摘要 在污水處理系統(tǒng)中，PLC和變頻器組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了pH值的自動(dòng)控制赏淌。重點(diǎn)分析了該系統(tǒng)硬件構(gòu)成和軟件編程的特點(diǎn)∑叫伲現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有很好的可擴(kuò)展性牍氛、靈活性和可靠性晨继。

關(guān)鍵詞 可編程邏輯控制器 變頻器 pH PID

0 引言

　隨著生活水平的提高及環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)自身生活環(huán)境的要求越來(lái)越高搬俊，對(duì)各種污染問(wèn)題越來(lái)越關(guān)注紊扬。政府部門(mén)為了緩解并逐步解決污染問(wèn)題，要求各個(gè)工廠和城鎮(zhèn)建立污水處理廠唉擂。

　　　根據(jù)環(huán)保部門(mén)要求處理后水的pH值應(yīng)在6～8之間餐屎，當(dāng)pH值小于6呈酸性時(shí)，需要加入堿性藥水來(lái)中和玩祟；當(dāng)pH值大于8呈堿性時(shí)腹缩，需要進(jìn)入酸性藥水。通常某工廠的生產(chǎn)工藝穩(wěn)定后卵凑，pH值要么呈現(xiàn)酸性庆聘，要么呈現(xiàn)堿性，不可能來(lái)回?cái)[動(dòng)淋话，所以加入藥水的性質(zhì)也是一定的商寝。由于水的pH值在7附近極易波動(dòng)，如果加入的中和用藥水過(guò)多或過(guò)少性里，都會(huì)使其pH發(fā)生偏差愁淀。采用人工控制的方式很難完成控制要求，故需要依靠自動(dòng)控制系統(tǒng)谨冷，并配以PID算法來(lái)保證控制精度曙椎。在工廠中，通常有大量的強(qiáng)電設(shè)備，電源和電磁環(huán)境有時(shí)非常復(fù)雜卤诗，采用單片機(jī)自身在性能上的局限性棘扯，所以無(wú)法滿足控制要求。采用工控機(jī)為核心的控制系統(tǒng)事晶，在性能方面沒(méi)有問(wèn)題肤币，但成本相對(duì)較高。由于可編程邏輯控制器可靠性高峰裁、環(huán)境要求低夏哭，有多種輸入/輸出開(kāi)關(guān)量點(diǎn)數(shù)組合，開(kāi)關(guān)量和模擬量有良好的可擴(kuò)展性献联，可獨(dú)立組成成本較低的自動(dòng)控制系統(tǒng)竖配，所以在污水處理控制系統(tǒng)中大量采用。

1 系統(tǒng)描述

　　　采用三菱公司的 系列可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制里逆，配置模擬量輸入进胯、輸出模塊FX-4AD和FX-2DA各一塊。系統(tǒng)組成如圖1所示原押。

圖1 系統(tǒng)組成示意圖

　　　可編程邏輯控制器通電后立即對(duì)A/D和D/A模塊進(jìn)行初始化參數(shù)設(shè)定龄减，對(duì)它們的工作狀態(tài)進(jìn)行規(guī)定；在運(yùn)行過(guò)程中則負(fù)責(zé)控制A/D模塊轉(zhuǎn)換班眯，接收傳輸來(lái)的pH模擬量希停，并且通過(guò)科學(xué)計(jì)算得到相應(yīng)的控制用數(shù)字量，再把這個(gè)數(shù)字量傳輸?shù)紻/A模塊署隘。

　　　A/D模塊負(fù)責(zé)接收在線檢測(cè)pH計(jì)傳輸過(guò)來(lái)的模擬量信號(hào)宠能，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)傳輸給PLG。FX-4AD總共有4路A/D通道磁餐，最大轉(zhuǎn)換精度為12位棵薛，典型轉(zhuǎn)換時(shí)間每通道每次為15ms，最快為6ms瞪殖，可以通過(guò)初始化設(shè)定緩存字段中的數(shù)據(jù)來(lái)選擇抗该。在A/D模塊中有31個(gè)緩沖字段，除了少數(shù)幾個(gè)保留未用外咪朴，其它各個(gè)字段都有特殊的含義和用途庙曹，在編程的過(guò)程中，合理地使用它們蘑瓢，可以使控制品質(zhì)提高班痹，控制更加有效。

　　　D/A模塊接收PLG發(fā)出的數(shù)字信號(hào)梦铭，根據(jù)初始化時(shí)PLC對(duì)它的參數(shù)設(shè)定蔚抖，把它轉(zhuǎn)換為4～20mA的模擬量信號(hào)以控制變頻器的輸出頻率辙哪，實(shí)現(xiàn)對(duì)藥水泵轉(zhuǎn)速的控制，使污水加入的藥水量能根據(jù)信號(hào)大小而增減孔尸。采用三菱公司的F540系列變頻器沽澜，功率為3.7kW。這種系列的變頻器主要適用于風(fēng)機(jī)竟闪、水泵類(lèi)的負(fù)荷声离，有較高的可靠性和性價(jià)比，非常適合這種場(chǎng)合使用瘫怜。

