【正文】 運算，再將正確的結果送到輸出狀態(tài)寄存器中，這就是程序執(zhí)行階段。如果有與計算機等的通信請求，也在這段時間完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。 PLC的工作過程框圖①每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向輸出點發(fā)出相應的控制信號。 CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結束符后又返回第一條。如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，有鍵按下或I/O動作則轉入相應的子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。 PLC的基本工作原理 PLC雖然具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。電源PLC內部配有一個專用開關式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉化為PLC內部電源需要的工作電源（5V直流）。（2）外設通信接口電路通信接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能組成PLC的控制網(wǎng)絡。I/O擴展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。PLC輸入電路和輸出電路各種不同結構形式能夠適應各不同負載的要求。根據(jù)輸入、輸出電路的結構形式不同，I/O借口又可以分為開關量I/O和模擬量I/O兩大類。優(yōu)點是兩者均為無觸點開關系統(tǒng)，不存在電弧現(xiàn)象，而且開關速度快，缺點是半導體器件的過載能力差。雙向晶閘管和晶體管輸出型輸出分別具有驅動交、直流負載的能力。優(yōu)點是過載能力強，交、直流負載皆宜。PLC輸出電路結構形式分為繼電器式、晶閘管式和晶體管輸出型等三種。（2）輸出接口單元。多數(shù)PLC的輸入接口單元都相同，通常有兩種類型。PLC內部輸入電路作用是將PLC外部電路（如行程開關、按鈕、傳感器等）提供的、符合PLC輸入電路要求的電壓信號，通過光耦電路送至PLC內部電路。大型PLC的CPU多用位片式結構，具有高速數(shù)據(jù)處理能力。CPU常用的微處理器有通用型微處理器，單片機和位片式計算機等。這樣，即使某個CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 可編程序控制器設計 PLC的硬件系統(tǒng) PLC硬件系統(tǒng)中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）是PLC 的控制中樞?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）流速傳感器輸入（數(shù)字量）溶氧儀反饋值（數(shù)字量）變頻器曝氣機運行PID算法含氧量水流速控制 基于PLC的氧化溝曝氣機控制系統(tǒng)設計。用西門子S7200系列就完全可以滿足電氣控制系統(tǒng)方面的要求。S7200系列的PLC在各種行業(yè)的檢測及控制的自動化都得到廣泛的應用。由于工業(yè)污水處理電氣控制系統(tǒng)涉及較多的輸入輸出端口，其控制過程相對復雜，因此采用 CPU224 作為該控制系統(tǒng)的主機。使用方便：對于不同的控制系統(tǒng)，當硬件結構選定后，如果輸入、輸出作很小的變動時，只需修改相應程序即可，無需對系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了現(xiàn)場調試的工作量，使用起來靈活方便。體積小：由于在制造時采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實現(xiàn)了小型化。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。同時，PLC的功能也不斷完善。故此氧化溝曝氣機控制系統(tǒng)的主控制器采用可編程序控制器(PLC)。 主控器的選擇 雖然單片機功能強大，具有先進的工藝和更小的封裝，而且功耗低、電壓低以及價格更為低廉，但是，相對PLC而言，單片機卻存在信號容易被干擾，外圍電路繁多以及控制結構復雜等缺陷。用戶設備輸入PLC的各種控制信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開關、行程開關以及其他一些傳感器輸出的開關量或模擬量(要通過模數(shù)變換進入機內)等，通過輸入接口電路將這些信號轉換成中央處理器能夠接收和處理的信號。