工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的畢業(yè)論文

1、1 緒 論水與人的生活是息息相關(guān)的，特別在現(xiàn)代社會生產(chǎn)及生活中人們對水的需求量越來越大。但是水資源是有限的。根據(jù)相關(guān)報道我國的人均擁有淡水量為2400噸，是世界人平均值的1/4，在全球參與統(tǒng)計(jì)國家的149個國家中，我國人均的淡水資源量位居110位，屬于淡水資源缺乏的國家。并且我國水資源時空分布極為不均衡，全國有500多個城市缺乏水，其中有多個嚴(yán)重缺乏水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象更為嚴(yán)重，人均淡水量僅為240噸。令人擔(dān)憂的是淡水的總量日益減少，用水的成本不斷提高，淡水的浪費(fèi)異常嚴(yán)重。我國北方地區(qū)水資源的超采，己形成水位下降、湖泊干涸、漏斗地勢、河水?dāng)嗔鳌⑸鷳B(tài)惡化。淡水資源的短缺己經(jīng)成為我國迫切解決的問題

2、。我國淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象比較嚴(yán)重。隨著社會的發(fā)展，水資源已經(jīng)成為影響我國工業(yè)發(fā)展的重要因素，現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)設(shè)備和工藝對水質(zhì)要求越來越高。可是我國工業(yè)用水耗費(fèi)高，能重復(fù)利用水少，中水使用率不高，據(jù)相關(guān)資料顯示，我國的工業(yè)用水的重復(fù)利用率平均為40%到50%。目前全國城市廢水的處理率（達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的）只有10%左右，其余的廢水都直接排入湖泊、河川、海洋。耗水量高、污染嚴(yán)重、重復(fù)利用率低是我國工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的最為突出問題。嚴(yán)重的環(huán)境污染使得有限的水資源正日益減少、水質(zhì)日益惡化，這無疑是“雪上加霜”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于水質(zhì)污染，我國現(xiàn)有大約3億人的飲水發(fā)生不安全的現(xiàn)象，其中有1.9億人的飲水是

3、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，干旱將會威脅到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，所以工業(yè)廢水處理項(xiàng)目的實(shí)施已經(jīng)到了刻不容緩的地步。眾多現(xiàn)象表明，水資源的缺乏無疑將成為制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的瓶頸，因此世界各國越來越重視廢水處理和水資源的再利用，通過各種技術(shù)提高供水質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。并且工業(yè)廢水處理過程中，經(jīng)過好氧和厭氧處理，廢水中的熱量、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。伴隨著環(huán)境保護(hù)的呼聲越來越高，工業(yè)廢水處理已經(jīng)表現(xiàn)出其必要性和緊迫性，對于各種廢水進(jìn)行處理后再排放成為各企業(yè)

4、基本的要求。在工廠的工業(yè)廢水處理過程中，廢水來源的不穩(wěn)定及工廠中各種廢水的成分的復(fù)雜性，對工業(yè)廢水處理的工藝和控制方法提出了非常高的要求。1.1工業(yè)廢水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀我國工業(yè)廢水處理技術(shù)從“七五”國家科技攻關(guān)逐步開始進(jìn)行研究。“七五”和“八五”攻關(guān)項(xiàng)目在土地處理、氧化塘和復(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)，建立了一些土地處理、氧化塘等廢水示范工程。在人工處理技術(shù)的方面，“八五”對高負(fù)荷生物膜、高負(fù)荷活性污泥、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)用于大量工業(yè)廢水處理廠。廢水廠污泥處置問題在“九五”科技攻關(guān)中得到重視，并配套開發(fā)了成套的污泥處理。經(jīng)過“七五”

5、、“八五”和“九五”期間的努力，我國在工業(yè)廢水處理技術(shù)方面取得了較大的成就。目前在水污染的治理技術(shù)上，我國已經(jīng)能提供傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù)、各種新型活性污泥工藝如：S酸化水解好氧技術(shù)、BR法和氧化溝技術(shù)等和多種類型的穩(wěn)定塘技術(shù)等，這些廢水治理技術(shù)已經(jīng)在改善水體環(huán)境、水體污染方面發(fā)揮了重要的作用，標(biāo)志著我國工業(yè)廢水處理事業(yè)發(fā)展到了一個嶄新的階段?，F(xiàn)階段，我國工業(yè)廢水處理的工作重點(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年代日漸嚴(yán)重性的環(huán)境污染而展開的。工業(yè)廢水處理的設(shè)施中，工業(yè)廢水處理廠的興建和城市排水管線和運(yùn)行在

