基于PLC污水處理控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、基于 PLC 的工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計摘 要目前，我國大多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)自動化程度不高、平安性低、管理不當(dāng)， 效率普遍低于世界標(biāo)準(zhǔn)。污水處理系統(tǒng)中的曝氣過程控制、數(shù)據(jù)通訊和監(jiān)控管理是急需解決的主要問題。中國污水處理自控系統(tǒng)相對落后，污水處理本錢居高不下，污水廠排放的處理過的污水的水質(zhì)不穩(wěn)定，所以如何建立有效的自控系統(tǒng)， 優(yōu)化運(yùn)行效果，減少運(yùn)行費(fèi)用，具有重要意義。本文介紹了工廠污水處理的根本工藝和流程，并通過研究設(shè)計一套基于 PLC 控制的污水處理系統(tǒng)。文章首先介紹了基于 PLC 污水處理控制系統(tǒng)的工藝及相關(guān)流程，控制系統(tǒng)硬件構(gòu)造及設(shè)計、工作原理以及設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)的根本原那么和步

2、驟，來說明 PLC 在污水處理過程中的應(yīng)用。先根據(jù)污水處理要求設(shè)計了設(shè)備的電器控制與自動控制線路，主要包括設(shè)備的啟停、狀態(tài)信號故障信號、和信號采集等，最后按照工藝要求設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)，其中包括 PLC 的選型、系統(tǒng)資源配置以及按照污水處理工藝編制 PLC 程序。關(guān)鍵詞：污水處理，PLC，工藝流程64 / 67目 錄1 緒 論11.1 工業(yè)污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀11.2 課題的背景21.3 研究目的和意義31.4 課題主要設(shè)計的內(nèi)容32 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹42.1 工業(yè)污水處理根本概念42.2 常用的工業(yè)污水處理工藝42.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式72.4 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能

3、要求83 硬件系統(tǒng)配置103.1 主要組成局部103.2 電氣控制系統(tǒng).錯誤!未定義書簽。3.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的工作原理 .錯誤!未定義書簽。3.4 PLC 選型143.5 PLC 的 I/O 資源配置143.6 其他資源配置174 軟件系統(tǒng)設(shè)計234.1 總體流程設(shè)計234.2 曝氣過程控制的任務(wù)314.3 氯氣投加環(huán)節(jié)324.4 絮凝劑投加環(huán)334.5 PID 控制334.6 PLC 和變頻器通訊345 調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果355.1 硬件系統(tǒng)的調(diào)試355.2 軟件系統(tǒng)的調(diào)試355.3 運(yùn)行結(jié)果36結(jié) 論37參考文獻(xiàn)38致 謝391 緒 論水與人的生活息息相關(guān)，特別在現(xiàn)代社會生活及消費(fèi)中人們

4、對水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據(jù)報道我國人均擁有淡水量為 2400 噸，為世界平均值的 1/4，在全球 149 個國家參與統(tǒng)計國家中，我國人均淡水資源位居 110 位，屬于淡水資源貧乏的國家。而且我國水資源時空分布極不平衡，全國500 多個城市缺水，其中多個嚴(yán)重缺水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，人均擁有淡水量僅有 240 噸。令人擔(dān)憂的是淡水總量日益減少，用水本錢不斷升高，淡水的浪費(fèi)非常嚴(yán)重。我國北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢、水位下降、湖泊干涸、河水?dāng)嗔?、生態(tài)惡化。淡水資源的短缺己經(jīng)成為我國急需解決的問題。我國淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重。隨著社會的開展，水資源已

5、經(jīng)成為影響工業(yè)開展的重要因素，現(xiàn)代工業(yè)中消費(fèi)工藝和設(shè)備對水質(zhì)要求越來越高。但是我國工業(yè)用水消耗高，重復(fù)利用水少，中水使用率不高，有關(guān)資料顯示，我國的工業(yè)用水重復(fù)利用率平均為 40%50%。目前全國城市污廢水的處理率達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的僅有 10%左右，其余的污廢水都直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重復(fù)利用率低、污染嚴(yán)重是我國工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的突出問題。嚴(yán)重的環(huán)境污染使有限的水資源日益減少、水質(zhì)日益惡化，無疑是“雪上加霜。據(jù)統(tǒng)計，由于水質(zhì)污染，我國已有大約3 億人的飲水發(fā)生不平安現(xiàn)象，其中 1.9 億人的飲水是超標(biāo)水。氣象學(xué)家預(yù)測，2100 年全球變暖加劇，地表將有 1/3 的面積變?yōu)樯衬?，那時，

6、干旱將威脅全球一半的大陸人類的生存。這些現(xiàn)象都是水污染產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，因此工業(yè)污水處理工程的施行已經(jīng)刻不容緩。眾多跡象外表，水資源的短缺無疑將成為制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)開展的瓶頸，因此世界各國越來越重視水處理和水的再利用，通過各種技術(shù)進(jìn)一步進(jìn)步供水質(zhì)量，進(jìn)步經(jīng)濟(jì)效益。并且工業(yè)污水處理過程中，經(jīng)過厭氧和好氧處理，污水中的熱量、沼氣等再生能源可以為工業(yè)消費(fèi)提供二次能源，真正實現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。隨著環(huán)境保護(hù)的呼聲越來越高，工業(yè)污水處理已經(jīng)表達(dá)出其必要性和緊迫性，對于各種污水進(jìn)展處理后排放成為各企業(yè)根本的要求。在工廠的工業(yè)污水處理過程中，污水來源的不穩(wěn)定以及工廠中各種污水的成分的復(fù)雜性，對工業(yè)污水

