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1、第九章 电气仪表与控制（402）一、概述（402）二、常用电工知识（402）（一）电工基础知识（二）电机（三）城市污废水处理厂（站）供配电系统三、过程测量和常用仪表（426）（一）污废水处理过程的测量（二）污废水处理常用检测仪器仪表四、污水处理自动化基础（450）（一）概述（二）自动控制基础知识（三）计算机控制技术（四）PLC控制技术（五）变频调速控制系统（六）集散控制系统（七）污水处理监控系统,第九章 电气仪表与控制,一、电工基础知识 1 电路及其基本物理量电路：电流经过的闭合回路（电源、负载、导线）电路的基本物理量：电流I、电压V、电阻R电路的基本定律：部分电路欧姆定律：I=U/R全电路欧
2、姆定律：I=E/(r+R)电阻的连接方式：串联、并联,一、电工基础知识-2,2 电功和电功率电功：电流所做的功A=QU=UIt电功率单位时间电流所做的功P=A/t=UI单位：kWh 1度=1千瓦时3 电流的热效应电流通过导体时发热现象焦耳-楞次定律 Q=0.24I2Rt(卡),一、电工基础知识-3,4 电流的磁场及其相互作用电流产生磁场（电流的磁效应）通电直导体周围的磁场：磁场方向右手螺旋定则通电螺线管周围的磁场：磁场方向右手定则磁场对电流的作用力通电导体在磁场中要受到力的作用力的方向：左手定则 F=BIL(B 磁感应强度 I 电流强度 L 导体在磁场中的有效长度)电磁感应导体在磁场中切割磁力
3、线运动时，产生电动势计算,一、电工基础知识-4,5 正弦交流电的概念交流电和正弦交流电交流电：大小和方向都随时间作周期性变化正弦交流电：按正弦函数规律变化的交流电正弦交流电的产生交流发电机产生，原理是电磁感应现象正弦交流电的参数最大值周期、频率 f=1/T（50Hz、20ms）角频率 初相和相位、相位差有效值,一、电工基础知识-5,交流电路纯电阻交流电路纯电感交流电路电压超前电流900纯电容交流电路 电流超前电压900,二、电机-1,1 三相异步电机结构组成：定子+转子定子定子绕组（三相对称绕组）嵌放在定子铁芯槽内三相绕组接线：星形（Y）、三角形（）转子由转子铁芯、转子绕组、转轴等组成转子绕组
4、有鼠笼式、线绕式,二、电机-2,2 三相异步电机的主要技术指标电动机分类：直流、交流（同步、异步）交流异步电动机（鼠笼式、线绕式）电动机铭牌 型号、功率、转速、频率、电压、电流、接法、功率因数、绝缘等级等电动机运行前的准备 检查电压；检查线路接线，熔断器、熔丝 检查机组转动情况；周围有无杂物、易燃物,二、电机-2,电动机运行时的注意事项操作人员整理好服装，以防卷入机械拉合闸时应站在开关一侧，以防被电弧烧伤使用星三角启动器或自耦减压启动器必须遵守规程多机共用一台变压器，由大到小一台台启动一台电动机连续启动次数不宜超过2-4次合闸后电机不转或不正常，应迅速拉闸查找故障,二、电机-3,3 三相异步电
5、机的启动（软启动器、VVVF）直接启动 全电压启动，启动电流大，用于较小容量电动机（10kW以下）降压启动星形-三角形（Y-）降压启动（接法电机）自耦降压启动器启动（自耦变压器，Y接法电机）三相异步电动机的制动方式（电磁抱闸）三相异步电动机的正反转控制三相异步电动机的运行和维护,直接启动,适用于功率10kW以下的电动机，,星形-三角形（Y-）降压启动,适用于功率4kW以上，定子三相绕组为 接法的电动机，启动电流为直接启动电流的1/3,控制电路分析如下：1、合上空气开关QF引入三相电源。2、按下启动按钮SB2，交流接触器KM1线圈回路通电吸合并通过自己的辅助常开触点自锁，其主触头闭合接通电动机三
6、相电源，时间继电器KT线圈也通电吸合并开始计时，交流接触器KM3线圈通过时间继电器的延时断开接点通电吸合，KM3的主触头闭合将电动机的尾端连接，电动机定子绕组成Y形连接，这是电动机在Y形接法下降压启动。3、当时间继电器KT整定时间到时后，其延时常开触点打开，交流接触器KM3线圈回路断电，主触点打开定子绕组尾端的接线，KM3的辅助常闭触点闭合为KM2线圈的通电做好准备。4、时间继电器KT动作使，其延时常开触点闭合，接通KM2线圈回路，使得KM2通电吸合并通过自己的辅助常开触点自锁，KM2主触头闭合将定子绕组接成三角形，电动机在接法下运行。5、电动机的过载保护由热继电器FR完成 6、线路中的互锁环
