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16 工业技术 1 生物处理曝气控制现状 青岛娄山河污水处理厂二期扩建工程 5 万 m3/ 天，生物池分为 A/B 两组独立运行，目前只使用一组生物池，每组生物池各有三组主 曝气区，每个曝气区对应一个曝气主管道，主管道配备 3 套电动调节 阀和 3 块溶解氧分析仪。二期扩建工程拥有三台单级离心风机为 A/B 两组生物池曝气， 每台风量6000m3/h， 风机采用恒风量LCP现场控制， 中控室无法对风机作远程控制；报警信息在 LCP 现场显示，中控室无 法更改风机风压设定和风量设定，阀门无法根据溶解氧自动调节。 原有的风机运行由值班人员设定风机风量值，往往设定一个风量 值连续几天没有变化，溶解氧忽高忽低。此外当污水厂进水水量和水 质变化时，曝气量的分配、供应效果很不理想，溶解氧浓度控制滞后、 精度低、波动大、能耗高、直接影响处理效果，这种风机运行方式不 但无法稳定出水水质，而且对风机容易造成喘振。为了提高污水处理 工艺水平，保证出水水质，实现节能降耗，改造升级新的控制系统势 在必行。 改造方案 （1）鼓风机控制由恒风量改为恒风压，在风压变化的情况下风 机自动调整转速改变风量，使风机始终在稳定高效的工况下运行。 （2）DO 控制是活性污泥控制的重要变量，在外界条件规律变化 的条件下，通过 PI 比例积分或 PID 反馈控制器可以实现将 DO 控制 在某一值附近。 2 鼓风机控制优化 2.1 鼓风机自动控制 风机在 LCP 柜上可设置为远程或就地控制，并实现风机恒风压模 式调节阀跟随 DO 实时改变，管路压力也会随之改变，在主管路上 安装一块压力变送器，将压力值实时传输至 MCP 柜，通过与设定压 力值 BIOS 输出值 比较调整风机风量。若是风压高于设定值则降低 风量，若风压低于设定值则提高风量，直至风压稳定在设定值附近； 若是风压超出极限值则发出报警，风量不会增加或减少。 风机风量调整间隔时间为 40 秒，娄山河污水厂生物池深 7 米， 风管压力一般稳定在 70kPa 左右，压力设定值来源于根据模型输出值 或者人工设定，当风压测量值小于 65kPa 或大于 78kPa 时，发生报警 并解除风压联锁模式。 2.2 风机控制程序 污水处理生化池优化控制及改造 万春萌 （青岛科技大学 , 山东 青岛 266000） 摘 要作为污水处理中的一个重要环节， 生物处理的脱氮除磷效果尤其关键， 由于进水水质、 气候温度、 曝气条件的变化， 生物处理具有非线性、 多变量、滞后性等诸多控制难题，因此自动化控制难度较大。为保证该系统合理、经济的运行 , 提高鼓风机的自动控制水平势在必行，同时引 入时序控制，减少调节阀门的动作频率，提高阀门使用寿命。 关键词 鼓风机自动控制；溶解氧 PID 控制；节能降耗；风量；风压 DOI10.16640/ki.37-1222/t.2018.24.012 图 1 （1）风机出风口压力转换使用 PLC 自带的模拟量转换块 FC105 将 PIW752 值转换成 PLC 实数型值（DB30.DBD0），PT_REAL_H 为 量程最大值，PT_REAL_L 为量程最小值。 （2）压力控制逻辑程序DB2.DBD0.0 为 1 鼓风机远程状态， 这段程序表示在风机打到远程后，而且中控室按下风机自动按钮 DB30.DBX48.0, 再经过 T20 时间后，实际风压减去风机自动设定风压 得到一个差值， 若是大于等于1， 小于等于2则鼓风机风量减少50m3/h， 若是差值大于等于 2，小于等于 3 则鼓风机减小 100m3/h，并且通过 以太网通讯写给 1 风机。 图 2 （3）若是风压差值大于等于 3，则鼓风机风量减少 200m3/h。 图 3 （4）若是鼓风机自动设定风压减去实际风压的差值，大于等于 1 且小于等于2则鼓风机风量增加50m3/h,差值大于等于2且小于等于3， 则鼓风机风量增加 100m3/h，传送给 1 鼓风机。 图 4 17 工业技术 （5）若是鼓风机压力差值大于等于 3 则风量增加 200m3/h. 图 5 （6）为了避免风机压力波动较大而导致风机超调，增加一个延 时时间 T20，默认为 40S 调整一次风量。 图 6 （7）风机最小风量为 2700, 最大风量 5500，所以写入 1 风机的 风量低于 2700 或者大于 5500 的风量均不会超过限制值。 图 7 （8）风机压力最高不得超过 78kPa，最低不得超过 65kPa，超出 此限制值将压力控制联锁按钮复位，接触自动控制模式。并且发出报 警。 