基于PLC的污水處理系統研究

2007年6月沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報Jun. 2007第24卷第3期Journal of Shenyang Institute of Aeronautical EngineeringVol.24 No. 3文章編號:1007 - 1385(2007)03 -0064 -05基于PLC的污水處理系統研究孫衛娜(沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機設計研究所,遼寧沈陽(yáng)10015)摘要:應用 COD、BOD在線(xiàn)檢測儀.ss測量?jì)x等國外先進(jìn)的專(zhuān)用檢測儀器實(shí)時(shí)采集各種生物化學(xué)指標和物理指標,采集的數據通過(guò)PLC運算后,控制執行機構的動(dòng)作,利用偏差控制算法實(shí)現參數的閉環(huán)控制,保證系統要求的工藝參數,將曝氣濾池法從實(shí)驗室推向市場(chǎng)。關(guān)鍵詞:曝氣生物濾池法;系統配置;串口通訊中圖分類(lèi)號:X703 ;TP29文獻標識碼:A隨著(zhù)現代控制技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)進(jìn)人一級BAF濾池(C/N)池,進(jìn)行BOD、COD的展,大量新型的控制技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛降解以及部分氨氮的硝化,向上流出后,從底部進(jìn)的應用?？删幊炭刂破鱌LC作為- -種多功能智人二級BAF濾池,進(jìn)行剩余BOD、COD的降解及能化的綜合控制器,具有通用性好、可靠性高、編氨氮的充分硝化。另外,每隔一定周期后生物濾程簡(jiǎn)單擴展方便、安裝靈活和故障率低等諸多特池需要進(jìn)行反沖洗,反沖洗水最終回流人粗格柵。點(diǎn),在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應用?，F以四川廣漢污水處理廠(chǎng)為例,介紹基于PLC的污水處理控制系統的設計和應用。1污水處理過(guò)程 .-4 -------------- .鳳沖洗污水廢水的處理方法分為物理處理法、化學(xué)處理C國)-中國法和生物處理法。廣漢污水處理廠(chǎng)采用的處理工民樓水藝是曝氣生物濾池法,簡(jiǎn)稱(chēng)BAF濾池。BAF工藝具有高水力高容積及高生物膜活性;具有生物氧圖1污水處理工藝流程化降解和截留懸浮顆粒即ss的雙重功效;氧的傳1.2工藝參數輸效率高等許多特點(diǎn)。但是,由于工業(yè)控制手段污水污染物去除率見(jiàn)表1。的局限性及污水廠(chǎng)特殊環(huán)境,多年來(lái)-直停留在表1污水污染物去除率表實(shí)驗室階段。隨著(zhù)現代控制技術(shù)和計算機技術(shù)的處理后出水污染物去除事迅速發(fā)展,曝氣生物濾池法終于走出了實(shí)驗室,應名稱(chēng)水質(zhì)指標原水水質(zhì)水質(zhì)(%)用于城市污水處理?；瘜W(xué)需氧量COD(mg/1) 300≤60≥801.1 工藝流程生物需氧量BOD( mg/1) 200<20≥90污水處理工藝流程如圖1所示。固體懸浮物SS(mg/1) 200城市生活污水通過(guò)排污系統自流進(jìn)人粗格氨氮去除事TN( mg/l)0≤I5≥62.5柵,去除大顆粒懸浮物及漂浮污染物質(zhì);之后,再碘去除率TP(mg/1) 4.0≤0.5≥87.5由提升泵提升至細格柵,去除較細懸浮物;巴氏流1.3控制對象量槽計量后,經(jīng)配水井進(jìn)人旋流沉沙池即S3D在工藝處理過(guò)程中需要控制的主要對象有格池,進(jìn)行除油沉砂、高效沉淀,使污水進(jìn)人生化池柵機、提升泵加氯、接觸消毒、加藥、污泥脫水、鼓處理段的ss不超過(guò)100mg/L;S3D池出水從底部風(fēng)機中國煤化工L運行是依據柵收稿日期:2007-01-15MH.CNMH(泵是根據集水池內水業(yè)文化日動(dòng)u工制時(shí);DAr⊥藝是以時(shí)間和作者簡(jiǎn)介:孫衛娜(1956 -) ,女,山東文登人,高級工程師壓力差相結合控制的;其它設備是根據工藝參數第3期孫衛娜:基于PLC的污水處理系統研究55控制的。