6、水污染控制中發(fā)揮著重要作用。到70年代末，美國投入了數(shù)千億美元興建了18000余座城市工業(yè)廢水處理廠，德國法國、英國、更是耗費(fèi)了巨額資金興建了7000至8000座城市工業(yè)廢水處理廠。這些工業(yè)廢水處理廠的投入對國家的水體污染改善起了至關(guān)重要的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。如今，這些國家的工業(yè)廢水處理水平又有了進(jìn)一步提升，建設(shè)了一批擁有脫氮除磷功能的設(shè)施，對水環(huán)境保護(hù)和水體質(zhì)量改善起了重大的作用。1.2課題的背景未來10年內(nèi)，中國將投資超過2500億元進(jìn)行工業(yè)廢水處理項(xiàng)目的工程建設(shè)，其中投入約300億元工業(yè)廢水處理設(shè)備。采用先進(jìn)、實(shí)用的技術(shù)來改造傳統(tǒng)工藝，環(huán)保工程中將廣泛采用先進(jìn)的自動

7、化控制技術(shù)，是推動環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級，實(shí)現(xiàn)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在這種形勢下工業(yè)廢水處理自動化控制系統(tǒng)無疑是一個具有巨大的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益的研究課題。對于環(huán)境保護(hù)的問題，國務(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)。其中處理過的廢水還可以循環(huán)利用，由于我國是一個水資源匱乏的國家，并且時空分布上極為不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。所以，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對于工業(yè)廢水處理非常的有必要。因此，有效的結(jié)合目前最新的工藝技術(shù)、計(jì)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)廢水處理控制系統(tǒng)提供有效的自動化控制方法。1.3研究目的和意義世界任何國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都會推進(jìn)社會進(jìn)步

8、、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，廢水也是造成環(huán)境污染的來源之一。廢水污染源的出現(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量最為28000 億m2，居世界第6 位，人均水資源量為2220m2，位居世界第110 位，我國已經(jīng)被聯(lián)合國列為世界上13個缺水國家之一。目前我國約有300個城市缺水，這其中有5O個城市嚴(yán)重缺水。據(jù)中國經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)分析統(tǒng)計(jì)，全國按目前正常需要，年缺水總里約為300 億到400 億立方米，因缺水導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)2300 億，超過洪澇的災(zāi)害損失。

9、水資溝的缺乏和水資源的污染，己經(jīng)嚴(yán)重的影響人民的日常生活和我國的經(jīng)濟(jì)的建設(shè)和發(fā)展。因此建設(shè)符合我國國情的廢水處理廠自動控制系統(tǒng)對降低工業(yè)廢水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會和和諧社會、保持我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。1.4課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容 本課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容是工業(yè)工業(yè)廢水處理工藝及工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的組成和PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),主要由以下內(nèi)容組成：（1）介紹了工業(yè)廢水處理的基本內(nèi)容，包括工業(yè)廢水處理的發(fā)展現(xiàn)狀以及工業(yè)廢水處理的工藝流程；（2）介紹了PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并對工業(yè)廢水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析；（3）具體分析設(shè)計(jì)工業(yè)廢水處理的硬件系統(tǒng)；（4）具體分析設(shè)計(jì)工業(yè)廢水處理的

10、軟件系統(tǒng)； （5）工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行。2 工業(yè)廢水處理控制系統(tǒng)總體介紹2.1工業(yè)廢水處理基本概念城市廢水、生活廢水、生產(chǎn)廢水或經(jīng)過工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)廢水，往往都直接排入排水系統(tǒng)。這些廢水不僅含有碳水化合物、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，而且還含有能夠使人致病的細(xì)菌、病毒等微生物。處理過后的廢水，最后有三個排出方式：排放水體；灌溉田地；重復(fù)使用。廢水污染物可根據(jù)物理形態(tài)和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行不同的分類。按照物理形態(tài)分，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)。按照化學(xué)性質(zhì)照，污染物質(zhì)可分為無機(jī)性物質(zhì)和有機(jī)性物質(zhì)，其含有的

11、化學(xué)元素以炭、氮、磷為主。好氧有機(jī)污染物的性質(zhì)穩(wěn)定，在微生物的作用下，在微生物的新陳代謝功能作用下降解為無機(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，其共性是被微生物降解時，都要消耗水中的溶解氧，因此在工程實(shí)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（ BOD）mg/L、化學(xué)需氧量( COD) mg/L、總有機(jī)碳 mg/L、總需氧量 mg/L。雖然BOD20。可以更準(zhǔn)確地描述了廢水的生化需氧量，但其測定的時間需20天過于長?？紤]到好氧分解速率最快一般在開始的幾天，在20溫度下，廢水五日生化需氧量(BOD5)，約占BOD20的70%80%，所以把需氧