㈡ 電源部件 電源部件將交流電源換成供PLC的中央處理器、存儲器等電子電路工作所需要的直流電源，使PLC能正常工作，PLC內部電路使用的電源是整體的能源供給中心，它的好壞直接影響PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用開關式穩(wěn)壓電源供電。⑵隨機存儲器RAM是可讀可寫存儲器，讀出時，RAM中的內容不被破壞；寫入時，剛寫入的信息就會消除原有的信息。 在PLC中使用的兩種類型存儲器為ROM何RAM，現(xiàn)說明如下： ⑴只讀存儲器ROM中的內容是由PLC的制造廠家寫入的系統(tǒng)程序，并且永遠駐留(PLC去電后再加電，ROM內容不變)。 CPU的主要功能： ⑴從存儲器中讀取指令； ⑵執(zhí)行指令；⑶準備取下一條指令；⑷處理中斷。中央處理器(CPU)一般由控制電路、運算器和寄存器組成，這些電路一般都集成在一芯片上。根據(jù)PLC實施控制的基本點的分析，PLC采用了典型的計算機結構，主要是由CPU、RAM、ROM和專門設計的輸入輸出接口電路等組成，如圖22所示。 可編程序控制器可編程序控制器PC(Programmable Controller)，又稱可編程序控制器PLC(Programmable Logic Controller)，是微機技術與繼電器常規(guī)控制技術相接合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機控制器的基礎上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機。其功能示意圖如21所示。在品種眾多的單片機中，51系列單片機以其結構的系統(tǒng)完整、特殊功能寄存器的規(guī)范化以及指令系統(tǒng)的控制功能等特色，成為單片機中的主流機型。由于通用計算機的巨大體積和高成本，無線嵌入到大多數(shù)對象體系中，單片機則應運而生。 系統(tǒng)主控器的比較與選擇 單片機在我國，單片機已不陌生，它的出現(xiàn)是近代計算機技術的里程碑事件，因為單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支。在PLC中實現(xiàn)PID控制算法，通過PID算法來調節(jié)控制變頻器，然后通過變頻器來調節(jié)曝氧機的運轉速度，從而改變污水中的含氧量，保持污水中溶解氧于一定濃度。通過PLC來控制閥門，從而調節(jié)流速。模擬氧化溝曝氧機的控制系統(tǒng)由可編程序控制器、變頻器、傳感器、曝氧機組成。自20世紀60年代以來，各國都研究和發(fā)展了各種控制水體污染的新技術和新方法，對污染的控制也開始進入一個較高級的階段，即綜合防治環(huán)境污染的新階段。34第2章 污水處理氧化溝曝氧機控制系統(tǒng)總體方案設計 污水處理氧化溝曝氧機控制系統(tǒng)的簡介水污染問題是一個遍及全世界的環(huán)境問題，無論是在發(fā)展中國家還是發(fā)達國家，這個問題已越來越引起人們的重視。其中，前四個部分為4個章節(jié)，第1章為緒論（即本章），主要介紹本研究課題的來源和學術背景以及理論與實際意義；第2章為系統(tǒng)的總體方案設計，主要進行主控器的分析；第3章為系統(tǒng)的硬件設計，主要是對系統(tǒng)的控制器、變頻器及其他裝置的型號選擇，并且對系統(tǒng)所涉及的模塊化電路的講解；第4章為系統(tǒng)的軟件設計，通過對控制系統(tǒng)的設計思路的完全理解與掌握，得出系統(tǒng)工作時的整體流程圖，再使用西門子PLC的編程軟件來編寫出整個控制系統(tǒng)的梯形圖程序。使污水處理實現(xiàn)自動化處理，對降低污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會和和諧社會、保持我國經(jīng)濟高速發(fā)展具有重要意義。曝氣設備正是基于這種做法而在污水處理中被廣泛采用的。顯然，克服液膜障最有效的方法是快速變換“氣液”界面。雙膜理論認為，在“氣水”界面上存在著氣膜和液膜，氣膜外和液膜外有空氣和液體流動，屬紊流狀態(tài)；氣膜和液膜間屬層流狀態(tài)，不存在對流，在一定條件下會出現(xiàn)氣壓梯度和濃度梯度。它還有其他一些重要作用，如混合和攪拌。而本設計的研究意義在于：曝氣是使空氣與水強烈接觸的一種手段，其目的在于將空氣中的氧溶解于水中，或者將水中不需要的氣體和揮發(fā)性物質放逐到空氣中?！　〈送?，還應考慮污水的水質，地區(qū)條件以及曝氣池型、水深等。