7、處理的工藝和控制方式提出了非常高的要求。1.1 工業(yè)污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀我國工業(yè)污水處理技術(shù)從“七五國家科技攻關(guān)開始逐步進(jìn)展研究?！捌呶?和“八五攻關(guān)工程在氧化塘、土地處理和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術(shù)方面的研究較多，以這些成果為設(shè)計根據(jù)，建立了一些氧化塘、土地處理等污水示范工程。在人工處理技術(shù)方面，“八五對高負(fù)荷活性污泥、高負(fù)荷生物膜、一體化氧化溝技術(shù)進(jìn)展了深化研究。研究成果己被應(yīng)用于大批工業(yè)污水處理廠。污水廠污泥處置問題在“九五科技攻關(guān)中受到重視，并配套開發(fā)成套的污泥處理。經(jīng)過“七五、“八五和“九五期間的努力，我國在工業(yè)污水處理技術(shù)方面獲得了較大的成就。目前在水污染治理技術(shù)上，我國已能提供以

8、下工藝技術(shù)傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù)、各種新型活性污泥工藝如：SBR 法和氧化溝技術(shù)等、酸化水解好氧技術(shù)和多種類型的穩(wěn)定塘技術(shù)等，這些污水治理技術(shù)已經(jīng)在水體污染、改善水體環(huán)境方面發(fā)揮了突出的作用，標(biāo)志著我國工業(yè)污水處理事業(yè)開展到了一個嶄新的階段?，F(xiàn)階段，我國工業(yè)污水處理的工作重點(diǎn)已經(jīng)從工藝技術(shù)的研究轉(zhuǎn)移到詳細(xì)工程的施行。國際上，大規(guī)模的水污染治理是在第二次世界大戰(zhàn)后，隨著 50 年代經(jīng)濟(jì)的蓬勃開展帶來的 60 年代日益嚴(yán)重性的環(huán)境污染而展開的。工業(yè)污水處理設(shè)施中， 城市排水管線和工業(yè)污水處理廠的興建和運(yùn)行在水污染控制中發(fā)揮著骨干作用。至 70 年代末，美國投入了數(shù)千億美元興建了 18000 余座城市工

9、業(yè)污水處理廠， 英國、法國、德國更消耗了巨額資金興建了 7000 至 8000 座城市工業(yè)污水處理廠。這些工業(yè)污水處理廠的投入對國家的水體污染改善起了關(guān)鍵的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的經(jīng)歷。如今，這些國家的工業(yè)污水處理程度又有了進(jìn)一步進(jìn)步，興建了一批具有脫氮除磷成效的設(shè)施，對水體質(zhì)量改善和水環(huán)境保護(hù)起了重大的作用。1.2 課題的背景將來 10 年，中國工業(yè)污水處理工程工程建立投資將超過 2500 億元，其中工業(yè)污水處理設(shè)備投入約 300 億元。采用先進(jìn)、實用的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程中廣泛采用先進(jìn)的自動控制技術(shù)，是推動環(huán)保產(chǎn)業(yè)晉級，實現(xiàn)環(huán)保開展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在這種形勢下工業(yè)污水處

10、理自動化控制系統(tǒng)無疑是一個具有宏大的社會效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益的研究課題。對于環(huán)境保護(hù)問題，國務(wù)院明確規(guī)定所有工業(yè)污染源都必須到達(dá)排放標(biāo)。其中處理過的污水還可以循環(huán)再利用，由于我國是一個水資源匱乏的國家，而且時空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。所以水資源也是一種保護(hù)。因此， 從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對于工業(yè)污水處理非常有必要。因此，有效的結(jié)合目前最新的工藝狀況、計量自控檢測儀表使用、PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)，將為當(dāng)前工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)提供有效的自控方法。1.3 研究目的和意義世界任何國家的經(jīng)濟(jì)開展，都會推進(jìn)社會進(jìn)步、促進(jìn)工農(nóng)業(yè)消費(fèi)才能，使人民生活得到進(jìn)一步改善，但是也隨之帶來不

11、同程度的環(huán)境污染，污水也是造成環(huán)境污染的來源之一。這個污染源的出現(xiàn)引起了世界各國政府的關(guān)注，治理水污染環(huán)境的課題被列入世界環(huán)保組織的工作日程。我國是一個嚴(yán)重缺水的國家，雖然我國年平均水資源總最為 28000 億 m2，居世界第 6 位，人均水資源量為 2220m2，居世界第 110 位，已經(jīng)被結(jié)合國列為世界上 13 個缺水國家之一。目前我國約 300 個城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有 5O 個。據(jù)中國經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)分析統(tǒng)計，全國按目前正常需要，年缺水總里約為 300 億400 億立方米，因缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá) 2300 億。超過洪澇災(zāi)害。水資溝的匱乏和水資源的污染，己經(jīng)嚴(yán)重的影響了人民的日常生活

12、，嚴(yán)重的影響了我國的經(jīng)濟(jì)建立和開展。因此建立符合我國國情的污水廠自動控制系統(tǒng)對降低工業(yè)污水處理本錢、改善環(huán)境、建立可持續(xù)開展社會和和諧社會、保持我國經(jīng)濟(jì)高速開展具有重要意義。1.4 課題主要設(shè)計的內(nèi)容本課題主要設(shè)計的內(nèi)容是工業(yè)工業(yè)污水處理工藝及工業(yè)污水處理系統(tǒng)的組成和 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計,主要由以下內(nèi)容組成：1介紹了工業(yè)污水處理的根本內(nèi)容，包括工業(yè)污水處理的開展現(xiàn)狀以及工業(yè)污水處理的工藝流程；2介紹了 PLC 的根本構(gòu)造和工作原理，并對工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)展設(shè)計分析；3詳細(xì)分析設(shè)計工業(yè)污水處理的硬件系統(tǒng)；4詳細(xì)分析設(shè)計工業(yè)污水處理的軟件系統(tǒng)；5工業(yè)污水處理系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行。2 工業(yè)污水處理