12、量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)是能夠在短時間精確的表示廢水中有機(jī)物的含量，但它不能表示出有機(jī)物作為BOD微生物氧化的量。2.2 常用的工業(yè)廢水處理工藝不同的工業(yè)廢水處理對象和工業(yè)廢水處理環(huán)境，將需要有不同的工業(yè)廢水處理工藝來處理。因此，在選擇工業(yè)廢水處理工藝的時候必需清楚認(rèn)識當(dāng)?shù)貜U水的情況與實(shí)際的工業(yè)廢水處理的環(huán)境。工業(yè)廢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(shí)際情況，可以單獨(dú)地使用，也可以針對不同的廢水類型混合使用。目前，工業(yè)廢水處理的方法一般以生物處理法為主，以物理處理法和化學(xué)處理法為輔。一般的工業(yè)廢水處理工藝有以下幾種。（1）傳

13、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)廢水處理工藝，其工業(yè)廢水處理的關(guān)鍵由沼氣池與沉淀池組成，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）回流活性泥原廢水清水排出圖2-1傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖廢水中的有機(jī)物在曝氣池停留的過程中，曝氣池中的微生物吸附廢水中的大部分有機(jī)物，并且被氧化成無機(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)是：有機(jī)物的去除效率，池容積小，低功耗，高污泥負(fù)荷，運(yùn)行成本低。該工藝的缺點(diǎn)是：占地面積大，建設(shè)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，低除磷脫氮。（2）A/O法

14、。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)廢水處理工藝，其中A代表缺氧的，O代表好氧的。A/O法是一種缺氧-好氧生物工業(yè)廢水處理工藝。該工藝為了具有明顯的脫氮效果處理廢水中的氮含量采用增加好氧池與缺氧池所形成的硝化-反硝化反應(yīng)系統(tǒng)。可是這個硝化與反硝化反應(yīng)系統(tǒng)必須要控制的很好，因此對該工藝提出了較高的管理要求，這也成為了該工藝的一大缺陷。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)廢水處理工藝，其中A2，即A-A，前一個A代表厭氧的，后一個A代表缺氧的；O代表好氧的。A2/O是厭氧缺氧好氧工業(yè)廢水處理工藝。

15、A2/O法的除磷脫氮效果非常好，非常適用于對除磷脫氮有要求的工業(yè)廢水處理。因此，一般首選A2/O工藝用于對除磷脫氮有特別要求的工業(yè)廢水處理廠。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法簡稱吸附生物降解法，該過程不需要沉淀，曝氣池的高和低負(fù)荷分成兩部分，并且每個具有一個獨(dú)立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。以吸附生物絮凝的高負(fù)荷段停留時間約20至40分鐘，同時發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，具有50以上的BOD去除率。B段與普通活性污泥法相識，較低的負(fù)荷。AB法中A段具有很高效率，并有強(qiáng)大的緩沖能力。B段起到出水把關(guān)作用，穩(wěn)定性較好。AB法很好的適用于對于高濃度的工業(yè)廢水處理，且

16、有較高的耗能效率。尤其是當(dāng)采用污泥消化和沼氣技術(shù)，具有最明顯的優(yōu)勢。但是，AB法污泥產(chǎn)量較大，且A段污泥有機(jī)物含量極高，必須添加污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理，這樣就會增加一定的投資和費(fèi)用。另外，由于A段去除了較多的BOD，導(dǎo)致缺乏碳，脫氮工藝的要求難以實(shí)現(xiàn)。對廢水濃度低的場合，B段也比較困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢?？傊?，AB法工藝適合于廢水濃度高，并有污泥消化等后續(xù)處理設(shè)施的大中規(guī)模的工業(yè)廢水處理廠，并有顯著的節(jié)能效果，而一般不宜采用于有脫氮要求的城市工業(yè)廢水處理廠。（5）SBR法。簡稱歇式活性污泥法，又稱序批式活性污泥法，是一種廢水生物處理技術(shù)，按照一定的時間順序間歇式操作，也是一種按間歇曝氣活性污泥工業(yè)廢

