基于plc的工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的設計-預覽頁

　

【正文】 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，標志著我國 工業(yè)污水處理 事業(yè)發(fā)展到了一個嶄新的階段。至 70 年代末，美國投入了數(shù)千億美元興建了 18000 余座城市 工業(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。采用先進、實用的技術改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程中廣泛采用先進的自動控制技術，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)。所以水資源也是一種保護。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。超過洪澇災害。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 4 2 工業(yè)污水處理 控制系統(tǒng)總體介紹 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)。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。 雖然 BOD20。 常用的 工業(yè)污水處理 工藝 不同的 工業(yè)污水處理 對象，不同的 工業(yè)污水處理 環(huán)境，將需要有不同的 工業(yè)污水處理 工藝來處理。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。 圖 21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需要回流到曝氣池中。 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）。 其工藝流程圖如下： 圖 22 A/O法工藝流程圖 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 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 6 （ 3） A2/O 法。因此，在對除磷脫氮有特別要求的城市 工業(yè)污水處理 廠，一般首選 A2/O 工藝。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。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。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。其反應機理及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。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。潛水攪拌機的作用是推進水流，使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈攪拌充分混合接觸，使生化反應更加充分，以最大程度地 分解污水中的有害成分。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 8 （ 1） DCS 系統(tǒng)。擴展能力較強。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)。 （ 3） PLC 系統(tǒng)。模塊化結構，擴展能力強。 PLC 作為 工業(yè)污水處理 系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設計過程變得更加簡單，可實現(xiàn)的功能變得更多。 信號輸入 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 9 工業(yè)污水處理 系統(tǒng)信號輸入檢測方面主要涉及四類信號的監(jiān)測，主要包括：按鈕的輸入檢測、液位差的輸入檢測、液位高低的輸入檢測，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測。檢測粗細格柵兩側液位差，用 來控制清污機的啟動與停止。以上三種 都 為數(shù)字量輸入，該輸入為模擬量輸入。 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，即各類設備的接觸器；另外一個是模擬量輸出，用來控制曝氣機變頻器。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 10 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，所以其結構比較復雜，不同的結構對應不同的控制系統(tǒng)，因此需要根據(jù)不同的結構特點設計相應的控制系統(tǒng)。進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)程序設定的時間進行間歇工作，而清污機的運行和停止是根據(jù)粗格柵兩側的液位差來決定的，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。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，其中的細格柵機是根據(jù)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根據(jù)細格柵兩側的液位差來決定，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)的運行方式一致 。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，使其達到一定的水質標準，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，根據(jù)其反饋到 PLC 的值來控制曝氣機變頻器 的運行，改變污水中溶解氧的含量。 (4）沉淀系統(tǒng)。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及其他雜質，因此需要先對活性污泥添加一定量的藥物，便于污泥脫水。 (1）操作面板。 (3） 電氣控制 柜。在自動方式下進行閉環(huán) 控制，系統(tǒng)根據(jù)檢測到外部傳感器的狀態(tài)對設備進行啟?？刂?，其工作過程如下。 (4） 進水泵房中的潛水泵根據(jù)液面高低進行運行、停止及運行數(shù)量的控制。 工業(yè)污水處理系統(tǒng)主電路設計 圖 33為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主電路圖的部分圖。 圖 33工業(yè)污水處理 系統(tǒng) 部分 主電路 圖 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 14 PLC 選型 根據(jù) 工業(yè)污水處理 系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的功能要求，以及其復雜程度，從經濟性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子 S7— 200系列 PLC作為 工業(yè)污水處理 系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的控制主機。 