基于PLC的污水处理系统研究

2007年6月沈阳航空工业学院学报Jun. 2007第24卷第3期Journal of Shenyang Institute of Aeronautical EngineeringVol.24 No. 3文章编号:1007 - 1385(2007)03 -0064 -05基于PLC的污水处理系统研究孙卫娜(沈阳发动机设计研究所,辽宁沈阳10015)摘要:应用 COD、BOD在线检测仪.ss测量仪等国外先进的专用检测仪器实时采集各种生物化学指标和物理指标,采集的数据通过PLC运算后,控制执行机构的动作,利用偏差控制算法实现参数的闭环控制,保证系统要求的工艺参数,将曝气滤池法从实验室推向市场。关键词:曝气生物滤池法;系统配置;串口通讯中图分类号:X703 ;TP29文献标识码:A随着现代控制技术和计算机技术的迅速发进人一级BAF滤池(C/N)池,进行BOD、COD的展,大量新型的控制技术在各个领域得到了广泛降解以及部分氨氮的硝化,向上流出后,从底部进的应用。可编程控制器PLC作为- -种多功能智人二级BAF滤池,进行剩余BOD、COD的降解及能化的综合控制器,具有通用性好、可靠性高、编氨氮的充分硝化。另外,每隔一定周期后生物滤程简单扩展方便、安装灵活和故障率低等诸多特池需要进行反冲洗,反冲洗水最终回流人粗格栅。点,在工业控制领域得到越来越广泛的应用。现以四川广汉污水处理厂为例,介绍基于PLC的污水处理控制系统的设计和应用。1污水处理过程 .-4 -------------- .凤冲洗污水废水的处理方法分为物理处理法、化学处理C国)-中国法和生物处理法。广汉污水处理厂采用的处理工民楼水艺是曝气生物滤池法,简称BAF滤池。BAF工艺具有高水力高容积及高生物膜活性;具有生物氧图1污水处理工艺流程化降解和截留悬浮颗粒即ss的双重功效;氧的传1.2工艺参数输效率高等许多特点。但是,由于工业控制手段污水污染物去除率见表1。的局限性及污水厂特殊环境,多年来-直停留在表1污水污染物去除率表实验室阶段。随着现代控制技术和计算机技术的处理后出水污染物去除事迅速发展,曝气生物滤池法终于走出了实验室,应名称水质指标原水水质水质(%)用于城市污水处理。化学需氧量COD(mg/1) 300≤60≥801.1 工艺流程生物需氧量BOD( mg/1) 200<20≥90污水处理工艺流程如图1所示。固体悬浮物SS(mg/1) 200城市生活污水通过排污系统自流进人粗格氨氮去除事TN( mg/l)0≤I5≥62.5栅,去除大颗粒悬浮物及漂浮污染物质;之后,再碘去除率TP(mg/1) 4.0≤0.5≥87.5由提升泵提升至细格栅,去除较细悬浮物;巴氏流1.3控制对象量槽计量后,经配水井进人旋流沉沙池即S3D在工艺处理过程中需要控制的主要对象有格池,进行除油沉砂、高效沉淀,使污水进人生化池栅机、提升泵加氯、接触消毒、加药、污泥脱水、鼓处理段的ss不超过100mg/L;S3D池出水从底部风机中国煤化工L运行是依据栅收稿日期:2007-01-15MH.CNMH(泵是根据集水池内水业文化日动u工制时;DAr⊥艺是以时间和作者简介:孙卫娜(1956 -) ,女,山东文登人,高级工程师压力差相结合控制的;其它设备是根据工艺参数第3期孙卫娜:基于PLC的污水处理系统研究55控制的。重点是BAF滤池。，采用了基于PLC与工控机来构建(SCADA)监控和数据采集系统。以工控机作为监视和控制现场2控制 系统构成生产过程的可视窗口,以PLC可编程控制器进行2.1控制方案逻辑运算,对生产过程实行在线实时控制。污水处理厂的占地面积大,设备比较分散,信2.2系统构成号的传输距离较远。通过分析工艺过程发现:在(1)根据工艺设计要求,将全厂的控制系统受控对象中有相当多的开关量和模拟量,同时检划分为三个网络层面。即监控管理层,过程控制测点也较多。而控制过程是以逻辑顺序控制为层和设备执行层。该污水处理厂自动控制系统如主,闭环控制为辅。针对这样-一个实际状况,我们图2所示。中二日。旧工作打印机四工种100M华大周111圈2污水处理厂自动控制系统监控管理层设在中央控制室。中央控制室设量I0点数为14点。2#PLC控制站设在沉沙池置了两台计算机,互为备用提高系统的可靠性,其控制室内， 监控项目包括鼓风机、细格栅机、S3D中一台兼做工程师站。计算机采用台湾产的研华池等。