【正文】 職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 22 USS_INIT 指令：當 EN輸入接通時，每一循環(huán)都執(zhí)行該指令。調(diào)用一條指令時，將會自動地增加一個或幾個子程序。 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。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。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。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(diào)，縮小最大動態(tài)偏差。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。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。一旦輸入輸出有偏差，比例作用會立即產(chǎn)生控制作用，比例控制是用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)增益的，它是基于偏差進行調(diào)節(jié)的，是有差調(diào)節(jié)。 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。其 PID調(diào)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。 湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 20 圖 411氯氣投加自控原理圖 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。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。近年來，人工加氯逐漸被自動方式取代。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。如果控制曝氣設備的最佳溶 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)。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多，污泥的沉降性差，處理水質(zhì)也差，另外也不經(jīng)濟。 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。另外， COD檢測儀的價格也較昂貴，增加了控制系統(tǒng)的成本。 COD 的檢測比較精確，但方法繁瑣，耗時約 2小時。 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。 湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 19 圖 43 自動操作模式流程圖 工業(yè)污水處理后的水質(zhì)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(zhì)指標。 （ 7）啟動污泥脫水系統(tǒng)。 （ 5）啟動曝氣沉砂系統(tǒng)。 （ 3）啟動潛水泵。 （ 1）系統(tǒng)上電后，按下自動啟動確認按鈕，啟動潛水攪拌器和刮泥機。在此模式下，可以通過按鈕對格柵機、清污機、轉碟曝氣機、刮泥機，以及各類泵進行控 制，湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 18 對于轉碟曝氣機的控制，可以通過按鈕增大或減小變頻器的頻率來改變其速度，以檢測調(diào)試性能。在手動控制模式下，每個設備可以單獨運行，以測試設備的性能，如圖 41 所示。在軟件的設計中，首先按照需要實現(xiàn)的功能要求做出流程框圖，其次按照不同功能編寫不同功能模塊，這樣寫出的程序條例清晰，既方便編寫，也便于調(diào)試。 圖 38工業(yè)污水處理系統(tǒng) PLC硬件接線圖 湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 17 要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要 PLC 主機及其擴展模塊之外，還需要各種傳感器、接觸器和變頻器等儀器設備。 表 36 模擬量輸入地址分配 輸入地址 輸入設備 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行數(shù)據(jù)處理，然后，通過模擬輸出口對變頻器進行控制，進行控制其他設備的運行，如下表 37 所示。 PLC 的 I/O 資源配置 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對 PLC 的 I/O 進行配置，具體分配如下表。 在該系統(tǒng)中，還需要采集模擬量并利用模擬量控制的功能要求，因此需要在擴展一個模擬量輸入輸出擴展模塊。 8點 DC輸入 8點輸出型。 CPU226 在工業(yè)污水處理系統(tǒng)中使用的數(shù)字量輸入點和輸出點都比較多，因此除了 PLC 主機自帶的 I/O 外，還需要擴展一定數(shù)量的 I/O 擴展模塊。 