基于PLC的工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、. . . . 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）題目 基于PLC污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)62 / 67摘 要我國(guó)多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平不高、安全性低、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(guó)污水處理自控系統(tǒng)相對(duì)落后，污水處理成本居高不下，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基本工藝和流程，并通過研究設(shè)計(jì)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)的工藝與相關(guān)流程，控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)、工作原理以與設(shè)計(jì)

2、PLC控制系統(tǒng)的基本原則和步驟，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(jì)了設(shè)備的電器控制與自動(dòng)控制線路，主要包括設(shè)備的啟停、狀態(tài)信號(hào)故障信號(hào)、和信號(hào)采集等，最后按照工藝要求設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)，其中包括PLC的選型、系統(tǒng)資源配置以與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AbstractOur country majority of wastewater treatment control system automation horizontal anti higher -low stability,manage not appropriate, th

3、e efficiency is morewidespreadlylow than a world standard.ThePugas process control in the wastewatertreatment system,data telecommunication and supervision are the key problems that needs settle urgently.Chinese wastewater treatmentfrom control system contra to fall behind, the wastewater treatment

4、cost is high, the fluid matter instability of sewage of handling of sewage plant emissions super , so how create useful from control system, excellent effect for turning run - time, decrease running expense, have important meaning.This text introduced the basic craft and flow process of works wastew

5、ater treatment, and design a wastewater treatment system that control according to PLC through a search.The article introduced according to the craft and related flow process of PLC wastewater treatment control system first, control system hardware structure and design, operate priniple and design P

6、LC control systemKeyword:Wastewater treatment PLC process flow目 錄1 緒論11.1 工業(yè)污水處理的國(guó)外現(xiàn)狀11.2 課題的背景11.3 研究目的和意義21.4 課題主要設(shè)計(jì)的容22 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹32.1 工業(yè)污水處理基本概念32.2 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82.4 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求93硬件系統(tǒng)配置123.1主要組成部分123.2電氣控制系統(tǒng)143.3工業(yè)污水處理系統(tǒng)的工作原理153.4 PLC選型183.5 PLC的I/O資源配置183.6變頻器與電動(dòng)機(jī)223.7接觸器選型

7、. 27 3.8液位差計(jì). 28 3.9溶解氧儀. 29 4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)304.1總體流程設(shè)計(jì)304.2曝氣過程控制的任務(wù)404.3氯氣投加環(huán)節(jié)414.4絮凝劑投加環(huán)424.5 PID控制424.6 PLC和變頻器通訊44結(jié) 論46參考文獻(xiàn)47致48附錄.49附錄工業(yè)污水處理系統(tǒng)變頻部分主電路圖.61附錄工業(yè)污水處理系統(tǒng)PLC硬件接線圖.621 緒 論1.1 工業(yè)污水處理的國(guó)外現(xiàn)狀我國(guó)工業(yè)污水處理技術(shù)經(jīng)過“七五”、“八五”和“九五”期間的努力，我國(guó)在工業(yè)污水處理技術(shù)方面取得了較大的成就。目前在水污染治理技術(shù)上，我國(guó)已能提供下列工藝技術(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

8、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(guó)工業(yè)污水處理事業(yè)發(fā)展到了一個(gè)嶄新的階段?，F(xiàn)階段，我國(guó)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)移到具體項(xiàng)目的實(shí)施。國(guó)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)的蓬勃發(fā)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(guó)投入了數(shù)千億美元興建了18000余座城市工業(yè)污水處理廠，英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)更耗費(fèi)了巨額資金興建了7000至8000座城市工業(yè)污水處理廠

