基于PLC污水處理控制系統(tǒng)論文

基于PLC的工業(yè)污水處理限制系統(tǒng)的設計摘要目前，我國大多數(shù)污水處理限制系統(tǒng)自動化水平不高、平安性低、管理不當，效率普遍低于世界標準。污水處理系統(tǒng)中的曝氣過程限制、數(shù)據通訊和監(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，污水處理成本居高不下，污水廠排放的處理過的污水的水質不穩(wěn)定，所以如何建立有效的自控系統(tǒng)，優(yōu)化運行效果，削減運行費用，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，并通過探討設計一套基于PLC限制的污水處理系統(tǒng)。文章首先介紹了基于PLC污水處理限制系統(tǒng)的工藝與相關流程，限制系統(tǒng)硬件結構與設計、工作原理以與設計PLC限制系統(tǒng)的基本原則和步驟，來說明PLC在污水處理過程中的應用。先依據污水處理要求設計了設備的電器限制與自動限制線路，主要包括設備的啟停、狀態(tài)信號故障信號、和信號采集等，最終依據工藝要求設計PLC限制系統(tǒng)，其中包括PLC的選型、系統(tǒng)資源配置以與依據污水處理工藝編制PLC程序。關鍵詞：污水處理，PLC，工藝流程目錄1緒論 11.1工業(yè)污水處理的國內外現(xiàn)狀 11.2課題的背景 21.3探討目的和意義 31.4課題主要設計的內容 32工業(yè)污水處理限制系統(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)限制形式 72.4工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求 83硬件系統(tǒng)配置 103.1主要組成部分 103.2電氣限制系統(tǒng) 113.3工業(yè)污水處理系統(tǒng)的工作原理 123.4PLC選型 143.5PLC的I/O資源配置 143.6其他資源配置 174軟件系統(tǒng)設計 234.1總體流程設計 234.2曝氣過程限制的任務 314.3氯氣投加環(huán)節(jié) 324.4絮凝劑投加環(huán) 334.5PID限制 334.6PLC和變頻器通訊 345調試和運行結果 355.1硬件系統(tǒng)的調試 355.2軟件系統(tǒng)的調試 355.3運行結果 36結論 37參考文獻 381緒論水與人的生活休戚相關，特殊在現(xiàn)代社會生活與生產中人們對水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據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（參加統(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均衡，全國500多個城市缺水，其中多個嚴峻缺水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴峻，人均擁有淡水量僅有240噸。令人擔憂的是淡水總量日益削減，用水成本不斷上升，淡水的奢侈特別嚴峻。我國北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢、水位下降、湖泊干枯、河水斷流、生態(tài)惡化。淡水資源的短缺己經成為我國急需解決的問題。我國淡水資源不斷削減，而且污染現(xiàn)象較為嚴峻。隨著社會的發(fā)展，水資源已經成為影響工業(yè)發(fā)展的重要因素，現(xiàn)代工業(yè)中生產工藝和設備對水質要求越來越高。但是我國工業(yè)用水耗費高，重復利用水少，中水運用率不高，有關資料顯示，我國的工業(yè)用水重復利用率平均為40%~50%。目前全國城市污廢水的處理率（達排放標準的）僅有10%左右，其余的污廢水都干脆排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重復利用率低、污染嚴峻是我國工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的突出問題。嚴峻的環(huán)境污染使有限的水資源日益削減、水質日益惡化，無疑是“雪上加霜”。據統(tǒng)計，由于水質污染，我國已有大約3億人的飲水發(fā)生擔心全現(xiàn)象，其中1.9億人的飲水是超標水。氣象學家預料，2100年全球變暖加劇，地表將有1/3的面積變?yōu)樯衬?，那時，干旱將威逼全球一半的大陸人類的生存。這些現(xiàn)象都是水污染產生的嚴峻后果，因此工業(yè)污水處理項目的實施已經刻不待時。眾多跡象表面，水資源的短缺無疑將成為制約經濟持續(xù)協(xié)調發(fā)展的瓶頸，因此世界各國越來越重視水處理和水的再利用，通過各種技術進一步提高供水質量，提高經濟效益。并且工業(yè)污水處理過程中，經過厭氧和好氧處理，污水中的熱量、沼氣等再生能源可以為工業(yè)生產供應二次能源，真正實現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)經濟的目的。隨著環(huán)境愛護的呼聲越來越高，工業(yè)污水處理已經體現(xiàn)出其必要性和緊迫性，對于各種污水進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困難性，對工業(yè)污水處理的工藝和限制方式提出了特別高的要求。1.1工業(yè)污水處理的國內外現(xiàn)狀我國工業(yè)污水處理技術從“七五”國家科技攻關起先逐步進行探討。“七五”和“八五”攻關項目在氧化塘、土地處理和復合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術方面的探討較多，以這些成果為設計依據，建立了一些氧化塘、土地處理等污水示范工程。在人工處理技術方面，“八五”對高負荷活性污泥、高負荷生物膜、一體化氧化溝技術進行了深化探討。探討成果己被應用于大批工業(yè)污水處理廠。污水廠污泥處置問題在“九五”科技攻關中受到重視，并配套開發(fā)成套的污泥處理。經過“七五”、“八五”和“九五”期間的努力，我國在工業(yè)污水處理技術方面取得了較大的成就。目前在水污染治理技術上，我國已能供應下列工藝技術傳統(tǒng)活性污泥法技術、各種新型活性污泥工藝如：SBR法和氧化溝技術等、酸化水解好氧技術和多種類型的穩(wěn)定塘技術等，這些污水治理技術已經在水體污染、改善水體環(huán)境方面發(fā)揮了突出的作用，標記著我國工業(yè)污水處理事業(yè)發(fā)展到了一個嶄新的階段?，F(xiàn)階段，我國工業(yè)污水處理的工作重點已經從工藝技術的探討轉移到具體項目的實施。國際上，大規(guī)模的水污染治理是在其次次世界大戰(zhàn)后，隨著50年頭經濟的蓬勃發(fā)展帶來的60年頭日益嚴峻性的環(huán)境污染而綻開的。工業(yè)污水處理設施中，城市排水管線和工業(yè)污水處理廠的興建和運行在水污染限制中發(fā)揮著骨干作用。至70年頭末，美國投入了數(shù)千億美元興建了18000余座城市工業(yè)污水處理廠，英國、法國、德國更耗費了巨額資金興建了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鍵的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的閱歷?，F(xiàn)在，這些國家的工業(yè)污水處理水平又有了進一步提高，興建了一批具有脫氮除磷功效的設施，對水體質量改善和水環(huán)境愛護起了重大的作用。