CN107544569A - 一种v型滤池过滤状态保持恒定液位的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种V型滤池过滤状态保持恒定液位的控制方法，属于污水处理行业V型滤池及自动化控制领域，利用PLC控制系统结合现场的安装在每格V型滤池出水渠进口管道上的调节V型滤池出水流量的气动调节蝶阀、安装在每格V型滤池内的超声波远传液位计以及安装在V型滤池前的提升泵房的提升泵组出水总管远程流量计，实现V型滤池过滤状态保持恒定液位的控制，以解决现有技术中由于滤池液位波动变化缓慢，控制具有较大的滞后性，使滤池液位在设定液位上下大范围波动，导致出水渠溢流，同时连续控制导致阀门频繁动作，缩短了阀门的使用寿命等问题，使得V型滤池保持恒水位、恒滤速，过滤效果更佳，具有很好的经济效益和社会效益，实用性强。

Description

一种V型滤池过滤状态保持恒定液位的控制方法

技术领域

本发明属于污水处理行业V型滤池及自动化控制领域，尤其涉及一种V型滤池过滤状态保持恒定液位的控制方法。

背景技术

V型滤池是污水处理厂净水工艺中的重要环节，V型滤池采用恒水位、恒滤速的控制过程。滤池的运行水位过高，将会导致进水堰堪的淹没流态形成雍水，导致邻近滤池之间水面的串通，使相互独立的滤池自控装置在检测滤池运行水位的变化量时遇到干扰，使其难以实现自控的调节；过低的运行水位，满足不了砂层以上水深的要求，就可以产生滤层中的负水头现象，会导致溶解于水中的气体释放出来而形成气泡，造成“气阻”，破坏滤层的结构，导致滤砂的流失。目前大多数V型滤池过滤状态采用PID控制算法保持恒定液位。由于液位波动变化缓慢，控制具有较大的滞后性，PID控制算法常出现超调和调节死区，使滤池液位在设定液位上下大范围波动，易导致出水渠溢流，同时PID连续控制导致阀门频繁动作，大大缩短了阀门的使用寿命。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供一种使V型滤池保持恒水位、恒滤速，同时减少阀门的动作时间，延长阀门使用寿命，并防止出水渠的溢流的方法。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

本发明一种V型滤池过滤状态保持恒定液位的控制方法，所述V型滤池有若干格，利用PLC控制系统结合现场的安装在每格V型滤池出水渠进口管道上的调节V型滤池出水流量的气动调节蝶阀、安装在每格V型滤池内的超声波远传液位计以及安装在V型滤池前的提升泵房的提升泵组出水总管远程流量计，实现V型滤池过滤状态保持恒定液位的控制；所述PLC控制系统包括用于控制气动调节蝶阀开度的开度控制程序、用于比较V型滤池实际液位和用户设定的过滤液位值的液位偏差的液位比较程序以及用于判断V型滤池液位变化趋势的液位变化趋势判断程序；所述开度控制程序包含连续调节模式M1和保持模式M2两种控制模式；其具体步骤如下：

步骤1)根据V型滤池的设计情况在PLC系统中设定过滤液位值；

步骤2)将V型滤池过滤状态时提升泵组出水总管远程流量计的实时流量值作为V型滤池总进水流量的参考值，利用PLC控制系统实时记录并通过该总进水流量的参考值和V型滤池的过滤格数计算每格平均过滤流量，然后取0.8倍每格的平均过滤流量作为该格V型滤池的最小流量参考值，通过气动调节蝶阀开度流量关系曲线实时计算该最小流量参考值对应的开度最小限值，并通过开度控制程序对各气动调节蝶阀的开度进行控制，避免各气动调节蝶阀的开度小于该开度最小限值，以防止多格V型滤池同时调节时出水不均，导致某格V型滤池出水量过大，出水渠溢流；

步骤3)在V型池的过滤状态，利用PLC控制系统对每格V型滤池内的超声波远传液位计传来的实际液位值进行实时记录，然后利用PLC控制系统通过液位比较程序比较超声波远传液位计传来的每格V型滤池实际液位值和用户设定的过滤液位值的液位偏差值，同时通过液位变化趋势判断程序判断每格V型滤池的液位变化趋势，该液位变化趋势通过5秒前该格V型滤池的实际液位值与当前实际液位值的差值作为液位变化值进行判断，通过液位偏差值和液位变化值的组合判定，确定开度控制程序中控制模式以控制气动调节蝶阀的开度；