17、水處理技術(shù)運(yùn)行。其反應(yīng)機(jī)理和去除污染物與傳統(tǒng)的活性污泥法的機(jī)制基本上是相同的，但不完全運(yùn)行的操作。SBR法與傳統(tǒng)的水處理工藝的最大區(qū)別在于每個單元的流程是按時間順序劃分，以時間分割操作代替空間分割操作，靜置理想沉淀代替動態(tài)沉淀，非穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)代替生化反應(yīng)等。整個過程對于單個間歇進(jìn)行的操作，但是通過多個連續(xù)的單元組合調(diào)度后，實(shí)現(xiàn)了操作的有序和間歇相結(jié)合。2.3本設(shè)計(jì)系統(tǒng)工業(yè)廢水處理工藝及描述：本工業(yè)廢水處理工藝流程圖如下圖2-4所示：圖2-4 工藝流程圖廢水由進(jìn)水系統(tǒng)經(jīng)過粗格柵及清污機(jī)廢水初步排除了雜質(zhì)的大塊物體到達(dá)沉砂池。在除砂池系統(tǒng)中細(xì)格柵和轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)將廢水中的細(xì)小沙粒濾除后進(jìn)入氧化溝反應(yīng)池

18、。在該氧化溝系統(tǒng)中進(jìn)行生化處理，有害物質(zhì)的廢水分解進(jìn)行的，此環(huán)節(jié)使用一些化學(xué)物質(zhì)以提高治療效果，如復(fù)合堿、氯氣、油絮凝劑等。對廢水進(jìn)行除油、消毒、調(diào)整PH值。同時在該系統(tǒng)中設(shè)置有溶解氧儀超聲波檢測儀，根據(jù)它對廢水中的含氧量進(jìn)行檢測反饋到PLC的值來控制曝氣機(jī)變頻器的操作，改變廢水中溶解氧的含量。潛水?dāng)嚢铏C(jī)是促進(jìn)水、廢水和氧化溝活性污泥與接觸劇烈攪拌混合的作用，使生化反應(yīng)更充分，以最大限度的廢水有害成分分解。經(jīng)處理的廢水進(jìn)入沉淀池中，在刮泥機(jī)的作用下進(jìn)行物理沉淀，以加強(qiáng)沉淀效果，同時加入混凝劑和絮凝劑使用強(qiáng)吸附的高分子混凝劑的橋梁角色更容易解決。廢水經(jīng)沉淀池處理最后到達(dá)脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機(jī)進(jìn)行

19、脫水處理后排出清水。2.3工業(yè)廢水處理系統(tǒng)控制形式早期的控制系統(tǒng)使用繼電器 - 接觸器控制系統(tǒng)，但隨著電子技術(shù)的控制要求不斷提高的快速發(fā)展，該類控制方法已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)廢水處理系統(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。（1）DCS系統(tǒng)。簡稱集散控制系統(tǒng)，又稱為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是計(jì)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)等形成相互滲透。由計(jì)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，主要是用于提高生產(chǎn)自動化水平和管理水平的生產(chǎn)過程，它的主要特征如下：分層分布控制，降低信

20、息傳輸系統(tǒng)中的量，該系統(tǒng)是相對簡單的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制系統(tǒng)，分散系統(tǒng)的危險性，提高了可靠性。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)時性好，響應(yīng)快。（2）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。是由DCS和PLC發(fā)展而來的，是基于現(xiàn)場總線的自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在智能設(shè)備之間按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議，以及進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換在智能設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間，從而實(shí)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(jì)算機(jī)豐富的軟件、硬件資源。響應(yīng)快，實(shí)時性好。通信協(xié)議公開，不同產(chǎn)品可互連。（3）PLC系統(tǒng)。簡稱可編程邏輯控制器，使用它作為一個處理系統(tǒng)中的控制器，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

21、網(wǎng)絡(luò)連接PLC，對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，其特點(diǎn)如下：編程方便，開發(fā)周期短，易維護(hù)。通用性強(qiáng)，使用方便。強(qiáng)大的功能。模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。2.4 工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的功能要求工業(yè)廢水處理系統(tǒng)是完成對工業(yè)廢水的凈化，通過該系統(tǒng)處理的廢水排放水質(zhì)符合國家標(biāo)準(zhǔn)后排除。長期以來，雖然工業(yè)廢水處理技術(shù)發(fā)展迅速，但仍滯后于工業(yè)發(fā)展的需求，工業(yè)廢水處理率低、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率低等極大地影響了城市發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水處理技術(shù)的簡易、高效、低能耗的功能，并且實(shí)現(xiàn)自動化的控制，以PLC為核心控制器是個較好的解決方案。 PLC作為工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使設(shè)計(jì)過程更簡單，可實(shí)現(xiàn)的功能變得更多。各種型號的人機(jī)界面和通信可以做

