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一、污水处理相关概述
    1、概况
    相关资料显示，美国平均每1万人拥有1座污水处理厂，英国和德国则每7000～8000人就拥有1座污水处理厂，而中国每150万人才拥有一座污水处理厂。所以在中国污水处理是迫切的，而污水处理的市场也呈现出一派蓬勃的景象。
    2、常用的污水处理工艺
    污水处理的方法主要有物理、化学、物理化学以及生物等几种。这些方法根据实际情况，可以单一使用，也可以针对不同的污水混合使用。目前，污水处理的方法一般以生物处理方法为主辅以物理处理法和化学处理法。常用的工艺有以下几种：
    （1）传统活性污泥法。古老的污水处理工艺，关键组成部分为曝气池与沉淀池。污水中的有机物在曝气池停留的过程中，曝气池中的微生物吸附污水中的大部分有机物，并且在曝气池中被氧化成无机物，然后在沉淀池中微生物絮体下沉，经过一段时间后，就可以输出清水，同时为了保持曝气池中污泥的浓度，沉淀池中经过沉淀后的一部分活性泥需要回流到曝气池中。

图1

    该工艺的优点有：有机物去除率高；污泥负荷高；池的容积小；耗电省，运行成本低。
    该工艺的缺点有：普通曝气法占地多，因而建设投资大；仅能满足污水处理标准中的相关指标；容易产生污泥膨胀现象；磷和氮的去除率低。
    （2）A/O法。在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种污水处理工艺，其中A代表Anocix（缺氧的），O代表Oxic（好氧的）。A/O法是一种缺氧—好氧生物污水处理工艺。该工艺通过增加好氧池与缺氧池所形成的硝化—反硝化反应系统，很好地处理了污水中的氮含量，具有明显的脱氮效果。但是硝化—反硝化反应系统需要得到很好的控制，这样就对该工艺提出了更高的管理要求，这也形成了该工艺的一大缺点。
    （3）氧化沟法。是活性污泥法的一种变形，属于低负荷、延时曝气活性污泥法。废水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断地循环流动，因此又被称为“循环曝气池”。氧化沟法具有处理工艺及构筑物简单、无初沉淀池和污泥硝化池、有机物去除率较高、脱氮、除磷（沟前增设厌氧池）、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等优点，但存在负荷低、占地大、耗电大、运转费用偏高的缺点，适用于中小规模的低负荷污水处理厂。可根据构筑物不同分为：卡鲁塞尔氧化沟法、奥贝尔氧化法和一体化氧化沟法。
    另外还有A2/O法，A/B法，SBR法及UNITANK法，在这里就不详尽介绍，，如需了解详细，请查阅相关资料。
    3、污水处理系统控制形式
    （1）DCS系统。是集散控制系统的简称，又称为分布式计算机控制系统，是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术等相互渗透形成的。有计算机和现场终端组成，通过网络将现场控制站、检测站和操作站、控制站等连接起来，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各类生产过程，可提高生产自动化水平和管理水平，其主要特点如下：
    ①采用分级分布式控制，减少了系统的信息传输量，使系统应用程序比较简单。
    ②实现了真正的分散控制，使系统的危险性分散，可靠性提高。
    ③扩展能力较强。
    ④软硬件资源丰富，可适应各种要求。
    ⑤实时性好，响应快。
    （2）现场总线控制系统。是由DCS和PLC发展而来的，是基于现场总线的自动控制系统。该系统按照公开、规范的通信协议在智能设备与计算机之间进行数据传输和交换，从而实现控制与管理一体化的自动控制系统，其优点如下所示：
    ①可利用计算机丰富的软硬件资源。
    ②响应快，实时性好。
    ③通信协议公开，不同产品可互连。
    （3）PLC系统。可编程逻辑控制器用于处理系统的控制器，实现控制系统的功能要求，也可利用计算机作为上位机，通过网络连接PLC，对生产过程进行实时监控，其特点如下：
    ①编程方便、开发周期短、维护容易。
    ②通用性强，使用方便。
    ③控制能力强。
    ④模块化结构，扩展能力强。

4 卸船机控制系统的故障诊断
    4.1 硬件组成

    卸船机的故障诊断系统建立在基于plc和故障显示单片机组成的控制系统上。plc在故障诊断系统中的功能主要是完成卸船机控制系统设备故障信号检测、预处理，转化存储并传输给故障显示单片机。故障显示单片机由于具有较强的科学计算功能，通过编码解码完成从故障特征到故障原因的识别工作，并显示于lcd屏，给出故障定位报告，并为操作员给出相应的排除故障的建议。
    4.2 程序设计
    根据plc在故障诊断系统中的功能，笔者将从故障层次结构、故障信号检测、预处理，转化存储和传输四个方面对程序进行分析。
    (1) 故障层次结构图
    在进行故障诊断设计时，必须对整个系统可能会发生的故障进行分析，得到系统的故障层次结构。根据卸船机运行中受控设备的组成，可以画出卸船机控制系统的故障层次结构图。为了描述简单，这里作了一定的简化。

图2 卸船机故障层次结构图

    系统故障结构的层次性为故障诊断的设计提供了一个合理的层次模型。为了全面的显示系统故障，必须把系统所有可能引起故障的检测点引入plc，以便系统能及时进行故障处理；并且在系统允许的条件下尽可能多的将底层的故障输入信息引入plc的程序中，以便得到更多的故障检测信息为系统的故障自诊断提供服务。
    (2) 故障点的信号检测和预处理
    基于plc的卸船机故障诊断系统，为了得到设备故障情况实现系统的故障自诊断，plc程序将所有故障检测点的状态反映给内部寄存器，图3是节选的用来记录故障点的部分程序。
    在程序段55中，i24.1是主风机断路器的闭合信号，当主风机正常运转时，i24.1的值是1，如果i24.1的值变为0，则程序中其常闭点闭合，说明主风机断路器故障，此时plc辅助寄存器位m2.1将记录此次信号的跳变。在程序段58中，i21.7是主风机变频器过热的信号，当变频器正常时，i21.7的值是0，如果i21.7的值变为1，则程序中其常开点闭合，说明变频器过热故障，此时位m2.6将记录此次信号的跳变。

图3 卸船机故障点记录程序

    对于模拟量信号例如主风机电流的故障诊断，首先利用模拟量模块，接收来自电流变送器的模拟信号，将其转换为数字信号，然后与整定值或系统允许的极限值比较,若在允许范围之内则表明对应的设备处于正常运行状态，如果实际值接近或达到极限值，则为不正常状态。判断故障发生与否的极限值根据实际系统相应的参数变化范围确定。