圖 33工業(yè)污水處理系統(tǒng)部分主電路圖 湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 14 PLC 選型 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，以及其復雜程度，從經(jīng)濟性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子 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。接觸器 KM KM KM6分別控制 M M M3的工頻運行；接觸器 KM KM9 分別控制 M M3 的變頻運行； FR FR FR3 分別為三臺電機過載保護用的熱繼電器； QF主電路的空氣開關； FU1 為主電路的熔斷器。 工業(yè)污水處理系統(tǒng)主電路設計 圖 33為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主電路圖的部分圖。 (6）污泥回流泵的運行與停止根據(jù)液面的高低進行控制。 (4）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。 (2）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?，其工作過程如下。 控制系統(tǒng)總體框圖 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)總框圖如圖 42所示， PLC為核心控制器，通過檢測操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，以及相關模擬量的輸入，完成相關設備的運行、停止和調(diào)速控制。 湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 12 (3）電氣控制柜。 (2）顯示面板。 (1）操作面板。 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。污泥脫水系統(tǒng)主要包括離心式脫水機，其主要功能是對氧化池中處理過污水的活性污泥進行脫水處理，由于對污水進行處理后，活性污泥中有新的微生物及其他雜質(zhì)，因此需要先對活性污泥添加一定量的藥物，便于污泥脫水。在該系統(tǒng)中用到一定化學藥劑 主要包括混凝劑、絮凝劑、復合堿等， 主要用來調(diào)節(jié)改善混凝條件及絮凝體結構，利用高分子助凝劑的強烈吸附架橋 作用，使細小松散的絮凝體變的粗大而緊密，容易發(fā)生沉降。 (4）沉淀系統(tǒng)。使活性污泥的生化反應更加充分，這樣才能最大程度地分解污水中的有害成分。氧化溝的功能是對污水進行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，使其達到一定的水質(zhì)標準，其中是轉碟曝氣機是關鍵設備，在氧化溝中設置有溶解氧儀對污水中的含氧量進行檢測，根據(jù)其反饋到 PLC 的值來控制曝氣機變頻器的運行，改變污水中溶解氧的含量。 (3）氧化溝系統(tǒng)。細格柵系統(tǒng)的主要功能是進一步凈化污水中的顆粒物體，將污水中細小的沙粒濾除，其中的細格柵機是根據(jù)程序設定時間進行間歇工作，而轉鼓清污機的運行和停止則根據(jù)細格柵兩側的液位差來決定，當液位差超過某個值時，啟動清污機；當液位差小于某個值時停止清污機的運行，這和粗格柵系統(tǒng)的運行方式一致。 (2）除砂系統(tǒng)。進水管道的主要功能是將污水中的大塊物體排除，其中的粗格柵是根據(jù)程序設定的時間進行間歇工作，而清污機的運行和停止是根據(jù)粗格柵兩側的液位差來決定的，當液位差超過某個值時，啟動清污機；當液位差小于某個值時停止清污機的運行。 圖 41工業(yè)污水處理系統(tǒng)基本組成示意圖 (1）進水系統(tǒng)。 湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 10 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)，其結構的 不同形成了不同的氧化方法例如，奧貝爾、卡魯賽爾和一體化氧化溝法，對于不同的結構，其配套的設備也有較大的不同，所以其結構比較復雜，不同的結構對應不同的控制系統(tǒng)，因此需要根據(jù)不同的結構特點設計相應的控制系統(tǒng)?？刂聘黝愒O備的啟動和停止，包括：格柵機啟停、清污機啟停、潛水泵啟停、潛水攪拌器啟停、污泥回流泵等設備。 湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 9 控 制輸出信號 信號輸出部分主要包括兩個方面：一個是數(shù)字量輸出，即各類設備的接觸器；另外一個是模擬量輸出，用來控制曝氣機變頻器。通過將溶解氧儀設置在適當位置上，將檢測值反饋到 PLC 中，通過運算輸出控制曝氣機的轉速信號。以上三種都為數(shù)字 量輸入，該輸入為模擬量輸入。檢測進水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用來控制潛水泵或污泥回流泵的啟動和停止，以及投入運行的潛水泵的數(shù)量。檢測粗細格柵兩側液位差，用來控制清污機的啟動與停止。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測，主要有自動按鈕、手動按鈕、格柵機啟動按鈕、清污機啟動按鈕、潛水泵啟動按鈕、潛水攪拌機啟動按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減速按鈕等。 