1.2課題的背景將來10年，中國工業(yè)污水處理項目工程建設投資將超過2500億元，其中工業(yè)污水處理設備投入約300億元。采納先進、好用的技術改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程中廣泛采納先進的自動限制技術，是推動環(huán)保產業(yè)升級，實現(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)污水處理自動化限制系統(tǒng)無疑是一個具有巨大的社會效益、環(huán)境效益與經濟效益的探討課題。對于環(huán)境愛護問題，國務院明確規(guī)定全部工業(yè)污染源都必需達到排放標。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勻稱，很多地區(qū)和城市嚴峻缺水。所以水資源也是一種愛護。因此，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對于工業(yè)污水處理特別有必要。因此，有效的結合目前最新的工藝狀況、計量自控檢測儀表運用、PLC限制系統(tǒng)技術，將為當前工業(yè)污水處理限制系統(tǒng)供應有效的自控方法。1.3探討目的和意義世界任何國家的經濟發(fā)展，都會推動社會進步、促進工農業(yè)生產實力，使人民生活得到進一步改善，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。這個污染源的出現(xiàn)引起了世界各國政府的關注，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。我國是一個嚴峻缺水的國家，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，已經被聯(lián)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，其中嚴峻缺水城市有5O個。據中國經濟信息網分析統(tǒng)計，全國按目前正常須要，年缺水總里約為300億～400億立方米，因缺水造成的經濟損失每年達2300億。超過洪澇災難。水資溝的匱乏和水資源的污染，己經嚴峻的影響了人民的日常生活，嚴峻的影響了我國的經濟建設和發(fā)展。因此建設符合我國國情的污水廠自動限制系統(tǒng)對降低工業(yè)污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會和和諧社會、保持我國經濟高速發(fā)展具有重要意義。1.4課題主要設計的內容本課題主要設計的內容是工業(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限制系統(tǒng)設計,主要由以下內容組成：（1）介紹了工業(yè)污水處理的基本內容，包括工業(yè)污水處理的發(fā)呈現(xiàn)狀以與工業(yè)污水處理的工藝流程；（2）介紹了PLC的基本結構和工作原理，并對工業(yè)污水處理限制系統(tǒng)進行設計分析；（3）具體分析設計工業(yè)污水處理的硬件系統(tǒng)；（4）具體分析設計工業(yè)污水處理的軟件系統(tǒng)；（5）工業(yè)污水處理系統(tǒng)的調試與運行。2工業(yè)污水處理限制系統(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、生產污水或經過工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產污水，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、氨基酸、動植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質外，還含有細菌、病毒等使人致病的微生物。經處理后的污水，最終出路有三種：=1\*GB3①排放水體；=2\*GB3②澆灌田地；=3\*GB3③重復運用。污水污染物可依據化學性質和物理形態(tài)進行不同的分類。按化學性質，污水中的污染物質可分為無機性物質和有機性物質，其化學元素以炭、氮、磷為主。按物理形態(tài)，污水中的污染物質可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質、膠體污染物質和溶解性污染物質。好氧有機污染物的性質穩(wěn)定，在微生物的作用下，借助微生物的新陳代謝功能而降解為無機物，如二氧化碳、水、硝酸根離子等穩(wěn)定的無機物。有機物的種類很多，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，采納以下的幾個綜合污染指標來表述：生物化學需氧量或生化需氧量（Bio-chemicalOxygenDemand,BOD）mg/L、化學需氧量(ChemicalOxygenDemand,COD)mg/L、總有機碳(TotalOrganicCarbon)mg/L、總需氧量(TotalOxygenDemand)mg/L。雖然BOD20。能較精確地描述污水的生化需氧量，但其測定的時間太長，需20天?？紤]到好氧分解速率一般在起先的幾天最快，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物濃度指標?；瘜W需氧量(COD)的特點是能夠精確的表示污水中有機物的含量，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，將須要有不同的工業(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須要仔細考慮當?shù)匚鬯臓顩r，以與實際的工業(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、物理化學，以與生物等幾種。這些方法依據實際狀況，可以單一運用，也可以針對不同的污水混合運用。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)污水處理的關鍵組成部分為沼氣池與沉淀池，主要處理部分關系框圖如圖2-1所示。曝氣池曝氣池（微生物吸附有機物氧化為無機物）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物，并且在曝氣池中被氧化成無機物，然后在沉淀池中經過沉淀后的部分活性泥須要回流到曝氣池中。該工藝的優(yōu)點有：有機物去除率高，污泥負荷高，池的容積小，耗電省，運行成本低。該工藝的缺點有：一般曝氣池占地多，建設投資大，滿足國家標準相關指標范圍小、易產生污泥膨脹現(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系統(tǒng)須要得到很好的限制，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。其工藝流程圖如下：圖2-2A/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法的除磷脫氮效果特別好，特別適合用于對除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。因此，在對除磷脫氮有特殊要求的城市工業(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，將曝氣池分為凹凸負荷兩段，并分別有獨立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負荷段停留時間約為20~40min，以生物絮凝吸附作用為主，同時發(fā)生不完全氧化反應，去除BOD達50%以上。