基于PLC的污水处理系统

M2.3 M2.4 M2.5 M2.6 M2.7 M3.0 M3.2 M3.3 M3.4 M3.7 M4.0 M4.1 C1 C2 T33 T37 T38 T39 T40 T41 T42 T43 T44 T45 T46 T47 VD10 VD20 VD30 聚合物泵运行标志 污泥泵运行标志 切割机运行标志 粗格栅机停止标志 粗格栅机定时脉冲计数 进水泵房液面低于最低位 细格栅机停止标志 细格栅机定时脉冲计数 转碟曝气机变频转工频运行标志 转碟曝气机变频运行标志 回流泵房液面低于最低位标志 回流泵房液面高于最高位标志 粗格栅机2h定时中间计数器 细格栅机2h定时中间计数器 时钟脉冲 粗格栅机运行时间 粗格栅机停止时间定时 进水泵房液面低于最低位定时 进水泵房液面高于最高位定时 细格栅机运行时间 细格栅机停止时间定时 污泥回流泵房液面低于最低位定时 污泥回流泵高于低位且低于高位定时 污泥回流泵房液面高于最高位定时 离心式脱水机与聚合物泵启动间隔 聚合物泵与污泥泵和切割机启动间隔 变频器速度寄存器 含氧量反馈值寄存器 变频器速度寄存器 10 10 5 12000 7200 20 20 12000 7200 20 20 20 50 50 On有效 On有效 On有效 On有效 On有效 On有效 On有效 On有效 On有效 On有效 On有效 On有效 50ms 20min 12min 2s 2s 20min 12min 2s 2s 2s 5s 5s 100.0 VD100 含氧量标准值寄存器 VD102 变频器速度标准值寄存器 VD104 USS-INIT指令执行结果 VD106 USS-RPM-R错误状态字节 33

4.2曝气过程控制的任务

工业污水处理后的水质是否达到排放标准，其中生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）是重要的水质指标。BOD是指在有氧条件下，降解有机物所需的氧量。COD是指在酸性条件下，用强氧化剂将有机物氧化成CO2、H2O所消耗的氧量。BOD的测定需费时5天，且测定结果易受多种因素影响，误差较大。COD的检测比较精确，但方法繁琐，耗时约2小时。虽然有COD浓度在线检测仪可以在线检测，但仍存在滞后（30分钟左右），测量结果严重滞后于实际运行时间，不能及时反映实际情况。另外，COD检测仪的价格也较昂贵，增加了控制系统的成本。所以有必要找出简单、可行的控制参数。

在好氧反应过程中，参与工业污水处理的是以好氧菌为主体的微生物，决定其处理效果的关键因素是反应池中溶解氧的含量。为了使微生物的活动最佳化，应该使供氧量与消耗的氧量相等，或稍大一些。如果供氧量少，处理的水质和污泥的活化就要降低如果供氧量过多，污泥的沉降性差，处理水质也差，另外也不经济。由此可见，混合液中溶解氧浓度(DO)是好氧反应中一个重要的控制参数。如果控制曝气设备的最佳溶解氧浓度，就能使处理水质优化，也能节约动力费用，并且由于DO的在线检测简单、可靠，因此把DO作为工业污水处理过程的控制参数。

4.3氯气投加环节

氯气投加消毒效果的好坏与原水PH值、水温、浊度和接触时间有直接的关系。人工进行加氯量控制，不仅对操作工人不安全，而且投加量也难以准确控制。投加量少了，达不到杀菌消毒效果；投加量多了虽杀菌效果得到了保证，但水将呈氯臭味难以饮用，此外管道腐蚀将加剧，生产成本也上升。近年来，人工加氯逐渐被自动方式取代。

氯气投加系统具有大惯性、大滞后的特点，其过渡过程和纯滞后时间均较长，并且系统的干扰因素较多，对这样一个系统，使用一般的PID调节很难满足控制要求。为了精确控制投加的氯量，运用模糊自整定PID参数控制器对氯气投加系统进行自动控制。氯气投加自动控制系统如图4-11所示。

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图4-11氯气投加自控原理图

4.4絮凝剂投加环

在污泥脱水过程中为增加沉淀效果，使污水中悬浮颗粒能够形成具有良好沉淀性能的絮凝体，达到泥水充分分离的处理效果，需进行絮凝剂投加。其控制过程主要是通过污泥浓度、污水流量、絮凝剂浓度等因素控制来完成的。其PID调节的模糊控制过程与上述两个非线性控制环节类似，具有大时滞、非线性的特点。由于混凝过程的复杂性和多变性，混凝投药的自动控制一直受到控制行业和污水行业专家的普遍关注。

4.5 PID控制

对于工业控制过程, 常规的 PID 控制器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点，因此在控制理论和技术飞跃发展的今天，在工业控制领域仍具有强大的生命力。常规的PID控制器的描述如式（4.1）所示：

n

i ∑ E i+K d EC n （4.1） U n=kpEn+k

i=0

其中各参数代表的意义是： Un：控制器的输出 En：控制器偏差输入 ECn：系统误差变化率 kp：比例增益 ki：积分增益 kd：微分增益

比例增益kp使控制器的输入输出成一一对应比例关系。一旦输入输出有偏差，比例作用会立即产生控制作用，比例控制是用来调节系统的静态增益的，它

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是基于偏差进行调节的，是有差调节。为了尽量减小偏差，同时也为了加快系统的响应速度，缩短系统的调节时间，需要增大kp值。但是因为kp值又受到系统稳定性的限制，所以kp值不能任意的增大。积分作用ki是为了消除静差而引入的。然而，ki值的引入使得系统的响应的快速性下降，稳定性变差。尤其在系统出现大偏差阶段时，积分往往使得系统的响应出现过大的超调，从而使调节时间变长。微分作用kt的作用使之能够根据偏差变化的趋势作出反应，它加快了对偏差变化的反应速度，能够有效地减小超调，缩小最大动态偏差。但是，同时又会使系统容易受到高频干扰的影响。在实际的系统设计中只有合理地整定上述三个参数，才能获得比较满意的控制性能。在污水的自动控制中，混凝剂投加、氯气投加和曝气环节由于过程的复杂性、多变性、非线性和大滞后的特点，采用的PID控制算法难以实现准确和高效的控制。为此在常规的PID控制基础上，采用模糊推理的方法，对PID的控制参数进行在线自整定，从而完善PID控制器的性能，使其适应控制系统的参数变化和工作条。

4.6 PLC和变频器通讯

（1）USS通讯协议简介

USS协议（Universal Serial Interface Protocol 通用串行接口协议）是SIEMENS 公司所有传动产品的通用通讯协议，它是一种基于串行总线进行数据通讯的协议。USS协议是主-从结构的协议，规定了在USS 总线上可以有一个主站和最多30 个从站；总线上的每个从站都有一个站地址（在从站参数中设定），主站依靠它识别每个从站；每个从站也只对主站发来的报文做出响应并回送报文，从站之间不能直接进行数据通讯。另外，还有一种广播通讯方式，主站可以同时给所有从站发送报文，从站在接收到报文并做出相应的响应后可不回送报文。在使用USS协议之前，需要先安装西门子的指令库。USS协议指令在STEP7—MICRO/WIN32指令树的库文件夹中，STEP7—MICRO/WIN32指令库提供14个子程序、3个中断程序和8条指令来支持USS协议。调用一条指令时，将会自动地增加一个或几个子程序。

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