信號輸入 工業(yè)污水處理系統(tǒng)信號輸入檢測方面主要涉及四類信號的監(jiān)測，主要包括：按鈕的輸入檢測、液位差的輸入檢測 、液位高低的輸入檢測，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測。由于 PLC 的 CPU 強大的網(wǎng)絡通信能力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能，并且也可實現(xiàn)其遠程監(jiān)控。 PLC 作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設計過程變得更加簡單，可實現(xiàn)的功能變得更多。長期以來，工業(yè)污水處理技術雖然經(jīng)過了迅速發(fā)展，但仍滯后于城市發(fā)展的需要，工業(yè)污水處理率低、設備運轉率低等極大地影響了城市發(fā)展。 早期的控制系統(tǒng)多采用繼電器 —— 接觸器控制系統(tǒng)，但隨著電子技術的飛速發(fā)展，控制要求的不斷提高，該類控制方 法已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制要求，因此已逐漸被淘汰，取而代之的是 DCS、現(xiàn)場總線控制、 PLC 等控制方法。經(jīng)處理的污水進入沉淀池中，在刮泥機的作用下進行物理沉淀，為了加強沉淀效果，同時加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強烈吸附架橋作用更加容易沉降。同時在該系統(tǒng)中設置有溶解氧儀超聲波檢測器，通過它對污水中的含氧量進行檢測，根據(jù)其反饋到 PLC 的值來控制曝氣機變頻器的運行， 改變污水中溶解氧的含量。在該氧化溝系統(tǒng)中進行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，此環(huán)節(jié)用到一些化學藥劑來加強處理效果，如復合堿、氯氣、油絮凝劑等。 ： 本工業(yè)污水 處理工藝流程圖如下圖 24所示： 湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 7 圖 24 工藝流程圖 污水由進水系統(tǒng)通過粗格柵和清污機進行初步排除大塊雜質(zhì)物體，到達除砂池中。 SBR法與傳統(tǒng)的水處理工藝的最大區(qū)別在于它是以時間順序來分割流程各單元，以時間分割操作代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應代替生化反應，靜置理想沉淀代替動態(tài)沉淀等。 SBR 法 是歇式活性污泥法的簡稱，是一種按照一定的時間順序間歇式操 作的污水生物處理技術，也是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥工業(yè)污水處理技術，又稱序批式活性污泥法。 總體而言， AB 法工藝較適合于污水濃度高，具有污泥消化等后續(xù)處理設施的大中規(guī)模的城市工業(yè)污水處理廠，且有明顯的節(jié)能效果，而對于有脫氮要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般不宜采用。另外，由于 A段去除了較多的 BOD，造成了碳源不足，難以實現(xiàn)脫氮工藝的要求。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時 ，優(yōu)勢最為明顯。 B 段起到出水把關作用，處理穩(wěn)定性較好。 B段與常規(guī)活性污泥法相識，負荷較低。 A/B 法是吸附生物降解法的簡稱，該工藝沒有初沉淀，將曝氣池分為高低負荷兩段，并分別有獨立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。其工藝流程圖 如圖 所示。 A2O 法的除磷脫氮效果非常好，非常適合用于對除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。 A2/O 法也是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中 A2，即 AA，前一個 A代表 Anaerobic（厭氧的），后一個A代表 Anoxic（缺氧的）； O代表（好氧的）。但是此硝化 反硝化反應系統(tǒng)需要得到很好的控制，這樣就對該工藝提出了更高的管理 要求，這也成為了該工藝的一大缺點。 A/O法是一種缺氧 好氧生物工業(yè)污水處理工藝。 （ 2） A/O 法。該工藝的優(yōu)點有：有機物去除率高，污泥負荷高，池的容積小，耗電省，運 行成本低。傳統(tǒng)活性污泥處理法是一種最古老的工業(yè)污水處理工藝，其工業(yè)污水處理的關鍵組成部分為沼氣池與沉淀池，主要處理部分關系框圖如圖 21所示。常用的工業(yè)污水處理工藝有以下幾種。這些方法根據(jù)實際情況，可以單一使用，也可以針對不同的污水混合使用。因此，在選擇工業(yè)污水處理工藝的時候必需要認真考慮當?shù)匚鬯那闆r，以及實際的工業(yè)污水處理的環(huán)境?；瘜W需氧量 (COD)的特點是能夠精確的表示污水中有機物的含量，并且測定時間短，但它不能像 BOD 那樣表示出微生物氧化的有機物量。能較精確地描述污水的生化需氧量，但其測定的時間太長，需20天。有機物的種類很多，其共性是在微生物的作用下被降解時，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程實際中，采用以下的幾個綜合污染指標來表述：生物化學需