13、控制系統(tǒng)總體介紹2.1 工業(yè)污水處理根本概念城市污水、生活污水、消費(fèi)污水或經(jīng)過工業(yè)企業(yè)局部處理后的消費(fèi)污水，往往都排入排水系統(tǒng)。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細(xì)菌、病毒等使人致病的微生物。經(jīng)處理后的污水，最后出路有三種：排放水體；灌溉田地；重復(fù)使用。污水污染物可根據(jù)化學(xué)性質(zhì)和物理形態(tài)進(jìn)展不同的分類。按化學(xué)性質(zhì)，污水中的污染物質(zhì)可分為無機(jī)性物質(zhì)和有機(jī)性物質(zhì)，其化學(xué)元素以炭、氮、磷為主。按物理形態(tài)，污水中的污染物質(zhì)可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質(zhì)、膠體污染物質(zhì)和溶解性污染物質(zhì)。好氧有機(jī)污染物的性質(zhì)穩(wěn)定，在微生物的作用下，借助微生

14、物的新陳代謝功能而降解為無機(jī)物，如二氧化碳、水、硝酸根離子等穩(wěn)定的無機(jī)物。有機(jī)物的種類很多，其共性是在微生物的作用下被降解時，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程實際中，采用以下的幾個綜合污染指標(biāo)來表述：生物化學(xué)需氧量或生化需氧量Bio-chemical Oxygen Demand, BODmg/L、化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、總有機(jī)碳(Total Organic Carbon) mg/L、總需氧量(Total Oxygen Demand) mg/L。雖然 BOD 。能較準(zhǔn)確地描繪污水的生化需氧量，但其測定的時間太長，需2020 天?？紤]到好氧分

15、解速率一般在開始的幾天最快，在 20溫度下，污水五日生化需氧量(BOD )，約占 BOD 的 70%80%，因此把 BOD作為衡量污染水的有機(jī)5205物濃度指標(biāo)。化學(xué)需氧量(COD)的特點(diǎn)是可以準(zhǔn)確的表示污水中有機(jī)物的含量， 并且測定時間短，但它不能像 BOD 那樣表示出微生物氧化的有機(jī)物量。2.2 常用的工業(yè)污水處理工藝不同的工業(yè)污水處理對象，不同的工業(yè)污水處理環(huán)境，將需要有不同的工業(yè)污水處理工藝來處理。因此，在選擇工業(yè)污水處理工藝的時候必需要認(rèn)真考慮當(dāng)?shù)匚鬯那闆r，以及實際的工業(yè)污水處理的環(huán)境。工業(yè)污水處理的方法主要有物理、化學(xué)、物理化學(xué)，以及生物等幾種。這些方法根據(jù)實際情況，可以單一使用

16、，也可以針對不同的污水混合使用。目前，工業(yè)污水處理的方法一般以生物處理法為主，輔以物理處理法和化學(xué)處理法。常用的工業(yè)污水處理工藝有以下幾種。1傳統(tǒng)活性污泥法。傳統(tǒng)活性污泥處理法是一種最古老的工業(yè)污水處理工藝，其工業(yè)污水處理的關(guān)鍵組成局部為沼氣池與沉淀池，主要處理局部關(guān)系框圖如圖 2-1 所示。曝氣池沉淀池原污水微生物吸附活性泥下沉清水排出有機(jī)物氧化為回流活性泥圖 2-1 傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖污水中的有機(jī)物在曝氣池停留的過程中，曝氣池中的微生物吸附污水中的大局部有機(jī)物，并且在曝氣池中被氧化成無機(jī)物，然后在沉淀池中經(jīng)過沉淀后的局部活性泥需要回流到曝氣池中。該工藝的優(yōu)點(diǎn)有：有機(jī)物去除率高，污泥負(fù)

17、荷高， 池的容積小，耗電省，運(yùn)行本錢低。該工藝的缺點(diǎn)有：普通曝氣池占地多，建立投資大，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)范圍小、易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象，磷和氮的去除率低。（2） A/O 法。A/O 法是在傳統(tǒng)活性污泥法的根底上開展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中 A 代表 Anoxic缺氧的，O 代表 Oxic好氧的。A/O 法是一種缺氧-好氧生物工業(yè)污水處理工藝。該工藝通過增加好氧池與缺氧池所形成的硝化-反硝化反響系統(tǒng)，很好的處理了污水中的氮含量，具有明顯的脫氮效果。但是此硝化-反硝化反響系統(tǒng)需要得到很好的控制，這樣就對該工藝提出了更高的管理要求，這也成為了該工藝的一大缺點(diǎn)。其工藝流程圖如下：圖 2-2 A/

18、O 法工藝流程圖（3） A2/O 法。A2/O 法也是在傳統(tǒng)活性污泥法的根底上開展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中 A2，即 A-A，前一個 A 代表 Anaerobic厭氧的，后一個 A 代表 Anoxic缺氧的；O 代表好氧的。A2/O 是一種厭氧缺氧好氧工業(yè)污水處理工藝。A2O 法的除磷脫氮效果非常好，非常適宜用于對除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。因此，在對除磷脫氮有特別要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般首選 A2/O 工藝。其工藝流程圖如圖 2.3 所示。圖 2-3A2/O 法工藝流程圖（4） A/B 法。A/B 法是吸附生物降解法的簡稱，該工藝沒有初沉淀，將曝氣池分為上下負(fù)荷兩段，并分別有

19、獨(dú)立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負(fù)荷段停留時間約為 2040min，以生物絮凝吸附作用為主，同時發(fā)生不完全氧化反響，去除BOD達(dá) 50%以上。B 段與常規(guī)活性污泥法相識，負(fù)荷較低。AB 法中 A 段效率很高，并有較強(qiáng)的緩沖才能。B 段起到出水把關(guān)作用，處理穩(wěn)定性較好。對于高濃度的工業(yè)污水處理，AB 法具有很好的適用性，并有較高的節(jié)能效益。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時，優(yōu)勢最為明顯。但是，AB 法污泥產(chǎn)量較大，A 段污泥有機(jī)物含量極高，因此必須添加污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理，這樣就將增加一定的投資和費(fèi)用。另外，由于A 段去除了較多的 BOD，造成了碳源缺乏，難以實現(xiàn)脫氮工藝的要求。對于污水濃度低 的場

