【正文】 性已提高到基本滿足工業(yè)控制的需要。目前工業(yè)自動控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)層次基礎(chǔ)上可劃分為 :直接數(shù)字控制系統(tǒng)（ DDC）、監(jiān)督控制系統(tǒng) (SCO)、集散型控制系統(tǒng) (DCS)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) (PCS)等 。各大廠商為了自己的利益，都在發(fā)展和維護(hù)自己的產(chǎn)品，并積極參與和把持標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，希望能主導(dǎo)現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展。而且其技術(shù)也都不是特別成熟，還需要大量實(shí)踐和 復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境的檢驗(yàn)。但不利的條件是我國綜合技術(shù)力量薄弱，科研力量規(guī)模小、資金少，無力研制復(fù)雜的現(xiàn)場總線專用芯片，在硬件技術(shù)上基本上只能采用已有的產(chǎn)品。如果采用緊跟策略，則很難開發(fā)出具有自己特色的產(chǎn)品，而且產(chǎn)品的發(fā)展速度必然落后于國外企業(yè)，結(jié)果只能是被國外企業(yè)所淘汰，或淪為國 外企業(yè)的技術(shù)代理。因此，除了新建企業(yè)外，我國企業(yè)在較長時(shí)間內(nèi)不可能全面采用現(xiàn)場總線技術(shù)，而必須走逐步發(fā)展、過渡的道路。同時(shí)，研究及應(yīng)用的技術(shù)必須能夠體現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展方向。我國經(jīng)濟(jì)高速度連續(xù)增長，但污水處理技術(shù)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。我國排入水體的總污染量，目前還沒得到控制， 85%以上的污水未經(jīng)處理 直接排入水體。我國有關(guān)部門制定了廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，要求必須對污水進(jìn)行綜合治理，使其達(dá)到允許排入水體的程度，以降低或消除對水體水質(zhì)的不利影響 。如美國某水廠，在七十 年代初開始研究微機(jī)自動控制水廠投加藥劑， 1975 年應(yīng)用直接數(shù)字式計(jì)算機(jī)控制自動加礬，運(yùn)轉(zhuǎn)一年就降低礬耗 20%,并且提高了管理水平和穩(wěn)定了水質(zhì)，此外，蘇聯(lián)某水廠、日本某水廠等也先后采用計(jì)算機(jī)自動控制水廠工藝，取得較理想效果，現(xiàn)在許多美國大中型水廠均由一套集散型的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。設(shè)在中心控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)主機(jī)從各個(gè)現(xiàn)場計(jì)算機(jī)中收集數(shù)據(jù)，并提供圖表顯示、曲線、各個(gè)設(shè)備動作記錄、設(shè)備故障 報(bào)警等。 我國污水處理廠自動化、信息化管理水平相對偏低，大都是依靠手工操作，通過復(fù)雜的電控柜監(jiān)測和控制設(shè)備運(yùn)行，工藝的運(yùn)行狀況直觀性很差，對運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)依賴性較大。因此，開發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)，不僅可以提高污水處理和監(jiān)控的自動化程度、減輕監(jiān)測人員與現(xiàn)場運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度，也提高了對排污企業(yè)監(jiān)測的連續(xù)性，其意義是十 分明顯的。目前，世界上生產(chǎn) PLC 的主要廠家有 65 個(gè)，其中最有名氣的廠家在日本、美國和德國。 日立、東芝、橫河、立石、光洋、夏普等公司。還有德國的西門子，荷蘭 的飛利浦，香港的鷹達(dá)等公司也是很有名氣的。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC 的發(fā)展與應(yīng)用 PLC 的發(fā)展趨勢 目前 PLC 技術(shù)發(fā)展總的趨勢是系列化、通用化和高性能化，主 要表現(xiàn)在 : (1)在系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)摸上向大、小兩個(gè)方向發(fā)展 (2)功能不斷增強(qiáng)，各種應(yīng)用模塊不斷推出 (3)產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化 PLC 的應(yīng)用 隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展 ,PLC 的制造成本不斷下降，而其功能卻大大增強(qiáng)。特別是在輕工行業(yè)中，因生產(chǎn)門類多，加工方式多變，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，所以PLC 廣泛 應(yīng)用在組合機(jī)床自動線、專用機(jī)床、塑料機(jī)械、包裝機(jī)械、灌裝機(jī)械、電鍍自動線、電梯等電氣設(shè)備中。 