【正文】 用下進(jìn)行物理沉淀，為了加強(qiáng)沉淀效果，同時(shí)加入混凝劑和 絮凝劑利用高分子助凝劑的強(qiáng)烈吸附架橋作用更加容易沉降。 工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式 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(shù)的飛速發(fā)展，控制要求的不斷提高，該類(lèi)控制方法已不能滿(mǎn)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(chǎng)總線(xiàn)控制、 PLC 等控制方。 DCS 是集散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，又稱(chēng)為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)等相互滲透形成的。實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險(xiǎn)性分散，可靠性提高。軟硬件資源豐富，可適應(yīng)各種要求。 （ 2）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照公開(kāi)、 規(guī)范的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間，以及智能設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，從而實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)：可以用計(jì)算機(jī)豐富的軟件、硬件資源。通信協(xié)議公開(kāi)，不同產(chǎn)品可互連。 PLC 是可編程邏輯控制器的簡(jiǎn)稱(chēng)，用它作為處理系統(tǒng)的控制器，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計(jì)算機(jī)作為其上位機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接 PLC，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其特點(diǎn)如下：編程方便，開(kāi)發(fā)周期短，維護(hù)容易?？刂乒δ軓?qiáng)。 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要 求 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主要功能是完成對(duì)城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過(guò)該系統(tǒng)處理后，輸出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。為實(shí)現(xiàn)工業(yè)污水處理技術(shù)的簡(jiǎn)易、高效、低能耗的功能， 并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制過(guò)程，采用 PLC 作為核心控制器是個(gè)較好的方案。與各類(lèi)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(hù)可通過(guò)操作界面功能控制 PLC 系統(tǒng)。 利用 PLC 作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉及兩個(gè)方面：一是信號(hào)輸入；二是控制輸出信號(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）含氧量輸入檢測(cè)。曝氣過(guò)程是工業(yè)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）模擬量輸出通過(guò) PLC 中 PID 運(yùn)算后的數(shù)據(jù)，通過(guò)其功能模塊輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)輸入到變頻器的控制端子上，改變變頻器的輸出頻率，從而控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，最后達(dá)到控制污水中含氧量的要求。 主要組成部分 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的結(jié)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 31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)和轉(zhuǎn)鼓清污機(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，氧化溝是工業(yè)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)程叫復(fù)雜，包括轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)和潛水?dāng)嚢铏C(jī)，污水回流系統(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。污水回流系統(tǒng)的污泥回流泵將剩余的污泥及使用過(guò)常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 10 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。 (5）污泥脫水環(huán)節(jié)。離心式脫水機(jī)主要有聚合物泵、污泥機(jī)和切割機(jī)構(gòu)成，以上設(shè)備按照順序控制的方式啟動(dòng)，依次啟動(dòng)聚合物泵、污泥機(jī)和切割機(jī)，完成對(duì)污泥的脫水處理。由于在該系統(tǒng)中需要檢測(cè)較多的數(shù)字輸入量，并且還要檢測(cè)模擬量的輸入，根據(jù)設(shè)定的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，輸出控制信號(hào)，因此系統(tǒng)的控制邏輯與時(shí)序就需要嚴(yán)格照檢測(cè)信號(hào)的輸入進(jìn)行 控制。操作面板主要包括手動(dòng)、自動(dòng)、各類(lèi)設(shè)備的啟動(dòng)按鈕等。顯示面板由于要顯示較多的數(shù)據(jù)，因此一般采用觸摸屏或者人機(jī)界面。電氣控制柜是電氣控制的核心設(shè)備，主要包括變頻器、各類(lèi)傳感器的輸入信號(hào)、 PLC 及其擴(kuò)展模塊等。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 11 32電氣控制系統(tǒng)框圖 工作過(guò)程 在手動(dòng)狀態(tài)下，各類(lèi)設(shè)備的控制是根據(jù)操作面板上的按鈕輸入來(lái)控制，無(wú)邏輯控制，即可不根據(jù)傳感器的狀態(tài)進(jìn)行控制。 (1）接通電源，啟動(dòng)自動(dòng)控制方式，啟動(dòng)潛水?dāng)嚢杵骱凸文鄼C(jī)。 (3）根據(jù)反饋回來(lái)的液位差狀態(tài)控制清污機(jī)的運(yùn)行與停止。 (5）轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)根據(jù)溶解氧儀反饋的模擬量經(jīng) PLC 運(yùn)算后進(jìn)行控制，同時(shí)控制分離機(jī)的運(yùn)行與停止。 (7）在污泥脫水系統(tǒng)中，離心式脫水機(jī)的啟動(dòng)采用順序控制方式，依次啟動(dòng)其設(shè)備。三臺(tái)電機(jī)分別為潛水泵電機(jī) （ M1） 、清污機(jī)電機(jī) （ M2） 、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)電機(jī) （ M3） 。選用的 MM430 變頻器是用來(lái)控制電機(jī) M M3 變頻運(yùn)行的。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(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)。在此采用EM223 輸入 /輸出混合擴(kuò)展模塊。正好可以滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的 I/O 需求。西門(mén)子公司專(zhuān)門(mén)為 S7—200 系列 PLC 配置了 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 13 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(mǎn)足控制系統(tǒng)的功能要求。 