【正文】 構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)備較多，在氧化溝中其控制過(guò)程及原理大致相同，都是通過(guò)控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)污水中的含氧量，其基本組成如圖11所示。進(jìn)水系統(tǒng)主要有進(jìn)水管道和進(jìn)水泵房組成，進(jìn)水管道主要由粗格柵機(jī)和清污機(jī)組成，進(jìn)水泵房主要有兩臺(tái)潛水泵組成。進(jìn)水泵房中的潛水泵運(yùn)行及停止是通過(guò)安裝在泵房?jī)?nèi)的液位傳感器來(lái)決定的，當(dāng)液位較低時(shí)只啟動(dòng)一臺(tái)潛水泵，當(dāng)液位較高時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)潛水泵，若液位持續(xù)升高時(shí)，則輸出報(bào)警以示意有故障發(fā)生。除砂系統(tǒng)主要由細(xì)格柵系統(tǒng)和沉砂池組成，細(xì)格柵系統(tǒng)是由細(xì)格柵機(jī)和清污機(jī)組成，沉砂池的主要設(shè)備是分離機(jī)。沉砂池中分離機(jī)的運(yùn)行和后續(xù)處理中的轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的運(yùn)行同步，即啟動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的時(shí)候同時(shí)啟動(dòng)分離機(jī)，對(duì)沉砂池中的沙粒進(jìn)行排除。氧化溝系統(tǒng)由氧化溝和污泥回流系統(tǒng)構(gòu)成，氧化溝是污水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，因此控制量較多，控制過(guò)程較復(fù)雜，包括轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)和潛水?dāng)嚢铏C(jī)，污泥回流系統(tǒng)主要有污泥回流泵構(gòu)成。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用是推進(jìn)水流，同時(shí)使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈的攪拌狀態(tài)，使他們充分混合接觸。污泥回流系統(tǒng)的污泥回流泵將剩余的污泥及使用過(guò)的污泥進(jìn)行處理，該設(shè)備的運(yùn)行與停止主要根據(jù)泵房?jī)?nèi)液位傳感器的狀態(tài)，當(dāng)液位低于某個(gè)值時(shí)停止回流泵的運(yùn)行；當(dāng)液位持續(xù)高于某個(gè)高位時(shí)，回流泵停止運(yùn)行同時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)；液位處于正常狀態(tài)時(shí)，回流泵正常運(yùn)行。沉淀系統(tǒng)主要設(shè)備為刮泥機(jī)，其功能是對(duì)進(jìn)行氧化溝處理后的污水進(jìn)行物理沉淀，將污泥和清水分離，刮泥機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)后就開(kāi)始持續(xù)運(yùn)行。污泥脫水系統(tǒng)主要包括離心式脫水機(jī)，其主要功能是對(duì)氧化池中處理過(guò)污水的活性污泥進(jìn)行脫水處理，由于對(duì)污水進(jìn)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(duì)活性污泥添加一定量的藥物，便于污泥脫水。 系統(tǒng)工作原理污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)總框圖如圖12所示，PLC為核心控制器，通過(guò)檢測(cè)操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，以及相關(guān)模擬量的輸入，完成相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行、停止和調(diào)速控制。在自動(dòng)方式下進(jìn)行閉環(huán)控制，系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到外部傳感器的狀態(tài)對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟?？刂疲涔ぷ鬟^(guò)程如下。2）運(yùn)行粗、細(xì)格柵機(jī)，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。4）進(jìn)水泵房中的潛水泵根據(jù)液面高低進(jìn)行運(yùn)行、停止及運(yùn)行數(shù)量的控制。6）污泥回流泵的運(yùn)行與停止根據(jù)液面的高低進(jìn)行控制。間歇啟動(dòng)粗、細(xì)格柵機(jī)根據(jù)設(shè)定程序時(shí)間啟動(dòng)潛水?dāng)嚢铏C(jī)和刮泥機(jī)分離機(jī)同步氧化溝溶解氧轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻器啟動(dòng)離心式脫水機(jī)反饋溶解氧儀采集液位數(shù)據(jù)液位傳感器是停止?jié)撍脻撍梅恳好媸欠竦陀谠O(shè)定值PLC及其擴(kuò)展否啟動(dòng)潛水泵采集液位差數(shù)據(jù)是液位差是否超過(guò)設(shè)定值液位差計(jì)啟動(dòng)清污機(jī)否采集液位數(shù)據(jù)停止清污機(jī)是停止污泥回流泵液位傳感器污泥回流液面是否低于設(shè)定值否啟動(dòng)污泥回流泵圖13 污水處理系統(tǒng)工作示意圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以上介紹了污水處理系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及其相關(guān)設(shè)備，根據(jù)其工作原理和控制系統(tǒng)的功能要求，本節(jié)主要介紹如何設(shè)計(jì)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和所需的各種硬件設(shè)備，在此控制系統(tǒng)中的核心處理器是PLC，其主要輸入和輸出量主要為數(shù)字量，只有一組模擬量的輸入和輸出。 