20、合，B 段也比較困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢。總體而言，AB 法工藝較適宜于污水濃度高，具有污泥消化等后續(xù)處理設(shè)施的大中規(guī)模的城市工業(yè)污水處理廠，且有明顯的節(jié)能效果，而對于有脫氮要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般不宜采用。（5） SBR 法。SBR 法是歇式活性污泥法的簡稱，是一種按照一定的時間順序間歇式操作的污水生物處理技術(shù)，也是一種按間歇曝氣方式來運(yùn)行的活性污泥工業(yè)污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。其反響機(jī)理及去除污染物的機(jī)理與傳統(tǒng)的活性污泥法根本一樣，只是運(yùn)行操作方式不盡一樣。SBR 法與傳統(tǒng)的水處理工藝的最大區(qū)別在于它是以時間順序來分割流程各單元，以時間分割操作代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反響代

21、替生化反響，靜置理想沉淀代替動態(tài)沉淀等。整個過程對于單個操作單元而言是間歇進(jìn)展的，但是通過多個單元組合調(diào)度后又是連續(xù)的，在運(yùn)行上實現(xiàn)了有序和間歇操作相結(jié)合。2.3 本設(shè)計系統(tǒng)工業(yè)污水處理工藝及描繪：本工業(yè)污水處理工藝流程圖如以下列圖 2-4 所示：圖 2-4 工藝流程圖污水由進(jìn)水系統(tǒng)通過粗格柵和清污機(jī)進(jìn)展初步排除大塊雜質(zhì)物體，到達(dá)除砂池中。在除砂池系統(tǒng)中細(xì)格柵和轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)進(jìn)一步凈化污水中的細(xì)小顆粒物體， 將污水中的細(xì)小沙粒濾除后進(jìn)入氧化溝反響池。在該氧化溝系統(tǒng)中進(jìn)展生化處 理，分解污水中的有害物質(zhì)，此環(huán)節(jié)用到一些化學(xué)藥劑來加強(qiáng)處理效果，如復(fù)合堿、氯氣、油絮凝劑等。對污水進(jìn)展除油、消毒、調(diào)整 P

22、H 值。同時在該系統(tǒng)中設(shè)置有溶解氧儀超聲波檢測器，通過它對污水中的含氧量進(jìn)展檢測，根據(jù)其反響到 PLC 的值來控制曝氣機(jī)變頻器的運(yùn)行，改變污水中溶解氧的含量。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用是推進(jìn)水流，使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈攪拌充分混合接觸，使生化反響更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。經(jīng)處理的污水進(jìn)入沉淀池中，在刮泥機(jī)的作用下進(jìn)展物理沉淀，為了加強(qiáng)沉淀效果，同時參加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。污水經(jīng)沉淀池處理最后到達(dá)脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機(jī)作用下進(jìn)展脫水處理后排出清水。2.3 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

23、飛速開展，控制要求的不斷進(jìn)步，該類控制方法已不能滿足現(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)場總線控制、PLC 等控制方。1DCS 系統(tǒng)。DCS 是集散控制系統(tǒng)的簡稱，又稱為分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)，是由計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等互相浸透形成的。由計算機(jī)和現(xiàn)場終端組成，通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場控制站、檢測站和操作站、控制站等連接起來，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各類消費(fèi)過程，可進(jìn)步消費(fèi)自動化程度和管理程度，其主要特點(diǎn)如下：采用分級分布式控制，減少了系統(tǒng)的信息傳輸量，使系統(tǒng)應(yīng)用程序比較簡單。實現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險性分散

24、，可靠性進(jìn)步。擴(kuò)展才能較強(qiáng)。軟硬件資源豐富，可適應(yīng)各種要求。實時性好，響應(yīng)快。2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是由 DCS 和 PLC 開展而來的， 是基于現(xiàn)場總線的自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照公開、標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間，以及智能設(shè)備與計算機(jī)之間進(jìn)展數(shù)據(jù)傳輸和交換，從而實現(xiàn)控制與管理一體化的自動控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)：可以用計算機(jī)豐富的軟件、硬件資源。響應(yīng)快， 實時性好。通信協(xié)議公開，不同產(chǎn)品可互連。3PLC 系統(tǒng)。PLC 是可編程邏輯控制器的簡稱，用它作為處理系統(tǒng)的控制器，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計算機(jī)作為其上位機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)連接PLC，對消費(fèi)過程進(jìn)展實 時監(jiān)控，其特點(diǎn)如下：編程方便

25、，開發(fā)周期短，維護(hù)容易。通用性強(qiáng)，使用方便。控制功能強(qiáng)。模塊化構(gòu)造，擴(kuò)展才能強(qiáng)。2.4 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城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過該系統(tǒng)處理后，輸出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。長期以來，工業(yè)污水處理技術(shù)雖然經(jīng)過了迅速開展，但仍滯后于城市開展的需要，工業(yè)污水處理率低、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率低等極大地影響了城市開展。為實現(xiàn)工業(yè)污水處理技術(shù)的簡易、高效、低能耗的功能， 并且實現(xiàn)自動化的控制過程，采用 PLC 作為核心控制器是個較好的方案。PLC 作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設(shè)計過程變得更加簡單，可實現(xiàn)的功能變得更多。與各類人機(jī)界面的通信可完成 PLC