9、。這些工業(yè)污水處理廠的投入對(duì)國(guó)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)驗(yàn)?，F(xiàn)在，這些國(guó)家的工業(yè)污水處理水平又有了進(jìn)一步提高，興建了一批具有脫氮除磷功效的設(shè)施，對(duì)水體質(zhì)量改善和水環(huán)境保護(hù)起了重大的作用。1.2 課題的背景未來10年，采用先進(jìn)、實(shí)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(dòng)控制技術(shù)，是推動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在這種形勢(shì)下工業(yè)污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)無疑是一個(gè)具有巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的研究課題。對(duì)于環(huán)境保護(hù)問題，國(guó)務(wù)院明確規(guī)定所有工業(yè)污染源都必須達(dá)到排放標(biāo)。其中處理過的污水還可以循環(huán)再利用，由于我國(guó)是一個(gè)水資源匱乏的國(guó)

10、家，而且時(shí)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，有效的結(jié)合目前最新的工藝狀況、計(jì)量自控檢測(cè)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 研究目的和意義建設(shè)符合我國(guó)國(guó)情的污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)降低工業(yè)污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會(huì)和和諧社會(huì)、保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。1.4 課題主要設(shè)計(jì)的容 本課題主要設(shè)計(jì)的容是工業(yè)污水處理工藝與工業(yè)污水處理系統(tǒng)的組成和PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),主要由以下容組成：（1）介紹了工業(yè)污水處理的基本容，包括工業(yè)污水處理的發(fā)展現(xiàn)狀以與工業(yè)污水處理的工藝流程；（2）介紹了PLC的基本結(jié)

11、構(gòu)和工作原理，并對(duì)工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析；（3）具體分析設(shè)計(jì)工業(yè)污水處理的硬件系統(tǒng)；（4）具體分析設(shè)計(jì)工業(yè)污水處理的軟件系2 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹2.1工業(yè)污水處理基本概念城市污水、生活污水、生產(chǎn)污水或經(jīng)過工業(yè)企業(yè)處理后的生產(chǎn)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(dòng)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)行不同的分類。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

12、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，借助微生物的新代功能而降解為無機(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(shí)，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程實(shí)際中，采用以下的幾個(gè)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, BOD）mg/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(Tot

13、al Oxygen Demand) mg/L。雖然BOD20。能較精確地描述污水的生化需氧量，但其測(cè)定的時(shí)間太長(zhǎng)，需20天?？紤]到好氧分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(BOD5)，約占BOD20的70%80%，因此把BOD5作為衡量污染水的有機(jī)物濃度指標(biāo)?；瘜W(xué)需氧量(COD)的特點(diǎn)是能夠精確的表示污水中有機(jī)物的含量，并且測(cè)定時(shí)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)污水處理工藝工業(yè)污水處理的方法主要有物理、化學(xué)、物理化學(xué)，以與生物等幾種。這些方法根據(jù)實(shí)際情況，可以單一使用，也可以針對(duì)不同的污水混合使用。目前，工業(yè)污水處理的方法一般以

14、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)鍵組成部分為沼氣池與沉淀池，主要處理部分關(guān)系框圖如圖2-1所示。曝氣池微生物吸附有機(jī)物氧化沉淀池活性泥下沉回流活性泥處理后的污水污水圖2-1傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖活性污泥：含有凈化廢水所用的微生物群體與其所吸附的有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)的總體。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部分有機(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)過沉淀后的部分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

15、高，污泥負(fù)荷高，池的容積小，耗電省，運(yùn)行成本低。該工藝的缺點(diǎn)有：普通曝氣池占地多，建設(shè)投資大，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)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)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)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-反硝化反應(yīng)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-反硝化反應(yīng)系統(tǒng)需要得到很好的控制，這樣就對(duì)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)。其工藝流程圖如圖2-2：、剩余污泥沉砂

16、池初沉池厭氧池好氧池二級(jí)沉池回流污泥隔柵污水混合液回流圖2-2 A/O法工藝流程圖（3）A2/O法。A2/O法也是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中A2，即A-A，前一個(gè)A代表Anaerobic（厭氧的），后一個(gè)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，非常適合用于對(duì)除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。因此，在對(duì)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。厭氧池(A)缺氧池(A)二沉池出水進(jìn)水好氧池(O)混合液回流活性污泥回流圖2-3 A2/O法工藝