7、节有：KM2常闭触点接入KM3线圈回路。KM3常闭触点接入KM2线圈回路。,三相异步电动机的制动方式,电磁抱闸 P415 图9-22电动机工作时，电磁抱闸线圈通电，铁芯吸引衔铁闭合，衔铁克服弹簧拉力、迫使制动器松开，电机正常运转；电源切断时，电磁抱闸线圈断电，铁芯释放，在弹簧拉力作用下，制动器闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机迅速被制动停止。,三相异步电动机的正反转控制,二个接触器连接相序不同，实现正反转保证正反转主触头不要同时闭合，避免电源短路,三相异步电动机的运行和维护,运行前注意事项核对铭牌，检查接线，保护接地接零，测量绝缘电阻，检查电机装配质量空载试车空载通电试车，检查测量空载电流、电机温升、运
8、行噪声、振动、润滑情况电动机保养、检修一级保养：由操作人员每天进行二级保养：由操作人员每半年进行一次小修：由机修人员每年进行一次大修：由机修人员根据小修情况定,选择题/判断题,异步电动机正常工作时，电源电压变化对电动机正常工作（D）A 没有影响;B 影响很小;C 有一定影响;D 影响很大电动机铭牌上标注的额定功率是指电动机输出的机械功率（）电动机运行中，如果电网电压下降到额定电压的85%时，电动机会出现“堵转”现象，此时应采用自锁控制线路避免事故发生（）,三、污废水处理厂（站）供配电系统-1,1 供配电装置供电线路：输送和分配电能的电路低压供电线路接线方式：反射式接线、树干式接线变电所：变换电
9、压、分配电能组成：电力变压器、配电装置主要电气设备：变压器、熔断器、隔离开关、熔断器式开关、避雷器、油断路器、断路器、刀开关,三、污废水处理厂（站）供配电系统-2,变压器：变换电压和电流种类：各种电力变压器、特种、控制、调压器电力变压器组成：铁芯、绕组、（油箱、冷却系统）铭牌：型号、额定电压、额定电流、额定容量等互感器：测量和保护用种类：电压互感器、电流互感器自耦变压器：原、负绕组合成一个绕组,三、污废水处理厂（站）供配电系统-3,2 高低压电气设备高压电气设备（1kV以上）用于控制发电机、电力变压器和电力线路高压断路器 自动快速切断故障电路、有灭弧机构高压熔断器(熔体+熔丝管)利用熔化作用切
10、断电路、起保护作用隔离开关（无灭弧装置）负荷开关避雷器互感器(电压、电流),低压电气设备,低压断路器（自动空气断路器）相当于刀闸开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合，自动切断电路故障保护电器 由触头、灭弧、脱扣器、开关机构、壳体组成 控制电器接触器、继电器、控制器、主令电器及其他,四、过程测量和常用仪表,污废水处理过程测量监测项目与采样位置（P427 表9-4/6/7）流量、液位、水质、泥质监测系统示例（P431 表9-7 图9-34）污废水处理常用检测仪器仪表污废水常用检测仪表质的仪表、量的仪表污泥检测仪表污泥浓度检测仪、污泥界面检测仪,量的主要检测仪表,流量检测堰槽式、电磁流量计、超声
11、波流量计液位检测浮力式、压差式、电容式、超声波式、激光式压力检测气压（风机）、水压（水泵）,质的主要检测仪表,温度（热电阻、热电耦、集成温度传感器）pH计（玻璃电极、锑电极）DO（膜电极、极谱仪、荧光法、金属电极）浊度（光学式）污泥浓度（光学式、超声波式）污泥界面（光学式、超声波式）COD（铬法、锰法）UV仪（紫外扫描法、UV254）TOC（高温燃烧法680/950度、湿式氧化法）,现场仪表,1 污泥浓度检测仪表（光学法）,测量原理：透射光、散射光比较方式测量范围：02000mg/L（ppm）采用小型半导体红外激光光源，灯寿命长，维护容易用于下水、工业排水的曝气池内的活性污泥浓度（MLSS）连
12、续在线监测,2 流量检测仪表,几种常用流量计差压流量计节流装置二端压差测量气动式/电动式电磁流量计原理：根据电磁感应定律，导体运动切割磁场时，其产生的感应电势与速度成正比超声波流量计非接触式速度差法/多普勒法,差压流量计,由节流装置和差压计两部分组成测量节流装置二侧压差，流量愈大，压差愈大根据压差测量值计算的流量计为（A）A 节流流量计 B 转子流量计C 叶轮流量计 D 层流流量计,电磁流量计工作原理与测量条件,被测液体是非磁性的导电液体，电导率均匀且各向同性（不能低于阈值）被测流体的流速轴对称分布（充满管道）磁场是均匀分布的恒定磁场（励磁方式产生磁场）,电磁流量计 Promag,超声波明渠流