26、控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時使用戶可通過操作界面功能控制 PLC 系統(tǒng)。由于 PLC 的 CPU 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信才能，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，并且也可實現(xiàn)其遠(yuǎn)程監(jiān)控。利用 PLC 作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉及兩個方面：一是信號輸入；二是控制輸出信號。2.4.1 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，主要包括： 按鈕的輸入檢測、液位差的輸入檢測、液位上下的輸入檢測，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，主要有自動按鈕、手動按鈕、格柵機(jī)啟動按鈕、清污機(jī)啟動按鈕、潛水泵啟動按鈕、潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動按鈕、污泥回流泵按鈕

27、、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)的啟動與停頓。3液位上下輸入檢測。檢測進(jìn)水泵房和污泥回流泵房中液位的上下，用來控制潛水泵或污泥回流泵的啟動和停頓，以及投入運(yùn)行的潛水泵的數(shù)量。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，將檢測值反響到 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，降低了微生物分解的效果，延長了處理時間，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)

28、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， 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)。2.4.2 控制輸出信號信號輸出局部主要包括兩個方面：一個是數(shù)字量輸出，即各類設(shè)備的接觸器； 另外一個是模擬量輸出，用來控制曝氣機(jī)變頻器。1數(shù)字量輸出。控制各類設(shè)備的啟動和停頓，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！⑽勰嗷亓鞅玫仍O(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，

29、最后到達(dá)控制污水中含氧量的要求。3 硬件系統(tǒng)配置氧化溝是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，其構(gòu)造的不同形成了不同的氧化方法例如，奧貝爾、卡魯賽爾和一體化氧化溝法，對于不同的構(gòu)造，其配套的設(shè)備也有較大的不同，所以其構(gòu)造比較復(fù)雜，不同的構(gòu)造對應(yīng)不同的控制系統(tǒng)，因此需要根據(jù)不同的構(gòu)造特點(diǎn)設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。3.1 主要組成局部工業(yè)污水處理系統(tǒng)的構(gòu)造比較復(fù)雜，設(shè)備較多，在氧化溝中其控制過程及原理大致一樣，都是通過控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)污水中的含氧量，其根本組成如圖 3-1 所示。圖 4-1 工業(yè)污水處理系統(tǒng)根本組成示意圖(1進(jìn)水系統(tǒng)。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

30、，進(jìn)水泵房主要有兩臺潛水泵組成。進(jìn)水管道的主要功能是將污水中的大塊物體排除，其中的粗格柵是根據(jù)程序設(shè)定的時間進(jìn)展間歇工作，而清污機(jī)的運(yùn)行和停頓是根據(jù)粗格柵兩側(cè)的液位差來決定的，當(dāng)液位差超過某個值時，啟動清污機(jī)；當(dāng)液位差小于某個值時停頓清污機(jī)的運(yùn)行。進(jìn)水泵房中的潛水泵運(yùn)行及停頓是通過安裝在泵房內(nèi)的液位傳感器來決定的，當(dāng)液位較低時只啟動一臺潛水泵，當(dāng)液位較高時啟動兩臺潛水泵，假設(shè)液位持續(xù)升高時，那么輸出報警以示意有故障發(fā)生。(2除砂系統(tǒng)。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)備是別離機(jī)。細(xì)格柵系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)一步凈化污水中的顆粒物體，將污水中

31、細(xì)小的沙粒濾除，其中的細(xì)格柵機(jī)是根據(jù)程序設(shè)定時間進(jìn)展間歇工作，而轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)的運(yùn)行和停頓那么根據(jù)細(xì)格柵兩側(cè)的液位差來決定，當(dāng)液位差超過某個值時，啟動清污機(jī)；當(dāng)液位差小于某個值時停頓清污機(jī)的運(yùn)行，這和粗格柵系統(tǒng)的運(yùn)行方式一致。沉砂池中別離機(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，即啟動轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的時候同時啟動別離機(jī)，對沉砂池中的沙粒進(jìn)展排除。(3氧化溝系統(tǒng)。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。氧化溝的功能是對污水進(jìn)展生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，使其到達(dá)一定的

32、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中是轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備，在氧化溝中設(shè)置有溶解氧儀對污水中的含氧量進(jìn)展檢測， 根據(jù)其反響到 PLC 的值來控制曝氣機(jī)變頻器的運(yùn)行，改變污水中溶解氧的含量。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用是推進(jìn)水流，同時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。使活性污泥的生化反響更加充分，這樣才能最大程度地分解污水中的有害成分。污水回流系統(tǒng)的污泥回流泵將剩余的污泥及使用過的污泥進(jìn)展處理，該設(shè)備的運(yùn)行與停頓主要根據(jù)泵房內(nèi)液位傳感器的狀態(tài)，當(dāng)液位低于某個值時停頓回流泵的運(yùn)行；當(dāng)液位持續(xù)高于某個高位時，回流泵停頓運(yùn)行同時輸出報警信號；液位處于正常狀態(tài)時，回流泵正常運(yùn)行。(4沉淀系統(tǒng)。沉淀系統(tǒng)主要設(shè)

33、備為刮泥機(jī)，其功能是對進(jìn)展氧化溝處理后的污水進(jìn)展物理沉淀，將污泥和清水別離，刮泥機(jī)在整個系統(tǒng)啟動后就開始持續(xù)運(yùn)行。在該系統(tǒng)中用到一定化學(xué)藥劑主要包括混凝劑、絮凝劑、復(fù)合堿等，主要用來調(diào)節(jié)改善混凝條件及絮凝體構(gòu)造，利用高分子助凝劑的強(qiáng)烈吸附架橋作用， 使細(xì)小松散的絮凝體變的粗大而嚴(yán)密，容易發(fā)生沉降。(5污泥脫水環(huán)節(jié)。污泥脫水系統(tǒng)主要包括離心式脫水機(jī)，其主要功能是對氧化池中處理過污水的活性污泥進(jìn)展脫水處理，由于對污水進(jìn)展處理后，活性污泥中有新的微生物及其他雜質(zhì)，因此需要先對活性污泥添加一定量的藥物，便于污泥脫水。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，依次啟

