西门子PLC模块6ES7215-1HF40-0XB0技术参数

图2为一种西门子变频器与PLC相结合实现PID调节的变频调速的风机控制系统，其中EM235为PLC模拟量I/O扩展模块。其工作过程是：系统在线检测的COD值，送入PLC模块后，进行PID的运算，其模拟量输出作为变频器的输入，控制变频调速，来达到调整风机转速，从而实现曝气量的调节控制。

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    图3给出了本例实现PID控制的流程图。

    4 变频调速的节电分析

    由图1可知，调节曝气量的大小，可采用调节风门控制风量和调节风机转速控制风量两种方法。此两种方法相比，后者有着明显的节电效果，其原理图如图4所示。

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    图中，曲线1为风机在恒速下的风压-风量（H-Q）特性曲线;曲线2为恒速下的功率一风量（Ps一Q）特性曲线;曲线3为管网风阻特性（风门全开）。

    设风机在设计时工作在A点，效率高，此时输出风量Q为，轴功率为Ps1，与Ql、H1的乘积成正比，即Ps1与AH1OQ1所包围的面积成正比。

    当需要调节风量时，例如，所需风量从减少到额定风量的50%，即从Q1减少到Q2时，如采用调节风门的方法来调节风量，使管网阻力曲线由曲线3变为曲线4。就是说，减小风门开度增加了管网阻力。此时，系统的工作点由原来的A点移至B点。可以看出，风量虽然降低了，但风压增加了，轴功率Ps2与面积BH2OQ2成正比，它与Ps1相比，减少不多。

    如果采用调节转速来调节风量的方法，风机转速由原来的n1降到n2。根据风机参数的比例定律，可以画出在转速n2下的风压一风量（H—Q）特性曲线5，风机工作在C点。可见，在满足同样风量Q2的情况下，风压将大幅度降低到H3，轴功率Ps2（与面积CH3OQ2成正比）也明显降低。所节约的功率与面积AH1OQ1和CH3OQ2之差成正比。由此可见，用调速的方法来减少风量的经济效益是十分显著的。

    由流体力学可知，风量Q与转速n的一次方成正比，风压H与转速n的平方成正比，轴功率Ps与转速n的三次方成正比。即：

    Q∝nH∝n2Ps∝n3

    当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。如所需风量为额定风量的80%，则转速也下降为额定转速的80%，而轴功率下降为额定功率的51.2%;当所需风量为额定风量的50%时，轴功率可以下降为额定功率的12.5%。当然，转速降低时，效率也会有所降低，同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响。即使如此，这种方法的节电效果也是非常可观的。另一方面，使用通用变频器来改变转速后，当风机转速下调10%时，则风机输出功率下降到额定功率的73%;当风机转速下调20%时，则风机输出功率下降到额定功率的51%。可见应用变频器技术调速又比普通调速来控制曝气量的大小其节电效果更加显著。

   1 引言

    废水生物处理技术中的批式活性污泥法又称SBR法，是一种简快速且低耗的污水处理工艺，具有工艺简单、效率高、脱氢除磷效果好，防止污泥膨胀性能强，耐冲击负荷和处理能力强等优点，非常适用于水质变化大的中小城镇的生活污水处理，以及易生物降解的工业废水处理。

    目前由于化学需氧量COD浓度在线检测仪器的出现，将COD浓度作为重要的工艺参数，系统通过在线检测COD的浓度值来调节曝气量，以保证出水质量，节省运行费用。

    2 SBR法污水处理过程分析

    图1所示为活性污泥处理流程示意图。SBR废水处理法初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池、污泥回流和剩余污泥排放几个系统组成。初次沉淀池用以去除污水中原生悬浮物，悬浮物少时可不设置。污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液，通过罗茨风机充入空气，使混合液得到足够的搅拌而呈悬浮状态，然后流入沉淀池。混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉淀下来和水分离，流出沉淀池的净化水。沉淀池中的污泥大部分回流，成为回流污泥。

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    传统的控制方法是时间程序控制，即按照规定的时间和顺序进行：

    ·充水（打开进水电动阀）：7h

    ·曝气（开启罗茨风机）：1.75h

    ·搅拌（接通搅拌电机）：1.25h

    ·沉淀：1.5h

    ·排水（打开电磁阀）：0.5h

    从充水开始到排水结束为一个周期。在一个周期内，通过曝气、停气使充氧/缺氧状态相互交替进行。在分解污水中含碳化合物（以COD为代表）的同时，相继进行含氮化合物的硝化和反硝化，终达到脱碳、脱氨和脱氮的目的。