22、到監(jiān)控PLC控制系統(tǒng)，同時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，使工業(yè)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信成為可能，并且也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。 采用PLC作為工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的控制器，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)廢水處理系統(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。輸入檢測大多數(shù)為人工方式控制的，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、曝氣機(jī)工

23、頻、變頻按鈕，以及變頻加速減速按鈕等。（2）液位差輸入檢測。粗細(xì)格柵兩側(cè)液位差檢測，作用為控制清污機(jī)的啟動與停止。（3）液位高低輸入檢測。進(jìn)水泵房和污泥回流泵房中液位的高低檢測，作用控制潛水泵或污泥回流泵的啟動和停止和投入運(yùn)行的潛水泵的數(shù)量。（4）含氧量輸入檢測。以上三種都是數(shù)字量輸入，該輸入為模擬量輸入。曝氣過程是工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，為了保證微生物所需要的氧氣，必須檢測廢水中的含氧量，并通過曝氣機(jī)增加或減少其含氧量。通過設(shè)置在適當(dāng)位置上的溶解氧儀，將檢測值反饋到PLC中，經(jīng)過運(yùn)算輸出控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速的信號。當(dāng)溶解氧值偏低時，使微生物分解的效果降低，處理時間增加，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致處理

24、失效，所以需要加大曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速來增加供氧量；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，所以降低曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速以減少供氧量，最終使廢水中的溶解氧維持在一定的范圍內(nèi)。2.4.2控制輸出信號 信號輸出部分主要包括兩個方面：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)備的啟動和停止，包括：格柵機(jī)啟動停止、清污機(jī)啟動停止、潛水泵啟動停止、潛水?dāng)嚢杵鲉油Ｖ?、污泥回流泵等設(shè)備。（2）通過PLC中PID運(yùn)算后的數(shù)據(jù)輸出模擬量，通過它的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)

25、的轉(zhuǎn)速，最后達(dá)到控制廢水中含氧量的要求。3 硬件系統(tǒng)配置氧化溝是工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，其不同結(jié)構(gòu)具有不同的氧化方法例如，奧貝爾、卡魯賽爾和一體化氧化溝法，不同的結(jié)構(gòu)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)對應(yīng)不同的控制系統(tǒng)，所以要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)相對應(yīng)的控制系統(tǒng)。3.1主要組成部分工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備多，在氧化溝中其控制過程及原理大致相同，都是通過控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)廢水中的含氧量，其基本組成如圖3-1所示。圖3-1工業(yè)廢水處理系統(tǒng)基本組成示意圖(1） 進(jìn)水系統(tǒng)。主要由進(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)水泵房主要有兩臺潛水

26、泵。將廢水中的大塊物體排除是進(jìn)水管道的主要功能，其中的粗格柵是根據(jù)程序設(shè)定的時間進(jìn)行間歇運(yùn)行，而粗格柵兩側(cè)的液位差來決定了清污機(jī)的運(yùn)行和停止，當(dāng)液位差到達(dá)某個值時，啟動清污機(jī)；當(dāng)液位差低于某個值時停止清污機(jī)的運(yùn)行。通過安裝在泵房內(nèi)的液位傳感器來決定進(jìn)水泵房中的潛水泵運(yùn)行及停止，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，當(dāng)液位持續(xù)升高時，則輸出報警以示意有故障發(fā)生。 (2）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)是細(xì)格柵機(jī)和轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)構(gòu)成，分離機(jī)是沉砂池的主要設(shè)備。細(xì)格柵系統(tǒng)的功能是進(jìn)一步清除廢水中的顆粒物體，將廢水中細(xì)小的沙粒濾除，其中的細(xì)格柵機(jī)是根據(jù)程序設(shè)定時間進(jìn)行

27、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)的液位差來判斷的，當(dāng)液位差超過一定值時，開啟清污機(jī)；當(dāng)液位差低于一定值時停止清污機(jī)的運(yùn)行，與粗格柵系統(tǒng)的運(yùn)行方式相同。沉砂池中分離機(jī)的操作和后續(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)的時候同時分離機(jī)也啟動，對沉砂池中的沙粒進(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)廢水處理系統(tǒng)中最重要的一部分，因此更多的控制量，控制過程比較復(fù)雜，包括轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)和潛水?dāng)嚢铏C(jī)，主要有污泥回流泵構(gòu)成廢水回流系統(tǒng)。對廢水進(jìn)行生化處理是氧化溝的功能，分解廢水中的有害物質(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