17、流程圖（4）A/B法。A/B法是吸附生物降解法的簡(jiǎn)稱，該工藝沒有初沉淀，將曝氣池分為高低負(fù)荷兩段，并分別有獨(dú)立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負(fù)荷段停留時(shí)間約為20-40min，以生物絮凝吸附作用為主，同時(shí)發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，去除BOD達(dá)50%以上。B段與常規(guī)活性污泥法相識(shí)，負(fù)荷較低。AB法中A段效率很高，并有較強(qiáng)的緩沖能力。B段起到出水把關(guān)作用，處理穩(wěn)定性較好。對(duì)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(shí)，優(yōu)勢(shì)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

18、A段去除了較多的BOD，造成了碳源不足，難以實(shí)現(xiàn)脫氮工藝的要求。對(duì)于污水濃度低 的場(chǎng)合，B段也比較困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)?？傮w而言，AB法工藝較適合于污水濃度高，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(duì)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(jiǎn)稱，是一種按照一定的時(shí)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。其反應(yīng)機(jī)理與去除污染物的機(jī)理與傳統(tǒng)的活性污泥法基本一樣，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(shí)

19、間順序來分割流程各單元，以時(shí)間分割操作代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)代替生化反應(yīng)，靜置理想沉淀代替動(dòng)態(tài)沉淀等。整個(gè)過程對(duì)于單個(gè)操作單元而言是間歇進(jìn)行的，但是通過多個(gè)單元組合調(diào)度后又是連續(xù)的，在運(yùn)行上實(shí)現(xiàn)了有序和間歇操作相結(jié)合。污泥脫水氧化溝反應(yīng)池潛水?dāng)嚢铏C(jī)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)進(jìn)水泵粗格柵清污機(jī)進(jìn)水除砂池細(xì)格柵轉(zhuǎn)股清污機(jī)沉淀池排泥灌污泥回流泵清水排出本工業(yè)污水處理工藝流程圖如下圖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)行初步排除大塊雜質(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)入氧化溝反應(yīng)池。在該氧化溝系統(tǒng)中進(jìn)

20、行生化處理，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(duì)污水進(jìn)行除油、消毒、調(diào)整PH值。同時(shí)在該系統(tǒng)中設(shè)置有溶解氧儀超聲波檢測(cè)器，通過它對(duì)污水中的含氧量進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)其反饋到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，使生化反應(yīng)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)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。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

21、機(jī)作用下進(jìn)行脫水處理后排出清水。同時(shí)在該系統(tǒng)中設(shè)置有溶解氧儀超聲波檢測(cè)器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)的飛速發(fā)展，控制要求的不斷提高，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(chǎng)總線控制、PLC等控制方。（1）DCS系統(tǒng)。DCS是集散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，又稱為分布式計(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。由計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)終端組成，通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)控制站、檢測(cè)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，主要是用于各類生產(chǎn)過程，

22、可提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平和管理水平，其主要特點(diǎn)如下：采用分級(jí)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(jiǎn)單。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。擴(kuò)展能力較強(qiáng)。軟硬件資源豐富，可適應(yīng)各種要求。實(shí)時(shí)性好，響應(yīng)快。（2）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是由DCS和PLC發(fā)展而來的，是基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照公開、規(guī)的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間，以與智能設(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。響應(yīng)快，實(shí)時(shí)性好。通信協(xié)議公開，不同產(chǎn)品可互連。（3）PLC系統(tǒng)。PLC是可編程邏輯控制器的簡(jiǎn)稱