它的應(yīng)用可大致歸納為如下幾類 : (1)邏輯控制 (2)運(yùn)動控制 (3)過程控制 (4)數(shù)據(jù)處理 (5)多級控制 PLC 的特點(diǎn) （ 1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的 1/10~1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時(shí)間則更長。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 PLC 的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。它的重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。 PLC 的系統(tǒng) 組成 可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)。 中央處理單元（ CPU） CPU 作為整個(gè) PLC 的核心，起著總指揮的作用。這些電路通常都被封裝在一個(gè)集成電路的芯片上。 CPU的功能有以下一些：從存儲器中讀取指令，執(zhí)行指令，取下一條指令，處理中 斷。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器 。常用的存儲器有 RAM、 EPROM 和 EEPROM。 RAM 存儲器是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲器，可用鋰電池做備用電源。 EPROM、 EEPROM 都是只讀存儲器 。 輸入輸出單元（ I/O單元） I/O 單元實(shí)際上是 PLC 與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。接到 PLC 輸入接口的輸入器件是各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。 電源部分 PLC 電源單元包括系統(tǒng)的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。 外部設(shè)備 （ 1）編程器 編程器是 PLC 的最重要外圍設(shè)備。除此以外，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖纯捎脗€(gè)人計(jì)算機(jī)對 PLC 編程。 （ 2） 其他外部設(shè)備 PLC 還配有其他的一些外部設(shè)備。 ②打印機(jī)：用以打印程序或制表。 ④高分辨率大屏幕 彩色圖像監(jiān)控系統(tǒng)：用以顯示或監(jiān)視有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)。 PLC 的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。當(dāng) PLC 處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部 處理和 通信操作服務(wù)等內(nèi)容。 （ 1）輸入 處理 輸入處理也叫輸入采樣。在此輸入映象寄存器被刷新。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。對每個(gè)器件來說，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會隨著程序執(zhí)行過程而變化。 PLC 的選擇 隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展， PLC 產(chǎn)品的種類也越來越多，而且功能也日趨完善。 PLC 的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。 下面從 PLC 的機(jī)型選擇、容量選擇、 I/O 模塊選擇、電源模塊選擇等方面分別加以介紹。 （ 1） 合理的結(jié)構(gòu)型式； （ 2）安裝方式的選擇； （ 3）相當(dāng)?shù)墓δ芤螅? （ 4）響應(yīng)速度的要求； （ 5）系統(tǒng)可靠性的要求； （ 6）機(jī)型統(tǒng)一。 （ 1） I/O 點(diǎn)數(shù) 通常 I/O 點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實(shí)際需要，再加上 10%—15%的備用量來確定。需要的用戶存儲容量的大小由用戶程序的長短決定。 存儲容量 =開關(guān)量 I/O 點(diǎn)數(shù) *10+模擬 量通道數(shù) *100 絕大部分 PLC 均能滿足上式要求。 I/O 模塊的選擇 一般 I/O 模塊的價(jià)格占 PLC 價(jià)格的一半以上。 下面僅介紹有關(guān)開關(guān)量 I/O 模塊的選擇。 ①輸入信號的類型及電壓等級的選擇 常用的開關(guān)量模 塊的信號類型有三種：直流輸入、交流輸入和交流 /直流輸入。 按輸入信號的電壓大小分類有：直流 5V、 24V、 48V、 60V 等；交流 110V、220V 等。 ②輸入接線方式選擇 按輸入電路接線方式的不同，開關(guān)量輸入模塊可分為匯點(diǎn)式輸入和分組式輸入兩種。 （ 2）開關(guān)量輸出模塊的選擇 輸出模塊是將 PLC 內(nèi)部低電壓信 號轉(zhuǎn)換為外部輸出設(shè)備所需的驅(qū)動信號。 ①輸出方式的選擇 開關(guān)量輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出。 ③輸出電流的選擇 輸出模塊的輸出電流必須大于負(fù)載的額定電流。 ④同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量 選擇輸出模塊時(shí)，還應(yīng)考慮能同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量。 ⑤輸出的最大負(fù)載電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素的關(guān)系。物理法主要是利用物理作用分離或回收廢水中的懸浮物，它只適用于作廢水的預(yù)備處理或初級處理。物理化學(xué)法通過凝聚、沉淀、過濾等過程消除水中的固體物質(zhì)，使之與可溶性有機(jī)物質(zhì)向脫離來降低生活污水中的 BOD5 值，然后讓液體通過活性炭消毒后排放 。 本文要求污水處理包括加藥 PH 值控制、超濾、反滲透、等離子交換等幾個(gè)主要工藝過程。有色金屬制造的污水中大都是重金屬離子（銅、鉛、鋅、汞、鉻、砷、氟等）通過加藥調(diào)節(jié) PH 值，并使其生成沉淀、超濾、反滲透、等離子交換后排放。 超濾過程的特點(diǎn)有：無相際間的變化，可以在常溫下及低壓力下進(jìn)行分離；設(shè)備體積小 、結(jié)構(gòu)簡單，故投資費(fèi)用低；超濾過程只是簡單的加壓輸送流體，工藝流程簡單，易于操作管理；物質(zhì)在濃縮分離過程中不發(fā)生質(zhì)的變化；適合稀溶液中微量貴重大分子物質(zhì)的回收和低濃度大分子物質(zhì)的處理；能將不同分子量的物質(zhì)分級分餾；超濾膜在使用過程中無雜質(zhì)脫落，保證濾液純凈。但是在濃溶液一邊加上適當(dāng)?shù)膲毫?，即可使?jié)B透停止，此時(shí)的壓力稱為該溶液的滲透壓。這就說明，當(dāng)對鹽水一側(cè)施加的壓力超過水的滲透壓時(shí)，可以利用半透膜裝置從鹽水中獲取淡水。 一般把具有離子交換能力的物質(zhì)稱為離子交換體。有機(jī)離子交換體又有碳質(zhì)和樹脂交換體之分。離子交換樹脂則是由單體聚 合或縮聚而成的人造樹脂，經(jīng)化學(xué)處理，引入活性機(jī)團(tuán)而成的產(chǎn)物。離子交換樹脂的離子交換作用較為理想。 （ 2） 超濾系統(tǒng)由壓差控制，自動反沖洗。 （ 4） 二臺陰離子交換器一用一備交替運(yùn)行，產(chǎn)水需測量流量、測量電導(dǎo)率，控制切換再生備用。調(diào)節(jié) PH 值在 69，再加入沉淀劑使重金屬離子在沉淀池中沉淀下來，通過超過濾膜的膜孔選擇性篩分水污染物，大于截留分子量的溶質(zhì)絕大部分被截留，小分子量的溶質(zhì)和溶劑則被透過，再通過反滲透膜只讓水份通過，而不讓溶質(zhì)通過，最后離子樹脂將溶液中的有害離子等物質(zhì)的量轉(zhuǎn)換成另一種離子，并去除酸、堿性污水，保證出水的 PH 值保持在可排放的范圍。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)控制也逐步由傳統(tǒng)的單機(jī)控制走向網(wǎng)絡(luò)化，工業(yè)控制中多采用 PLC 來實(shí)現(xiàn)自動控制。 傳感器和自動化儀表將數(shù)據(jù)反饋至 PLC，由操作人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行操作。 現(xiàn)場手動工作方式是在現(xiàn)場直接啟、停設(shè)備，具有最高優(yōu)先級，當(dāng)處于該方式時(shí)，其他 控制方式將不起作用， PLC 只 對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、紀(jì)錄和報(bào)警。遠(yuǎn)程自動方式是系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場情況和工藝設(shè) 置要求自動運(yùn)行設(shè)備。其中，傳感器是污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)中最薄弱，也是最重要、最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。污水處理過程是復(fù)雜的生化反應(yīng)過程，所涉及的儀器儀表種類繁多，多數(shù)傳感器是污水處理過程所特有的，分別應(yīng)用于不同的場合，反映一個(gè)或多個(gè)特定變量的狀態(tài)信息變化。 PLC 要對隔油池的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制。給出相應(yīng)的控制信號，同時(shí)經(jīng)過串行通信接口將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)。當(dāng)中和反應(yīng)池PH 值達(dá)到 合適的條件后輸出的清液經(jīng)過超濾、一級反滲透、陰離子交換三個(gè)過程的處理后進(jìn)入純化水池得到處理后的干凈水，反應(yīng)池剩余沉渣部分經(jīng)過壓濾處理后的沉淀物被排除，而在超濾、一級反滲透過程時(shí)再次檢測水液濃度，對濃水進(jìn)行濃水回收經(jīng)過調(diào)節(jié)池再次對廢水進(jìn)行二次處理，系統(tǒng)超濾過程的控制我們采用超濾系統(tǒng)由壓差控制，自動反沖洗，對前后的壓差進(jìn)行檢測、控制