重點(diǎn)是BAF濾池。，采用了基于PLC與工控機來(lái)構建(SCADA)監控和數據采集系統。以工控機作為監視和控制現場(chǎng)2控制 系統構成生產(chǎn)過(guò)程的可視窗口,以PLC可編程控制器進(jìn)行2.1控制方案邏輯運算,對生產(chǎn)過(guò)程實(shí)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)控制。污水處理廠(chǎng)的占地面積大,設備比較分散,信2.2系統構成號的傳輸距離較遠。通過(guò)分析工藝過(guò)程發(fā)現:在(1)根據工藝設計要求,將全廠(chǎng)的控制系統受控對象中有相當多的開(kāi)關(guān)量和模擬量,同時(shí)檢劃分為三個(gè)網(wǎng)絡(luò )層面。即監控管理層,過(guò)程控制測點(diǎn)也較多。而控制過(guò)程是以邏輯順序控制為層和設備執行層。該污水處理廠(chǎng)自動(dòng)控制系統如主,閉環(huán)控制為輔。針對這樣-一個(gè)實(shí)際狀況,我們圖2所示。中二日。舊工作打印機四工種100M華大周111圈2污水處理廠(chǎng)自動(dòng)控制系統監控管理層設在中央控制室。中央控制室設量I0點(diǎn)數為14點(diǎn)。2#PLC控制站設在沉沙池置了兩臺計算機,互為備用提高系統的可靠性,其控制室內， 監控項目包括鼓風(fēng)機、細格柵機、S3D中一臺兼做工程師站。計算機采用臺灣產(chǎn)的研華池等。開(kāi)關(guān)量I/0點(diǎn)數為283點(diǎn),模擬量V0點(diǎn)工控機IPC -610選用,21寸的純平顯示器,配裝數為16點(diǎn)。3#PLC控制站設在BAF動(dòng)力間,主改進(jìn)的組態(tài)監控軟件。計算機作為上位機通過(guò)與要監控項目是BAF濾池中的曝氣鼓風(fēng)機、沖洗離PlC通訊,實(shí)現實(shí)時(shí)監控、數據共享、參數設定、設心泵潛污泵等。開(kāi)關(guān)量V0點(diǎn)數為503點(diǎn),模擬立數據庫等功能,完成曲線(xiàn)繪制、故障記錄、打印量V0點(diǎn)數為52點(diǎn)。報表等后臺管理。管理人員在中央控制室內可根作為過(guò)程控制的主體設備,選用了施奈德的據需要向下位機發(fā)出指令,實(shí)現遠程監控。在中TSX premium PLC ,并配以人機界面終端設備觸摸央控制室內還設置了閉路電視集中監視系統。來(lái)屏。主要配置如下:自現場(chǎng)的監視畫(huà)面通過(guò)視頻分配器-套送到監視，中央處理器( CPU) :TSXP572634M (帶以太屏,一套送到操作臺上的硬盤(pán)錄像機,實(shí)現對所控網(wǎng)口)區域的在線(xiàn)監視及記錄存儲。與計算機端口相連數字量輸人模塊( DI) :TSXDEY32D2K的投影機可以方便地將計算機上的畫(huà)面投射到大數字量輸出模塊( DO) :TSXDEY32T2K屏幕上,亦可切換到現場(chǎng)監視點(diǎn)畫(huà)面上,便于對所模擬量輸人模塊( AI) :TSXAEY1600需畫(huà)面的詳盡分析。模擬量輸出模塊( AO) :TSXASY800(2)根據生產(chǎn)工藝的要求,將廠(chǎng)區內所有設電源模塊:TSXPSY2600M備按功能劃分為3個(gè)區域,在3個(gè)區域內各建立.擴展基板:TSXRKY12EX-個(gè)PLC站(即下位機) ,構建過(guò)程控制層。1#觸摸屏:XBTC5330PLC控制站設在加氯間控制室內,監控項目有粗中國煤化工,基本指令處格柵機、提升泵加氯設備、接液消毒池、加藥設理速度PLYHCNMHG備、污泥脫水等。開(kāi)關(guān)量V0點(diǎn)數為179點(diǎn),模擬為了保證系統在惡劣的自然環(huán)境下能夠可靠運行,在各 PLC站的進(jìn)線(xiàn)端加裝了防雷器;在66沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報第24卷OMIB220/220V[維][佛J]- -[ mPLC電酒ru巾rueFus]圍3 PlC 配置原理PLC的前端加裝了1:1的隔離變壓器;在模擬量3.2網(wǎng)絡(luò )通訊端口兩側即現場(chǎng)(室外)與PLC進(jìn)線(xiàn)端加裝了隔各PLC子站與上位機之間應用TCP/IP Inter-離柵。