23、，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)，通過網(wǎng)絡(luò)連接PLC，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其特點(diǎn)如下：編程方便，開發(fā)周期短，維護(hù)容易。通用性強(qiáng)，使用方便?？刂乒δ軓?qiáng)。模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(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(duì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。長(zhǎng)期以來，工業(yè)污水處理技術(shù)雖然經(jīng)過了迅速發(fā)展，但仍滯后于城市發(fā)展的需要，工業(yè)污水處理率低、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率低等極影響了城市發(fā)展。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)化的控制過程，采用PLC作為核心控制器是

24、個(gè)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(jì)過程變得更加簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)的功能變得更多。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，并且也可實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程監(jiān)控。2.4.1信號(hào)輸入工業(yè)污水處理系統(tǒng)信號(hào)輸入檢測(cè)方面主要涉與四類信號(hào)的監(jiān)測(cè)，主要包括：按鈕的輸入檢測(cè)、液位差的輸入檢測(cè)、液位高低的輸入檢測(cè)，以與曝氣池中含氧量的輸入檢測(cè)。（1）按鈕輸入檢測(cè)。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測(cè)，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)?/p>

25、拌機(jī)啟動(dòng)按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機(jī)工頻、變頻按鈕，以與變頻加速減速按鈕等。（2）液位差輸入檢測(cè)。檢測(cè)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(cè)。檢測(cè)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，以與投入運(yùn)行的潛水泵的數(shù)量。（4）含氧量輸入檢測(cè)。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(cè)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(cè)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(hào)。當(dāng)溶解氧值偏低時(shí)，降低了微生物分解的

26、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圍。2.4.2控制輸出信號(hào) 信號(hào)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(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

27、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。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)，其結(jié)構(gòu)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(duì)于不同的結(jié)構(gòu)，其配套的設(shè)備也有較大的不同，所以其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不同的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不同的控制系統(tǒng)，因此需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。3.1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程與原理大致一樣，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，其基本組成如圖3-1所示。進(jìn)水系統(tǒng)除砂系統(tǒng)氧化溝系統(tǒng)沉淀系統(tǒng)污泥脫水系統(tǒng)圖3-1工業(yè)污水處理系統(tǒng)基本組成示意圖（1）進(jìn)水系統(tǒng)。進(jìn)水系統(tǒng)

28、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(shí)間進(jìn)行間歇工作，而清污機(jī)的運(yùn)行和停止是根據(jù)粗格柵兩側(cè)的液位差來決定的，當(dāng)液位差超過某個(gè)值時(shí)，啟動(dòng)清污機(jī)；當(dāng)液位差小于某個(gè)值時(shí)停止清污機(jī)的運(yùn)行。進(jìn)水泵房中的潛水泵運(yùn)行與停止是通過安裝在泵房的液位傳感器來決定的，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。 （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)備是分離

29、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(shí)間進(jìn)行間歇工作，而轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)的運(yùn)行和停止則根據(jù)細(xì)格柵兩側(cè)的液位差來決定，當(dāng)液位差超過某個(gè)值時(shí)，啟動(dòng)清污機(jī)；當(dāng)液位差小于某個(gè)值時(shí)停止清污機(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。（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

30、功能是對(duì)污水進(jìn)行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，使其達(dá)到一定的水質(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(duì)污水中的含氧量進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)其反饋到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(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。使活性污泥的生化反應(yīng)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與使用過的污泥進(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

31、常狀態(tài)時(shí)，回流泵正常運(yùn)行。（4）沉淀系統(tǒng)。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)改善混凝條件與絮凝體結(jié)構(gòu)，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緊密，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(duì)氧化池中處理過污水的活性污泥進(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與其他雜質(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。離心式脫水機(jī)主要有聚合物泵、污

32、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。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(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。(1）操作面板。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(hào)、PLC與其擴(kuò)展模

33、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(cè)操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，以與相關(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。操作面板液位差傳感器輸入液位高度傳感器輸入溶解氧儀反饋值（模擬量）可編程邏輯控制器PLC格柵機(jī)定時(shí)運(yùn)行各類泵運(yùn)行離心式脫水機(jī)運(yùn)行變頻器轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)運(yùn)行顯示面板3-2電氣控制系統(tǒng)總框圖3.3.2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，無邏輯控制，即可不根據(jù)傳感器的狀態(tài)進(jìn)行控制。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)