B段與常規(guī)活性污泥法相識，負荷較低。AB法中A段效率很高，并有較強的緩沖實力。B段起到出水把關作用，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。尤其在采納污泥消化和沼氣利用工藝時，優(yōu)勢最為明顯。但是，AB法污泥產量較大，A段污泥有機物含量極高，因此必需添加污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理，這樣就將增加肯定的投資和費用。另外，由于A段去除了較多的BOD，造成了碳源不足，難以實現(xiàn)脫氮工藝的要求。對于污水濃度低的場合，B段也比較困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢?？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，一般不宜采納。（5）SBR法。SBR法是歇式活性污泥法的簡稱，是一種依據肯定的時間依次間歇式操作的污水生物處理技術，也是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥工業(yè)污水處理技術，又稱序批式活性污泥法。其反應機理與去除污染物的機理與傳統(tǒng)的活性污泥法基本相同，只是運行操作方式不盡相同。SBR法與傳統(tǒng)的水處理工藝的最大區(qū)分在于它是以時間依次來分割流程各單元，以時間分割操作代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應代替生化反應，靜置志向沉淀代替動態(tài)沉淀等。整個過程對于單個操作單元而言是間歇進行的，但是通過多個單元組合調度后又是連續(xù)的，在運行上實現(xiàn)了有序和間歇操作相結合。2.3本設計系統(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水系統(tǒng)通過粗格柵和清污機進行初步解除大塊雜質物體，到達除砂池中。在除砂池系統(tǒng)中細格柵和轉鼓清污機進一步凈化污水中的細小顆粒物體，將污水中的細小沙粒濾除后進入氧化溝反應池。在該氧化溝系統(tǒng)中進行生化處理，分解污水中的有害物質，此環(huán)節(jié)用到一些化學藥劑來加強處理效果，如復合堿、氯氣、油絮凝劑等。對污水進行除油、消毒、調整PH值。同時在該系統(tǒng)中設置有溶解氧儀超聲波檢測器，通過它對污水中的含氧量進行檢測，依據其反饋到PLC的值來限制曝氣機變頻器的運行，變更污水中溶解氧的含量。潛水攪拌機的作用是推動水流，使氧化溝的污水和活性污泥處于猛烈攪拌充分混合接觸，使生化反應更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。經處理的污水進入沉淀池中，在刮泥機的作用下進行物理沉淀，為了加強沉淀效果，同時加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的猛烈吸附架橋作用更加簡潔沉降。污水經沉淀池處理最終到達脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機作用下進行脫水處理后排出清水。2.3工業(yè)污水處理系統(tǒng)限制形式早期的限制系統(tǒng)多采納繼電器——接觸器限制系統(tǒng)，但隨著電子技術的飛速發(fā)展，限制要求的不斷提高，該類限制方法已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)污水處理系統(tǒng)的限制要求，因此已漸漸被淘汰，取而代之的是DCS、現(xiàn)場總線限制、PLC等限制方。（1）DCS系統(tǒng)。DCS是集散限制系統(tǒng)的簡稱，又稱為分布式計算機限制系統(tǒng)，是由計算機技術、信號處理技術、測量限制技術、通信網絡技術等相互滲透形成的。由計算機和現(xiàn)場終端組成，通過網絡將現(xiàn)場限制站、檢測站和操作站、限制站等連接起來，完成分散限制和集中操作、管理的功能，主要是用于各類生產過程，可提高生產自動化水平和管理水平，其主要特點如下：采納分級分布式限制，削減了系統(tǒng)的信息傳輸量，使系統(tǒng)應用程序比較簡潔。實現(xiàn)了真正的分散限制，使系統(tǒng)的危急性分散，牢靠性提高。擴展實力較強。軟硬件資源豐富，可適應各種要求。實時性好，響應快。（2）現(xiàn)場總線限制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線限制系統(tǒng)是由DCS和PLC發(fā)展而來的，是基于現(xiàn)場總線的自動限制系統(tǒng)。該系統(tǒng)依據公開、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設備之間，以與智能設備與計算機之間進行數(shù)據傳輸和交換，從而實現(xiàn)限制與管理一體化的自動限制系統(tǒng)，其優(yōu)點：可以用計算機豐富的軟件、硬件資源。響應快，實時性好。通信協(xié)議公開，不同產品可互連。（3）PLC系統(tǒng)。PLC是可編程邏輯限制器的簡稱，用它作為處理系統(tǒng)的限制器，實現(xiàn)限制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計算機作為其上位機，通過網絡連接PLC，對生產過程進行實時監(jiān)控，其特點如下：編程便利，開發(fā)周期短，維護簡潔。通用性強，運用便利。限制功能強。模塊化結構，擴展實力強。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，將城市中解除的污水通過該系統(tǒng)處理后，輸出符合國家標準的水質。長期以來，工業(yè)污水處理技術雖然經過了快速發(fā)展，但仍滯后于城市發(fā)展的須要，工業(yè)污水處理率低、設備運轉率低等極大地影響了城市發(fā)展。為實現(xiàn)工業(yè)污水處理技術的簡易、高效、低能耗的功能，并且實現(xiàn)自動化的限制過程，采納PLC作為核心限制器是個較好的方案。PLC作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的限制系統(tǒng)使得設計過程變得更加簡潔，可實現(xiàn)的功能變得更多。與各類人機界面的通信可完成PLC限制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時運用戶可通過操作界面功能限制PLC系統(tǒng)。由于PLC的CPU強大的網絡通信實力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據傳輸與通信變得可能，并且也可實現(xiàn)其遠程監(jiān)控。利用PLC作為限制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉與兩個方面：一是信號輸入；二是限制輸出信號。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與四類信號的監(jiān)測，主要包括：按鈕的輸入檢測、液位差的輸入檢測、液位凹凸的輸入檢測，以與曝氣池中含氧量的輸入檢測。（1）按鈕輸入檢測。