28、化溝設(shè)置了溶解氧測量儀來檢測廢水中的氧含量，根據(jù)其反饋到PLC來控制廢水在曝氣裝置驅(qū)動變化的操作，改變廢水中溶解氧的含量。潛水?dāng)嚢铏C(jī)是促進(jìn)水流的作用，而使氧化溝的廢水和活性污泥處于劇烈攪拌中，讓他們充分混合接觸。使活性污泥得到更加充分生化反應(yīng)，這樣才能最大程度地分解廢水中的有害成分。廢水回流系統(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)行與停止主要基于泵房內(nèi)液位傳感器的狀態(tài)，當(dāng)液位低于一定值時停止回流泵的運(yùn)行；當(dāng)液位持續(xù)高于一定值時，回流泵停止運(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)備為刮泥機(jī)，其功能是對進(jìn)行氧化溝處理后的廢水進(jìn)行

29、物理沉淀，將污泥和清水分離，刮泥機(jī)開始連續(xù)運(yùn)行在整個系統(tǒng)啟動后。在該系統(tǒng)中使用的某些化學(xué)藥劑主要包括混凝劑、絮凝劑、復(fù)合堿等，主要用來調(diào)整混凝條件及改善絮凝體結(jié)構(gòu)，采用高分子助凝劑的強(qiáng)烈吸附架橋作用，使細(xì)小松散的絮凝體變得厚實(shí)和緊密，容易出現(xiàn)沉降。(5）污泥脫水環(huán)節(jié)。污泥脫水系統(tǒng)主要有離心式脫水機(jī)，它的主要功能是對處理后的污水氧化池的污泥脫水，由于對廢水進(jìn)行處理后，活性污泥中存在新的微生物及其他雜質(zhì)，所以需要一定量的藥物添加到污泥，使污泥便于脫水。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，按照順序控制的方式啟動上述設(shè)備，依次啟動聚合物泵、污泥機(jī)和切割機(jī)，以完成對污泥的脫水處理。3.2電氣

30、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)中檢測的數(shù)字輸入量較多，并且還進(jìn)行模擬量的輸入檢測，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。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設(shè)備的核心，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)廢水處理系統(tǒng)的工作原理3.3.1控制系統(tǒng)總體框圖工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)總框圖如圖3-2所示，PLC

31、為核心控制器，通過檢測操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入和相關(guān)模擬量的輸入，以完成相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行、停止和調(diào)速控制操作。3-2電氣控制系統(tǒng)框圖3.3.2工作過程在手動模式下，各類設(shè)備的控制是基于操作面板上的按鈕輸入來控制，無邏輯控制，即控制可不根據(jù)傳感器的狀態(tài)進(jìn)行。在自動方式下進(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，其工作過程如下。(1）接通電源，啟動自動控制方式，啟動刮泥機(jī)和潛水?dāng)嚢杵鳌?2）運(yùn)行粗、細(xì)格柵機(jī)，進(jìn)行間歇運(yùn)行，即運(yùn)行一段時間然后停止一段時間，循環(huán)進(jìn)行。(3）根據(jù)反饋的液位差狀態(tài)來控制運(yùn)行和停止清洗機(jī)。(4）根據(jù)液面高低控制進(jìn)水泵房中的潛水泵的運(yùn)行、停止及

32、運(yùn)行數(shù)量。 (5）根據(jù)溶解氧儀反饋的模擬量經(jīng)PLC運(yùn)算后進(jìn)行控制轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)，同時控制分離機(jī)的運(yùn)行與停止。(6）根據(jù)液面的高低進(jìn)行控制污泥回流泵的操作。(7）在污泥脫水系統(tǒng)中，采用順序控制方式控制離心式脫水機(jī)的啟動，依次啟動其設(shè)備。3.3.3工業(yè)廢水處理系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)圖3-3為工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的主電路圖的部分圖。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、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

33、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)廢水處理系統(tǒng)部分主電路圖3.4 PLC選型據(jù)工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的要求，以及它的復(fù)雜性，從經(jīng)濟(jì)性，可靠性等方面考慮，選擇西門子S7200系列PLC作為工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。作為工業(yè)廢水處理的電氣控制系統(tǒng)涉及多個輸入和輸出端口，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)廢水處理系統(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

34、。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手動分離式脫水機(jī)啟動I0.3自動啟動確認(rèn)I1.7

35、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(jì)I0.7手動細(xì)格柵機(jī)啟動I2.3細(xì)格柵液位差計(jì)I1.0手動分離機(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

