一體式智能電磁流量計與自動(dòng)控制在污水處理中的應用研究

【摘要】針對污水處理，在簡(jiǎn)述其特點(diǎn)的基礎上，對一體式智能電磁流量計與自動(dòng)控制技術(shù)具體應用進(jìn)行深入分析，以此為后續的自動(dòng)化改造及運營(yíng)奠定良好基礎，提供可靠參考借鑒。
如今，計算機與嵌入式芯片越來(lái)越普及，這使自動(dòng)控制正不斷進(jìn)入到工業(yè)領(lǐng)域各個(gè)環(huán)節。 然而， 因污水處理存在特殊性，所以對自動(dòng)控制的實(shí)際應用還有待進(jìn)一步完善。
1 水處理主要特點(diǎn)
（ 1 ）周期長(cháng)。 在污水處理中，處理周期主要由處理工藝決定，通常為三級處理，其中，一級處理為機械處理，二級處理為生物處理，三級處理為深度處理。 伴隨特殊環(huán)境不斷變化，污水處理工藝必須進(jìn)行改善和優(yōu)化。
（ 2 ）參數有較大的離散性。 在水處理過(guò)程中，參數包括溶解氧、溫度和 pH 值等。 從現場(chǎng)情況講，這些參數都有很大的離散性，很難與設備實(shí)際運轉狀況相掛鉤，獲得完全且系統線(xiàn)性關(guān)系。
（ 3 ）難以采用自動(dòng)控制系統實(shí)現無(wú)人值守。 在當前的實(shí)際情況下，污水處理主要由人工經(jīng)驗進(jìn)行控制，這樣不僅要耗費很多資源、消耗大量時(shí)間，導致自動(dòng)控制難以充分發(fā)揮應有作用功能。
2 污水處理對自動(dòng)控制技術(shù)的應用
2.1 控制基本要求
2.1.1 調節池
調節池需要設于滲濾液處理站，共兩座，其主要設備包括以下幾種： ① 進(jìn)水格柵機，共 1 臺； ② 進(jìn)水一體式智能電磁流量計，共 1 臺； ③出水一體式智能電磁流量計，共 1 臺； ④ 攪拌機，共 2 臺； ⑤ 超聲波液位計，共1 臺； ⑥ 進(jìn)水電動(dòng)閥門(mén)，共 1 臺； ⑦ 出水提升泵，共 1 臺。 其控制要求為：格柵機應能實(shí)現現場(chǎng)控制與遠程控制，且上位機可以對實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行顯示；攪拌機應具備現場(chǎng)控制、遠程控制和自動(dòng)控制的操作按鈕，且上位機可以對實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行顯示。 如果液位小于 1.5 m ， 則攪拌機可自動(dòng)停止， 而液位超過(guò) 2.0 m時(shí)，自動(dòng)開(kāi)始運行；上位機對液位予以顯示，同時(shí)顯示出實(shí)際液體容積。 如果液位超過(guò) 5.85 m ，則上位機立即報警；電動(dòng)閥門(mén)應能實(shí)現現場(chǎng)控制、遠程控制和自動(dòng)控制，且上位機要能對實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行顯示。 如果液位超過(guò) 6 m ，則也為相對較高的調節池，其進(jìn)水閥門(mén)將自動(dòng)關(guān)閉，而液位相對較低的調節池，其進(jìn)水閥門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟； 出水提升泵應能實(shí)現現場(chǎng)控制與遠程控制，且上位機要對實(shí)際狀態(tài)予以顯示。如果液位低于 0.5 m ，則提升泵自動(dòng)關(guān)閉； 進(jìn)水一體式智能電磁流量計對應的上位機可以對進(jìn)水流量及總的累計流量予以顯示； 2 臺出水泵同時(shí)使用 1 臺一體式智能電磁流量計，其實(shí)際的出水與累計總流量都應在上位機上實(shí)時(shí)顯示；對于各個(gè)模擬量，都要有歷史發(fā)展趨勢對應的曲線(xiàn)圖。
2.1.2 反應沉淀系統
一級反應沉淀主要由以下幾部分組成： ① 石灰投料池； ②混合攪拌池； ③ 反應池； ④ 一級沉淀池； ⑤ 中間水池。 對于二次反應沉淀，其主要由以下幾部分組成： ① 反應池； ② 二級沉淀池； ③ 預處理系統。 系統控制要求為：對于石灰投加機，其頻率要可以在上位機進(jìn)行調整；石灰投加、攪拌機、渣漿泵、出水泵、半球閥、加壓裝置都要實(shí)現現場(chǎng)控制與遠程控制，并且要在上位機對實(shí)際狀態(tài)信息進(jìn)行顯示； 如果出水池實(shí)際液位不足 0.5 m ，則出水泵自動(dòng)停機；所有出水泵使用同一臺一體式智能電磁流量計，于上位機對出水與累計的總流量進(jìn)行顯示； 渣漿泵可根據時(shí)間順序進(jìn)行運動(dòng)，待啟動(dòng)一定時(shí)間后自動(dòng)停止；在渣漿泵開(kāi)啟以后， 半球閥可以根據時(shí)間順序進(jìn)行運行， 待啟動(dòng)一定時(shí)間后，自動(dòng)關(guān)閉其中一個(gè)電動(dòng)閥，而開(kāi)啟另外的電動(dòng)閥；出水池的實(shí)際液位要可以在上位機實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)顯示出液位容積。如果液位超過(guò) 5.85 m ，則上位機立即報警；對于各個(gè)模擬量，都要有歷史發(fā)展趨勢對應的曲線(xiàn)圖。
2.1.3 厭氧系統