大多數(shù)為人工方式限制的輸入檢測，主要有自動按鈕、手動按鈕、格柵機啟動按鈕、清污機啟動按鈕、潛水泵啟動按鈕、潛水攪拌機啟動按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機工頻、變頻按鈕，以與變頻加速減速按鈕等。（2）液位差輸入檢測。檢測粗細格柵兩側液位差，用來限制清污機的啟動與停止。（3）液位凹凸輸入檢測。檢測進水泵房和污泥回流泵房中液位的凹凸，用來限制潛水泵或污泥回流泵的啟動和停止，以與投入運行的潛水泵的數(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)，為了保證微生物所須要的氧氣，必需檢測污水中的含氧量，并通過曝氣機增加或削減其含氧量。通過將溶解氧儀設置在適當位置上，將檢測值反饋到PLC中，通過運算輸出限制曝氣機的轉速信號。當溶解氧值偏低時，降低了微生物分解的效果，延長了處理時間，嚴峻時甚至導致處理失效，因此須要增加曝氣機轉速以增加供氧量；當溶解氧值偏高時，導致微生物過氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機轉速以削減供氧量，最終使污水中的溶解氧保持在肯定的范圍內。2.4.2限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，即各類設備的接觸器；另外一個是模擬量輸出，用來限制曝氣機變頻器。（1）數(shù)字量輸出。限制各類設備的啟動和停止，包括：格柵機啟停、清污機啟停、潛水泵啟停、潛水攪拌器啟停、污泥回流泵等設備。（2）模擬量輸出通過PLC中PID運算后的數(shù)據，通過其功能模塊輸出限制信號，該限制信號輸入到變頻器的限制端子上，變更變頻器的輸出頻率，從而限制曝氣機的轉速，最終達到限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)，其結構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，對于不同的結構，其配套的設備也有較大的不同，所以其結構比較困難，不同的結構對應不同的限制系統(tǒng)，因此須要依據不同的結構特點設計相應的限制系統(tǒng)。3.1主要組成部分工業(yè)污水處理系統(tǒng)的結構比較困難，設備較多，在氧化溝中其限制過程與原理大致相同，都是通過限制曝氣機的轉速來調整污水中的含氧量，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）進水系統(tǒng)。進水系統(tǒng)主要有進水管道和進水泵房組成，進水管道主要由粗格柵機和清污機組成，進水泵房主要有兩臺潛水泵組成。進水管道的主要功能是將污水中的大塊物體解除，其中的粗格柵是依據程序設定的時間進行間歇工作，而清污機的運行和停止是依據粗格柵兩側的液位差來確定的，當液位差超過某個值時，啟動清污機；當液位差小于某個值時停止清污機的運行。進水泵房中的潛水泵運行與停止是通過安裝在泵房內的液位傳感器來確定的，當液位較低時只啟動一臺潛水泵，當液位較高時啟動兩臺潛水泵，若液位持續(xù)上升時，則輸出報警以示意有故障發(fā)生。

(2）除砂系統(tǒng)。除砂系統(tǒng)主要由細格柵系統(tǒng)和沉砂池組成，細格柵系統(tǒng)是由細格柵機和轉鼓清污機組成，沉砂池的主要設備是分別機。細格柵系統(tǒng)的主要功能是進一步凈化污水中的顆粒物體，將污水中細小的沙粒濾除，其中的細格柵機是依據程序設定時間進行間歇工作，而轉鼓清污機的運行和停止則依據細格柵兩側的液位差來確定，當液位差超過某個值時，啟動清污機；當液位差小于某個值時停止清污機的運行，這和粗格柵系統(tǒng)的運行方式一樣。沉砂池中分別機的運行和后續(xù)處理中的轉碟曝氣機的運行同步，即啟動轉碟曝氣機的時候同時啟動分別機，對沉砂池中的沙粒進行解除。(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)，因此限制量較多，限制過程叫困難，包括轉碟曝氣機和潛水攪拌機，污水回流系統(tǒng)主要有污泥回流泵構成。氧化溝的功能是對污水進行生化處理，分解污水中的有害物質，使其達到肯定的水質標準，其中是轉碟曝氣機是關鍵設備，在氧化溝中設置有溶解氧儀對污水中的含氧量進行檢測，依據其反饋到PLC的值來限制曝氣機變頻器的運行，變更污水中溶解氧的含量。潛水攪拌機的作用是推動水流，同時使氧化溝的污水和活性污泥處于猛烈的攪拌狀態(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運用過的污泥進行處理，該設備的運行與停止主要依據泵房內液位傳感器的狀態(tài)，當液位低于某個值時停止回流泵的運行；當液位持續(xù)高于某個高位時，回流泵停止運行同時輸出報警信號；液位處于正常狀態(tài)時，回流泵正常運行。(4）沉淀系統(tǒng)。沉淀系統(tǒng)主要設備為刮泥機，其功能是對進行氧化溝處理后的污水進行物理沉淀，將污泥和清水分別，刮泥機在整個系統(tǒng)啟動后就起先持續(xù)運行。在該系統(tǒng)中用到肯定化學藥劑主要包括混凝劑、絮凝劑、復合堿等，主要用來調整改善混凝條件與絮凝體結構，利用高分子助凝劑的猛烈吸附架橋作用，使細小松散的絮凝體變的粗大而緊密，簡潔發(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，其主要功能是對氧化池中處理過污水的活性污泥進行脫水處理，由于對污水進行處理后，活性污泥中有新的微生物與其他雜質，因此須要先對活性污泥添加肯定量的藥物，便于污泥脫水。離心式脫水機主要有聚合物泵、污泥機和切割機構成，以上設備依據依次限制的方式啟動，依次啟動聚合物泵、污泥機和切割機，完成對污泥的脫水處理。3.2電氣限制系統(tǒng)電氣限制系統(tǒng)主要包括操作面板、顯示面板、電氣限制柜等單元。由于在該系統(tǒng)中須要檢測較多的數(shù)字輸入量，并且還要檢測模擬量的輸入，依據設定的程序進行數(shù)據處理后，輸出限制信號，因此系統(tǒng)的限制邏輯與時序就須要嚴格照檢測信號的輸入進行限制。(1）操作面板。操作面板主要包括手動、自動、各類設備的啟動按鈕等。(2）顯示面板。顯示面板由于要顯示較多的數(shù)據，因此一般采納觸摸屏或者人機界面。(3）電氣限制柜。電氣限制柜是電氣限制的核心設備，主要包括變頻器、各類傳感器的輸入信號、PLC與其擴展模塊等。3.3工業(yè)污水處理系統(tǒng)的工作原理3.3.1限制系統(tǒng)總體框圖工業(yè)污水處理系統(tǒng)的電氣限制系統(tǒng)總框圖如圖4-2所示，PLC為核心限制器，通過檢測操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，以與相關模擬量的輸入，完成相關設備的運行、停止和調速限制。3-2電氣限制系統(tǒng)框圖3.3.2工作過程在手動狀態(tài)下，各類設備的限制是依據操作面板上的按鈕輸入來限制，無邏輯限制，即可不依據傳感器的狀態(tài)進行限制。在自動方式下進行閉環(huán)限制，系統(tǒng)依據檢測到外部傳感器的狀態(tài)對設備進行啟停限制，其工作過程如下。(1）接通電源，啟動自動限制方式，啟動潛水攪拌器和刮泥機。(2）運行粗、細格柵機，進行間歇運行，即運行一段時間然后停止一段時間，循環(huán)進行。(3）依據反饋回來的液位差狀態(tài)限制清污機的運行與停止。(4）進水泵房中的潛水泵依據液面凹凸進行運行、停止與運行數(shù)量的限制。(5）轉碟曝氣機依據溶解氧儀反饋的模擬量經PLC運算后進行限制，同時限制分別機的運行與停止。(6）污泥回流泵的運行與停止依據液面的凹凸進行限制。(7）在污泥脫水系統(tǒng)中，離心式脫水機的啟動采納依次限制方式，依次啟動其設備。3.3.3工業(yè)污水處理系統(tǒng)主電路設計圖3-3為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主電路圖的部分圖。三臺電機分別為潛水泵電機（M1）、清污機電機（M2）、轉碟曝氣機電機（M3）。接觸器KM3、KM2、KM6分別限制M1、M2、M3的工頻運行；接觸器KM5、KM9分別限制M1、M3的變頻運行；FR1、FR2、FR3分別為三臺電機過載愛護用的熱繼電器；QF1、主電路的空氣開關；FU1為主電路的熔斷器。選用的MM430變頻器是用來限制電機M1、M3變頻運行的。圖3-3工業(yè)污水處理系統(tǒng)部分主電路圖