8點 DC輸入 8點輸出型。 PLC 的 I/O 資源配置 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對 PLC 的 I/O 進行配置，具體分配如下表 。 圖 38工業(yè)污水處理 系統(tǒng) PLC硬件接線圖 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 17 其他資源配置 要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要 PLC 主 機及其擴展模塊之外，還需要各種傳感器、接觸器和變頻器等儀器設備。長壽命：機械壽命高達 2021 萬次；電壽命高達 200 萬次。模塊化：產品本體上可以附加輔助觸頭，通電 /斷電延時觸頭，機械閉鎖等模塊。 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。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φ m可保持基本不變。 PAM需要同時調節(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系，故控制電路比較復雜，因此比較少用。 （ 1） 異步電動機的等效變換 X 1 R 2R 1 X 2R mI OX mR 1U 1R LU 2 圖 39 異步電動機的等效變換 異步電動機的電磁轉矩公式： 2212 2 21 1 2 1 232 [ ( ) ( ) ]m p s r UT f s r r s x x?? ? ? ? （ ） 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 19 其中： P 為旋轉磁場的磁極對數(shù)， S為轉差率。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。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： 22212 2 21 2 1 232 [ ( ) ( ) ]um f N x x fp s r k UT k f s r r s k x x?? ? ? ? 其中： sx 為頻率為 fx 時的轉差率。而針對這種想象一般要 采取電壓補償法。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。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。 表 311 變頻器參數(shù)設置表 參數(shù)號 參數(shù)值 說明 P0005 21 顯示實際頻率 P0700 2 由端子排輸入 P1000 2 模擬輸入 P1300 2 可用于可變轉矩負載 P2021 6 9600baud P2021 1 USS 地址 P0300 根據(jù)具體電動機設置 電動機類型 P0304 根據(jù)具體電動機設置 電動機額定電壓 P0305 根據(jù)具體電動機設置 電動機額定電流 P0310 根據(jù)具體電動機設置 電動機額定頻率 P0311 根據(jù)具體電動機設置 電動機額定轉速 電動機的選型 在該 工業(yè)污水處理 系統(tǒng)中需要用到許多電機， Y2 系列三相異步電機 是專為西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 21 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，使用維護方便等特點。電動機符合JB/ Y2 系列 (1P54)三相異步電動機（機座號 63～ 355）技術條件。 型號含義：如 Y2200L26E：“ Y2”表示異步電動機第二次改型設計，“ 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”表示第二種設計。當液位差超過預設值后，系統(tǒng)控制清污機運行，清除大顆粒的污染物質，保障污水流動暢通；在液位差未超過設定值時，清污機處于停止狀態(tài)，這樣就可以大大減少設備損耗。3mm 或 ％ FS（取其較大者） ， 重復精度： 1‰ ， 分辨率： 1mm ， 方 向 角 ： 4176。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西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 22 測量儀器。但是 DME 的一些特殊性又影響了它在現(xiàn)場工作中的應用。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）。 因此，測定電流即可知氧濃度。 pH mV：177。其特點是 高精度的 pH+溶解氧雙參數(shù)儀表。極譜型溶氧電極，極化時間短，響應快，測量準確。在手動控制模式下 ，每個設備可以單獨運行，以測試設備的性能，如圖 41 所示。 （ 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。 （ 5）啟動曝氣沉砂系統(tǒng)。 圖 43 自動操作模式流程圖 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 25 在自動控制模式流程圖中，調用了各個控制系統(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。 （ 2）定時到，停止運行粗格柵機 2h。 粗格柵系統(tǒng)工作流程圖如圖 44所示。 （ 4）檢測液面處于中位和高位傳感器之間時，開始定時防止誤判。 （ 2）定時到，停止運行細格柵機 2h。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 27 圖 46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 47所示 。 （ 3）若液面處于最高位和最低位之間，啟動污泥回流泵。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 29 圖 48污泥回流系統(tǒng)工作流程圖 污泥脫水系統(tǒng)程序主要控制離心式脫水機，啟動定時。 污泥脫水系統(tǒng)工作流程圖如圖 49所示。 COD 是指在酸性條件下，用強氧化劑將有機物氧化成 CO H2O所消耗的氧量。另外， COD檢測儀的價格也較昂貴，增加了控制系統(tǒng)的成本。如果供氧量少，處理的水質和污泥的活化就要降低如果供氧量過多，污泥的沉降性差，處理水質也差，另外也不經濟。 人工進行加氯量控制，不僅對操作工人不 安全，而且投加量也難以準確控制。為了精確控制投加的氯量，運用模糊自整定 PID參數(shù)控制器對氯氣投加系統(tǒng)進行自動控制。其 PID調節(jié)的模糊控制過程與上述兩個非線性控制環(huán)節(jié)類似，具有大時滯、非線性的特點。一旦輸入輸出有偏差 ， 比例作用會立即產生控制作用，比例控制是用來調節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)增益的，它是基于偏差進行調節(jié)的，是有差調節(jié)。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。在實際的系統(tǒng)設計中只有合理地整定上述三個參數(shù)，才能獲得比較滿意的控制性能。 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，從站之間不能直接進行數(shù)據(jù)通訊。調用一條指令時，將會自動地增加一個或幾個