該系統控制要求為：包含攪拌機、循環(huán)泵、一體式智能電磁流量計和回流泵等在內的設備都能實(shí)現現場(chǎng)控制與遠程控制， 并在上位機對實(shí)際狀態(tài)信息進(jìn)行顯示； 進(jìn)水調節池實(shí)際液位可以在上位機實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)可以顯示出實(shí)際的液體容積，如果液位超過(guò) 3.5 m ，則上位機立即報警； 沼氣風(fēng)機可以結合壓力變送器實(shí)際數據實(shí)現變頻控制；對于各個(gè)模擬量，都要有歷史發(fā)展趨勢對應的曲線(xiàn)圖。
2.1.4 好氧系統
該系統控制要求為：包含攪拌機、曝氣與排泥泵、一體式智能電磁流量計及電動(dòng)蝶閥等在內的設備均實(shí)現限產(chǎn)控制和遠程控制， 并能在上位機對實(shí)際狀態(tài)信息進(jìn)行顯示；對攪拌機進(jìn)行時(shí)序控制，可對開(kāi)啟時(shí)間做適當調整；進(jìn)出水的電動(dòng)蝶閥都和池液位實(shí)現聯(lián)動(dòng)，以池液位實(shí)際情況為依據進(jìn)行開(kāi)啟或關(guān)閉。 每個(gè)閥門(mén)都要實(shí)現時(shí)序控制，且具體的時(shí)間間隔要能調整；各個(gè)池中射流曝氣泵也要實(shí)現時(shí)序控制，即每個(gè)池中的所有泵要同時(shí)啟動(dòng)，具體的時(shí)間間隔要能調整。
2.2 自動(dòng)控制
對于污水處理系統而言，其控制對象除了有開(kāi)關(guān)量，還包括模擬量，除了開(kāi)環(huán)控制，還涉及到閉環(huán)控制；系統運行過(guò)程中，有很多參數需要進(jìn)行檢測與控制，系統的總控計算機，利用一體式智能電磁流量計監控軟件對整個(gè)處理廠(chǎng)的設備予以實(shí)時(shí)監控， 并記錄所有水質(zhì)數據，*終生成報表；在自動(dòng)控制系統中，自動(dòng)控制柜為核心所在，無(wú)論是工藝控制、邏輯皮暖段，還是各控制站通信，均由該自動(dòng)控制柜實(shí)現； 系統總控計算機各類(lèi)數據由 PLC 在以太網(wǎng)上傳遞，由總控計算機控制現場(chǎng)所有設備時(shí)，也主要利用 PLC 實(shí)現。 當要完成控制功能時(shí)， 系統的總控計算機將向PLC 發(fā)出指令，再由 PLC 進(jìn)行判斷，確認是否需要執行著(zhù)這一控制，若條件成立，則立即執行，若條件不成立，則拒絕。通過(guò)以上分析可知， 自動(dòng)控制系統所有功能均由 PLC 實(shí)現，在這種情況下，即便網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生故障， PLC 依然能根據預設程序來(lái)控制。 以控制系統具有的工藝特點(diǎn)為依據，結合現場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際條件， 該自動(dòng)控制系統主要將 S7-300PLC 作為主。
在軟件開(kāi)發(fā)方面，主要包含以下兩個(gè)方面：
① 針對 PLC 進(jìn)行的程序設計；
② 對上位機監控界面進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 其中，針對 PLC 進(jìn)行的程序設計主要是利用編程軟件完成， 以滿(mǎn)足所有控制要求；對于上位機監控，主要使用的是國產(chǎn)組態(tài)軟件，通過(guò)對組態(tài)軟件的合理應用， 現場(chǎng)的全體操作人員均能在控制室對現場(chǎng)的一體式智能電磁流量計進(jìn)行實(shí)時(shí)監視，并收集相應的數據。
2.3 系統優(yōu)化
上述是較為常規且成熟的自動(dòng)控制實(shí)現思路， 但也存在很多的缺點(diǎn)，如成本較高、模式僵化和性?xún)r(jià)比較低等。 對此，有必要對系統予以?xún)?yōu)化改進(jìn)：
（ 1 ）除了對脈沖量、開(kāi)關(guān)量與模擬量進(jìn)行采集，還要對其它類(lèi)型的信號進(jìn)行采集，包括視頻、聲音和圖像。
（ 2 ）除了對脈沖量、開(kāi)關(guān)量與模擬量進(jìn)行輸出，還要對其它類(lèi)型的信號進(jìn)行輸出，包括視頻、聲音和圖像 。
（ 3 ）對系統的邏輯處理功能進(jìn)行拓展。
（ 4 ）完成各類(lèi)型運算，包括整數、實(shí)數、二進(jìn)制和浮點(diǎn)型等。
（ 5 ）在實(shí)現延時(shí)與定時(shí)控制的同時(shí)，使時(shí)間運算能達到毫秒級。
（ 6 ）實(shí)現計數控制目標，且高速計數的頻率要能達到百赫茲。
（ 7 ）達到內、外部中斷，保證對所有輸入和輸出的實(shí)際響應速度及精度。
（ 8 ）增大存儲容量，使數據在掉電后不會(huì )丟失。
（ 9 ）設置開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )通訊模塊，使遠程控制保持穩定。
3 結束語(yǔ)
綜上所述，按照嵌入式系統思想實(shí)現 PLC 各項功能，取代傳統的控制器，使結構更加開(kāi)放，縮短開(kāi)發(fā)的周期，降低成本，在當前表現出*好前景。 對于嵌入式系統，不僅體積很小、成本低廉，而且功能專(zhuān)一，它將在工控領(lǐng)域得到更加廣泛的應用。

上一篇：淺析鍋爐蒸汽流量計風(fēng)控機制的設計與實(shí)踐

下一篇：水力發(fā)電廠(chǎng)供水系統增設高壓電磁流量計的技術(shù)改造方案