3.4PLC選型依據工業(yè)污水處理系統(tǒng)的電氣限制系統(tǒng)的功能要求，以與其困難程度，從經濟性、牢靠性等方面來考慮，選擇西門子S7—200系列PLC作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的電氣限制系統(tǒng)的限制主機。由于工業(yè)污水處理電氣限制系統(tǒng)涉與較多的輸入輸出端口，其限制過程相對困難，因此采納CPU226作為該限制系統(tǒng)的主機。CPU226在工業(yè)污水處理系統(tǒng)中運用的數(shù)字量輸入點和輸出點都比較多，因此除了PLC主機自帶的I/O外，還須要擴展肯定數(shù)量的I/O擴展模塊。在此采納EM223輸入/輸出混合擴展模塊。8點DC輸入8點輸出型。正好可以滿足限制系統(tǒng)的I/O需求。在該系統(tǒng)中，還須要采集模擬量并利用模擬量限制的功能要求，因此須要在擴展一個模擬量輸入輸出擴展模塊。西門子公司特地為S7—200系列PLC配置了模擬量輸入輸出模塊EM235，該模塊具有較高的辨別率和較強的輸出驅動實力，可滿足限制系統(tǒng)的功能要求。3.5PLC的I/O資源配置依據系統(tǒng)的功能要求，對PLC的I/O進行配置，具體安排如下表。3.5.1數(shù)字量輸入部分表3-4數(shù)字輸入量地址安排輸入地址輸入設備輸入地址輸入設備I0.0急停I1.4手動刮泥機啟動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手動分別式脫水機啟動I0.3自動啟動確認I1.7手動污泥泵啟動I0.4手動粗格柵機啟動I2.0手動轉碟曝氣機加速I0.5手動清污機啟動I2.1手動轉碟曝氣機削減I0.6手動潛水泵啟動I2.2粗格柵液位差計I0.7手動細格柵機啟動I2.3細格柵液位差計I1.0手動分別機啟動I2.4進水泵房液面高位傳感器I1.1手動轉碟曝氣機工頻啟動I2.5進水泵房液面低位傳感器I1.2手動轉碟曝氣機變頻啟動I2.6污泥回流泵液面高位傳感器I1.3手動潛水攪拌機啟動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)字輸出量地址安排輸出地址輸出設備輸出地址輸出設備Q0.0粗格柵機接觸器Q0.7潛水攪拌機接觸器Q0.1清污機接觸器Q1.0刮泥機接觸器Q0.2潛水泵接觸器Q1.1污泥回流泵接觸器Q0.3細格柵機接觸器Q1.2離心式脫水機接觸器Q0.4分別機接觸器Q1.3潛水泵報警Q0.5轉碟曝氣機工頻接觸器Q1.4污泥回流泵報警Q0.6轉碟曝氣機變頻接觸器3.5.3模擬量輸入部分由于須要采集一個溶氧儀所反饋的數(shù)據，因此擴展了一個模擬量輸入輸出模塊，具體I/O安排，如下表3-6所示。表3-6模擬量輸入地址安排輸入地址輸入設備AIW0溶解氧儀3.5.4模擬量輸出部分在此限制系統(tǒng)中須要將采集回來的模擬量進行數(shù)據處理，然后，通過模擬輸出口對變頻器進行限制，進行限制其他設備的運行，如下表3-7所示。表3-7模擬量輸出地址安排輸出地址輸出設備AQW0經PID運算輸出依據限制系統(tǒng)的功能要求，設計出工業(yè)污水處理限制系統(tǒng)的硬件連線圖如圖3-8所示，此限制面板上的手動限制部分主要在調試系統(tǒng)時運用，調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)的限制功能除了須要PLC主機與其擴展模塊之外，還須要各種傳感器、接觸器和變頻器等儀器設備。3.6.1接觸器選型在限制系統(tǒng)中，全部設備是依據限制面板上的按鈕狀況或者依據傳感器的反饋值進行動作的，因此須要PLC依據當前的工作狀況，以與按鈕的狀況來限制全部設備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機接觸器、清污機接觸器、潛水泵接觸器、分別機接觸器、轉碟曝氣機接觸器、潛水攪拌機接觸器、刮泥機接觸器等。為此該系統(tǒng)選用施耐德LC1-D0901M5C溝通接觸，其額定電壓220V,額定電流9A。其特點有：高標準：符合IEC60947-4-1和GB14048.4標準。長壽命：機械壽命高達2000萬次；電壽命高達200萬次。強適應性：“TH”防護處理，可以在濕熱的環(huán)境中運用。寬電壓：線圈限制電壓在70%-120%Uc之間波動，不影響產品正常工作。強通用性：具有50Hz-60Hz通用線圈，可以全世界通用。模塊化：產品本體上可以附加協(xié)助觸頭，通電/斷電延時觸頭，機械閉鎖等模塊。也可以很便利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)的溝通電變換成頻率連續(xù)可調的三相溝通電源。變頻器的輸入端接至頻率固定的三相溝通電，輸出端輸出的是頻率在肯定范圍內連續(xù)可調的三相溝通電。變頻器主要分為間接變頻和干脆變頻兩大類，而間接變頻又依據中間直流環(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。相控整流器將溝通電壓整流為可控的直流電壓，經濾波由電容Cd輸出直流電壓Vd，逆變器將直流Ud變換成頻率可調的溝通電源供應電機進行變頻調速。由于中間直流環(huán)節(jié)是Cd低阻抗輸出相當于是恒壓源，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)是高阻抗輸出相當于電流源，故稱電流型。3.6.3變頻與變壓(VVVF)原理當在實際利用變頻器調整電機轉速的過程中，當頻率f下降時，定子繞組的反電動勢E有所下降，定子電流增大，但是轉子側的負載并未增加，故轉子段電流不變，依據電流平衡方程可知，勵磁電流比增大，因而磁通φm增大。φm增加將導致鐵芯的飽和，進而引起勵磁電流波形的畸變，這是不希望的結果，因此希望φm可以保持基本不變。要實現(xiàn)這個目標，只要在變頻過程中使變頻器輸出電壓Ul/f=const，則磁通φm可保持基本不變。因此變頻的同時也要變壓，常用VVVF表示。VVVF實施的基本方法包括：脈幅調制(PAM)和脈寬調制(PWM)。（1）脈幅調制(PAM)實現(xiàn)方法就是調整頻率的同時，也變更直流電壓的振幅值。PAM須要同時調整兩個部分：整流部分和逆變部分，兩者之間還必需滿足肯定的關系，故限制電路比較困難，因此比較少用。（2）脈寬調制(PWM)實現(xiàn)方法就是在每半個周期內，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Υ=tl/(t2+tl)。這時電壓的平均值和占空比成正比，所以在調整頻率時，不變更直流電壓的幅值，而是變更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只需限制逆變電路便可實現(xiàn)，與PAM相比電路簡化了很多，因此在變頻調速中比較常用。