基于PLC的污水处理系统设计 张丽红
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4-4所示。
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。
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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控制器的描述如下所示：
U n=kpEn+ki∑Ei+KdECn i=0
n
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
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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。 （2）USS通讯协议库
编程之前一定要将USS协议库添加进去，编程软件默认安装没有USS协议库的。 USS_INIT指令：当EN输入接通时，每一循环都执行该指令。通过Mode输入值可选择不同的通讯协议：输入值为1，指定Port 0为USS协议并使能该协议；输入值为0，指定Port 0为PPI并且禁止USS协议。
Baud设置波特率为1200、2400、4800、 9600、19200、38400、57600或115200。
Active指示哪个驱动激活，有些驱动 只支持地址0到30。
五、系统调试
5.1硬件系统的调试
按照系统设计要求将各硬件接线接好。调试过程首先检查总供电及各设备供电是否正常，然后检查设备的电气控制是否正常，能否正常开机，各种闸阀能否正常开启和关闭，检查仪表及控制系统是否正常。在对系统进行必要的检查后，开始具体调试。
硬件功能调试主要是测试硬件的功能是否正常，这部分的调试内容包括： （1）供电线路的设置和检验，主要用万用表检测电路的连通是否实现，以及保证接线的正确性，防止220V与24V线路的错位接线发生；
（2）电机直接加三相电源调试，检测电机工作状态；
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（3）变频器单独调试，检测能否正常进行参数设置；
（4）变频器加电机进行调试，检测能否正常进行变频调速，在外部控制模式下，控制端子是否能正常控制电机启动，调节电机转速等；
（5）PLC单独检测，检查PLC单元能否正常工作，指示灯是否正常，该部分工作实际上在计算机模拟调试前就己经完成；
（6）PLC加变频器联机调试，检查PLC、变频器是否能实现对此系统控制； 5.2软件系统的调试
在自动控制模式流程图中，调用了各个控制系统的程序，主要包括粗格栅系统程序、潜水泵程序、细格栅系统程序、曝气沉砂系统程序、污泥回流泵系统程序。以及污泥脱水系统程序，以下将分别介绍各个子程序的工作过程。
粗格栅系统程序主要控制粗格栅机和清污机的运行，其工作过程包括以下几个方面。
（1）自动过程开始启动粗格栅机，定时20min。 （2）定时到，停止运行粗格栅机2h。
（3）2h定时到，运行粗格栅机20min，循环进行。 （4）同时检查液面差，若超过设定值则启动清污机。 （5）液面差值低于设定值，停止清污机运行。
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粗格栅系统工作流程图如图5-1所示。
图5-1粗格栅系统工作流程图
潜水泵程序主要控制潜水泵的运行和停止，其工作过程包括以下几个方面： （1）自动过程开始启动潜水泵。
（2）检测液面高度，低于最低位传感器时，开始定时防止误判。
（3）定时到后，若仍低于最低位传感器，则停止潜水泵运行，否则潜水泵继续运行。
（4）检测液面处于中位和高位传感器之间时，开始定时防止误判。 （5）定时到后，若液面仍持续处于高位传感器，则输出报警信号。