　　　工業(yè)污水處理系統(tǒng)中，應(yīng)采用性能穩(wěn)定本刽、壽命較長(zhǎng)的在線pH計(jì)鲸湃，最好帶自清洗裝置，定期清洗pH探頭子寓，保證系統(tǒng)能長(zhǎng)期在高污染的水中測(cè)量暗挑。PH計(jì)由二次儀表和探頭兩部分組成，探頭應(yīng)固定在能比較真實(shí)地代表被測(cè)污水整體pH值的位置斜友，二次儀表放置在離PLC系統(tǒng)較近的位置炸裆，便于pH值的位置，二次儀表放置在離PLC系統(tǒng)較近的位置鲜屏，便于pH值信號(hào)的傳輸烹看。PH計(jì)二次意表輸出的模擬量信號(hào)大小為4～20mA與pH測(cè)量范圍（0～14）成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2 系統(tǒng)工作流程

　　　PLC在上電工作時(shí)洛史，首先初始化設(shè)定A/D模塊和D/A模塊的工作狀態(tài)郭宪，然后才根據(jù)輸入條件做出相應(yīng)的輸出反應(yīng)。

　　　在PLC的輸入端口中枕详，X0用于判斷系統(tǒng)是否進(jìn)入pH調(diào)節(jié)程序段（包括手息扶、自動(dòng)兩種方式）。當(dāng)X0閉合時(shí)弹扩，Y0控制中間繼電器J11得電纫脚，并使變頻器上電；同時(shí)變頻器的輸入端STF也得到J11輸出的另一路閉合信號(hào)眶逐，使變頻器可以輸出電機(jī)正轉(zhuǎn)的信號(hào)况颈，變頻器處于預(yù)備運(yùn)行狀態(tài)。

　　　X1只有在X0閉合時(shí)才有效洗吉，它是手春探、自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)。當(dāng)X1的開(kāi)關(guān)沒(méi)有閉合時(shí)才嘀，PLC不進(jìn)行加藥自動(dòng)控制辑皿；這時(shí)时簸，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)頻率設(shè)定器來(lái)人為控制藥水的流入量。通常在某些設(shè)備發(fā)生故障不能使用自動(dòng)方式來(lái)控制時(shí)赖晶，才會(huì)采用手動(dòng)調(diào)節(jié)頻率控制方式律适。

　　　當(dāng)X1輸入端閉合后，PLG即會(huì)自動(dòng)地向待處理污水水池中加入中和藥水遏插，進(jìn)行pH值控制捂贿。在自動(dòng)控制中，PLC會(huì)通過(guò)讀取A/D模塊中特殊存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)獲取表針pH值的數(shù)字量胳嘲，利用PLC內(nèi)部PID（第88號(hào)）特殊指令可以計(jì)算出輸出數(shù)值厂僧，再將該數(shù)值輸出給D/A模塊。如前所述了牛，D/A會(huì)輸出與該數(shù)值相應(yīng)的電量信號(hào)來(lái)控制藥水泵的轉(zhuǎn)速以控制加藥量颜屠，完成對(duì)污水pH值的控制，使pH能穩(wěn)定在6～8之間鹰祸，中心位置是7甫窟。

3 軟件編制

　　　軟件的編制分別為初始化、采樣蛙婴、分析和輸出四個(gè)部分粗井。PH值控制的總體框圖如圖2所示。

圖2 總體程序框圖

3.1 初始化

　　　程序的初始化部分是pH控制軟件編制中最為重要的部分之一钢谍，主要完成對(duì)A/D和D/A模塊工作狀態(tài)的設(shè)置趁吭，調(diào)入數(shù)據(jù)處理和計(jì)算時(shí)所需的各個(gè)參數(shù)。如圖3所示亏的，在FX-4AD中怨拍，用1＃通道接收表示pH值的4～20mA信號(hào)，其它通道不使用蛆删，這就需要設(shè)定第0＃字段灰蒋，數(shù)值為“H3331”其中三個(gè)“3”表示第2、3捅悦、4號(hào)通道不使用萍捌，“1”代表第1＃通道接收4～20mA的pH值信號(hào)。在第1＃字段中置入的數(shù)值表示A/D要經(jīng)過(guò)幾次累加后取出平均值作為轉(zhuǎn)換的結(jié)果目露，若在這個(gè)字段中置入10逗耕，表示A/D模塊自動(dòng)累加10次A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值后，再除以10惯波，得到A/D數(shù)字量摘肤。這樣，可以起到濾波的作用漏峰，防止A/D信號(hào)突變糠悼。對(duì)于其它字段届榄，如數(shù)據(jù)采集速度，各個(gè)通道的偏差量和增益量等可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定倔喂。對(duì)于FX-2DA铝条，它的第0＃字段，數(shù)值設(shè)為：“H11”席噩，“1”表示輸出的電量信號(hào)為4～20mA班缰。另外還要設(shè)置停機(jī)后數(shù)據(jù)是否要求保存到下次開(kāi)機(jī)、各個(gè)通道的偏差量和增益量等悼枢。

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