基于PLC污水處理控制系統(tǒng)論文

1、畢業(yè)論文基于PLC的工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)38 / 42基于PLC的工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要目前，我國(guó)大多數(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

2、理以與設(shè)計(jì)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 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21.3研究目的和意義31.4課題主要設(shè)計(jì)的容32 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹42.1工業(yè)污水處理基本概念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)的功能要求83

3、硬件系統(tǒng)配置103.1主要組成部分103.2電氣控制系統(tǒng)113.3工業(yè)污水處理系統(tǒng)的工作原理123.4 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(jì)234.1總體流程設(shè)計(jì)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391 緒 論水與人的生活息息相關(guān)，特別在現(xiàn)代社會(huì)生活與生產(chǎn)中人們對(duì)水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據(jù)報(bào)道我國(guó)人均擁有淡水量為2400噸，為世

4、界平均值的1/4，在全球149個(gè)國(guó)家（參與統(tǒng)計(jì)國(guó)家中），我國(guó)人均淡水資源位居110位，屬于淡水資源貧乏的國(guó)家。而且我國(guó)水資源時(shí)空分布極不均衡，全國(guó)500多個(gè)城市缺水，其中多個(gè)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?jī)H有240噸。令人擔(dān)憂的是淡水總量日益減少，用水成本不斷升高，淡水的浪費(fèi)非常嚴(yán)重。我國(guó)北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢(shì)、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(guó)急需解決的問題。我國(guó)淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重。隨著社會(huì)的發(fā)展，水資源已經(jīng)成為影響工業(yè)發(fā)展的重要因素，現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)工藝和設(shè)備對(duì)水質(zhì)要求越來越高。但是我國(guó)工業(yè)用水耗費(fèi)高，重復(fù)

5、利用水少，中水使用率不高，有關(guān)資料顯示，我國(guó)的工業(yè)用水重復(fù)利用率平均為40%50%。目前全國(guó)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(guó)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(jì)，由于水質(zhì)污染，我國(guó)已有大約3億人的飲水發(fā)生不安全現(xiàn)象，其中1.9億人的飲水是超標(biāo)水。氣象學(xué)家預(yù)測(cè)，2100年全球變暖加劇，地表將有1/3的面積變?yōu)樯衬?，那時(shí)，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)污水處理項(xiàng)目的實(shí)施已經(jīng)刻不容緩。眾

6、多跡象表面，水資源的短缺無疑將成為制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的瓶頸，因此世界各國(guó)越來越重視水處理和水的再利用，通過各種技術(shù)進(jìn)一步提高供水質(zhì)量，提高經(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)生產(chǎn)提供二次能源，真正實(shí)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)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性，對(duì)于各種污水進(jìn)行處理后排放成為各企業(yè)基本的要求。在工廠的工業(yè)污水處理過程中，污水來源的不穩(wěn)定以與工廠中各種污水的成分的復(fù)雜性，對(duì)工業(yè)污水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(guó)外現(xiàn)狀我國(guó)工業(yè)污水處理技術(shù)從“七五”國(guó)家科技攻關(guān)開

7、始逐步進(jìn)行研究?！捌呶濉焙汀鞍宋濉惫リP(guān)項(xiàng)目在氧化塘、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(jì)依據(jù)，建立了一些氧化塘、土地處理等污水示工程。在人工處理技術(shù)方面，“八五”對(duì)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)行了深入研究。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(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法和氧化溝技術(shù)等、酸化水解好氧技術(shù)和多種類型

8、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。這些工業(yè)污水處理廠的投入對(duì)國(guó)家的

9、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，中國(guó)工業(yè)污水處理項(xiàng)目工程建設(shè)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(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

10、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)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，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對(duì)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(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研究目的和意義世界任何國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都會(huì)推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步、促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，使人民生活得到進(jìn)一步改善，但是也隨之帶來不同程度的環(huán)境污染，污水也是造成環(huán)境污染的來源之一。這個(gè)污染源的出現(xiàn)引起了世界各國(guó)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(guó)是一個(gè)

11、嚴(yán)重缺水的國(guó)家，雖然我國(guó)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)被聯(lián)合國(guó)列為世界上13個(gè)缺水國(guó)家之一。目前我國(guó)約300個(gè)城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有5O個(gè)。據(jù)中國(guó)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)分析統(tǒng)計(jì)，全國(guó)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，嚴(yán)重的影響了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。因此建設(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.

12、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)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)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)局部處理后的生產(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

13、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

14、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(Total 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

15、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)污水處理工藝不同的工業(yè)污水處理對(duì)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(shí)候必需要認(rèn)真考慮當(dāng)?shù)匚鬯那闆r，以與實(shí)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)

16、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)物氧化為無機(jī)物）沉淀池（活性泥下沉）回流活性泥原污水清水排出圖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

17、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)。其工藝流程圖如下：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

18、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。圖2-3 A2/O法工藝流程圖（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2040min，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

19、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)。總體而言，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

20、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)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。2.3本設(shè)計(jì)系統(tǒng)工業(yè)污水處理工藝與描述：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

21、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)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

22、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)，離心式脫水機(jī)作用下進(jìn)行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。

23、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，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)。現(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)

24、，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，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

25、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。 利用PLC作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉與兩個(gè)方面：一是信號(hào)輸入；二是控制輸出信號(hào)。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)

26、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)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

27、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。控

28、制各類設(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)

29、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。圖4-1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)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

30、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

31、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(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