數(shù)字量輸入輸出部分 在此控制系統(tǒng)中，所需要的輸入量基本上都屬于數(shù)字量，主要包括各種控制按鈕、旋鈕、傳感器輸入及過(guò)載保護(hù)輸入，共有49個(gè)數(shù)字量輸入，如表21所示。表22 數(shù)字輸出量地址分配輸出地址輸出設(shè)備輸出地址輸出設(shè)備粗格柵機(jī)接觸器刮泥機(jī)接觸器1清污機(jī)接觸器污泥回流泵接觸器1潛水泵接觸器離心式脫水機(jī)接觸器2潛水泵接觸器聚合物泵接觸器細(xì)格柵機(jī)接觸器污泥機(jī)接觸器2清污機(jī)接觸器潛水泵房報(bào)警分離機(jī)接觸器污泥回流泵房報(bào)警1轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻正轉(zhuǎn)接觸器手動(dòng)方式指示燈2轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻正轉(zhuǎn)接觸器自動(dòng)方式指示燈1轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻接觸器1轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻反轉(zhuǎn)接觸器2轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻接觸器2轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻反轉(zhuǎn)接觸器潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器切割機(jī)接觸器 模擬量輸入輸出部分 由于需要采集一個(gè)溶解氧儀所反饋的數(shù)據(jù)，因此擴(kuò)展了一個(gè)模擬量輸入輸出模塊，具體I/O分配，如表23所示。表24 模擬量輸?shù)刂贩峙漭敵龅刂份敵鲈O(shè)備AQW0經(jīng)運(yùn)算輸出 設(shè)備和器件的選型1）PLC及擴(kuò)展模塊。由于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(guò)程相對(duì)復(fù)雜，因此采用CPU226作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。由于本系統(tǒng)總共有49個(gè)數(shù)字輸入量和24個(gè)數(shù)字輸出量，CPU226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，因此采用4個(gè)EM223輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊，8點(diǎn)DC輸入8點(diǎn)輸出型，可以滿足控制系統(tǒng)的I/O需求。西門子公司專門為S7—200系列PLC配置了模擬量輸入輸出模塊EM235，該模塊具有較高的分辨率和較強(qiáng)的輸出驅(qū)動(dòng)能力，可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。該系統(tǒng)選用的變頻器是西門子MM430變頻器，它是一種風(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)，尤其是適用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機(jī)。它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。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)。表25 變頻器參數(shù)設(shè)置表參數(shù)號(hào)參數(shù)值說(shuō)明P000521顯示實(shí)際頻率P07002由端子排輸入P10002模擬輸入P13002可用于可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載P201069600baudP20111USS地址P0300根據(jù)具體電動(dòng)機(jī)設(shè)置電動(dòng)機(jī)類型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)速對(duì)于此系統(tǒng)中的變頻器，在進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試時(shí)采用通信控制，因此需要將變頻器的參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置，通過(guò)對(duì)已編址的變頻器發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制，即將表25所示中的P0700和P1000的參數(shù)值都改為5，就可進(jìn)行通信控制；在自動(dòng)控制方式下，通過(guò)改變變頻器的參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)變頻器的模擬控制，即如表25所示。 3）各種電機(jī)和泵。清污機(jī)型號(hào)選用回轉(zhuǎn)齒耙式清污機(jī)，清污刮板傳動(dòng)裝置宜采用回轉(zhuǎn)式輸送鏈。轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)型號(hào)選用YHG1800A，經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速：50 rpm，轉(zhuǎn)碟直徑：1800 mm，浸沒(méi)水深：680 mm。污泥回流泵型號(hào)選用0JB—W15，電機(jī)功率：15 kw，額定電流：41 A，葉輪直徑：400 mm。離心式脫水機(jī)型號(hào)選用SX系列三足式，轉(zhuǎn)速：1000 r/min，電機(jī)功率：11 kw，分離因數(shù)：560 Fr，工作容積：140 L。用于測(cè)量鍋爐給水、蒸汽、超純水、凝結(jié)水、除氧劑出口，以及工廠使用氧氣處理化學(xué)過(guò)程中的含氧量，并根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行給養(yǎng)控制，其輸出信號(hào)主要有兩種形式：4~20 mA或0~20 mA（電流形式），0~5 V或1~5 V DC（電壓形式）。本次選用PH/溶解氧測(cè)量?jī)x型號(hào)：SA29MP525。 mV，溶解氧：（0~）mg/L(ppm)；（0~）% 溫度：（10~110）℃精確度：pH：177。% FS 溶解氧：177。 ℃，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。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(cè)量。新型的溶氧電極有鹽度測(cè)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。5）各類按鈕。在手動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，對(duì)于每個(gè)設(shè)備都對(duì)應(yīng)設(shè)置一組按鈕，采用觸點(diǎn)觸發(fā)式按鈕，即按下接通，松開(kāi)復(fù)位。在進(jìn)水泵房和污泥回流泵房都要安裝液位傳感器，本系統(tǒng)采用超聲波液位傳感器，均為數(shù)字量輸入。本次選用的液位差計(jì)也是數(shù)字量輸入到PLC中的，在液位差計(jì)中預(yù)先設(shè)置好設(shè)定值。 7）接觸器。為此該系統(tǒng)選用施耐德LC1D0901M5C交流接觸，其額定電壓220 V，額定電流9 A。長(zhǎng)壽命：機(jī)械壽命高達(dá)2000萬(wàn)次；電壽命高達(dá)200萬(wàn)次。寬電壓：線圈控制電壓在70%120%Uc之間波動(dòng)，不影響產(chǎn)品正常工作。模塊化：產(chǎn)品本體上可以附加輔助觸頭，通電/斷電延時(shí)觸頭，機(jī)械閉鎖等模塊。（1）格柵機(jī)接觸器。根據(jù)程序的執(zhí)行或者操作面板上按鍵的情況，控制兩個(gè)格柵機(jī)的運(yùn)行與停止。清污機(jī)接觸器包括兩個(gè)：一個(gè)是置于粗格柵處，控制粗格柵處的清污機(jī)；一個(gè)是置于細(xì)格柵處，用于控制細(xì)格柵處的清污機(jī)。（3）潛水泵接觸器。（4）轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)接觸器。根據(jù)污水中的溶氧量或操作面板上的按鍵的情況，控制兩臺(tái)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的運(yùn)行及停止，以及在運(yùn)行時(shí)是處于變頻還是工頻運(yùn)行狀態(tài)。分離機(jī)接觸器是連接分離機(jī)和工頻電網(wǎng)的接觸器，分離機(jī)與轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)是同步運(yùn)行，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的控制完成對(duì)分離機(jī)的控制。潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器是連接潛水?dāng)嚢铏C(jī)和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過(guò)程序的執(zhí)行或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制潛水?dāng)嚢铏C(jī)運(yùn)行與停止。刮泥機(jī)接觸器是連接刮泥機(jī)和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過(guò)程序的執(zhí)行或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制刮泥機(jī)的運(yùn)行與停止。污泥回流泵接觸器是連接污泥回流泵和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過(guò)污泥回流泵房中液面的高低或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制污泥回流泵的運(yùn)行與停止。離心式脫水機(jī)接觸器是連接離心式脫水機(jī)和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過(guò)程序的執(zhí)行或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制離心式脫水機(jī)的運(yùn)行與停止。聚合物泵接觸器是連接聚合物泵和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過(guò)程序的執(zhí)行和操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制聚合物泵的運(yùn)行與停止。污泥機(jī)及切割機(jī)接觸器是連接污泥機(jī)及切割機(jī)和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過(guò)程序的執(zhí)行或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制污泥機(jī)及切割機(jī)的運(yùn)行與停止。