    一般情况下，采用每天执行两周期（12h/周期），但是，工业污水中有机物的浓度往往是随时间变化的，如果按固定的反应时间控制SBR法污水处理系统的运行，则既浪费能源又容易发生污泥膨胀。如时间设置不合适，还将影响处理效果。

    3 曝气量的变频调速控制设计

    化学需氧量COD是一个重要的工艺参数，如控制系统在污水处理过程中，在线检测COD的值来调节曝气量，使整个反应过程的化学需氧量COD处于适当的范围，这样既能保证出水质量，又能节省运行费用。

1 设备及工艺要求

整个装配线共有12个工位，其工艺流程如图1所示。

图1 汽车转向泵自动装配线工艺流程图

WS1.1工位用于把滚针轴承压入端盖孔内。其工作过程如下：先把端盖放在压台上，再把滚针轴承放入压头槽内，然后同时揿下双手按钮，如果轴承方向正确，则夹具锁紧，压机下压，否则，红灯闪烁报警，压机不工作，同时OP3操作面板上显示有关错误信息。当压机下压时，系统启动CoMoⅡ-S智能测量仪表，对压力和位移进行检测，如果结果合格，则绿灯亮，压机退回，夹具松开，可以将零件转入下道工序；如果结果不合格，则红灯亮，按下复位按钮后，夹具松开，取出零件，并让它通过废品确认检测点，再放入废品盒内，延迟数秒钟以后，方能重复下次循环，每次装配的结果都能以文本方式即时在OP3操作面板上显示出来。

根据工艺要求，不仅终压力应控制在一定的范围，压入深度即位移量达到一定值，而且要求过程中的压力和位移也应满足一定的对应关系，不同的位移，对应的压力应控制在一定的范围，否则，加工出的零件不合格。为了能实时检测压力和位移，得出两者间的在线关系曲线，并据此对过程作出评估，采用了 Kistler的CoMoⅡ-S智能测量仪表。这种新型监测仪表，内置电荷和电压放大器，可以同时采集压力及位移传感器两路模拟输入信号，自动选择量程和不同的坐标及佳刻度，得出测量曲线，具有阀值、容差带、方框和终位等多种分析功能，可以根据需要选择不同的组合对各种过程进行分析和监测，并能方便地与 PLC接口。压机及其它机构的动作全部由气压驱动，为使压力平稳，选用了TOX气液增力缸作为压力元件，由电磁阀控制其升降。

2 系统设计

2.1 硬件组成

根据该工位输入输出信号的点数及控制要求，选用了性价比很高的SIEMENSS7-214PLC作为控制核心，同时还扩展了一块EM223数字量模块，此外，系统还包括直流电源模块，双手操作按钮控制模块以及PLC编程用的与PC连接的PC/PPI电缆等，系统硬件结构如图2所示。

图2 系统硬件结构图

为了实现人机对话功能，如系统状态及变量显示、参数修改等，还扩展了1台OP3操作面板，它通过一根专用电缆与PLC的本机通讯口连接。

2.2 控制软件设计

控制程序采肧TEP7——Micro/WIN软件以语句表方式编写，不需专用的编程器，而OP3操作面板则采用ProTool组态软件编程。系统控制程序分自动和手动两部分。在手动部分，通过OP3可分别操纵所有运动机构的动作，包括压机、夹具的作用、CoMoⅡ-S智能仪表的参数集选择及启动，便于系统调试。在自动部分，所有动作按要求顺序完成。为了使PLC与OP3之间相互交换信息，程序中定义了一些内部标志寄存器位，同时还使用了顺序继电器指令，使各程序步之间互锁，提高了系统可靠性。自动部分程序流程如图3所示。

图3控制软件流程图

3 结束语

汽车转向泵自动装配线采用PLC控制，不仅简化了系统，提高了设备可靠性，也大大提高了成品率，通过操作面板修改系统参数可以装配4种不同的产品，现场的各种信息，如工作状态、故障信息等可以声光报警及文字形式表示出来，方便了设备的操作和维护。该装配线自1999年10月在南京金志集团投入运行以来，工作稳定可靠，加工出的产品经国外设备的严格测试，性能完全符合要求，取得了良好的效果