3.6.4變頻調速的基本原理（1）異步電動機的等效變換圖3-9異步電動機的等效變換異步電動機的電磁轉矩公式：（4.1）（4.1）其中：P為旋轉磁場的磁極對數(shù)，S為轉差率。（2）變頻調速的原理異步電動機的電磁轉矩是由定子主磁通和轉子電流相互作用產生。異步電動機的定子主磁通是以肯定的轉速旋轉，旋轉磁場實際是三個交變磁場合成的結果。旋轉磁場的轉速n0=60f/p，其中f是電流頻率，P是旋轉磁場的磁極對數(shù)。產生轉子電流的必要條件是轉子繞組切割定子磁場的磁力線。因此轉子的轉速n1必需低于定子磁場的轉速n0(即所謂的“異步”)。兩者之間的差異可由轉差率表示，轉差率s=(n0-n1)/n0依據n0=60f/p可知，當頻率f連續(xù)可調時，電動機的同步轉速n0也連續(xù)可調，而異步電機的轉子轉速n1，總是比同步轉速略低一點，所以當n1連續(xù)可調時，n1也是連續(xù)可調。設變頻后的頻率為fx，電壓為Ux，電動機的額定相電壓和頻率為UN和fN，則有：＝（4.2）＝（4.3）其中kf為頻率可調比，ku為電壓可調比。將上述兩個公式代入異步電動機的電磁轉矩公式可得變頻后的轉矩公式：（4.4））]（4.4））]其中：sx為頻率為fx時的轉差率。在變頻器正常工作狀況下，即kf＝km<1時的機械特性如圖3-10所示。圖3-10kf＝km<1時的機械特性由圖4-2可知隨著f的下降，臨界轉矩Tkx漸漸削減，電動機的帶負載實力也隨之下降。這無疑給變頻調速帶來了瑕點。而針對這種想象一般要實行電壓補償法。新系列的變頻器一般都供應了設置自動轉矩補償功能。變頻器可以依據電流的大小自動地確定補償?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（0~20mA），2個模擬輸入：AIN1：0~10V，0~20mA和–10至+10V；AIN2：0~10V，0~20mA，6個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為NPN/PNP接線。它是一種風機水泵負載專用變頻器，能適用于各種變速驅動系統(tǒng)，尤其是適用于工業(yè)部門的水泵和風機。該型變頻器，具有能源利用率高的特點，優(yōu)化了部分結構與功能，便于工作人員進行操作，實現(xiàn)功能強。它們具有很高的運行牢靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調制的開關頻率是可選的，因而降低了電動機運行的噪聲。全面而完善的愛護功能為變頻器和電動機供應了良好的愛護。3.6.6變頻器參數(shù)設置該工業(yè)污水處理系統(tǒng)中的MM430變頻器是一種風機水泵負載專用變頻器，能適用于各種變速驅動系統(tǒng)，尤其適合用于工業(yè)部門的水泵和風機。該變頻器，具有能源利用率高的特點，優(yōu)化了部分結構與功能，便于工作人員進行操作，實現(xiàn)其限制功能。在此限制系統(tǒng)中，須要對變頻器進行通信限制，因此需先對變頻器的參數(shù)進行設置，主要對一下幾個參數(shù)進行調整，如表3-11所示。表3-11變頻器參數(shù)設置表參數(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可用于可變轉矩負載P201069600baudP20111USS地址P0300依據具體電動機設置電動機類型P0304依據具體電動機設置電動機額定電壓P0305依據具體電動機設置電動機額定電流P0310依據具體電動機設置電動機額定頻率P0311依據具體電動機設置電動機額定轉速3.6.7電動機的選型在該工業(yè)污水處理系統(tǒng)中須要用到很多電機，Y2系列三相異步電機是專為歐洲市場設計的三相異步電動機、電機出線盒置于電機機殼頂部、整機結構緊湊、外形美觀大方，安裝尺寸符合IEC標準，具有高效、節(jié)能、起動轉矩大，運用維護便利等特點。主要性能有：絕緣等級：F；防護等級：IP54或IP55；電壓：380V或415V；頻率：50Hz或60Hz；冷卻方式：IC411。Y2系列電動機有兩種設計，一種是適用于一般機械配套和出口須要，在輕載時有較高效率，在實際運行中有較佳節(jié)能效果，且具有較高堵轉轉矩，此設計稱為Y2-Y系列。中心高63～355mm，功率從0.12~315kW。電動機符合JB/T8680.1-1998Y2系列(1P54)三相異步電動機（機座號63～355）技術條件。型號含義：如Y2-200L1-2Y：“Y2”表示異步電動機其次次改型設計，“200”表示中心高，“L”表示機座長短號，“1”表示鐵心長度序號，“2”表示極數(shù)，“Y”表示第一種設計（可省略）。第2種設計是滿載時有較高效率，更適用于長期運行和負載率較高的運用場合，如水泵、風機配套，此設計稱為Y2-E系列，中心高80～280mm，功率從0.55～90kW。電動機符合JB/T8680.2-1998Y2系列(1P54)三相異步電動機（機座號80～280）技術條件。型號含義：如Y2-200L2-6E：“Y2”表示異步電動機其次次改型設計，“200”表示中心高，“L”表示機座長短號，“2”表示鐵心長度序號，“6”表示極數(shù)，“E”表示其次種設計。依據上述分析，選擇Y2-200L2-6E即可滿足要求。3.6.8液位差計對格柵機的清污機進行限制，須要監(jiān)測格柵機兩側的液面差，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、細格柵各安裝了一臺超聲波液位差計，通過格柵機前后的液位差來反映格柵機堵塞程度，并傳輸?shù)絇LC限制器，進行分析計算。當液位差超過預設值后，系統(tǒng)限制清污機運行，清除大顆粒的污染物質，保障污水流淌暢通；在液位差未超過設定值時，清污機處于停止狀態(tài)，這樣就可以大大削減設備損耗。超聲波液位差計精度較高，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4～20mA模擬信號輸出、RS-485通信口輸出，可依據須要的信號選擇輸出，作為PLC的輸入信號。該系統(tǒng)選用的超聲波液位差計型號：XL60-YI4000。工作溫度：-20~60℃，工作電壓：AC220V或DC24V，工作壓力：常壓，差值精度：±3mm或0.3％FS（取其較大者），重復精度：1‰，辨別率：1mm，方向角：4°/6°（全角），工作頻率：13KHz~40KHz（因型號規(guī)格而不同），信號輸出：RS-485、Modbus、標準的4-20mA電流信號和多路開關量輸出。采納先進的嵌入式微處理技術，使其測控儀器達到了高度的數(shù)字化和智能化。它集超聲波傳感器、溫度補償電路、運算主機為一體的非接觸式液位差測量儀器。超聲波液位差計具有精度高，壽命長，穩(wěn)定牢靠，安裝維護便利等特點。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，是檢測水質和環(huán)境污染程度的主要指標。用傳統(tǒng)的化學方法（如碘量滴定法）測定溶解液中的溶解氧是很費時的，且成本很高，不能連續(xù)測量，而用滴汞電極（DME）的極譜分析最為簡潔。但是DME的一些特殊性又影響了它在現(xiàn)場工作中的應用。金與鉑電極能克服DME遇到的某些困難，但在一些生物介質中就失效。為了消退上述困難，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與無機溶質的原理，愛護電極不與這類還原物質緊密接觸，從而使傳感器的靈敏度不受影響。當前用來測量水中溶解氧濃度最常用的儀器就是電化學傳感器（例如Clark傳感器）。