开关量I/0点数为283点,模拟量V0点工控机IPC -610选用,21寸的纯平显示器,配装数为16点。3#PLC控制站设在BAF动力间,主改进的组态监控软件。计算机作为上位机通过与要监控项目是BAF滤池中的曝气鼓风机、冲洗离PlC通讯,实现实时监控、数据共享、参数设定、设心泵潜污泵等。开关量V0点数为503点,模拟立数据库等功能,完成曲线绘制、故障记录、打印量V0点数为52点。报表等后台管理。管理人员在中央控制室内可根作为过程控制的主体设备,选用了施奈德的据需要向下位机发出指令,实现远程监控。在中TSX premium PLC ,并配以人机界面终端设备触摸央控制室内还设置了闭路电视集中监视系统。来屏。主要配置如下:自现场的监视画面通过视频分配器-套送到监视，中央处理器( CPU) :TSXP572634M (带以太屏,一套送到操作台上的硬盘录像机,实现对所控网口)区域的在线监视及记录存储。与计算机端口相连数字量输人模块( DI) :TSXDEY32D2K的投影机可以方便地将计算机上的画面投射到大数字量输出模块( DO) :TSXDEY32T2K屏幕上,亦可切换到现场监视点画面上,便于对所模拟量输人模块( AI) :TSXAEY1600需画面的详尽分析。模拟量输出模块( AO) :TSXASY800(2)根据生产工艺的要求,将厂区内所有设电源模块:TSXPSY2600M备按功能划分为3个区域,在3个区域内各建立.扩展基板:TSXRKY12EX-个PLC站(即下位机) ,构建过程控制层。1#触摸屏:XBTC5330PLC控制站设在加氯间控制室内,监控项目有粗中国煤化工,基本指令处格栅机、提升泵加氯设备、接液消毒池、加药设理速度PLYHCNMHG备、污泥脱水等。开关量V0点数为179点,模拟为了保证系统在恶劣的自然环境下能够可靠运行,在各 PLC站的进线端加装了防雷器;在66沈阳航空工业学院学报第24卷OMIB220/220V[维][佛J]- -[ mPLC电酒ru巾rueFus]围3 PlC 配置原理PLC的前端加装了1:1的隔离变压器;在模拟量3.2网络通讯端口两侧即现场(室外)与PLC进线端加装了隔各PLC子站与上位机之间应用TCP/IP Inter-离栅。为了确保突然断电情况下数据不至于丟net传输层和网络层协议实现设备之间的数据共失,各PLC站的前端均配置了UPS电源。设备执享,通讯速率为100Mbit/s。PLC 站上的终端设备行设备层主要是指厂区内工艺过程控制中的执行触摸屏与PLC之间通过AUX终端端口连接,采机构,包括各种传动机械、风机、泵、阀门等。设置用专用的UNI - TELWAY通讯协议实现远程控于现场的操作箱柜可以就地启动或停止相应的设制,通讯速率为19200 波特。低压配电系统经过备RS -485接口输出状态信息,通过双绞线经RS-3个网络层面中,现场手动控制优先级别最485/RS232转换后与上位机连接,通讯速率为高,PLC站远程手动控制次之，自动控制的优先级9600波特。最低。3.3数据采集利用COD在线检测仪、ss测量仪、PH计等3网络结构及功能专用检测仪器实时监测各种生物化学指标,并将3.1 网络形式监测数据转换成标准的4 - 20mA信号远程传送根据污水厂的实际情况，采用100M的光纤到PLC;采用压力变送器和超声波液位计对曝气以太网与三个现场控制PLC子站通讯,搭建总线滤池中的曝气压力及液面实时监控,监控数据以型网络。标准的4 -20mA信号传送到PLC,与PLC中的初在现场的PLC站上,将两端带有RJ-45插始设定值进行比较,通过PLC运算后,将运算结口连接器的八芯双绞线一端插人PLC的以太网果送到执行机构,控制各回路执行机构的动作,利口,一端插到单模光收发器上。收发器的出口端用偏差控制算法实现参数的闭环控制,保证系统用单模光纤跳线通过耦合器连接到带有8端口的要求的工艺参数。终端盒上(跳线的两端为SC型插头) ,终端盒的组态王通过计算机串行口访问PLC相关的出口采用100M的光纤连接到中控室的终端愈寄存器地址,以获得PLC所控制设备的状态或修上,再通过收发器连接到华为8端口交换机上,交改相关寄存器的数值,对生产过程中的数据进行换机与上位机连接。过程控制由现场PLC站来采集统计分析处理,形成生产报表、工艺参数报完成,各PLC站之间相对独立。中控室的主要功表、设中国煤化工多种报表以及能是过程管理和企业内部的信息交流，兼顾与上多种iY片CNMHG管理。