為了確保突然斷電情況下數據不至于丟net傳輸層和網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議實(shí)現設備之間的數據共失,各PLC站的前端均配置了UPS電源。設備執享,通訊速率為100Mbit/s。PLC 站上的終端設備行設備層主要是指廠(chǎng)區內工藝過(guò)程控制中的執行觸摸屏與PLC之間通過(guò)AUX終端端口連接,采機構,包括各種傳動(dòng)機械、風(fēng)機、泵、閥門(mén)等。設置用專(zhuān)用的UNI - TELWAY通訊協(xié)議實(shí)現遠程控于現場(chǎng)的操作箱柜可以就地啟動(dòng)或停止相應的設制,通訊速率為19200 波特。低壓配電系統經(jīng)過(guò)備RS -485接口輸出狀態(tài)信息,通過(guò)雙絞線(xiàn)經(jīng)RS-3個(gè)網(wǎng)絡(luò )層面中,現場(chǎng)手動(dòng)控制優(yōu)先級別最485/RS232轉換后與上位機連接,通訊速率為高,PLC站遠程手動(dòng)控制次之，自動(dòng)控制的優(yōu)先級9600波特。最低。3.3數據采集利用COD在線(xiàn)檢測儀、ss測量?jì)x、PH計等3網(wǎng)絡(luò )結構及功能專(zhuān)用檢測儀器實(shí)時(shí)監測各種生物化學(xué)指標,并將3.1 網(wǎng)絡(luò )形式監測數據轉換成標準的4 - 20mA信號遠程傳送根據污水廠(chǎng)的實(shí)際情況，采用100M的光纖到PLC;采用壓力變送器和超聲波液位計對曝氣以太網(wǎng)與三個(gè)現場(chǎng)控制PLC子站通訊,搭建總線(xiàn)濾池中的曝氣壓力及液面實(shí)時(shí)監控,監控數據以型網(wǎng)絡(luò )。標準的4 -20mA信號傳送到PLC,與PLC中的初在現場(chǎng)的PLC站上,將兩端帶有RJ-45插始設定值進(jìn)行比較,通過(guò)PLC運算后,將運算結口連接器的八芯雙絞線(xiàn)一端插人PLC的以太網(wǎng)果送到執行機構,控制各回路執行機構的動(dòng)作,利口,一端插到單模光收發(fā)器上。收發(fā)器的出口端用偏差控制算法實(shí)現參數的閉環(huán)控制,保證系統用單模光纖跳線(xiàn)通過(guò)耦合器連接到帶有8端口的要求的工藝參數。終端盒上(跳線(xiàn)的兩端為SC型插頭) ,終端盒的組態(tài)王通過(guò)計算機串行口訪(fǎng)問(wèn)PLC相關(guān)的出口采用100M的光纖連接到中控室的終端愈寄存器地址,以獲得PLC所控制設備的狀態(tài)或修上,再通過(guò)收發(fā)器連接到華為8端口交換機上,交改相關(guān)寄存器的數值,對生產(chǎn)過(guò)程中的數據進(jìn)行換機與上位機連接。過(guò)程控制由現場(chǎng)PLC站來(lái)采集統計分析處理,形成生產(chǎn)報表、工藝參數報完成,各PLC站之間相對獨立。中控室的主要功表、設中國煤化工多種報表以及能是過(guò)程管理和企業(yè)內部的信息交流，兼顧與上多種iY片CNMHG管理。在實(shí)際級市政管理層間的信息交流,架設起暢通的信息編程過(guò)程中,不需要編寫(xiě)PLC寄存器的程序,組橋梁。態(tài)王提供了一種數據定義方法,在定義了變量后第3期孫衛娜:基于PLC的污水處理系統研究57直接使用變量名于系統控制操作顯示趨勢分析數就會(huì ) 自動(dòng)顯示報警點(diǎn),發(fā)出報警信號,由現場(chǎng)PLC據記錄和報警顯示控制站完成整個(gè)處理過(guò)程的自動(dòng)控制任務(wù)。根據工藝過(guò)程的需要,可以在管理計算機上4系統軟件修改程序,改變變量,并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸到管理計算系統軟件包括監控中心的上位機軟件和PLC機和PLC站,實(shí)現新的管理控制- -體化模式。 在工作站的下位機軟件。管理計算機上有各種報表的輸出功能，即可以隨監控中心軟件是在國產(chǎn)的組態(tài)王6. 51版本時(shí)在顯示器上顯示，也可以用打印機打印出來(lái).