污水处理自动控制系统设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 污水处理自动控制系统设计 摘 要：活性污泥法污水处理过 程是一个相当复杂的物理和化学过程， 有许多干扰因素。目前国内污水处理过 程控制水平不高，曝气能源消耗大，难 以保证出水水质的稳定，很容易造成二 次污染。本文以鞍山市污水处理厂活性 污泥污水处理自动控制系统开发项目为 背景，研究了溶解氧气浓度的自适应遗 传 PID 控制算法和出水 COD 的 RBF 神 经网络预测模型。 中国论文网 /4/view-12748581.htm 关键词：自动控制；以太网；组 态软件 水是生命之源，是现代工业的血 液，是国家经济可持续发展的核心要素， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 保护水资源是当务之急。由于我国各种 水资源都遭到了极大的污染，而且我国 还是水资源严重短缺的国家，所以全力 发展我国的污水处理技术是势在必行。 在很多污水处理技术中，活性污泥法既 是一种比较有效的污水处理方法，也是 一种先进的污水处理工艺，非常适合我 国目前的情况。什么是活性污泥法？它 就是利用污泥中微生物的生命活动来清 除污水中的各种污染杂质。由于进水水 质、水量、设备、工艺等多种因素的影 响，导致污水处理过程复杂。针对污水 水质变化的非确定性、随机性、非线性 等特征，这些因素提升了污水自动化处 理的难度。为了提高自动化污水处理过 程，在保证系统运行良好的情况下，提 高出水质量，开发和研究一种新型的污 水自动化控制方法，是污水控制领域的 重要课题之一。 1 污水处理控制系统总体设计方 案 多层次的系统控制网络是光纤以 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 太环网与现场总线相结合的。10/100M 全双工光纤工业以太环网作为主控制层。 系统网络采用的 PLC（这里采用西门子 300PLC） 、IPC 机和光交换机均遵循 TCP/IP 协议。采用双层管理模式：监测 管理层、现场测试层。安装在总控室的 工业计算机作为上位机，它主要监管污 水处理站运行状况，实时观察和监测各 种信号及设备状态信息。两种显示模式： 动画和文本，对各种故障现象进行报警 的同时建立并统计数据、制作和打印报 表等。上位机通控制过交换机和光纤收 发器，用光纤以太网连接现场的 PLC， 完成各种数据信息的传递。下位机收集 各种状态数据，运用 PLC 监控污水处 理站中各设备的运行状态，同时，终端 模块对现场的控制单元诊断出的信息将 通过 Ehternet 传输到上位机工控机，以 便实现数据共享。 系统中心控制室配备了两台电脑 监控和管理：一个作为工程师站，一个 作为操作员站。工程师站主要完成系统 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 配置、调试和控制参数的在线修改和设 置等。现场控制和过程控制中，操作员 站起举足轻重的作用，通过工业以太网， 将监控层和现场控制层的信息进行互换， 具备监测、控制、数据处理、数据管理、 故障报警和数据打印等多种功能。因此， 操作员站在系统中是很重要的。在系统 的一些硬件配置中，必须选择性能稳定 的，同时采取 UPS 电源供电。作为上 位机的工控机，不仅要与现场控制层进 行各类数据互换，还要采用冗余配置。 工控机通过以太网卡及一台光交换模块 连接到工业以太网与各个 PLC 现场控 制站，以实现信息联系。 2 控制系统组成 2.1 电源系统 为了保证系统在断电的情况下， 依然能正常运行 2 个小时以上，PLC 和 两台工控机靠中央控制室中的 UPS 电 源供电。 2.2 网络通讯 配备 2 芯的多模光纤电缆，同时 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 使用 100M 以太网作为传输介质的通信 网络。使用 l00M 工业以太网光纤环网 控制层，它具有强大的通讯功能，是一 个开放的工业实时网络。为了系统数据 在骨干网上高速传送，实现数据共享的 目的，该网络通讯需将中央控室的工程 师站、操作员站和现场监测操作站三者 有机的结合起来。 2.3 中央控制室 2.3.1 控制室结构 两套监控管理计算机安装在污水 处理综合楼内的中央控制室，采用大屏 幕彩色显示屏，一台 UPS 不间断电源 的配置，两台打印机。全厂污水处理的 各种工作情况信息，各个工段仪表的检 测数据、设备的运转情况等，都显示在 大型彩色光带模拟屏上。为了不影响中 央控制室内设备的正常工作，有效防止 雷击窜入电源系统，在控制室信号线和 电源线上安装信号浪涌保护器和电源避 雷器。 2.3.2 监控管理功能介绍 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 污水处理厂设备运行和操作状态、 设备的工艺参数、报警都需要通过 100MBPS 高速工业以太网控制中央控 制室，建立设备与设备之间信息数据库 的连接和资源共享。