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电磁流量计与自动控制在污水处理中的应用研究

来源:作者:发表时间:2020-03-07 11:26:14

 【摘 要】针对污水处理,在简述其特点的基础上,对电磁流量计与自动控制技术具体应用进行深入分析,以此为后续的自动化改造及运营奠定良好基础,提供可靠参考借鉴。

 
如今,计算机与嵌入式芯片越来越普及,这使自动控制正不断进入到工业领域各个环节。 然而, 因污水处理存在特殊性,所以对自动控制的实际应用还有待进一步完善。
 
1 水处理主要特点
( 1 )周期长。 在污水处理中,处理周期主要由处理工艺决定,通常为三级处理,其中,一级处理为机械处理,二级处理为生物处理,三级处理为深度处理。 伴随特殊环境不断变化,污水处理工艺必须进行改善和优化。
( 2 )参数有较大的离散性。 在水处理过程中,参数包括溶解氧、温度和 pH 值等。 从现场情况讲,这些参数都有很大的离散性,很难与设备实际运转状况相挂钩,获得完全且系统线性关系。
( 3 )难以采用自动控制系统实现无人值守。 在当前的实际情况下,污水处理主要由人工经验进行控制,这样不仅要耗费很多资源、消耗大量时间,导致自动控制难以充分发挥应有作用功能。
 
2 污水处理对自动控制技术的应用
2.1 控制基本要求
2.1.1 调节池
调节池需要设于渗滤液处理站,共两座,其主要设备包括以下几种: ① 进水格栅机,共 1 台; ② 进水电磁流量计,共 1 台; ③出水电磁流量计,共 1 台; ④ 搅拌机,共 2 台; ⑤ 超声波液位计,共1 台; ⑥ 进水电动阀门,共 1 台; ⑦ 出水提升泵,共 1 台。 其控制要求为:格栅机应能实现现场控制与远程控制,且上位机可以对实际状态进行显示;搅拌机应具备现场控制、远程控制和自动控制的操作按钮,且上位机可以对实际状态进行显示。 如果液位小于 1.5 m , 则搅拌机可自动停止, 而液位超过 2.0 m时,自动开始运行;上位机对液位予以显示,同时显示出实际液体容积。 如果液位超过 5.85 m ,则上位机立即报警;电动阀门应能实现现场控制、远程控制和自动控制,且上位机要能对实际状态进行显示 [2] 。 如果液位超过 6 m ,则也为相对较高的调节池,其进水阀门将自动关闭,而液位相对较低的调节池,其进水阀门自动开启; 出水提升泵应能实现现场控制与远程控制,且上位机要对实际状态予以显示。如果液位低于 0.5 m ,则提升泵自动关闭; 进水电磁流量计对应的上位机可以对进水流量及总的累计流量予以显示; 2 台出水泵同时使用 1 台电磁流量计,其实际的出水与累计总流量都应在上位机上实时显示;对于各个模拟量,都要有历史发展趋势对应的曲线图。
 
2.1.2 反应沉淀系统
一级反应沉淀主要由以下几部分组成: ① 石灰投料池; ②混合搅拌池; ③ 反应池; ④ 一级沉淀池; ⑤ 中间水池。 对于二次反应沉淀,其主要由以下几部分组成: ① 反应池; ② 二级沉淀池; ③ 预处理系统。 系统控制要求为:对于石灰投加机,其频率要可以在上位机进行调整;石灰投加、搅拌机、渣浆泵、出水泵、半球阀、加压装置都要实现现场控制与远程控制,并且要在上位机对实际状态信息进行显示; 如果出水池实际液位不足 0.5 m ,则出水泵自动停机;所有出水泵使用同一台电磁流量计,于上位机对出水与累计的总流量进行显示; 渣浆泵可根据时间顺序进行运动,待启动一定时间后自动停止;在渣浆泵开启以后, 半球阀可以根据时间顺序进行运行, 待启动一定时间后,自动关闭其中一个电动阀,而开启另外的电动阀;出水池的实际液位要可以在上位机实时显示,同时显示出液位容积 [3] 。如果液位超过 5.85 m ,则上位机立即报警;对于各个模拟量,都要有历史发展趋势对应的曲线图。
 