它是依據電池原理而設計的，本身就是個電池，不須要外加電壓，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，當兩輸出端接上負載電路時，氧在陰極表面上發(fā)生還原反應。對結構和透氧膜確定的傳感器而言，在肯定溫度下，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：（-1.999~19.999）pHmV：±1999.9mV，溶解氧：（0~40.00）mg/L(ppm)；（0~200.0）%溫度：（-10~110）℃精確度：pH：±0.002pHmV：±0.03%FS溶解氧：±0.10mg/L溫度：±0.4℃，自動溫度補償：pH：（0~100）℃溶解氧：（0~45）℃，其他參數(shù)：數(shù)據儲存：900組，通訊接口：RS232，電源：DC9V/300mA。其特點是高精度的pH+溶解氧雙參數(shù)儀表。配用2503型pH電極，可用于離子強度較低、渾濁液體和膠體溶液的測量。可設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)運用。新型的溶氧電極有鹽度測試功能，自動實現(xiàn)鹽度補償和溫度補償；儀器內置氣壓傳感器，自動實現(xiàn)氣壓補償。極譜型溶氧電極，極化時間短，響應快，測量精確。

4軟件系統(tǒng)設計采納西門子公司為S7—200系列PLC開發(fā)的STEP7—Micro/WIN32作為編程軟件，上面介紹了工業(yè)污水處理限制系統(tǒng)的結構、工作原理和電氣限制部分的結構，硬件結構的總體設計基本完成后，就要起先軟件部分的設計，依據限制系統(tǒng)的限制要求和硬件部分的設計狀況與PLC限制系統(tǒng)I/O的安排狀況，進行軟件編程設計。在軟件的設計中，首先依據須要實現(xiàn)的功能要求做出流程框圖，其次依據不同功能編寫不同功能模塊，這樣寫出的程序條例清楚，既便利編寫，也便于調試。4.1總體流程設計依據系統(tǒng)的限制要求，限制過程可以分為手動限制功能和自動運行功能。在手動限制模式下，每個設備可以單獨運行，以測試設備的性能，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，可單獨調試每個設備的運行，如圖5-2所示。在此模式下，可以通過按鈕對格柵機、清污機、轉碟曝氣機、刮泥機，以與各類泵進行限制，對于轉碟曝氣機的限制，可以通過按鈕增大或減小變頻器的頻率來變更其速度，以檢測調試性能。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，按下自動啟動確認后系統(tǒng)運行，系統(tǒng)起先工作，其工作過程包括以下幾個方面。（1）系統(tǒng)上電后，按下自動啟動確認按鈕，啟動潛水攪拌器和刮泥機。（2）啟動粗格柵系統(tǒng)。（3）啟動潛水泵。（4）啟動細格柵系統(tǒng)。（5）啟動曝氣沉砂系統(tǒng)。（6）啟動污泥回流系統(tǒng)。（7）啟動污泥脫水系統(tǒng)。以上工作過程并不是依次限制方式，而是依據PLC檢測到傳感器狀態(tài)進行啟動如圖4-3所示。圖4-3自動操作模式流程圖在自動限制模式流程圖中，調用了各個限制系統(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。以與污泥脫水系統(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)程序主要限制粗格柵機和清污機的運行，其工作過程包括以下幾個方面。（1）自動過程起先啟動粗格柵機，定時20min。（2）定時到，停止運行粗格柵機2h。（3）2h定時到，運行粗格柵機20min，循環(huán)進行。（4）同時檢查液面差，若超過設定值則啟動清污機。（5）液面差值低于設定值，停止清污機運行。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限制潛水泵的運行和停止，其工作過程包括以下幾個方面：（1）自動過程起先啟動潛水泵。（2）檢測液面高度，低于最低位傳感器時，起先定時防止誤判。（3）定時到后，若仍低于最低位傳感器，則停止?jié)撍眠\行，否則潛水泵接著運行。（4）檢測液面處于中位和高位傳感器之間時，起先定時防止誤判。（5）定時到后，若液面仍持續(xù)處于高位傳感器，則輸出報警信號。潛水泵工作流程圖如圖4-5所示。圖4-5潛水泵工作流程圖細格柵系統(tǒng)程序與粗格柵系統(tǒng)程序相像，主要限制細格柵機和轉鼓清污機的運行，其工作過程包括以下幾個方面：（1）自動過程起先，啟動細格柵機，定時20min。（2）定時到，停止運行細格柵機2h。（3）2h定時到，運行細格柵機20min，循環(huán)進行。（4）同時檢測液面差，若超過設定值則啟動轉鼓清污機。（5）液面差低于設定值，停止轉鼓清污機運行。圖4-6細格柵系統(tǒng)工作流程圖曝氣沉砂系統(tǒng)工作流程圖如圖4-7所示。4-7曝氣沉砂系統(tǒng)工作流程圖污泥回流系統(tǒng)程序主要限制污泥回流泵的運行和停止，其工作過程包括以下幾個方面。（1）自動過程起先首先檢測液面凹凸，若低于最低位傳感器，啟動定時。（2）定時到，若液面仍低于最低位傳感器則停止回流泵運行。（3）若液面處于最高位和最低位之間，啟動污泥回流泵。（4）若液面高于最高位傳感器時，啟動定時。（5）定時到，若液面仍處于最高位傳感器時，輸出報警信號。污泥回流系統(tǒng)工作流程圖如圖4-8所示。圖4-8污泥回流系統(tǒng)工作流程圖污泥脫水系統(tǒng)程序主要限制離心式脫水機，啟動定時。（1）自動過程起先首先啟動離心式脫水機，啟動定時。（2）定時到，啟動聚合物泵，啟動定時。（3）定時到，啟動污泥泵和切割機。污泥脫水系統(tǒng)工作流程圖如圖4-9所示。圖4-9污泥脫水系統(tǒng)工作流程圖在設計程序過程中，會用到很多中間繼電器、寄存器、定時器等軟元件，為了便于編程與修改，在程序編寫前應先列出可能用到的軟元件，如表4-10所示。表4-10軟元件設置元件意義內容備注M0.0系統(tǒng)停止標記On有效M0.1手動方式標記On有效M0.2自動方式標記On有效M0.3自動方式啟動標記On有效M1.1清污機運行標記On有效M2.3聚合物泵運行標記On有效M2.4污泥泵運行標記On有效M2.5切割機運行標記On有效M2.6粗格柵機停止標記On有效M2.7粗格柵機定時脈沖計數(shù)On有效M3.0進水泵房液面低于最低位On有效M3.2細格柵機停止標記On有效M3.3細格柵機定時脈沖計數(shù)On有效M3.4轉碟曝氣機變頻轉工頻運行標記On有效M3.7轉碟曝氣機變頻運行標記On有效M4.0回流泵房液面低于最低位標記On有效M4.1回流泵房液面高于最高位標記On有效C1粗格柵機2h定時中間計數(shù)器10C2細格柵機2h定時中間計數(shù)器10T33時鐘脈沖550msT37粗格柵機運行時間1200020minT38粗格柵機停止時間定時720012minT39進水泵房液面低于最低位定時202sT40進水泵房液面高于最高位定時202sT41細格柵機運行時間1200020minT42細格柵機停止時間定時720012minT43污泥回流泵房液面低于最低位定時202sT44污泥回流泵高于低位且低于高位定時202sT45污泥回流泵房液面高于最高位定時202sT46離心式脫水機與聚合物泵啟動間隔505sT47聚合物泵與污泥泵和切割機啟動間隔505sVD10變頻器速度寄存器VD20含氧量反饋值寄存器VD30變頻器速度寄存器VD100含氧量標準值寄存器VD102變頻器速度標準值寄存器100.0VD104USS-INIT指令執(zhí)行結果VD106USS-RPM-R錯誤狀態(tài)字節(jié)4.2曝氣過程限制的任務工業(yè)污水處理后的水質是否達到排放標準，其中生化需氧量（BOD）和化學需氧量（COD）是重要的水質指標。