【正文】 種方式，應(yīng)能按照工藝要求編輯程序 ③ 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為雙向運(yùn)行，因此要在控制回路加互鎖功能 ④ PLC 的接地應(yīng)按手冊中的要求設(shè)計(jì)，并在圖中表示或說明 ⑤ 考慮必要的保護(hù)措施， 如電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)、控制系統(tǒng)短路保護(hù) 等 ⑥ 繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、 PLC 硬件電路，編制 PLC的 I/O 接口 功能表 ⑦ 選擇電器元件、編制元器件目錄表 ⑧ 繪制接線圖、電控柜布置圖和配線圖、控制面板布置圖和配線圖 本設(shè)計(jì)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。 在該系統(tǒng)中需要檢測較多的數(shù)字輸入量，并且還要檢測模擬量的輸入，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， 因此 系統(tǒng)的控制邏輯與時(shí)序就需要嚴(yán)格照檢測信號的輸入進(jìn)行控制。 ① 操作面板。主要包括手動(dòng)、自動(dòng)、各類設(shè)備的啟動(dòng)按鈕等。 ② 顯示面板。顯示較多的數(shù)據(jù)，一般采用觸摸屏或者人機(jī)界面。 ③ 電氣控制柜。電氣控制的核心設(shè)備，主要包括變頻器、各類傳感器的 輸入信號、 PLC 及其擴(kuò)展模塊等。 為 了 簡化電纜鋪設(shè) ， 保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，采用兩臺 PLC 對生產(chǎn)工藝進(jìn)行監(jiān)控。 即 采用兩級控制方案對整套污水處理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，上位機(jī)選用兩臺工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，下位機(jī)可選用 Omron 公司 PLC，系統(tǒng)構(gòu)成監(jiān)控布局 如 下 圖 [3]： 18 圖 主 PLC 控制提升泵站、沉砂池、氧化溝、二沉池、回流污泥泵站的所有設(shè)備及傳感器。 從 PLC 控制剩余污泥泵站、儲泥池、加藥間、脫水間的所有設(shè)備及傳感器。主、從 PLC 數(shù)據(jù)通過 ControlLink 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享?？刂坪诵牟捎?PLC，其特點(diǎn)是體積小、功能多、可靠性高。編程后的 PLC 能夠按照內(nèi)部程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行 實(shí)時(shí)監(jiān)控 [1]。 PLC 與上位機(jī)的通訊采用 傳輸距離遠(yuǎn)，技術(shù)可靠 RS485 方式。 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的工作原理 ① 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 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(guān)模擬量的輸入，完成相關(guān)設(shè)備 的控制 。 19 圖 電氣控制系統(tǒng)框圖 [10] ② 工作過程 在手動(dòng)狀態(tài)下，各類設(shè)備的控制是根據(jù)操作面板上的按鈕輸入來控制； 在自動(dòng)方式下進(jìn)行閉環(huán)控制，系統(tǒng)根據(jù)檢測到外部傳感器的狀態(tài)對設(shè)備進(jìn)行啟停控制 。 ③ 工業(yè)污水處理系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主電路圖的部分圖 如下 圖： 20 圖 工業(yè)污水處理系統(tǒng)部分主電路圖 [10] 三臺電機(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）。接觸器 KM KM KM6 分別控制 M M M3 的工頻運(yùn)行；接觸器 KM KM9 分別控制 M M3 的變頻運(yùn)行； FR FR FR3 分別為三臺電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器； QF1， 為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，其主回路控制對象為電感性負(fù)載交流電動(dòng)機(jī) ； FU1 為主電路的熔斷器 ， 曝氣風(fēng)機(jī) 的 熔體額定電流 IFU≥ 2IN＝ 2 ＝ 5A，選用 5A 的熔體， 控制回路熔體額定電流選用 2A。 選用的 MM430 變頻器是用來 控制電機(jī) M1， M3 變頻運(yùn)行的。 PLC 選型及設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)之前， 先 對工藝過程進(jìn)行細(xì)致的分析， 再通過 詳細(xì)地 了解控制對象和控制要求 進(jìn)行設(shè)計(jì) 。 21 PLC 采用循環(huán)掃描技術(shù)， 它 每次只能執(zhí)行一條指令， 即 PLC 以“串行”方式工作的，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點(diǎn)競爭和時(shí)序失配等問題。 PLC 采用循環(huán)可以分為 3 個(gè)階段：輸入階段 (將外部輸入信號的狀態(tài)傳送到 PLC)、執(zhí)行程序階段和輸出階段 (將輸出信號傳送到外部設(shè)備 )。 輸入階段 ： 在這個(gè)階段中， PLC 先進(jìn)行自我診斷，然后與編程器或計(jì)算機(jī)通信，同時(shí)中央 處理器掃描各個(gè)輸入端并讀取輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入相應(yīng)的輸入存儲單元。 執(zhí)行程序階段 ： 在這個(gè)階段中， PLC 按照由上到下的次序逐步執(zhí)行程序指令。從相應(yīng)的輸入存儲單元讀入輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果，并將這些結(jié)果存入相應(yīng)的輸出存儲器單元。這一階段執(zhí)行完后，進(jìn)入輸出階段。在這個(gè)程序執(zhí)行中，輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)保持不變。 輸出階段 ： 在這個(gè)階段中， PLC 將相應(yīng)的輸出存儲單元的運(yùn)算結(jié)果傳送到輸出模塊上，并通過輸出模塊向外部設(shè)備傳送 輸出信號，開始控制外部設(shè)備。 PLC 控制系統(tǒng) 為工藝流程服務(wù)的，它 是 首先要能很好地實(shí)現(xiàn)工藝提出的控制要求 的 。 