2.1.3 厌氧系统
该系统控制要求为:包含搅拌机、循环泵、电磁流量计和回流泵等在内的设备都能实现现场控制与远程控制, 并在上位机对实际状态信息进行显示; 进水调节池实际液位可以在上位机实时显示,同时可以显示出实际的液体容积,如果液位超过 3.5 m ,则上位机立即报警; 沼气风机可以结合压力变送器实际数据实现变频控制;对于各个模拟量,都要有历史发展趋势对应的曲线图。
 
2.1.4 好氧系统
该系统控制要求为:包含搅拌机、曝气与排泥泵、电磁流量计及电动蝶阀等在内的设备均实现限产控制和远程控制, 并能在上位机对实际状态信息进行显示;对搅拌机进行时序控制,可对开启时间做适当调整;进出水的电动蝶阀都和池液位实现联动,以池液位实际情况为依据进行开启或关闭。 每个阀门都要实现时序控制,且具体的时间间隔要能调整;各个池中射流曝气泵也要实现时序控制,即每个池中的所有泵要同时启动,具体的时间间隔要能调整。
 
2.2 自动控制
对于污水处理系统而言,其控制对象除了有开关量,还包括模拟量,除了开环控制,还涉及到闭环控制;系统运行过程中,有很多参数需要进行检测与控制,系统的总控计算机,利用电磁流量计监控软件对整个处理厂的设备予以实时监控, 并记录所有水质数据,最终生成报表;在自动控制系统中,自动控制柜为核心所在,无论是工艺控制、逻辑皮暖段,还是各控制站通信,均由该自动控制柜实现; 系统总控计算机各类数据由 PLC 在以太网上传递,由总控计算机控制现场所有设备时,也主要利用 PLC 实现。 当要完成控制功能时, 系统的总控计算机将向PLC 发出指令,再由 PLC 进行判断,确认是否需要执行着这一控制,若条件成立,则立即执行,若条件不成立,则拒绝 [4] 。通过以上分析可知, 自动控制系统所有功能均由 PLC 实现,在这种情况下,即便网络产生故障, PLC 依然能根据预设程序来控制。 以控制系统具有的工艺特点为依据,结合现场生产实际条件, 该自动控制系统主要将 S7-300PLC 作为主。
 
在软件开发方面,主要包含以下两个方面: 
① 针对 PLC 进行的程序设计; 
② 对上位机监控界面进行开发。 其中,针对 PLC 进行的程序设计主要是利用编程软件完成, 以满足所有控制要求;对于上位机监控,主要使用的是国产组态软件,通过对组态软件的合理应用, 现场的全体操作人员均能在控制室对现场的电磁流量计进行实时监视,并收集相应的数据。
 
2.3 系统优化
上述是较为常规且成熟的自动控制实现思路, 但也存在很多的缺点,如成本较高、模式僵化和性价比较低等。 对此,有必要对系统予以优化改进:
( 1 )除了对脉冲量、开关量与模拟量进行采集,还要对其它类型的信号进行采集,包括视频、声音和图像。
( 2 )除了对脉冲量、开关量与模拟量进行输出,还要对其它类型的信号进行输出,包括视频、声音和图像 [6] 。
( 3 )对系统的逻辑处理功能进行拓展。
( 4 )完成各类型运算,包括整数、实数、二进制和浮点型等。
( 5 )在实现延时与定时控制的同时,使时间运算能达到毫秒级。
( 6 )实现计数控制目标,且高速计数的频率要能达到百赫兹。
( 7 )达到内、外部中断,保证对所有输入和输出的实际响应速度及精度。
( 8 )增大存储容量,使数据在掉电后不会丢失。
( 9 )设置开放式网络通讯模块,使远程控制保持稳定。
 
3 结束语
综上所述,按照嵌入式系统思想实现 PLC 各项功能,取代传统的控制器,使结构更加开放,缩短开发的周期,降低成本,在当前表现出极好前景。 对于嵌入式系统,不仅体积很小、成本低廉,而且功能专一,它将在工控领域得到更加广泛的应用。