34、對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟?？刂?，其工作過程如下。（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)。（2）運(yùn)行粗、細(xì)格柵機(jī)，進(jìn)行間歇運(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。（3）根據(jù)反饋回來的液位差狀態(tài)控制清污機(jī)的運(yùn)行與停止。（4）進(jìn)水泵房中的潛水泵根據(jù)液面高低進(jìn)行運(yùn)行、停止與運(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。（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。（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。3.3.3工業(yè)污水處理系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)圖3-3為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主電路圖的部分圖

35、。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）。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、FR2、FR3分別為三臺(tái)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。09/B2 09/B24 3 R1500歐姆FR1M13 FR2M23 PEFR3M33 U3 V3 W3KM9L34L24L141 R S T2西門子變頻器3 MM4304U V W03/D310L16 L26 L36KM3 KM2 KM

36、6L17 L27 L37 L18 L28 L38L15 L25 L35 KM5L1L2L3NL12L22L32N FU1 QF1 L11 L12 L21 L22 L31 L32L13 L 23 L33圖3-3工業(yè)污水處理系統(tǒng)變頻部分主電路圖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，以與其復(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)涉與較多的輸入輸出端口，其控制過程相對(duì)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

37、比較多，因此除了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(gè)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(dòng)能力，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(duì)PLC的I/O進(jìn)行估算配置，具體分配如下。3.5.1數(shù)字量輸入部分首先需要一個(gè)緊急制動(dòng)按鈕,運(yùn)行方式有兩種自動(dòng)和手動(dòng)，所以有自動(dòng)運(yùn)

38、行方式，自動(dòng)方式啟動(dòng)確認(rèn)，手動(dòng)方式。手動(dòng)方式針對(duì)各個(gè)部件，粗細(xì)格柵機(jī)有手動(dòng)粗格柵機(jī)啟動(dòng)， 手動(dòng)細(xì)格柵機(jī)啟動(dòng)。手動(dòng)清污機(jī)、潛水泵、分離機(jī)、碟曝氣機(jī)工頻、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻、潛水?dāng)嚢铏C(jī)、刮泥機(jī)、污泥回流泵、分離式脫水機(jī)、污泥泵、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)加速、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)減少、粗格柵液位差計(jì)、細(xì)格柵液位差計(jì)、進(jìn)水泵房液面高位傳感器、進(jìn)水泵房液面低位傳感器、污泥回流泵液面高位傳感器、污泥回流泵液面低位傳感,總共24個(gè)數(shù)字輸入量.表3-4 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I0.0急停I1.4手動(dòng)刮泥機(jī)啟動(dòng)I0.1手動(dòng)方式I1.5手動(dòng)污泥回流泵啟動(dòng)I0.2自動(dòng)方式I1.6手動(dòng)分離式脫水機(jī)啟動(dòng)I0.3自動(dòng)啟動(dòng)

39、確認(rèn)I1.7手動(dòng)污泥泵啟動(dòng)I0.4手動(dòng)粗格柵機(jī)啟動(dòng)I2.0手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)加速I0.5手動(dòng)清污機(jī)啟動(dòng)I2.1手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)減少I0.6手動(dòng)潛水泵啟動(dòng)I2.2粗格柵液位差計(jì)I0.7手動(dòng)細(xì)格柵機(jī)啟動(dòng)I2.3細(xì)格柵液位差計(jì)I1.0手動(dòng)分離機(jī)啟動(dòng)I2.4進(jìn)水泵房液面高位傳感器I1.1手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻啟動(dòng)I2.5進(jìn)水泵房液面低位傳感器I1.2手動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻啟動(dòng)I2.6污泥回流泵液面高位傳感器I1.3手動(dòng)潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動(dòng)I2.7污泥回流泵液面低位傳感器3.5.2數(shù)字量輸出部分?jǐn)?shù)字量輸出主要是對(duì)接觸器的啟動(dòng)提供信號(hào),共13個(gè)表3-5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Q0.0粗格柵機(jī)接觸器Q