在实际级市政管理层间的信息交流,架设起畅通的信息编程过程中,不需要编写PLC寄存器的程序,组桥梁。态王提供了一种数据定义方法,在定义了变量后第3期孙卫娜:基于PLC的污水处理系统研究57直接使用变量名于系统控制操作显示趋势分析数就会 自动显示报警点,发出报警信号,由现场PLC据记录和报警显示控制站完成整个处理过程的自动控制任务。根据工艺过程的需要,可以在管理计算机上4系统软件修改程序,改变变量,并通过网络传输到管理计算系统软件包括监控中心的上位机软件和PLC机和PLC站,实现新的管理控制- -体化模式。 在工作站的下位机软件。管理计算机上有各种报表的输出功能，即可以随监控中心软件是在国产的组态王6. 51版本时在显示器上显示，也可以用打印机打印出来.为软件系统软件的基础上开发的，由串口通信模块、了保证系统的实时性,采用后台打印方式,在保管理模块、用户操作界面和后台数据库组成。证报表输出的同时,不影响系统对数据的采集分组态王6.51提供了丰富的图库及图库开发析处理。工具,在组态环境下可以根据需要创建新的控制5.2 就地控制并在画面上自由搭配,完成组态的配置过程。组系统设计了就地控制模式,当切换到PLC方态生成的结果是-一个数据库文件。运行环境是一式时可以在终端设备触模屏上监控设备的运行情个独立的运行系统,它按照组态结果数据库中指况和手动操作现场设备由PLC按固化的程序完定的方式进行各种处理,完成组态设计的目标。成逻辑操作。PLC子站间相对独立,并可以脱离运行环境本身没有实际意义,必须与组态结果数上位机独立工作,方便单机调试。在每个PLC站据库- -起作为-一个整体来构成应用系统。组态工均设有 人机界面终端设备触摸屏,通过采集现场作完成之后,运行环境和组态结果数据库就可以仪表的生产实时数据和控制设备的状态信息,根脱离组态环境而独立运行在监控计算机上。据工艺要求实现污水处理的过程控制,顺序控制，组态过程编辑了工艺过程主体画面、操作画连锁控制,设备的开机停机等各种控制。同时面、报警画面和数据记录画面等,并编写了相关的PLC对通过现场仪表采集数据进行分析,当超过脚本程序。在实际编程过程中,不需要编写PLC设定报警值时发出报警信号提醒操作人员注意。寄存器的程序,组态王提供了一种数据定义方法，在设备处于检修工况时,可以采用人工控制。在定义了变量后直接使用变量名于系统控制操此时操作人员可以通过操作现场控制箱柜上的按作,操作员可以方便地在操作画面上使用键盘或钮启动或停止相应的设备。鼠标实现对现场设备及相关参数的操作。6结束语下位机控制软件是在施奈德PL7Micro专用编程软件基础上开发完成的。根据不同的控制对基于PLC与计算机构建控制系统具有系统象,如各种传动机械,风机泵,阀门等以及不同的配置合理,可靠性高,控制精度高和系统成本低等控制要求编制了相应的控制算法和控制参数。优点。随着我国对环境保护投资力度的不断加大,各地城市污水处理厂在建项目相继启动。将5监控方式PLC与计算机构建的污水处理控制系统应用于在5.1 集中监控建项目和老水厂的改造,不仅可以提高系统的整在PLC的运行程序中设置了上位机控制体控制水平,同时可以利用网络平台实现数据共(VDU方式)方式和PLC控制方式两种。当切换享,提高整体管理水平,具有广泛的应用前景。到VDU方式时,PLC接收上位机发出的指令,可参考资料:以通过计算机直接遥控现场设备的运行。当切换到PLC方式时,可以在终端设备触摸屏上监控设[1]孙力平.污水处理新工艺及设计计算实例.科学出版社,2002备的运行情况和手动操作现场设备,由PLC按固[2]任障,王创新.基于PIC的污水处理控制系统[J].控制系统，化的程序完成逻辑操作。在监控计算机上可以实现工艺过程的全面监[3]赵芳中国煤化工统[J].工业控制控。计算机采集到的整个污水处理过程中的数据计算:MHCNMHG[4]王学礼ro仕门小处埋型啊系扰中的应用[J].山东纺织经以流程图,棒图、趋势图等形式在显示器上进行必济,2006(3) :90 -91要的动态或静态显示,一旦发生故障报警计算机68沈阳航空工业学院学报第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页)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中国煤化工MYHCNMHG