32、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

33、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

34、。(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。3-2電氣控制系統(tǒng)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)

35、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^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

36、理系統(tǒng)的主電路圖的部分圖。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。圖3-3工業(yè)污水處理系統(tǒng)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

37、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

38、.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)行配置，具體分配如下表。3.5.1數(shù)字量輸入部分表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)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

39、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

40、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)。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)與其擴(kuò)展

41、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，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，以與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、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。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(zhǎng)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

42、，可以在濕熱的環(huán)境中使用。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。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(shí)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(dòng)器。3.6.2變頻器簡(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

43、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。3.6.3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

44、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

45、，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，因此在變頻調(diào)速中比較常用。3.6.4變頻調(diào)速的基本原理（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)

46、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

47、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?.6.5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(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：AI

48、N1：010 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

49、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3-11所示。表3-11 變頻器參數(shù)設(shè)置表參數(shù)號(hào)參數(shù)值說明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)

50、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3.6.7電動(dòng)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)是專為歐洲市場(chǎng)設(shè)計(jì)的三相異步電動(dòng)機(jī)、電機(jī)出線盒置于電機(jī)機(jī)殼頂部、整機(jī)結(jié)構(gòu)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(dòng)轉(zhuǎn)矩大，使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。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系列。中心高633

51、55mm，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）技術(shù)條件。 型號(hào)含

52、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)。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(jì)對(duì)格柵機(jī)的清污機(jī)進(jìn)行控制，需要監(jiān)測(cè)格柵機(jī)兩側(cè)的液面差，在該系統(tǒng)中利用液位差計(jì)，該系統(tǒng)選用的超聲波液位差計(jì)型號(hào)：XL60-YI4000。粗格柵、細(xì)格柵各安裝了一臺(tái)超聲波液位差計(jì)，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)行分析計(jì)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，清除大顆粒的污染物質(zhì)，保障污水流動(dòng)暢通；在液位差未超過設(shè)

53、定值時(shí)，清污機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，這樣就可以大大減少設(shè)備損耗。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420mA模擬信號(hào)輸出、RS-485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)。該系統(tǒng)選用的超聲波液位差計(jì)型號(hào)：XL60-YI4000。工作溫度： -2060 ，工作電壓：AC220V或 DC24V，工作壓力：常壓，差值精度：±3mm或0.3FS（取其較大者），重復(fù)精度：1，分辨率：1mm ，方 向 角：4°/ 6°（全角），工作頻率：13KHz40KHz（因型號(hào)規(guī)格而不同），信號(hào)輸出：RS-485、M

54、odbus、標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號(hào)和多路開關(guān)量輸出。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。它集超聲波傳感器、溫度補(bǔ)償電路、運(yùn)算主機(jī)為一體的非接觸式液位差測(cè)量?jī)x器。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)。3.6.9溶解氧儀溶解氧（DO）是指溶解在水中的氧氣，它在河流、湖泊、海洋中都大量的存在，是檢測(cè)水質(zhì)和環(huán)境污染程度的主要指標(biāo)。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。但是DME的一些特殊性又影響了它在現(xiàn)場(chǎng)工作中的應(yīng)用。金與鉑電極能克服DME遇到的某

55、些困難，但在一些生物介質(zhì)中就失效。為了消除上述困難，膜覆蓋氧電極誕生了，它最初是由Clark在1956年提出的，故而得名Clark氧電極。這種電極利用膜可滲透氧但不能滲透水和有機(jī)與無機(jī)溶質(zhì)的原理，保護(hù)電極不與這類還原物質(zhì)緊密接觸，從而使傳感器的靈敏度不受影響。當(dāng)前用來測(cè)量水中溶解氧濃度最常用的儀器就是電化學(xué)傳感器（例如Clark傳感器）。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，可通過測(cè)量電解電流來測(cè)量溶解氧濃度。測(cè)量時(shí)將其放入待測(cè)溶液，水質(zhì)溶解氧透過透氧膜，溶解于膜與電極之間的電解液薄層中，當(dāng)兩輸出端接上負(fù)載電路時(shí)，氧在陰極表面上發(fā)生還原反應(yīng)。對(duì)結(jié)構(gòu)和透氧膜確定的傳感器而言，

56、在一定溫度下，氧傳感器的電流只與試樣中的氧分壓成正比。因此，測(cè)定電流即可知氧濃度。選用PH/溶解氧測(cè)量?jī)x型號(hào):SA29-MP525。測(cè)量圍：pH：（-1.99919.999）pH mV：±1999.9 mV，溶解氧：（040.00）mg/L(ppm)；（0200.0）% 溫度：（-10110）精確度：pH：±0.002 pH mV：±0.03% FS 溶解氧：±0.10 mg/L 溫度：±0.4 ，自動(dòng)溫度補(bǔ)償：pH：（0100） 溶解氧：（045），其他參數(shù)：數(shù)據(jù)儲(chǔ)存：900組，通訊接口：RS232，電源：DC9V/300mA。其特點(diǎn)是高精度的pH+溶解氧雙參數(shù)儀表。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?？稍O(shè)定高純水和加氨純水二種特殊的pH測(cè)量模式，適合電力、石化等行業(yè)使用。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；儀器置氣壓傳感器，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣壓補(bǔ)償。極譜型溶氧電極，極化時(shí)間短，響應(yīng)快，測(cè)量準(zhǔn)確。4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用西門子公司為S7200系列PLC開發(fā)