本次硬件連線圖是用AutoCAD軟件進(jìn)行繪制的，共繪有16張A4圖紙，包括主電路、PLC及擴(kuò)展、PLC輸入回路和PLC輸出回路。如圖21所示，為其中一張主電路連線圖。接觸器KMKMKMKM4分別控制MMMM4的工頻運(yùn)行；FRFRFRFR4分別為四臺(tái)電機(jī)用作過(guò)載保護(hù)的熱繼電器；QF1為主電路的開(kāi)關(guān)；FU1為主電路的熔斷器。由于PLC和擴(kuò)展模塊的M和L+端子都需輸入24V的直流電壓，所以需采用一個(gè)直流電源DC1。圖22 PLC及擴(kuò)展 PLC輸入回路如下圖23所示，為其中一張PLC輸入回路圖。圖23 PLC輸入回路 PLC輸出回路如圖24所示，為其中一張PLC輸出回路圖。圖24 PLC輸出回路 其它詳細(xì)電路連線圖，請(qǐng)查看附錄2，包括4張主電路、1一張PLC及擴(kuò)展、8張PLC輸入回路、3張PLC輸出回路。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。與各類人機(jī)界面的通信可完成PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時(shí)使用戶可通過(guò)操作界面功能控制PLC系統(tǒng)。 利用PLC作為控制器的污水處理系統(tǒng)主要涉及的控制信號(hào)有：一是輸入信號(hào)；二是輸出信號(hào)。1）按鈕輸入檢測(cè)。2）液位差輸入檢測(cè)。3）液位高低輸入檢測(cè)。4）電機(jī)過(guò)載保護(hù)的輸入檢測(cè)。5）含氧量輸入檢測(cè)。曝氣過(guò)程是污水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，為了保證微生物所需要的氧氣，必須檢測(cè)污水中的含氧量，并通過(guò)曝氣機(jī)增加或減少其含氧量。當(dāng)溶解氧值偏低時(shí)，降低了微生物分解的效果，延長(zhǎng)了處理時(shí)間，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致處理失效，因此需要增加曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速以增加供氧量；當(dāng)溶解氧值偏高時(shí)，導(dǎo)致微生物過(guò)氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速以減少供氧量，最終使污水中的溶解氧保持在一定的范圍內(nèi)。1）數(shù)字量輸出。2）模擬量輸出。 系統(tǒng)總體控制 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，總體控制是選擇自動(dòng)控制還是手動(dòng)控制，總體控制流程如圖31所示。在此控制模式下，可以通過(guò)按鈕對(duì)格柵機(jī)、清污機(jī)、污泥回流泵、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)、潛水泵、離心式脫水機(jī)、潛水?dāng)嚢铏C(jī)、刮泥機(jī)，以及各類泵進(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，也可以進(jìn)行正反轉(zhuǎn)動(dòng)，以檢測(cè)調(diào)試性能。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)嚢铏C(jī)和刮泥機(jī)。3）啟動(dòng)潛水泵系統(tǒng)。5）啟動(dòng)曝氣系統(tǒng)。7）啟動(dòng)污泥脫水系統(tǒng)。在自動(dòng)控制工藝框圖中，調(diào)用各個(gè)控制系統(tǒng)的子程序，主要包括粗格柵系統(tǒng)程序、潛水泵系統(tǒng)程序、細(xì)格柵系統(tǒng)程序、曝氣系統(tǒng)程序、污泥回流泵系統(tǒng)程序、變頻器程序、初始化程序，以及污泥脫水系統(tǒng)程序。1）自動(dòng)過(guò)程開(kāi)始啟動(dòng)粗格柵機(jī)，定時(shí)20min。3）2h定時(shí)到，運(yùn)行粗格柵機(jī)20min，循環(huán)進(jìn)行。5）液面差值低于設(shè)定值，停止1清污機(jī)運(yùn)行。圖34 粗格柵系統(tǒng)流程圖 細(xì)格柵系統(tǒng)細(xì)格柵系統(tǒng)程序主要控制細(xì)格柵機(jī)和2清污機(jī)的運(yùn)行，工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面。2）定時(shí)到，停止運(yùn)行細(xì)格柵機(jī)2h。4）同時(shí)檢測(cè)液面差，若超過(guò)設(shè)定值則啟動(dòng)2清污機(jī)。細(xì)格柵系統(tǒng)工作流程圖如圖35所示。1）自動(dòng)過(guò)程開(kāi)始啟動(dòng)1潛水泵。3）定時(shí)到后，若仍低于最低位傳感器，則停止1潛水泵運(yùn)行，否則1潛水泵繼續(xù)運(yùn)行。5）定時(shí)到后，若液面仍處于中位和高位傳感器之間，則啟動(dòng)2潛水泵。潛水泵系統(tǒng)工作流程圖如圖36所示。 1）啟動(dòng)1轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)，進(jìn)行變頻運(yùn)行。 3）若還是含氧量小于設(shè)定值且變頻器速度大于等于100%，則2轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻運(yùn)行。 5）若還是含氧量大于設(shè)定值，則切除2轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻運(yùn)行，并且啟動(dòng)1轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻運(yùn)行。