13、量计,液位测量超声波仪表直接测量的物理量是液位。用于明渠测流量时，在明渠上安装量水堰槽。量水堰槽把明渠内流量的大小转成液位的高低液位流量对应换算仪表测量量水堰槽内的水位，再按相应量水堰槽的水位-流量关系反算出流量影响因素受渠道的坡降比和表面糙度量水堰槽的构造尺寸（巴歇尔槽）,1、回声测距,2、发射波，校波，回波,t1,t2,发射波,校波,回波,延时,波幅,探头,探头底部,发射波,校波,校正棒,回波,液面,电缆,电源,E1,L,H,图示,堰槽图片,3 压力检测仪表,压力与真空度检测绝对压力、表压、负压、真空度应变片式压力计电阻应变片 霍尔片式压力计霍尔效应,CN421 系列工业压力变送器,陶瓷电
14、容传感器扩散硅压力传感器,压力检测,在压力检测中，真空度指的是（D）A 介质所受的实际压力B 大气压力C 绝对压力与大气压力之差D 大气压力与绝对压力之差,4 液位检测仪表,液位检测仪表分类浮力式压差式电容式超声波式激光式,Greenspan公司,采用了以长期稳定性著称的大面积镀金陶瓷压力传感器,PS310型智能液位传感器,LDO在线溶解氧分析仪（HACH）,膜的清洁和更换已经成为过去式了，因为该仪器没有膜。,荧光法测量仪表,荧光法测量原理 测量探头最前端的传感器罩上覆盖有一层荧光物质，LED 光源发出的蓝光照射到荧光物质上，荧光物质被激发，并发出红光；一个光电池检测荧光物质从发射红光到回到基
15、态所需要的时间。这个时间只和蓝光的发射时间以及氧气的多少有关，探头另有一个LED 光源，在蓝光发射的同时发射红光，做为蓝光发射时间的参考。传感器周围的氧气越多，荧光物质发射红光的时间就越短。因此，通过测量这个时间，就可以计算出溶解氧的浓度。,Zllig 溶氧仪,Zullig S14型溶氧探头配有连续的机械自清洗装置，根据大多数的要求条件已发展为专用于测量水溶液中的溶解氧(如污水处理厂)。-优质材料和精密的瑞士制造-稳固的结构-长距离信号传输不需要中间变送器-可更换元件-模块单元，结构灵活-另加元件可扩展功能,Zllig 溶氧仪,先进的自清洗技术,S-14探头的电极由独立的阴极和阳极组成，两电极
16、分别带有信号电缆插头，电极表面由磨石连续清洁。磨石与电极之间的压力可调，保证磨石1年不必更换。,D.O.System,五、污水处理自动化基础 自动控制基础知识,自动控制的基本方式开环控制系统 无反馈系统，控制作用的传递具有单向性闭环控制系统 有反馈系统（系统输出信号对控制作用产生直接影响的系统）,2、自动控制系统的组成,设定装置比较放大装置执行装置测量反馈装置校正装置被控对象,3、自动控制系统的分类,按给定量的特征分恒值控制系统 控制输入量为一恒值随动控制系统（伺服系统）程序控制系统按系统中元件的特征分线性控制系统非线性控制系统按系统电信号随时间变化的形式分连续控制系统离散控制系统,PLC控制
17、技术,可编程序控制器PLCProgrammable Logical Controller特点：可靠性高，抗干扰能力强控制一体化（开关逻辑和顺序控制、模拟控制、信号连锁、计算机功能、通信信息交换）易于操作，编程方便（梯形图）维修方便体积小、重量轻、功耗低、模块化触摸屏作为人机界面，与PLC构成完善的系统污水处理常用的 PLC 型号西门子公司、三菱公司、罗克韦尔、施耐德,选择题/判断题,可编程控制器的简称（D）A SCC;B DDC;C DCS;D PLC下列电器中，在电路中起保护作用的是（A）A 熔断器；B 接触器；C 电压互感器；D 电流互感器 照明电路中，火线必须进开关（）微型计算机的硬件系
18、统包括：控制器、运算器、存储器和输入输出设备（）,变频调速控制技术（VVVF）,变频调速控制器 VVVFVariable Voltage Variable Frequency 特点：无级调速，连续可调恒力矩，实现低速启动实现软启动和缓冲停机，大大延长了设备的使用寿命节能效果显著（能耗与电机的转速成立方比）保护功能完善，故障自诊断风机和水泵的机械特性为：流量与转速成正比，压力与转速的成平方比，轴功率与转速的成立方比（水泵转速降低20%，节电49%）,自动调节pH、加酸控制,pH控制流程框图,前馈pH,A/D,PLC,控制算法,D/A,计量泵,加酸/碱,后馈pH,检测显示,参数预置,PLC,风机,生化曝气池,检测,A/D,D/A,自动调节DO、曝气控制,基于PLC、VVVF技术的生化池溶氧度自动监测控制原理如下图：,控制系统图,污水处理自动控制系统,谢 谢！,