為軟件系統軟件的基礎上開(kāi)發(fā)的，由串口通信模塊、了保證系統的實(shí)時(shí)性,采用后臺打印方式,在保管理模塊、用戶(hù)操作界面和后臺數據庫組成。證報表輸出的同時(shí),不影響系統對數據的采集分組態(tài)王6.51提供了豐富的圖庫及圖庫開(kāi)發(fā)析處理。工具,在組態(tài)環(huán)境下可以根據需要創(chuàng )建新的控制5.2 就地控制并在畫(huà)面上自由搭配,完成組態(tài)的配置過(guò)程。組系統設計了就地控制模式,當切換到PLC方態(tài)生成的結果是-一個(gè)數據庫文件。運行環(huán)境是一式時(shí)可以在終端設備觸模屏上監控設備的運行情個(gè)獨立的運行系統,它按照組態(tài)結果數據庫中指況和手動(dòng)操作現場(chǎng)設備由PLC按固化的程序完定的方式進(jìn)行各種處理,完成組態(tài)設計的目標。成邏輯操作。PLC子站間相對獨立,并可以脫離運行環(huán)境本身沒(méi)有實(shí)際意義,必須與組態(tài)結果數上位機獨立工作,方便單機調試。在每個(gè)PLC站據庫- -起作為-一個(gè)整體來(lái)構成應用系統。組態(tài)工均設有 人機界面終端設備觸摸屏,通過(guò)采集現場(chǎng)作完成之后,運行環(huán)境和組態(tài)結果數據庫就可以?xún)x表的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數據和控制設備的狀態(tài)信息,根脫離組態(tài)環(huán)境而獨立運行在監控計算機上。據工藝要求實(shí)現污水處理的過(guò)程控制,順序控制，組態(tài)過(guò)程編輯了工藝過(guò)程主體畫(huà)面、操作畫(huà)連鎖控制,設備的開(kāi)機停機等各種控制。同時(shí)面、報警畫(huà)面和數據記錄畫(huà)面等,并編寫(xiě)了相關(guān)的PLC對通過(guò)現場(chǎng)儀表采集數據進(jìn)行分析,當超過(guò)腳本程序。在實(shí)際編程過(guò)程中,不需要編寫(xiě)PLC設定報警值時(shí)發(fā)出報警信號提醒操作人員注意。寄存器的程序,組態(tài)王提供了一種數據定義方法，在設備處于檢修工況時(shí),可以采用人工控制。在定義了變量后直接使用變量名于系統控制操此時(shí)操作人員可以通過(guò)操作現場(chǎng)控制箱柜上的按作,操作員可以方便地在操作畫(huà)面上使用鍵盤(pán)或鈕啟動(dòng)或停止相應的設備。鼠標實(shí)現對現場(chǎng)設備及相關(guān)參數的操作。6結束語(yǔ)下位機控制軟件是在施奈德PL7Micro專(zhuān)用編程軟件基礎上開(kāi)發(fā)完成的。根據不同的控制對基于PLC與計算機構建控制系統具有系統象,如各種傳動(dòng)機械,風(fēng)機泵,閥門(mén)等以及不同的配置合理,可靠性高,控制精度高和系統成本低等控制要求編制了相應的控制算法和控制參數。優(yōu)點(diǎn)。隨著(zhù)我國對環(huán)境保護投資力度的不斷加大,各地城市污水處理廠(chǎng)在建項目相繼啟動(dòng)。將5監控方式PLC與計算機構建的污水處理控制系統應用于在5.1 集中監控建項目和老水廠(chǎng)的改造,不僅可以提高系統的整在PLC的運行程序中設置了上位機控制體控制水平,同時(shí)可以利用網(wǎng)絡(luò )平臺實(shí)現數據共(VDU方式)方式和PLC控制方式兩種。當切換享,提高整體管理水平,具有廣泛的應用前景。到VDU方式時(shí),PLC接收上位機發(fā)出的指令,可參考資料:以通過(guò)計算機直接遙控現場(chǎng)設備的運行。當切換到PLC方式時(shí),可以在終端設備觸摸屏上監控設[1]孫力平.污水處理新工藝及設計計算實(shí)例.科學(xué)出版社,2002備的運行情況和手動(dòng)操作現場(chǎng)設備,由PLC按固[2]任障,王創(chuàng )新.基于PIC的污水處理控制系統[J].控制系統，化的程序完成邏輯操作。在監控計算機上可以實(shí)現工藝過(guò)程的全面監[3]趙芳中國煤化工統[J].工業(yè)控制控。計算機采集到的整個(gè)污水處理過(guò)程中的數據計算:MHCNMHG[4]王學(xué)禮ro仕門(mén)小處埋型啊系擾中的應用[J].