进一步地，所述PLC控制系统包括含有PID控制算法的PID控制器；所述开度控制程序通过PID控制器控制气动调节蝶阀开度；所述开度控制程序中控制模式为连续调节模式M1时，开度控制程序连续控制气动调节蝶阀的开度以加大或减小V型滤池的出水流量；所述开度控制程序中控制模式为保持模式M2时，开度控制程序控制气动调节蝶阀保持当前的开度不变。

进一步地，所述步骤3)中通过液位偏差值和液位变化值的组合判定：

液位偏差值＝过滤液位设定值-过滤液位实际值

液位变化值＝5秒前实际液位值-当前实际液位值

当液位偏差值＞0且液位变化值≥0时，该格V型滤池的实际液位低于设定过滤液位值且液位保持或在下降，则开度控制程序的控制模式变为连续调节模式M1，此时气动调节蝶阀会在开度控制程序的控制下减小开度，减小该格V型滤池出水流量，使液位变为上升；

当液位偏差值＞0且液位变化值＜0时，该格V型滤池的实际液位低于设定过滤液位值且液位在上升，则开度控制程序的控制模式变为保持模式M2，此时气动调节蝶阀会在开度控制程序的控制下保持当前开度不变，保持该格V型滤池液位上升趋势；

当液位偏差值＜0且液位变化值＞0时，该格V型滤池的实际液位高于设定过滤液位值位且液位在下降，则开度控制程序的控制模式变为保持模式M2，此时气动调节蝶阀会在开度控制程序的控制下保持当前开度不变，保持该格V型滤池液位下降趋势；

当液位偏差值＜0且液位变化值≤0时，该格V型滤池的实际液位高于设定过滤液位值位且液位保持或在上升，则开度控制程序的控制模式变为连续调节模式M1，此时气动调节蝶阀会在开度控制程序的控制下加大开度，加大该格V型滤池出水流量，使液位变为下降。

相对于现有技术，本发明所述方法步骤清晰，利用PLC控制系统结合较少的测量工具完成对V型滤池恒定液位的控制，利用PLC控制系统中的开度控制程序中两种控制模式对气动调节阀门的开度进行实时控制，减少气动调节阀门的动作时间，延长了气动调节阀门的使用寿命；利用提升泵组出水总管远程流量计的实时流量值计算出的每格滤池最小流量值，进而结合气动调节阀门的开度流量曲线实时计算出的最小开度限值，避免了多格V型滤池同时调节时出水均，导致某格V型滤池出水量过大，造成出水渠溢流。

附图说明

图1是本发明所述V型滤池的示意图；

图中：1.提升泵组出水总管、2.超声波远传液位计、3.出水渠进口管道、4.气动调节蝶阀、5.出水渠。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种V型滤池过滤状态保持恒定液位的控制方法，所述V型滤池6有3格，也可以根据污水处理的需要设计为若干格，该3格V型滤池6前接有提升泵组出总出水管1，每格V型滤池6内安装有超声波远传液位计2，每格V型滤池6的出水口连接有出水渠进口管道3并与出水渠5相连，出水渠进口管道3上设置有气动调节蝶阀4；本发明所述方法利用PLC控制系统结合现场的安装在每格V型滤池6出水渠进口管道3上的调节该格V型滤池6出水流量的气动调节蝶阀4、安装在每格V型滤池6内的超声波远传液位计2以及安装在V型滤池6前的提升泵房的提升泵组出水总管1上的提升泵组出水总管远程流量计，实现每格V型滤池6过滤状态保持恒定液位的控制；所述PLC控制系统包括用于控制气动调节蝶阀4开度的开度控制程序、用于比较每格V型滤池6实际液位和用户设定的过滤液位值的液位偏差的液位比较程序以及用于判断每格V型滤池6液位变化趋势的液位变化趋势判断程序；所述开度控制程序包含连续调节模式M1和保持模式M2两种控制模式；其具体步骤如下：

步骤1)根据V型滤池6的设计情况在PLC系统中设定过滤液位值；

步骤2)将V型滤池6过滤状态时提升泵组出水总管远程流量计的实时流量值作为V型滤池6总进水流量的参考值，利用PLC控制系统实时记录该总进水流量的参考值并通过该总进水流量的参考值和V型滤池6的过滤格数计算每格平均过滤流量，并取0.8倍每格的平均过滤流量作为该格V型滤池6的最小流量参考值，通过气动调节蝶阀4开度流量关系曲线实时计算该最小流量参考值对应的开度最小限值，并通过开度控制程序对各气动调节蝶阀4的开度进行控制，避免各气动调节蝶阀4的开度小于该开度最小限值，以防止多格V型滤池6同时调节时出水不均，导致某格V型滤池6出水量过大，出水渠溢流；