34、動聚合物泵、污泥機(jī)和切割機(jī)，完成對污泥的脫水處理。3.2 電氣控制系統(tǒng)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。由于在該系統(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)展數(shù)據(jù)處理后，輸出控制信號，因此系統(tǒng)的控制邏輯與時序就需要嚴(yán)格照檢測信號的輸入進(jìn)展控制。(1操作面板。操作面板主要包括手動、自動、各類設(shè)備的啟動按鈕等。(2顯示面板。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。(3電氣控制柜。電氣控制柜是電氣控制的核心設(shè)備，主要包括變頻器、各類傳感器的輸入信號、PLC 及其擴(kuò)展模塊等。3.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的工作原理3.3.1 控制系

35、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 4-2 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)備的運(yùn)行、停頓和調(diào)速控制。3-2 電氣控制系統(tǒng)框圖3.3.2 工作過程在手動狀態(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，無邏輯控制，即可不根據(jù)傳感器的狀態(tài)進(jìn)展控制。在自動方式下進(jìn)展閉環(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)展啟?？刂?，其工作過程如下。(1接通電源，啟動自動控制方式，啟動潛水?dāng)嚢杵骱凸文鄼C(jī)。 (2運(yùn)行粗、細(xì)格柵機(jī)，進(jìn)展間歇運(yùn)行，即運(yùn)行一段時間然后停頓一段時間，循環(huán)進(jìn)展。(3根據(jù)反響回來的液位差狀態(tài)控

36、制清污機(jī)的運(yùn)行與停頓。 (4進(jìn)水泵房中的潛水泵根據(jù)液面上下進(jìn)展運(yùn)行、停頓及運(yùn)行數(shù)量的控制。(5轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)根據(jù)溶解氧儀反響的模擬量經(jīng) PLC 運(yùn)算后進(jìn)展控制，同時控制別離機(jī)的運(yùn)行與停頓。 (6污泥回流泵的運(yùn)行與停頓根據(jù)液面的上下進(jìn)展控制。(7在污泥脫水系統(tǒng)中，離心式脫水機(jī)的啟動采用順序控制方式，依次啟動其設(shè)備。3.3.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)主電路設(shè)計圖 3-3 為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主電路圖的局部圖。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 KM3、KM2、KM6 分別控制 M1、M2、M3 的工頻運(yùn)行；接觸器 KM5、KM9 分別控制 M1、M3 的變頻運(yùn)行；FR1

37、、FR2、FR3 分別為三臺電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器；QF1、主電路的空氣開關(guān)；FU1 為主電路的熔斷器。選用的 MM430 變頻器是用來控制電機(jī) M1、M3 變頻運(yùn)行的。圖 3-3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)局部主電路圖3.4 PLC 選型根據(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，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子 S7200 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)。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(fù)雜，因此采用 CPU226 作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。CPU226 在工業(yè)污水處理系統(tǒng)中使用的數(shù)字量輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)都比較多，因此

38、除了 PLC 主機(jī)自帶的 I/O 外，還需要擴(kuò)展一定數(shù)量的 I/O 擴(kuò)展模塊。在此采用EM223 輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊。8 點(diǎn) DC 輸入 8 點(diǎn)輸出型。正好可以滿足控制系統(tǒng)的 I/O 需求。在該系統(tǒng)中，還需要采集模擬量并利用模擬量控制的功能要求，因此需要在擴(kuò)展一個模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊。西門子公司專門為 S7200 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)動才能， 可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。3.5 PLC 的 I/O 資源配置根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對 PLC 的 I/O 進(jìn)展配置，詳細(xì)分配如下表。3.5.1 數(shù)字量輸入局部輸入地址輸入設(shè)備輸入地

39、址輸入設(shè)備I0.0急停I1.4手動刮泥機(jī)啟動I0.1手動方式I1.5手動污泥回流泵啟動I0.2自動方式I1.6手動別離式脫水機(jī)啟動I0.3自動啟動確認(rèn)I1.7手動污泥泵啟動I0.4手動粗格柵機(jī)啟動I2.0手動轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)加速I0.5手動清污機(jī)啟動I2.1手動轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)減少I0.6手動潛水泵啟動I2.2粗格柵液位差計I0.7手動細(xì)格柵機(jī)啟動I2.3細(xì)格柵液位差計表 3-4數(shù)字輸入量地址分配I1.0手動別離機(jī)啟動I2.4進(jìn)水泵房液面高位傳感器I1.1手動轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻啟動I2.5進(jìn)水泵房液面低位傳感器I1.2手動轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻啟動I2.6污泥回流泵液面高位傳感器I1.3手動潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動I2.7污泥

40、回流泵液面低位傳感器3.5.2 數(shù)字量輸出局部輸出地址輸出設(shè)備輸出地址輸出設(shè)備Q0.0粗格柵機(jī)接觸器Q0.7潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器Q0.1清污機(jī)接觸器Q1.0刮泥機(jī)接觸器Q0.2潛水泵接觸器Q1.1污泥回流泵接觸器Q0.3細(xì)格柵機(jī)接觸器Q1.2離心式脫水機(jī)接觸器Q0.4別離機(jī)接觸器Q1.3潛水泵報警Q0.5轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻接觸器Q1.4污泥回流泵報警Q0.6轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻接觸器表 3-5 數(shù)字輸出量地址分配3.5.3 模擬量輸入局部由于需要采集一個溶氧儀所反響的數(shù)據(jù)，因此擴(kuò)展了一個模擬量輸入輸出模塊，詳細(xì) I/O 分配，如下表 3-6 所示。輸入地址輸入設(shè)備AIW0溶解氧儀表 3-6 模擬量輸入地址分