40、0.7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分離機(jī)接觸器Q1.3潛水泵報(bào)警Q0.5轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻接觸器Q1.4污泥回流泵報(bào)警Q0.6轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻接觸器3.5.3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3-6所示。表3-6 模擬量輸入地址分配輸入地址輸入設(shè)備AIW0溶解氧儀3.5.4 模擬量輸出部分在此控制系統(tǒng)中需要將采集回來的模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后，通過模擬輸出口對(duì)變頻器進(jìn)行控制，進(jìn)行控制其他設(shè)備的運(yùn)行，如下

41、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(jì)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(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)。變頻器 潛水泵電機(jī) 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)電機(jī) AC220vM1M33 MM4304U V WRS485L NS7-200CPU 226+EM223L+2M1MMNLML+ EM235RA A+ A-P手動(dòng)操作面板溶解氧儀圖3-8工業(yè)污水處理系統(tǒng)PLC硬件接線圖此圖同3-2電氣控制系統(tǒng)總框圖急停 I0.0手動(dòng)方式 I0.1自動(dòng)方式 I0.2自動(dòng)啟動(dòng) I0.3確認(rèn) I0.4

42、操作面板 I2.1粗格柵液位計(jì) I2.2細(xì)格柵液位計(jì) I2.3進(jìn)水泵高位 I2.4進(jìn)水泵低位 I2.5回流泵高位 I2.6回流泵低位 I2.7 N 1L Q0.0 KM1 粗格柵機(jī)啟動(dòng) Q0.1 KM2 清污機(jī)啟動(dòng) Q0.2 KM3 潛水泵啟動(dòng) Q0.3 KM4 細(xì)格柵機(jī)啟動(dòng) Q0.4 KM5 分離機(jī)啟動(dòng) Q0.5 KM6 曝氣機(jī)工頻啟動(dòng)Q0.6 KM7 曝氣機(jī)變頻啟動(dòng)Q0.7 KM8 潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動(dòng)Q1.0 KM9 刮泥機(jī)啟動(dòng)Q1.1 KM10 污泥回流泵啟動(dòng)2L Q1.2 KM11 離心式脫水機(jī)啟動(dòng)Q1.3 潛水泵報(bào)警顯示面板 Q1.4 污泥回流泵報(bào)警 3.6變頻器與電動(dòng)機(jī)3.6.1變頻器

43、簡(jiǎn)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圍連續(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(chǔ)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(gè)部分組成。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Vd，逆變器將直流Ud變換成頻率可調(diào)的交流電源供給電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。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別僅在于

44、中間直流環(huán)節(jié)中的儲(chǔ)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。3.6.2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(shì)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m增大。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，因此希望m可以保持基本不變。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，只要在變頻過程中使變頻器輸出電壓Ul/f=const，則磁通m可保持基本不變。因此變頻的同時(shí)也要變壓，常用VVVF表示。VVVF實(shí)施的基本方法包括：脈幅

45、調(diào)制(PAM)和脈寬調(diào)制(PWM)。（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。PAM需要同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)部分：整流部分和逆變部分，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(shí)現(xiàn)方法就是在每半個(gè)周期，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=tl/(t2+tl)。這時(shí)電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時(shí)，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(shí)現(xiàn)變頻也變壓的效果。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