步骤3)在V型滤池6的过滤状态，利用PLC控制系统对每格V型滤池6内的超声波远传液位计2传来的实际液位值进行实时记录，然后利用PLC控制系统通过液位比较程序比较超声波远传液位计2传来的每格V型滤池实际液位值和用户设定的过滤液位值的液位偏差值，同时通过液位变化趋势判断程序判断每格V型滤池6的液位变化趋势，该液位变化趋势通过5秒前该格V型滤池6的实际液位值与当前实际液位值的差值作为液位变化值进行判断，通过液位偏差值和液位变化值的组合判定，确定开度控制程序中控制模式以控制气动调节蝶阀4的开度；

本实施例中所述PLC控制系统包括含有PID控制算法的PID控制器；所述开度控制程序通过PID控制器控制气动调节蝶阀4的阀门开度；所述开度控制程序中控制模式为连续调节模式M1时，开度控制程序连续控制气动调节蝶阀4的开度以加大或减小V型滤池的出水流量；所述开度控制程序中控制模式为保持模式M2时，开度控制程序控制气动调节蝶阀4保持当前的开度不变。

本实施例中所述步骤3)中通过液位偏差值和液位变化值的组合判定：

液位偏差值＝过滤液位设定值-过滤液位实际值

液位变化值＝5秒前实际液位值-当前实际液位值

当液位偏差值＞0且液位变化值≥0时，该格V型滤池6的实际液位低于设定过滤液位值且液位保持或在下降，则开度控制程序的控制模式变为连续调节模式M1，此时气动调节蝶阀4会在开度控制程序的控制下减小开度，减小该格V型滤池6出水流量，使实际液位变为上升，快速接近用户设定的过滤液位值；

当液位偏差值＞0且液位变化值＜0时，该格V型滤池6的实际液位低于设定过滤液位值且液位在上升，则开度控制程序的控制模式变为保持模式M2，此时气动调节蝶阀4会在开度控制程序的控制下保持当前开度不变，保持该格V型滤池6液位上升趋势，使实际液位缓慢接近用户设定的过滤液位值，此时气动调节蝶阀4不调节开度，延长阀门的使用寿命；

当液位偏差值＜0且液位变化值＞0时，该格V型滤池6的实际液位高于设定过滤液位值位且液位在下降，则开度控制程序的控制模式变为保持模式M2，此时气动调节蝶阀4会在开度控制程序的控制下保持当前开度不变，保持该格V型滤池6液位下降趋势，使实际液位缓慢接近用户设定的过滤液位值，此时气动调节蝶阀4不调节开度，延长阀门的使用寿命；

当液位偏差值＜0且液位变化值≤0时，该格V型滤池的实际液位高于设定过滤液位值位且液位保持或在上升，则开度控制程序的控制模式变为连续调节模式M1，此时气动调节蝶阀4会在开度控制程序的控制下加大开度，加大该格V型滤池6出水流量，使液位变为下降，快速接近用户设定的过滤液位值。

本发明应用在某钢厂污水处理厂时，取得了很好的效果，该钢厂污水处理厂设计规模为15000m³/d，过滤工艺中设有一组三格V型滤池，控制系统采用Schneider Quantum系列PLC，该PLC控制系统通过开度控制程序控制每格V型滤池的气动调节蝶阀的开度，开度控制程序包含连续调节模式M1和保持模式M2两种控制模式。

当气动调节蝶阀处于连续调节模式M1时，开度控制程序通过PID控制器的PIDFF连续调节气动调节蝶阀的开度，PIDFF的设定值SP为用户设定的V型滤池过滤液位1.7m，反馈值PV为V型滤池实际液位，PIDFF输出参数的量程为0-16000，对应气动调节蝶阀的开度为100％-0％。PIDFF通过调节气动调节蝶阀的开度，加大或减小V型滤池的出水流量，调节V型滤池液位。

当气动调节蝶阀处于保持模式M2时，PIDFF保持当前输出参数不变，气动调节蝶阀保持当前阀门开度，V型滤池出水流量保持恒定，如进水量无变化，此时V型滤池液位变化趋势保持不变。

同时，PLC控制系统的开度控制程序控制实现气动调节蝶阀在连续调节M1和保持模式M2两种控制模式间无扰切换。

PLC控制系统通过液位比较程序比较V型滤池实际液位和用户设定的过滤液位值的液位偏差，同时通过液位变化趋势判断程序判断滤池液位的变化趋势，通过对液位偏差和液位变化趋势的组合判定，确定气动调节蝶阀开度控制程序的控制模式。