36、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3.5.3模擬量輸入部分由于需要采集一個溶氧儀所反饋的數(shù)據(jù)，因此擴(kuò)展了一個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AQ

37、W0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)廢水處理控制系統(tǒng)的硬件連線圖如圖3-8所示，此控制面板上的手動控制部分主要在調(diào)試系統(tǒng)時使用，調(diào)試完成后基本處于閑置狀態(tài)。圖3-8工業(yè)廢水處理系統(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，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、分離機(jī)接觸器、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)接觸器

38、、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%-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

39、(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)中的儲能元件用

40、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，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，因而磁通m增大。m增加將導(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m可以保持基本不變。要實(shí)現(xiàn)這個目標(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(

41、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，也改變直流電壓的振幅值。PAM需要同時調(diào)節(jié)兩個部分：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)方法就是在每半個周期內(nèi)，把輸出電壓的波形分割成若干個脈沖波，每個脈沖的寬度為t1，每個脈沖間的間隔寬度為t2，則脈沖的占空比=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(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相比電路簡化了許多，因此在變頻調(diào)速中比較常用。3.6.

42、4變頻調(diào)速的基本原理（1）異步電動機(jī)的等效變換圖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：（4.1）其中：P為旋轉(zhuǎn)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)子電流相互作用產(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(shí)際是三個交變磁場合成的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0=60f/p，其中f是電流頻率，P是旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(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的磁力線。因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n1必須低于定子磁場的轉(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)

43、頻率f連續(xù)可調(diào)時，電動機(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，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：（4.4）其中：sx為頻率為fx時的轉(zhuǎn)差率。在變頻器正常工作情況下，即kfkm<1時的機(jī)械特性如圖3-10所示。圖3-10kfkm<1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)載能力也隨之下降。這無疑給變頻調(diào)

44、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)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)化了部分結(jié)構(gòu)與功能，便于工作人員進(jìn)

45、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)廢水處理系統(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，需要對變頻器進(jìn)行通信控制，因此需先對變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要對一下幾個參數(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)號參數(shù)值說明P000521

46、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)具體電動機(jī)設(shè)置電動機(jī)類型P0304根據(jù)具體電動機(jī)設(shè)置電動機(jī)額定電壓P0305根據(jù)具體電動機(jī)設(shè)置電動機(jī)額定電流P0310根據(jù)具體電動機(jī)設(shè)置電動機(jī)額定頻率P0311根據(jù)具體電動機(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)廢水處理系統(tǒng)中需要用到許多電機(jī)，Y2系列三相異步電機(jī)是專為歐洲市場設(shè)計(jì)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)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、起動轉(zhuǎn)矩大，使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。主要性能有：

47、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(jì)，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(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63355mm，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(jì)，“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

48、種設(shè)計(jì)（可省略）。 第2種設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)，“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(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)對格柵機(jī)的清污機(jī)進(jìn)行控制，需要監(jiān)測格柵機(jī)兩側(cè)的液面差，在該系統(tǒng)

49、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：XL60-YI4000。粗格柵、細(xì)格柵各安裝了一臺超聲波液位差計(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)，保障廢水流動暢通；在液位差未超過設(shè)定值時，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，其輸出信號有一下三種：可編程繼電器輸出、高精度420mA模擬信號輸出、RS-485通信口輸出，可根據(jù)需要的信號選擇輸出，作為PLC的輸入信號。該系統(tǒng)選用的超聲波液位差計(jì)型號：XL60-YI4000。工作溫度

50、： -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（因型號規(guī)格而不同），信號輸出：RS-485、Modbus、標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號和多路開關(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量儀器。超聲波液位差計(jì)具有精度高，壽命長，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

51、氧氣，它在河流、湖泊、海洋中都大量的存在，是檢測水質(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）測定溶解液中的溶解氧是很費(fèi)時的，且成本很高，不能連續(xù)測量，而用滴汞電極（DME）的極譜分析最為簡單。但是DME的一些特殊性又影響了它在現(xiàn)場工作中的應(yīng)用。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。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)及無機(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)前用來測量水中溶解氧濃度最常用的儀器就是電化學(xué)

52、傳感器（例如Clark傳感器）。它是根據(jù)電池原理而設(shè)計(jì)的，本身就是個電池，不需要外加電壓，可通過測量電解電流來測量溶解氧濃度。測量時將其放入待測溶液，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，氧在陰極表面上發(fā)生還原反應(yīng)。對結(jié)構(gòu)和透氧膜確定的傳感器而言，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，測定電流即可知氧濃度。選用PH/溶解氧測量儀型號:SA29-MP525。測量范圍：pH：（-1.99919.999）pH mV：±1999.9 mV，溶解氧：（040.00）mg/L(ppm)；（0200.0）% 溫度：（-10110）精