46、調(diào)速中比較常用。3.6.3變頻調(diào)速的基本原理U1R1 X1 R2 X2 Rm Io Ri U2 RL（1）異步電動(dòng)機(jī)的等效變換圖3-9 異步電動(dòng)機(jī)的等效變換異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式：（4.1）其中：P為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率。（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。異步電動(dòng)機(jī)的定子主磁通是以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)實(shí)際是三個(gè)交變磁場(chǎng)合成的結(jié)果。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)。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(chǎng)的磁力線。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”)。兩者之間的差

47、異可由轉(zhuǎn)差率表示，轉(zhuǎn)差率s=( n0- n1)/n0根據(jù)n0=60f/p可知，當(dāng)頻率f連續(xù)可調(diào)時(shí)，電動(dòng)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n1，總是比同步轉(zhuǎn)速略低一點(diǎn)，所以當(dāng)n1連續(xù)可調(diào)時(shí)，n1也是連續(xù)可調(diào)。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： （4.2） （4.3）其中kf為頻率可調(diào)比，ku為電壓可調(diào)比。將上述兩個(gè)公式代入異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式可得變頻后的轉(zhuǎn)矩公式：（4.4）其中：sx為頻率為fx時(shí)的轉(zhuǎn)差率。在變頻器正常工作情況下，即kfkm<1時(shí)的機(jī)械特性如圖3-10所示。圖3-10kfkm<1時(shí)的機(jī)械特性由圖4-2可知隨

48、著f的下降，臨界轉(zhuǎn)矩Tkx逐漸減少，電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力也隨之下降。這無疑給變頻調(diào)速帶來了瑕點(diǎn)。而針對(duì)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(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能。變頻器可以根據(jù)電流的大小自動(dòng)地決定補(bǔ)償?shù)某潭取?.6.4電動(dòng)機(jī)的選型先選電動(dòng)機(jī)再選變頻器，在該工業(yè)污水處理系統(tǒng)中需要用到Y(jié)2系列三相異步電機(jī)。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。Y2系列電動(dòng)機(jī)有兩種設(shè)計(jì)，一種是適用于一般機(jī)械配套和出口需要，在輕載時(shí)有較高效率，在實(shí)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(jì)稱為Y2-Y系

49、列。中心高63355mm，功率從0.12315kW。電動(dòng)機(jī)符合/T8680.1-1998 Y2系列(1P54)三相異步電動(dòng)機(jī)（機(jī)座號(hào)63355）技術(shù)條件。 型號(hào)含義：如Y2-200L1-2Y：“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）。 第2種設(shè)計(jì)是滿載時(shí)有較高效率，更適用于長(zhǎng)期運(yùn)行和負(fù)載率較高的使用場(chǎng)合，如水泵、風(fēng)機(jī)配套，此設(shè)計(jì)稱為Y2-E系列，中心高80280mm，功率從0.5590kW。電動(dòng)機(jī)符合/T8680.2-1998 Y2系列(1P54)三相異步電動(dòng)機(jī)（機(jī)座號(hào)80280）技

50、術(shù)條件。 型號(hào)含義：如Y2-200L2-6E：“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)，“2”表示鐵心長(zhǎng)度序號(hào)，“6”表示極數(shù)，“E”表示第二種設(shè)計(jì),功率22KW。根據(jù)上述分析，選擇Y2-200L2-6E22KW即可滿足要求。3.6.5變頻器選型由于電動(dòng)機(jī)的功率為22KW所以在選變頻器時(shí)應(yīng)注意，該系統(tǒng)選用的變頻器是西門子MM430變頻器，功率圍KW至KW，具有多個(gè)繼電器輸出，具有多個(gè)模擬量輸出（020 mA），2 個(gè)模擬輸入：AIN1：010 V， 020 mA 和10 至+10 V； AIN2：010 V， 020 mA，6 個(gè)帶隔離的數(shù)字輸入，并可切

51、換為NPN/PNP 接線。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)。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)。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，因而降低了電動(dòng)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)，尤其適合用于工業(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)化了部分結(jié)構(gòu)與功能，便于工作人員進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)其控制功能。在此控制系統(tǒng)中，需