山東紡織經(jīng)以流程圖,棒圖、趨勢圖等形式在顯示器上進(jìn)行必濟,2006(3) :90 -91要的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)顯示,一旦發(fā)生故障報警計算機68沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報第24卷Sewage water control system on PLCSUN Wei -na(Shenyang Aero - engine Design Institute,Liaoning Shenyang 110015)Abstract: Using apecial monitoring instruments, such as COD or BOD and ss on - line test surveying instru-ment, the various real - time data in biochemistry and physics process unit can be acquired. These data opera-ted by PLC can be used to contoll the action of the excutive equipment. The closed loop control of the pa-rameters is achieved by the error control algorithm to insure the system working on demanded parameters , toguarantee the gas biological filter method put into market well.Keywords :Gas biological filter; system structure ;cluster communication(上接第80頁(yè))Elasticity coefficient prediction methodo{ energy resource consumption based on SVR technologySUN Jin - zhong'2 LIN Jian2(1. School of Management, Beihang University ,Beijing 100083 ; 2. School of Management, Wuyi Universi-ty, Guangdong Jiangmen 529020)Abstract: Elasticity coefficient of energy resource consumption rellects the increasing rate proportional relationsbetween energy resource consumption and national economy development in a country, which is an importantindex used to measure the utilization effect of energy resource. Considering the " noises" existed in the accu-mulated datum, this paper erases the noises by wavelet transform first, then builds the SVR model based onprocessed datum, and at the end, predicts the elasticity cofficients of energy resource consumption during thenearest 10 years. The demonstration analysis ilustrates that the prediction method is completely feasible.Keywords :support vector regression;tatistical leamning theory ;wavelet transform ;elasticity ceofficient of ener-By resource consumption中國煤化工MYHCNMHG