BOD是指在有氧條件下，降解有機物所需的氧量。COD是指在酸性條件下，用強氧化劑將有機物氧化成CO2、H2O所消耗的氧量。BOD的測定需費時5天，且測定結果易受多種因素影響，誤差較大。COD的檢測比較精確，但方法繁瑣，耗時約2小時。雖然有COD濃度在線檢測儀可以在線檢測，但仍存在滯后（30分鐘左右），測量結果嚴峻滯后于實際運行時間，不能與時反映實際狀況。另外，COD檢測儀的價格也較昂貴，增加了限制系統(tǒng)的成本。所以有必要找出簡潔、可行的限制參數(shù)。在好氧反應過程中，參加工業(yè)污水處理的是以好氧菌為主體的微生物，確定其處理效果的關鍵因素是反應池中溶解氧的含量。為了使微生物的活動最佳化，應當使供氧量與消耗的氧量相等，或稍大一些。假如供氧量少，處理的水質和污泥的活化就要降低假如供氧量過多，污泥的沉降性差，處理水質也差，另外也不經濟。由此可見，混合液中溶解氧濃度(DO)是好氧反應中一個重要的限制參數(shù)。假如限制曝氣設備的最佳溶解氧濃度，就能使處理水質優(yōu)化，也能節(jié)約動力費用，并且由于DO的在線檢測簡潔、牢靠，因此把DO作為工業(yè)污水處理過程的限制參數(shù)。4.3氯氣投加環(huán)節(jié)氯氣投加消毒效果的好壞與原水PH值、水溫、濁度和接觸時間有干脆的關系。人工進行加氯量限制，不僅對操作工人擔心全，而且投加量也難以精確限制。投加量少了，達不到殺菌消毒效果；投加量多了雖殺菌效果得到了保證，但水將呈氯臭味難以飲用，此外管道腐蝕將加劇，生產成本也上升。近年來，人工加氯漸漸被自動方式取代。氯氣投加系統(tǒng)具有大慣性、大滯后的特點，其過渡過程和純滯后時間均較長，并且系統(tǒng)的干擾因素較多，對這樣一個系統(tǒng)，運用一般的PID調整很難滿足限制要求。為了精確限制投加的氯量，運用模糊自整定PID參數(shù)限制器對氯氣投加系統(tǒng)進行自動限制。氯氣投加自動限制系統(tǒng)如圖4-11所示。圖4-11氯氣投加自控原理圖4.4絮凝劑投加環(huán)在污泥脫水過程中為增加沉淀效果，使污水中懸浮顆粒能夠形成具有良好沉淀性能的絮凝體，達到泥水充分分別的處理效果，需進行絮凝劑投加。其限制過程主要是通過污泥濃度、污水流量、絮凝劑濃度等因素限制來完成的。其PID調整的模糊限制過程與上述兩個非線性限制環(huán)節(jié)類似，具有大時滯、非線性的特點。由于混凝過程的困難性和多變性，混凝投藥的自動限制始終受到限制行業(yè)和污水行業(yè)專家的普遍關注。4.5PID限制對于工業(yè)限制過程,常規(guī)的PID限制器具有原理簡潔、運用便利、穩(wěn)定牢靠、無靜差等優(yōu)點，因此在限制理論和技術飛躍發(fā)展的今日，在工業(yè)限制領域仍具有強大的生命力。常規(guī)的PID限制器的描述如式（4.1）所示：nni=0Un=kpEn+ki∑Ei+KdECn（4.1）其中各參數(shù)代表的意義是：Un：限制器的輸出En：限制器偏差輸入ECn：系統(tǒng)誤差變更率kp：比例增益ki：積分增益kd：微分增益比例增益kp使限制器的輸入輸出成一一對應比例關系。一旦輸入輸出有偏差，比例作用會馬上產生限制作用，比例限制是用來調整系統(tǒng)的靜態(tài)增益的，它是基于偏差進行調整的，是有差調整。為了盡量減小偏差，同時也為了加快系統(tǒng)的響應速度，縮短系統(tǒng)的調整時間，須要增大kp值。但是因為kp值又受到系統(tǒng)穩(wěn)定性的限制，所以kp值不能隨意的增大。積分作用ki是為了消退靜差而引入的。然而，ki值的引入使得系統(tǒng)的響應的快速性下降，穩(wěn)定性變差。尤其在系統(tǒng)出現(xiàn)大偏差階段時，積分往往使得系統(tǒng)的響應出現(xiàn)過大的超調，從而使調整時間變長。微分作用kt的作用使之能夠依據偏差變更的趨勢作出反應，它加快了對偏差變更的反應速度，能夠有效地減小超調，縮小最大動態(tài)偏差。但是，同時又會使系統(tǒng)簡潔受到高頻干擾的影響。在實際的系統(tǒng)設計中只有合理地整定上述三個參數(shù)，才能獲得比較滿足的限制性能。在污水的自動限制中，混凝劑投加、氯氣投加和曝氣環(huán)節(jié)由于過程的困難性、多變性、非線性和大滯后的特點，采納的PID限制算法難以實現(xiàn)精確和高效的限制。為此在常規(guī)的PID限制基礎上，采納模糊推理的方法，對PID的限制參數(shù)進行在線自整定，從而完善PID限制器的性能，使其適應限制系統(tǒng)的參數(shù)變更和工作條。4.6PLC和變頻器通訊（1）USS通訊協(xié)議簡介USS協(xié)議（UniversalSerialInterfaceProtocol通用串行接口協(xié)議）是SIEMENS公司全部傳動產品的通用通訊協(xié)議，它是一種基于串行總線進行數(shù)據通訊的協(xié)議。USS協(xié)議是主-從結構的協(xié)議，規(guī)定了在USS總線上可以有一個主站和最多30個從站；總線上的每個從站都有一個站地址（在從站參數(shù)中設定），主站依靠它識別每個從站；每個從站也只對主站發(fā)來的報文做出響應并回送報文，從站之間不能干脆進行數(shù)據通訊。另外，還有一種廣播通訊方式，主站可以同時給全部從站發(fā)送報文，從站在接收到報文并做出相應的響應后可不回送報文。在運用USS協(xié)議之前，須要先安裝西門子的指令庫。USS協(xié)議指令在STEP7—MICRO/WIN32指令樹的庫文件夾中，STEP7—MICRO/WIN32指令庫供應14個子程序、3個中斷程序和8條指令來支持USS協(xié)議。調用一條指令時，將會自動地增加一個或幾個子程序。（2）USS通訊協(xié)議庫編程之前肯定要將USS協(xié)議庫添加進去，編程軟件默認安裝沒有USS協(xié)議庫的。USS_INIT指令：當EN輸入接通時，每一循環(huán)都執(zhí)行該指令。通過Mode輸入值可選擇不同的通訊協(xié)議：輸入值為1，指定Port0為USS協(xié)議并使能該協(xié)議；輸入值為0，指定Port0為PPI并且禁止USS協(xié)議。Baud設置波特率為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或115200。Active指示哪個驅動激活，有些驅動只支持地址0到30。5調試和運行結果工業(yè)污水處理廠自動限制系統(tǒng)設計、安裝完成后，進行系統(tǒng)的調試和試運行，確定符合實際進水水量和水質的各項限制參數(shù)，發(fā)覺并解決設備、儀表、程序、工藝等方面出現(xiàn)的問題，檢驗系統(tǒng)是否實現(xiàn)工藝設計目標，即出水各項指標達到設計要求。5.1硬件系統(tǒng)的調試依據系統(tǒng)設計要求將各硬件接線接好。調試過程首先檢查總供電與各設備供電是否正常，然后檢查設備的電氣限制是否正常，能否正常開機，各種閘閥能否正常開啟和關閉，檢查儀表與限制系統(tǒng)是否正常。在對系統(tǒng)進行必要的檢查后，起先具體調試。硬件功能調試主要是測試硬件的功能是否正常，這部分的調試內容包括：（1）供電線路的設置和檢驗，主要用萬用表檢測電路的連通是否實現(xiàn)，以與保證接線的正確性，防止220V與24V線路的錯位接線發(fā)生；（2）電機干脆加三相電源調試，檢測電機工作狀態(tài)；（3）變頻器單獨調試，檢測能否正常進行參數(shù)設置；（4）變頻器加電機進行調試，檢測能否正常進行變頻調速，在外部限制模式下，限制端子是否能正常限制電機啟動，調整電機轉速等