41、配3.5.4 模擬量輸出局部在此控制系統(tǒng)中需要將采集回來的模擬量進(jìn)展數(shù)據(jù)處理，然后，通過模擬輸出口對變頻器進(jìn)展控制，進(jìn)展控制其他設(shè)備的運(yùn)行，如下表 3-7 所示。表 3-7 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)計出工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的硬件連線圖如圖3-8 所示，此控制面板上的手動控制局部主要在調(diào)試系統(tǒng)時使用，調(diào)試完成后根本處于閑置狀態(tài)。圖 3-8 工業(yè)污水處理系統(tǒng) PLC 硬件接線圖3.6 其他資源配置要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要 PLC 主機(jī)及其擴(kuò)展模塊之外，還需要各種傳感器、接觸器和變頻器等儀器設(shè)備。3.6.1 接觸器選型在控制系統(tǒng)中，

42、所有設(shè)備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反響值進(jìn)展動作的，因此需要 PLC 根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設(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、別離機(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。為此該系統(tǒng)選用施耐德 LC1-D0901M5C 交流接觸，其額定電壓 220V,額定電流 9A。其特點(diǎn)有：高標(biāo)準(zhǔn)：符合 IEC60947-4-1 和 GB14048.4 標(biāo)準(zhǔn)。長壽命： 機(jī)械壽命高達(dá) 2000 萬次；電壽命高達(dá) 200 萬次。強(qiáng)適應(yīng)性：“TH防護(hù)處理， 可以在濕熱的環(huán)境中使用。寬電壓：線圈控制電壓在 70%-

43、120%Uc 之間波動，不影響產(chǎn)品正常工作。強(qiáng)通用性：具有50Hz-60Hz 通用線圈，可以全世界通用。模塊化：產(chǎn)品本體上可以附加輔助觸頭，通電/斷電延時觸頭，機(jī)械閉鎖等模塊。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星-三角起動器。3.6.2 變頻器簡介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。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)和逆變器三個局部組

44、成。VU相控整流器將交流電壓整流為可控的直流電壓，經(jīng)濾波由電容 Cd 輸出直流電壓，逆變器將直流變換成頻率可調(diào)的交流電源供給電機(jī)進(jìn)展變頻調(diào)速。dd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，故稱電壓型。電流型交-直-交變頻器與電壓型變頻器的差異僅在于中間直流環(huán)節(jié)中的儲 能元件用的是電感而不是電容。由于中間直流環(huán)節(jié)是高阻抗輸出相當(dāng)于電流源， 故稱電流型。3.6.3 變頻與變壓(VVVF)原理當(dāng)在實際利用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的過程中，當(dāng)頻率 f 下降時，定子繞組的反電動勢 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，勵磁電流比增大，因此磁通m

45、增大。 增加m將導(dǎo)致鐵芯的飽和，進(jìn)而引起勵磁電流波形的畸變，這是不希望的結(jié)果，因此希望 可以保持根本不變。要實現(xiàn)這個目的，只要在變頻過程中使變頻器輸出電m壓 Ul/f=const，那么磁通m表示?？杀３指静蛔儭Ｒ虼俗冾l的同時也要變壓，常用 VVVFVVVF 施行的根本方法包括：脈幅調(diào)制(PAM)和脈寬調(diào)制(PWM)。1脈幅調(diào)制(PAM)實現(xiàn)方法就是調(diào)節(jié)頻率的同時，也改變直流電壓的振幅值。PAM 需要同時調(diào)節(jié)兩個局部：整流局部和逆變局部，兩者之間還必須滿足一定的關(guān)系，故控制電路比較復(fù)雜，因此比較少用。2脈寬調(diào)制(PWM)實現(xiàn)方法就是在每半個周期內(nèi)，把輸出電壓的波形分割成假設(shè)干個脈沖波，每個脈沖

46、 的寬 度為 t1 ，每個 脈沖 間的 間隔 寬度為t2 ， 那么脈 沖的占空 比=tl/(t2+tl)。這時電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時，不改變直流電壓的幅值，而是改變輸出電壓脈沖的占空比，同樣可以實現(xiàn)變頻也變壓的效果。PWM 只需控制逆變電路便可實現(xiàn)，與 PAM 相比電路簡化了許多，因此在變頻調(diào)速中比較常用。3.6.4 變頻調(diào)速的根本原理1異步電動機(jī)的等效變換RmIOU1R1U2XmR1X1R2X2RL圖 3-9 異步電動機(jī)的等效變換異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式：3 psr U 24.1T=21m2p f1(sr1+ r )2 + s2 (x21+ x )2 2其中：P 為旋轉(zhuǎn)

47、磁場的磁極對數(shù)，S 為轉(zhuǎn)差率。2變頻調(diào)速的原理異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流互相作用產(chǎn)生。異步電動機(jī)的定子主磁通是以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場實際是三個交變磁場合成的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 n =60f/p，其中 f 是電流頻率，P 是旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)。0產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的必要條件是轉(zhuǎn)子繞組切割定子磁場的磁力線。因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n 必須低于定子磁場的轉(zhuǎn)速 n10(即所謂的“異步)。兩者之間的差異可由轉(zhuǎn)差率表示，轉(zhuǎn)差率 s=( n - n )/n 根據(jù) n =60f/p 可知，當(dāng)頻率 f 連續(xù)可調(diào)時，電動0100機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n0也連續(xù)可調(diào)，而異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n ，總是比同步轉(zhuǎn)速略低1

48、一點(diǎn)，所以當(dāng) n1連續(xù)可調(diào)時，n1也是連續(xù)可調(diào)。設(shè)變頻后的頻率為 f ，電壓為 U ，電動機(jī)的額定相電壓和頻率為 U和 f ，xxNN那么有：xNf k f f4.2U x ku U N4.3其中 kf 為頻率可調(diào)比，ku 為電壓可調(diào)比。將上述兩個公式代入異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式可得變頻后的轉(zhuǎn)矩公式：3 psr k 2U 2T=2 u14.4m2p kff(s rNx 1+ r )2 + s 2k2xf(x + x12)2 其中：sx 為頻率為 fx 時的轉(zhuǎn)差率。fm在變頻器正常工作情況下，即 k k f f f1234f1f2f3f4nn1n2n3n4oT k 4T k 3T k 2T k