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則。 ① 根據(jù)工藝流程設(shè)計(jì)，力求設(shè)計(jì)出最大限度 滿足控制要求 的控制系統(tǒng) ② 在滿足控制要求的前提下，盡量減少 PLC 系統(tǒng)硬件費(fèi)用。 ③ 考慮到以后控制要求的變化， 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 應(yīng)考慮 PLC 可擴(kuò)展性。 22 ④ 控制系統(tǒng)使用和維護(hù)方便、安全可靠。 再 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(fù)雜程度，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(jī)。 并 采用 CPU226 作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。 由于 PLC 的 CPU 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)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 與各類人機(jī)界面的通信可完成 PLC 控制系統(tǒng)的 遠(yuǎn)程監(jiān)控。 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：一是信號輸入；二是控制輸出信 號 [2]。 ① 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 即： 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。 （ 1）按鈕輸入檢測。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測，主要有自動(dòng)按鈕、手動(dòng) 按鈕、格柵機(jī)啟動(dòng)按鈕、清污機(jī)啟動(dòng)按鈕、潛水泵啟動(dòng)按鈕、潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動(dòng)按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機(jī)工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減速按鈕等。 （ 2）液位差輸入檢測。檢測粗細(xì)格柵兩側(cè)液位差，用來控制清污機(jī)的啟動(dòng)與停止。 （ 3）液位高低輸入檢測。檢測進(jìn)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(dòng)和停止，以及投入運(yùn)行的潛水泵的數(shù)量。 23 （ 4）含氧量輸入檢測。以上三種都為數(shù)字量輸入，該輸入為模擬量輸入。曝氣過程是工業(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，必須檢測污水中的含氧量，并通 過曝氣機(jī)增加或減少其含氧量。通過將溶解氧儀設(shè)置在適當(dāng)位置上，將檢測值反饋到 PLC 中，通過運(yùn)算輸出控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速信號。當(dāng)溶解氧值偏低時(shí)，降低了微生物分解的效果，延長了處理時(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) [8]。 ② 控制輸出信號 信號輸出部分主要包括兩個(gè)方面：一個(gè)是數(shù)字量輸出，即各類設(shè)備的接觸器；另外一個(gè)是模擬量輸出，用來控制曝氣機(jī)變頻器 。 （ 1）數(shù)字量輸出?？刂聘黝愒O(shè)備的啟動(dòng)和停止，包括：格柵機(jī)啟停、清污機(jī)啟停、潛水泵啟停、潛水?dāng)嚢杵鲉⑼?、污泥回流泵等設(shè)備。 （ 2）模擬量輸出通過 PLC 中 PID 運(yùn)算后的數(shù)據(jù)，通過其功能模塊輸出控制信號，該控制信號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。 該系統(tǒng)中，還需要采集模擬量并利用模擬量控制，因此 還 需要在擴(kuò)展一個(gè)模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊。如圖 為 PLC 模塊連線 圖 24 圖 PLC 模塊連線圖 PLC 的 I/O 資源配置 對 PLC 的 I/O 進(jìn)行配置 ，包括 輸入部分 與 輸出部分 ， 又 由于需要采集一個(gè)溶氧儀所反饋的數(shù)據(jù)，因此 需要 再 擴(kuò)展了一個(gè)模擬量輸入輸出模塊 。在此控制系統(tǒng)中需要將采集回來的模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過模擬輸出口對變頻器進(jìn)行控制，進(jìn)行控制其他設(shè)備 的運(yùn)行 。 其他資源配置 相關(guān)介紹 根據(jù)控制系統(tǒng)要求和電氣設(shè)備 的結(jié)構(gòu)，確定電器元器件的總體布局以及電控箱內(nèi)裝配板與控制面板上應(yīng)安裝的電器元件。電控箱內(nèi)電器板上安裝的電器元件有：斷路器、熔斷器、隔離變壓器、 PLC、接觸器、中間繼電器、熱繼電器和端子板等。在控制面板上設(shè)計(jì)安裝的電器元件有：控制按鈕、旋鈕開關(guān)、各色指示燈等。 ① 接觸器 。 在控制系統(tǒng)中需要 PLC 根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設(shè)備的啟停 。 ② 變頻器 。 變頻器的功能是將頻率固定的 (通常為 50Hz)的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。 變頻器主要分為間接變頻和直接變頻兩大類，而間接變頻又根據(jù)中間直流環(huán) 節(jié)的主要儲能元件的不同可分為電壓 25 型和電流型。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) ， 中間直流環(huán)節(jié)是高阻抗輸出 ，它 相當(dāng)于電流源 。 相控整流器將交流電壓整流為可控的直流電壓，中間直流環(huán)節(jié)是低阻抗輸出，它相當(dāng)于是恒壓源 變頻與變壓 (VVVF)原理： 當(dāng)在實(shí)際利用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的過程中，當(dāng)頻率 f 下降時(shí)，定子繞組的反電動(dòng)勢 E 有所下降，定子電流增大，但是轉(zhuǎn)子側(cè)的負(fù)載并未增加，故轉(zhuǎn)子段電流不變，根據(jù)電流平衡方程可知，勵(lì)磁電流比增大，因而磁通φ m 增大。φ m 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，