53、確度：pH：±0.002 pH mV：±0.03% FS 溶解氧：±0.10 mg/L 溫度：±0.4 ，自動溫度補(bǔ)償：pH：（0100） 溶解氧：（045），其他參數(shù)：數(shù)據(jù)儲存：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量?？稍O(shè)定高純水和加氨純水二種特殊的pH測量模式，適合電力、石化等行業(yè)使用。新型的溶氧電極有鹽度測試功能，自動實(shí)現(xiàn)鹽度補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償；儀器內(nèi)置氣壓傳感器，自動實(shí)現(xiàn)氣壓補(bǔ)償。極譜型溶氧電極，極化時間短，響應(yīng)快，測量準(zhǔn)

54、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)的STEP7Micro/WIN32作為編程軟件，上面介紹了工業(yè)廢水處理控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和電氣控制部分的結(jié)構(gòu)，硬件結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)基本完成后，就要開始軟件部分的設(shè)計(jì)，根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和硬件部分的設(shè)計(jì)情況及PLC控制系統(tǒng)I/O的分配情況，進(jìn)行軟件編程設(shè)計(jì)。在軟件的設(shè)計(jì)中，首先按照需要實(shí)現(xiàn)的功能要求做出流程框圖，其次按照不同功能編寫不同功能模塊，這樣寫出的程序條例清晰，既方便編寫，也便于調(diào)試。4.1總體流程設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制過程可以分為手動控制功能和自動運(yùn)行功能。在手動控制模式下，每個設(shè)備可以單獨(dú)運(yùn)行，以測試設(shè)備的性

55、能，如圖4-1所示。圖4-1模式選擇流程圖4.1.1手動模式 在手動模式下，可單獨(dú)調(diào)試每個設(shè)備的運(yùn)行，如圖5-2所示。在此模式下，可以通過按鈕對格柵機(jī)、清污機(jī)、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)、刮泥機(jī)，以及各類泵進(jìn)行控制，對于轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的控制，可以通過按鈕增大或減小變頻器的頻率來改變其速度，以檢測調(diào)試性能。圖4-2手動操作模式流程圖4.1.2自動模式 處于自動方式時，系統(tǒng)上電后，按下自動啟動確認(rèn)后系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)開始工作，其工作過程包括以下幾個方面。（1）系統(tǒng)上電后，按下自動啟動確認(rèn)按鈕，啟動潛水?dāng)嚢杵骱凸文鄼C(jī)。（2）啟動粗格柵系統(tǒng)。（3）啟動潛水泵。（4）啟動細(xì)格柵系統(tǒng)。（5）啟動曝氣沉砂系統(tǒng)。（6）啟動污泥回流系

56、統(tǒng)。（7）啟動污泥脫水系統(tǒng)。以上工作過程并不是順序控制方式，而是按照PLC檢測到傳感器狀態(tài)進(jìn)行啟動如圖4-3所示。圖4-3 自動操作模式流程圖在自動控制模式流程圖中，調(diào)用了各個控制系統(tǒng)的程序，主要包括粗格柵系統(tǒng)程序、潛水泵程序、細(xì)格柵系統(tǒng)程序、曝氣沉砂系統(tǒng)程序、污泥回流泵系統(tǒng)程序。以及污泥脫水系統(tǒng)程序，以下將分別介紹各個子程序的工作過程。粗格柵系統(tǒng)程序主要控制粗格柵機(jī)和清污機(jī)的運(yùn)行，其工作過程包括以下幾個方面。（1）自動過程開始啟動粗格柵機(jī)，定時20min。（2）定時到，停止運(yùn)行粗格柵機(jī)2h。（3）2h定時到，運(yùn)行粗格柵機(jī)20min，循環(huán)進(jìn)行。（4）同時檢查液面差，若超過設(shè)定值則啟動清污機(jī)。（5）液面差值低于設(shè)定值，停止清污機(jī)運(yùn)行。 粗格柵系統(tǒng)工作流程圖如圖4-4所示。圖4-4粗格柵系統(tǒng)工作流程圖潛水泵程序主要控制潛水泵的運(yùn)行和停止，其工作過程包括以下幾個方面：（1）自動過程開始啟動潛水泵。（2）檢測液面高度，低于最低位傳感器時，開始