49、1T M圖 3-10kfkm1 時的機(jī)械特性由圖 4-2 可知隨著 f 的下降，臨界轉(zhuǎn)矩 Tkx 逐漸減少，電動機(jī)的帶負(fù)載才能也隨之下降。這無疑給變頻調(diào)速帶來了瑕點(diǎn)。而針對這種想象一般要采取電壓補(bǔ)償法。新系列的變頻器一般都提供了設(shè)置自動轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能。變頻器可以根據(jù)電流的大小自動地決定補(bǔ)償?shù)某潭取?.6.5 變頻器選型該系統(tǒng)選用的變頻器是西門子 MM430 變頻器，具有多個繼電器輸出，具有多個模擬量輸出020 mA，2 個模擬輸入：AIN1：010 V， 020 mA 和10 至+10 V； AIN2：010 V， 020 mA，6 個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為NPN/PNP 接線。它是一種風(fēng)

50、機(jī)水泵負(fù)載專用變頻器，能適用于各種變速驅(qū)動系統(tǒng)，尤其是適用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機(jī)。該型變頻器，具有能源利用率高的特點(diǎn)，優(yōu)化了局部構(gòu)造與功能，便于工作人員進(jìn)展操作，實現(xiàn)功能強(qiáng)。它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因此降低了電動機(jī)運(yùn)行的噪聲。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動機(jī)提供了良好的保護(hù)。3.6.6 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)載專用變頻器，能適用于各種變速驅(qū)動系統(tǒng)，尤其適宜用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機(jī)。該變頻器，具有能源利用率高的特點(diǎn)，優(yōu)化了局部構(gòu)造與功能，便于工作人員進(jìn)展操作，實現(xiàn)其控制功能。在此控制系統(tǒng)中，需

51、要對變頻器進(jìn)展通信控制，因此需先對變頻器的參數(shù)進(jìn)展設(shè)置，主要對一下幾個參數(shù)進(jìn)展調(diào)整，如表 3-11 所示。表 3-11 變頻器參數(shù)設(shè)置表參數(shù)號參數(shù)值說明P000521顯示實際頻率P07002由端子排輸入P10002模擬輸入P13002可用于可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載P202169600baudP20211USS 地址P0300根據(jù)詳細(xì)電動機(jī)設(shè)置電動機(jī)類型P0304根據(jù)詳細(xì)電動機(jī)設(shè)置電動機(jī)額定電壓P0305根據(jù)詳細(xì)電動機(jī)設(shè)置電動機(jī)額定電流P0310根據(jù)詳細(xì)電動機(jī)設(shè)置電動機(jī)額定頻率P0311根據(jù)詳細(xì)電動機(jī)設(shè)置電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速3.6.7 電動機(jī)的選型在該工業(yè)污水處理系統(tǒng)中需要用到許多電機(jī)，Y2 系列三相異步電機(jī)是專

52、為歐洲市場設(shè)計的三相異步電動機(jī)、電機(jī)出線盒置于電機(jī)機(jī)殼頂部、整機(jī)構(gòu)造緊湊、外形美觀大方，安裝尺寸符合IEC 標(biāo)準(zhǔn)，具有高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大，使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。主要性能有：絕緣等級：F；防護(hù)等級：IP54 或 IP55；電壓：380V 或 415V；頻率：50Hz 或 60Hz；冷卻方式：IC411。Y2 系列電動機(jī)有兩種設(shè)計，一種是適用于一般機(jī)械配套和出口需要，在輕載時有較高效率，在實際運(yùn)行中有較佳節(jié)能效果，且具有較高堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，此設(shè)計稱為 Y2-Y 系列。中心高 63 355mm ， 功率從 0.12315kW 。電動機(jī)符合JB/T8680.1-1998 Y2 系列(1P54)三相異步電動

53、機(jī)機(jī)座號 63355技術(shù)條件。型號含義：如 Y2-200L1-2Y：“Y2表示異步電動機(jī)第二次改型設(shè)計，“200表示中心高，“L表示機(jī)座長短號，“1表示鐵心長度序號，“2表示極數(shù)，“Y表示第一種設(shè)計可省略。 第 2 種設(shè)計是滿載時有較高效率，更適用于長期運(yùn)行和負(fù)載率較高的使用場合，如水泵、風(fēng)機(jī)配套，此設(shè)計稱為 Y2-E 系列，中心高 80280mm，功率從 0.5590kW。電動機(jī)符合 JB/T8680.2-1998 Y2 系列(1P54) 三相異步電動機(jī)機(jī)座號 80280技術(shù)條件。 型號含義：如 Y2-200L2-6E：“Y2表示異步電動機(jī)第二次改型設(shè)計，“200表示中心高，“L表示機(jī)座長短號，“2表示鐵心長度序號，“6表示極數(shù)，“E表示第二種設(shè)計。根據(jù)上述分析，選擇 Y2-200L2-6E 即可滿足要求。3.6.8 液位差計對格柵機(jī)的清污機(jī)進(jìn)展控制，需要監(jiān)測格柵機(jī)兩側(cè)的液面差，在該系統(tǒng)中利用液位差計，該系統(tǒng)選用的超聲波液位差計型號：XL60-YI4000。粗格柵、細(xì)格柵各安裝了一臺超聲波液位差計，通過格柵機(jī)前后的液位差來反映格柵機(jī)阻塞程度，并傳輸?shù)絇LC 控制器，進(jìn)展分析計算。當(dāng)液位差超過預(yù)設(shè)值后，系統(tǒng)控制清污機(jī)運(yùn)行，去除大顆粒的污染物質(zhì)，保障污水流動暢通；在液位差未超過設(shè)定值時，清污機(jī)處于停頓狀態(tài)，這樣