本文介紹的只是其中極少的幾種，所作的論述也只是根據(jù)本地區(qū)的有限幾家污水處理場的情況而作，一些看法帶有很大的片面性和局限性?！　　　u臂式微孔曝氣器因為有氧利用率高、檢修方便等優(yōu)點，較多應用在生產(chǎn)負荷較重、污水水質較惡劣的一級生化系統(tǒng)；固定式動態(tài)曝氣器則因為有氧利用率稍低但可以長期保持，檢修困難但使用壽命長的特點，一般應用在生產(chǎn)負荷較低，污水水質較好的二級生化系統(tǒng)。這3種失效形式一般可以通過合理選型，正確選材，嚴把質量關等方法來避免。以上3種失效形式，經(jīng)過近年來的新技術的應用，已經(jīng)得到很大的改善，使得曝氣器的使用壽命可達5年左右?！　討B(tài)曝氣器為固定式安裝，一經(jīng)安裝完成后，便不可以移動，如果某間曝氣池需要檢修，就必須停止該池的運行，并且將池內的污水和淤泥等雜物清除后，方可施工，檢修成本較高。與動態(tài)曝氣器的結構和性能類似的還有旋混曝氣器。由于動態(tài)曝氣器采用了大孔排氣，即使停風停壓后，污水倒流進曝氣器和配氣管中，也不會造成排氣孔堵塞，從而從根本上解決了曝氣器堵塞的問題，可長期保持氧利用率不發(fā)生變化。由旋混旋流作用所產(chǎn)生的大量氣泡，再經(jīng)圓罩阻擋擴散作用之后，均勻密布的向上產(chǎn)生氣泡。　　3）動態(tài)曝氣器　　動態(tài)曝氣器是一種新型的曝氣器，屬于固定安裝式的微氣泡曝氣器，它由圓罩、旋混筒、旋混圈、套接頭抱箍和配氣管組成。開孔直徑過大，氧的利用率較低，開孔直徑過小，氧利用率高，但阻力增大。因此，污水不會倒流而堵塞孔眼。曝氣時，空氣通過管壁上的通氣孔進入膜片與管壁之間，在壓縮空氣的作用下，使膜片微微鼓起，孔眼張開，達到布氣擴散的目的。這種曝氣管的安裝方式與前一種基本一樣，但其自身的結構卻有很大的區(qū)別，它是由一個用ABS或UPVC制成的管子作為布氣管，管壁上開有通風孔，布氣管外周覆蓋著合成橡膠制成的膜片，膜片被金屬卡子固定在管子上。　　微孔曝氣管的形式有很多，目前較為常用的有兩種：一種是由粗瓷或剛玉等燒結而成的普通曝氣管，這種管壁在燒結過程中產(chǎn)生許多極微小的孔隙，它的主要特點是能產(chǎn)生微小的氣泡，～，氣、液接觸面積大，氧利用率高，一般可達到20～25％；其缺點是氣壓損失較大，易堵塞，送入的空氣需經(jīng)過濾處理，易損壞，一旦損壞，氧利用率就開始快速下降。提升式微孔曝氣器主要由微孔曝氣管、活動搖臂、提升機等3部分組成：①微孔曝氣管即由微孔管、前蓋、后蓋及連接螺栓組成；②活動搖臂是可提升的配管，微孔曝氣管安裝于支氣管上，成柵條狀，底座固定在池壁上，活動立管伸入池中，支管落在池底部，并支架支撐在池底部；③曝氣器提升機，為活動式電動卷揚機，起吊小車可隨意移動，將搖臂提起?！　　　?）微氣泡曝氣器微氣泡曝氣器也稱微孔曝氣器，采用多孔性材料如陶粒、粗瓷等摻以適當?shù)娜绶尤渲活惖恼硠诟邷叵聼Y成為擴散板、擴散管和擴散罩的形式。鼓風系統(tǒng)的曝氣器主要分為微氣泡、中氣泡、大氣泡、水力剪切、水力沖擊及空氣升液等類型。鼓風機將空氣通過一系列管道輸送到安裝在池底部的曝氣器，通過曝氣器，使空氣形成不同尺寸的氣泡?！　∷械钠貧庠O備，都應該滿足下列3種功能：　?、佼a(chǎn)生并維持有效的氣水接觸，并且在生物氧化作用不斷消耗氧氣的情況下保持水中一定的溶解氧濃度；　?、谠谄貧鈪^(qū)內產(chǎn)生足夠的混合作用和水的環(huán)流動；③維持液體的足夠速度，以使水中的生物固體處于懸浮狀態(tài)。一般乙烯廠的污水處理多采用這種方式?！　∑貧忸愋痛篌w分為兩類：一類是鼓風曝氣，一類是機械曝氣。從國外引進污水廠的自動控制系統(tǒng)已廣泛采用集散式計算機監(jiān)控系統(tǒng)，應用了自動化程度較高的檢測儀表，各種新工藝、新設備大量出現(xiàn)并得到應用。國外同時注重水處理中的PLC的開發(fā)，相繼研制出了一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列、OMRON的歐姆龍PLC；同時國外也很重視在線儀表的研制，如德國E+H公司，美國的哈希公司相繼研制了溶解氧DO（Dissolved Oxygen）、化學需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）分析儀。由于自動控制技術、網(wǎng)絡通信技術以及現(xiàn)場總線技術的飛速發(fā)展，國外的污水廠很早便實現(xiàn)了污水廠的網(wǎng)絡自動控制，如DCS、FCS系統(tǒng)。 污水處理氧化溝曝氣機控制系統(tǒng)產(chǎn)生發(fā)展及研究現(xiàn)狀國外的一些發(fā)達國家，如英、美、日等國，由于這些國家經(jīng)濟發(fā)達，很早的實現(xiàn)了工業(yè)