數(shù)字量輸入部分 表 34 數(shù)字輸入量地址分配 輸入地址 輸入設(shè)備 輸入地址 輸入設(shè)備 急停 手動(dòng)刮泥機(jī)啟動(dòng) 手動(dòng)方式 手動(dòng)污泥回流泵啟動(dòng) 自動(dòng)方式 手動(dòng)分離式脫水機(jī)啟動(dòng) 自動(dòng)啟動(dòng)確認(rèn) 手動(dòng)污泥泵啟動(dòng) 手動(dòng)粗格柵機(jī)啟動(dòng) 手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)加速 手動(dòng)清污機(jī)啟 動(dòng) 手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)減少 手動(dòng)潛水泵啟動(dòng) 粗格柵液位差計(jì) 手動(dòng)細(xì)格柵機(jī)啟動(dòng) 細(xì)格柵液位差計(jì) 手動(dòng)分離機(jī)啟動(dòng) 進(jìn)水泵房液面高位傳感器 手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻啟動(dòng) 進(jìn)水泵房液面低位傳感器 手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻啟動(dòng) 污泥回流泵液面高位傳感器 手動(dòng)潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動(dòng) 污泥回流泵液面低位傳感器 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 14 數(shù)字量輸出部分 表 35 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 潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器 清污機(jī)接觸器 刮泥機(jī)接觸器 潛水泵接觸器 污泥回流泵接觸器 細(xì)格柵機(jī)接觸器 離心式脫水機(jī)接觸器 分離機(jī)接觸器 潛水泵報(bào)警 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻接觸器 污泥回流泵報(bào)警 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻接觸器 模擬量輸入部分 由于需要采集一個(gè)溶氧儀所反饋的數(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，如下表 36 所示。 表 37 模擬量輸出地址分配 輸出地址 輸出設(shè)備 AQW0 經(jīng) PID 運(yùn)算輸出 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計(jì)出工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的硬件連線(xiàn)圖如圖38 所示，此控制面板上的手動(dòng)控制部分主要在調(diào)試系統(tǒng)時(shí)使用，調(diào)試完成后基本處于閑置狀態(tài)。 接觸器選型 在控制系統(tǒng)中，所有設(shè)備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反饋值進(jìn)行動(dòng)作的，因此需要 PLC 根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來(lái)控制常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 16 所有設(shè)備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機(jī)接觸器、清污機(jī)接觸器、潛水泵接觸器、分離機(jī)接觸器、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)接觸器、潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器、刮泥機(jī)接觸器等。其特點(diǎn)有： 高標(biāo)準(zhǔn)：符合 IEC6094741 和 標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)適應(yīng)性： ―TH‖防護(hù)處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。強(qiáng)通用性：具有 50Hz60Hz 通用線(xiàn)圈，可以全世界通用。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星 三角起動(dòng)器。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。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。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(chēng)電壓型。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(chēng)電流型。 φm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 φm 可以保持基本不變。因此變頻的同時(shí)也要變壓，常用 VVVF 表示。 （ 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。 （ 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)。 PWM 只需控制逆變電路便可實(shí)現(xiàn)，與 PAM 相比電路簡(jiǎn)化了許多，因此在變頻調(diào)速中比較常用。 （ 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。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 n0=60f/p，其中 f 是電流頻率， P 是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)。因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n1必須低于定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 n0 (即所謂的“異步” )。 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。 （ ） （ ） ） ] 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 18 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。這無(wú)疑給變頻調(diào)速帶來(lái)了瑕點(diǎn)。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。 變頻器選型 該系統(tǒng)選用的變頻器是西門(mén)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(xiàn) 。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)。其脈沖寬度調(diào)制的開(kāi)關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲。 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(zhuān)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(mén)的水泵和風(fēng)機(jī)。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。 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。中心高 63～ 355mm，功率從 ~315kW。 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(zhǎng)短號(hào)， ―1‖表示鐵心長(zhǎng)度序號(hào)， ―2‖表示極數(shù)， ―Y‖表示第一種設(shè)計(jì)（可省略）。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。 根據(jù)上述分析，選擇 Y2200L26E 即可滿(mǎn)足要求。粗格柵、細(xì)格柵各安裝了一臺(tái)超聲波液位差計(jì)，通過(guò)格柵機(jī)前后的液位差來(lái)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。 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)。 工作溫度： 20~60℃ ， 工作電壓： AC220V 或 DC24V，工作壓力：常壓 ， 差值精度： 177。/ 6176。 采用先進(jìn)的嵌入式微處理技術(shù)，使其測(cè)控儀器達(dá)到了高度的數(shù)字化和智能化。超聲波液位差計(jì)具有精度高，壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定可靠，安裝維護(hù)方便等特點(diǎn) 。用傳統(tǒng)的化學(xué)方法（如碘量滴定法）測(cè)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(cè)量，而用滴汞電極 （ DME） 的極譜分析最為簡(jiǎn)單。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。這種電極利用膜可滲透氧但不能滲透水和有機(jī)及無(wú)機(jī)溶質(zhì)的原理，保護(hù)電極不與這類(lèi)還原物質(zhì)緊密接觸，從而使傳感器的靈敏度不受影響。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(guò)測(cè)量電解電流來(lái)測(cè)量溶解氧