 ： （ 1）自動(dòng)過程開始啟動(dòng)潛水泵。 （ 5）液面差值低于設(shè)定值，停止清污機(jī)運(yùn)行。 （ 3） 2h 定時(shí)到，運(yùn)行粗格柵機(jī) 20min，循環(huán)進(jìn)行。 （ 1）自動(dòng)過程開始啟動(dòng)粗格柵機(jī)，定時(shí) 20min。以及污泥脫水系統(tǒng)程序，以下將分別介紹各個(gè)子程序的工 作過程。 以上工作過程并不是順序控制方式，而是按照 PLC檢測到傳感器狀態(tài)進(jìn)行啟動(dòng)如圖 43所示 。 （ 6）啟動(dòng)污泥回流系統(tǒng)。 （ 4）啟動(dòng)細(xì)格柵系統(tǒng)。 （ 2）啟動(dòng)粗格柵系統(tǒng)。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 24 圖 42手動(dòng)操作模式流程圖 自動(dòng)模式 處于自動(dòng)方式 時(shí)，系統(tǒng)上電后，按下自動(dòng)啟動(dòng)確認(rèn)后系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)開始工作，其工作過程包括以下幾個(gè)方面。 圖 41模式選擇流程圖 手動(dòng)模式 在手動(dòng)模式下，可單獨(dú)調(diào)試每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，如圖 52 所示。 總體流程設(shè)計(jì) 根據(jù) 系統(tǒng)的控制要求，控制過程可以分為手動(dòng)控制功能和自動(dòng)運(yùn)行功能。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 23 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采用西門子 公司為 S7— 200 系列 PLC 開發(fā)的 STEP7— Micro/WIN32 作為編程軟件，上面介紹了 工業(yè)污水處理 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和電氣控制部分的結(jié)構(gòu)，硬件結(jié)構(gòu)的總體 設(shè)計(jì)基本完成后，就要開始軟件部分的設(shè)計(jì)，根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求 和硬件部分的設(shè)計(jì)情況及 PLC 控制系統(tǒng) I/O 的分配情況，進(jìn)行軟件編程設(shè)計(jì)。新型的溶氧電極有鹽度測試功能，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)鹽度補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償；儀器內(nèi)置氣壓傳感器，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣壓補(bǔ)償。配用 2503 型 pH 電極，可用于離子強(qiáng)度較低、渾濁液體和膠體溶液的測量。 ℃，自動(dòng)溫度補(bǔ)償： pH：（ 0~100）℃ 溶解氧：（ 0~45）℃ ， 其他參數(shù)：數(shù)據(jù)儲(chǔ)存： 900組 ， 通訊接口： RS232， 電源： DC9V/300mA。 % FS 溶解氧：177。 mV，溶解氧：（ 0~） mg/L(ppm)；（ 0~） % 溫度：（ 10~110）℃精確度： pH：177。選用 PH/溶解氧測量儀型號(hào) :SA29MP525。對(duì)結(jié)構(gòu)和透氧膜確定的傳感器而言，在一定溫度下，氧傳感器的電流只與試樣中的氧分壓成正比 。它是根據(jù)電池原理而設(shè)計(jì)的，本身就是個(gè)電池，不需要外加電壓，可通過測量電解電流來測量溶解氧濃度。這種電極利用膜可滲透氧但不能滲透水和有機(jī)及無機(jī)溶質(zhì)的原理，保護(hù)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。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。用傳統(tǒng)的化學(xué)方法（如碘量滴定法）測定溶解液中的溶解氧是很費(fèi)時(shí)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。超聲波液位差計(jì)具有精度高，壽命長，穩(wěn)定可靠，安裝維護(hù)方便等特點(diǎn) 。 采用先進(jìn)的嵌入式微處理技術(shù)，使其測控儀器達(dá)到了高度的數(shù)字 化和智能化。/ 6176。 工作溫度： 20~60℃ ， 工作電壓： AC220V 或 DC24V， 工作壓力：常壓 ， 差值精度： 177。 超聲波液位差計(jì)精度較高，且有多種量程可供選擇，其輸出信號(hào)有一下三種：可編程繼電器輸出、高精度 4～ 20mA 模擬信號(hào)輸出、 RS485 通信口輸出，可根據(jù)需要的信號(hào)選擇輸出，作為 PLC 的輸入信號(hào) 。粗格柵、細(xì)格柵各安裝了一臺(tái)超聲波液位差計(jì)，通過格柵機(jī)前后的液位 差來反映格柵機(jī)阻塞程度，并傳輸?shù)?PLC 控制器，進(jìn)行分析計(jì)算。 根據(jù)上述分析，選擇 Y2200L26E即可滿足要求。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 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)座長短號(hào)，“ 1”表示鐵心長度序號(hào)，“ 2”表示極數(shù)，“ Y”表示第一種設(shè)計(jì)（可省略）。中心高 63～ 355mm，功率從 ~315kW。 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。在此控制系統(tǒng)中， 需要對(duì)變頻器進(jìn)行通信控制，因此需先對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要對(duì)一下幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如表 311 所示。 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)。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。該 型變頻器，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)。 （ ）） ] 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 20 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 至+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 。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。這無疑給變頻調(diào)速帶來了瑕點(diǎn)。 在變頻器正常工作情況下，即 kf＝ km1 時(shí)的機(jī)械特性如圖 310 所示。 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 （ ） 其中 kf為頻率可調(diào)比， ku為電壓可調(diào)比。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” )。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(duì)數(shù)。 （ 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)子電流相互作用產(chǎn)生。 PWM 只需控制逆變電路便可實(shí)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。 （ 2） 脈寬調(diào)制 (PWM) 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 可以保持基本不變。由于中間直流環(huán)節(jié)是高阻抗輸出相當(dāng)于電流源，故稱電流型。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，故稱電壓型。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。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。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星 三角起動(dòng)器。強(qiáng)通用性：具有 50Hz60Hz 通用線圈，可以全世界通用。強(qiáng)適應(yīng)性： “ TH” 防護(hù)處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。其特點(diǎn)有： 高標(biāo)準(zhǔn)：符合 IEC6094741和 標(biāo)準(zhǔn)。 接觸器 選型