中央控制室可以完 成以下的功能： 要想对泵站的运转情况进行远 程监控，最有效的途径就是用无线电通 信方式实现和截流干管泵站的数据传输； 中心操作者可以很方便的在彩 色屏幕的剖面图和平面图上，看见设备 的运转情况、参数是否在正常范围值内、 机泵是否安全工作、有无事故报警等； 操作员站可以显示历史数据、 实时数据，可以为操作者提供运行趋势 曲线，以便分析各种事故产生原因。 2.4 现场控制系统介绍 2.4.1 控制功能 污水处理厂和截流干管泵站的操 作站是主要的控制系统。为了最大限度 地节省电缆，根据污水厂处理的总体布 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 局，设立五个现场操作站，一个现场操 作站设置在厂外截流干管泵站内，它们 独立工作，分别完成职责内工段的监管 控制。为了更好的完成监控，在每个现 场都配备操作员和仪表显示装置。这样 操作员就可以实时监测到每个站的电气 系统运转情况、各种仪表的测量参数以 及工艺流程运转情况等。中央控制室的 泵站设备运行状况是通过通讯装置以无 线方式传输的，中央控制室工程师站可 以根据系统运行状态进行远程控制。为 了防止雷击窜入电源系统，破坏系统的 正常运转，需要在各现场操作站信号线 和电源线上安装信号浪涌保护器和电源 避雷器。 2.4.2 现场操作站设置 在污水处理厂内设有 5 个现场控 制单元，各个控制单元的主控任务由西 门子-300PLC 担任，西门子-300PLC 通 过 PROFIBUS 总线与现场 ET-200 控制 模块通信，并通过以太网方式接入总制 室。现场控制单元分配如下： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 #l 处理控制单元变配电所站； 2#处理控制单元粗格栅间站； 3#处理控制单元细格栅间站； 4#处理控制单元鼓风机房站； 5#处理控制单元污泥脱水间； 3 现场控制单元功能介绍 3.1 粗格栅间控制单元 粗格栅间控制单元主要检测和处 理粗格栅间工艺参数，监控生产设备状 态。粗格栅机和污水潜水泵是主要控制 设备。 格栅机的工作过程为：按动格栅 机的启动按钮，把栅渣收集到格栅机后 的运渣小车上，怎么验证格栅是否堵塞？ 就是通过超声波液位差计测量格栅机前 后的液位差来实现的。当液位差超过设 定的安全值时，启动清污机，开始工作， 直到液位差在设定的安全值内；当液位 差超过安全值后没有停止，继续增加时， 报警器响。 该系统有 4 台被控潜水泵：潜水 泵的启动和停止，由 PLC 收集水井液 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 位。 这里仅涉及到模拟量的监测和开 关量的控制，不涉及闭环控制策略，比 较容易实现。 3.2 细格栅间控制单元 细格栅间控制单元主要控制细格 栅机和旋流沉沙池。 由于细格栅机的控制方式与粗格 栅机的控制方式相同，所以就不再重复 介绍。旋流沉砂池的控制设备为 1 台罗 茨风机、2 台桨叶分离机，这两种设备 都是用开关控制。 3.3 鼓风机房站控制单元 鼓风机房站控制单元处理数据的 同时，主要用于监测污泥泵站、曝气池、 二次沉淀池和鼓风机房的参数情况和生 产设备的运行情况。 鼓风机房控制的效果直接影响到 出水 COD 的值。这是整个污水处理过 程控制系统的最重要部分，因为回流污 泥量的控制及曝气池溶解氧浓度的控制 都在这里同时进行。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 3.4 污泥脱水间控制单元 污泥脱水间过程控制单元处理数 据的同时，主要用于监测污泥储存池、 污泥脱水间的参数情况和生产设备的运 行情况。 3.5 变配电所控制单元 变配电所过程控制单元数据处理 的同时主要用于检测主受电柜、联络柜、 互感器柜、变压器柜和直流屏等电器之 间的参数情况和状态。 4 污水处理系统监控画面设计 在本文中，系统监测画面是通过 WINCC 软件设计。什么是 WinCC 软件？ 它是一个开放的 SCADA 软件，也是一 种功能强大的工业控制软件，是德国西 门子公司（SIEMENS）推出的。主要广 泛用于生产和过程自动化中的图形显示， 并通过图形显示完成指定的控制任务。 项目管理器包含以下几部分： 计算机：计算机属性的设置， 包括启动属性、图形运行状态系统属性 和常规属性。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 变量管理器：主要用于 WinCC 中内部变量、外部变量和通讯 驱动程序的管理。 变量归类：通过处理测量值， 并把测量值永久保存。 图形编辑器：设计编辑各种图 形画面。 报表编辑器：按照事先预约的 时间，把各种标准、格式的表格打印。 用户管理器：监管和分配用户 对组态和系统运行状态的访问权限。 文本库：负责编辑不同语言的 文本信息。 交叉引用表：负责寻找函数变 量、OLE 对象及 Aetiv