图 8 （9）设置一个风机压力报警复位按钮，用于人工复位报警。 图 9 风机风压输出由 BIOS 活性污泥模型计算给定，初始阀门开度也 由模型给定，在第一次开启风机后模型通过计算给定一个初始风压和 开度，生物池溶解氧迅速达到目标值后模型不断调整各项参数。鼓风 机的控制应尽量保持低风压，低流量，大阀门开度控制，如此可以降 低风机转速，达到节省电耗的目的。 3 溶解氧与阀门 PID 调节在 PLC 中的实现 （1）PID 调用 FB41，因为调用 FB41 需要用时钟脉冲或者在 OB30-OB86 中才可以连续调用所以在 FB41 之前加上 M59.01 秒脉冲 作为触发条件。 图 10 FB41 中 SP_INT 为内部设定值输入用于指定的设定值，在这里就 是溶解氧的给定值。 PV_IN 为输入设置的初始化值，在这里就是实际溶解氧的值。 GAIN 为比例值，输入指定控制器增益。 TI 复位时间，输入决定积分器的时间响应。 TD 微分时间，输入决定微分单元的时间响应。 LMN_PER 将 I/O 格式的操作值连接到输出的控制器。在这里就 是输出阀门开度。 （2）1 秒钟脉冲，阀门连锁位可以是时序控制同一个位。 图 11 （3）将输出的阀门开度放到相应的过程影像区中。 图 12 （4）最后将时序控制和 PID 调节程序进一步统一，当某一阀门 满足时序控制条件时开始动作，并且按照 PID 给定的开度执行。程序 中预留最大和最小开度，PID 输出开度不可超过极值。 图 13 （5）虽然程序基本编写完成，但是 PID 调节具有一定的经验和 偶然性，要根据不用情况使用不同的 PID 数值，要想使用好 PID 调 节就需要了解比例积分微分的作用。 4 结论及展望 （下转第 11 页） 11 工业技术 凸模圆角半径由于考虑到零件的成形，所以凸模端部做成以下形 状。图 2图 4，分别表示第一二三道凸模端部。 3.3 凸凹模间隙的确定 用压边圈拉深时，不用压边圈拉深时 max 1 . 11 tc 。 下面分别计算三道拉深凸凹模间隙 单位 mm 3.4 凸、凹模尺寸及制造公差 制造公差的选取参考冲压手册的表 4-76。 第一二道拉深凸凹模尺寸分别为 单位 mm 第三道是最后一道工序，应考虑到零件尺寸公差 , 其计算公式如 下 3.5 拉深凸模的出气孔尺寸 D 出气孔尺寸的选取参考冲压手册的表 4-77。 m mD9 1 m mD9 2 m mD8 3 4 持续改进 4.1 第二道拉深模的改进 为了减小金属流动的阻力，凹模口部做成锥形。这样，拉深毛坯 的过渡形状呈曲面，具有了更大一些的抵抗塑性失稳的能力，使得起 皱的趋向有所减小，其拉深效果比圆筒形好。 4.2 反拉深凹模的改进 反拉深的凹模如果为整体，高度比较高，浪费比较贵的模具钢， 加工难度大，需热处理的材料也多。若改成三段组合，则比较节省。 5 模具结构设计 三套拉深模的结构设计图如图 5图 7 所示 参考文献 [1] 王孝培 . 冲压手册（第二版）[M]. 机械工业出版社 ,2000. [2]冲模设计手册编写组 . 冲模设计手册模具手册之四 [M]. 机 械工业出版社 ,1988. [3]郑家贤.冲压工艺与模具设计实用手册[M].机械工业出版社,2005. [4]航空工艺装备设计手册编写组 . 航空工艺装备设计手册冷 冲模设计 [M]. 国防工业出版社 ,1998. 基金资助河南工程学院 . 机械基础与工程训练河南省实验教学示范 中心（省级项目，编号 508906） 作者简介黄宏俊（1981-）, 男 , 河南平顶山人 , 本科 , 讲师 , 研究 方向机械设计制造及其自动化。 图 5 第一道正装式拉深模 图 6 第二道不用压边圈正装式拉深模 图 7 第三道反深模 第一道，正装式拉深模 1- 上模板，2- 凹模，3- 压边圈，4- 凸模，5- 顶杆，6- 下模板， 7- 下顶板 第二道，不用压边圈正装式拉深模 1- 上模板，2- 凸模，3- 定位环，4- 凹模，5- 下模板，6- 卸料块， 7- 弹簧 第三道，反拉深模 1- 上模板，2- 成形板，3- 组合凹模，4- 压边圈，5- 凸模，6- 顶杆， 7- 下模板，8- 顶板 （上接第 17 页） 在人工控制下， 曝气池实时溶解氧从0.5mg/L到4mg/L之间波动， 曝气区溶解氧曲线波动较大。但在二期精确曝气系统的控制下，实时 溶解氧稳定在 3mg/L 附近，而控制精度在 0.5mg/L 范围内的时间达 99。 由此看出经过鼓风机和溶解氧阀门联动后， 溶解氧控制更加精确， 波动较小，而且风机尽可能多的在高效区运行节约了大量的电能、减 少了喘振次数。污水处理厂在保证生物池出水质量的同时又延长了设 备的使用寿命。