PLC控制系统实时记录V型滤池实际液位。

液位偏差值＝用户设定的过滤液位值－实际液位值

液位变化值＝5秒前实际液位值－实际液位值

当液位偏差值＞0且液位变化值≥0时，实际液位低于设定值且实际液位变化趋势为保持或下降状态，PLC控制系统设定开度控制程序的控制模式为连续调节M1，此时气动调节蝶阀会在PIDFF控制下减小开度，减小V型滤池出水流量，使实际液位从下降或保持状态变为上升，快速接近设定值；

当液位偏差值＞0且液位变化值＜0时，实际液位低于设定值且实际液位处在上升状态，PLC控制系统设定开度控制程序的控制模式为保持模式M2，保持V型滤池液位上升趋势，使实际液位缓慢接近设定值，此时气动调节蝶阀不调节开度，延长阀门的使用寿命；

当液位偏差值＜0且液位变化值＞0时，实际液位高于设定值位且液位处在下降状态，则设定开度控制程序的控制模式为保持模式M2，保持V型滤池液位下降趋势，使实际液位缓慢接近设定值，此时气动调节蝶阀不调节开度，延长阀门的使用寿命；

当液位偏差值＜0且液位变化值≤0时，实际液位高于设定值位且液位变化趋势为保持或在上升状态，则设定开度控制程序的控制模式为连续调节模式M1，此时气动调节蝶阀会在PIDFF控制下加大开度，加大V型滤池出水流量，使液位变为下降，快速接近设定值。

PLC控制系统实时记录在V型滤池前的提升泵房安装提升泵组出水总管远程流量计的数值，该流量作为V型滤池总进水流量的参考值F1，过滤格数N为2或3，每格V型滤池的最小过滤流量F2＝0.8×F1÷N，PLC控制系统通过气动调节阀门的开度流量曲线和该流量值经计算得出气动调节阀门过滤状态时不断变化的开度最小限值Vmin，一般情况下：

当N＝2时，Vmin＝F1*7.5，

当N＝3时，Vmin＝F1*5，

将Vmin作为PIDFF控制块输出参数的最小限值，Vmin保证每格V型滤池在调节过程中都有一定的出水流量，防止出水集中到某格滤池，导致该格滤池出水渠溢流。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种V型滤池过滤状态保持恒定液位的控制方法，所述V型滤池有若干格，其特征在于：利用PLC控制系统结合现场的安装在每格V型滤池出水渠进口管道上的调节V型滤池出水流量的气动调节蝶阀、安装在每格V型滤池内的超声波远传液位计以及安装在V型滤池前的提升泵房的提升泵组出水总管远程流量计，实现V型滤池过滤状态保持恒定液位的控制；所述PLC控制系统包括用于控制气动调节蝶阀开度的开度控制程序、用于比较V型滤池实际液位和用户设定的过滤液位值的液位偏差的液位比较程序以及用于判断V型滤池液位变化趋势的液位变化趋势判断程序；所述开度控制程序包含连续调节模式M1和保持模式M2两种控制模式；其具体步骤如下：

步骤1)根据V型滤池的设计情况在PLC系统中设定过滤液位值；

步骤2)将V型滤池过滤状态时提升泵组出水总管远程流量计的实时流量值作为V型滤池总进水流量的参考值，利用PLC控制系统实时记录并通过该总进水流量的参考值和V型滤池的过滤格数计算每格平均过滤流量，然后取0.8倍每格的平均过滤流量作为该格V型滤池的最小流量参考值，通过气动调节蝶阀开度流量关系曲线实时计算该最小流量参考值对应的开度最小限值，并通过开度控制程序对各气动调节蝶阀的开度进行控制，避免各气动调节蝶阀的开度小于该开度最小限值，以防止多格V型滤池同时调节时出水不均，导致某格V型滤池出水量过大，出水渠溢流；

步骤3)在V型池的过滤状态，利用PLC控制系统对每格V型滤池内的超声波远传液位计传来的实际液位值进行实时记录，然后利用PLC控制系统通过液位比较程序比较超声波远传液位计传来的每格V型滤池实际液位值和用户设定的过滤液位值的液位偏差值，同时通过液位变化趋势判断程序判断每格V型滤池的液位变化趋势，该液位变化趋势通过5秒前该格V型滤池的实际液位值与当前实际液位值的差值作为液位变化值进行判断，通过液位偏差值和液位变化值的组合判定，确定开度控制程序中控制模式以控制气动调节蝶阀的开度。

2.根据权利要求1所述的一种V型滤池过滤状态保持恒定液位的控制方法，其特征在于：所述PLC控制系统包括含有PID控制算法的PID控制器；所述开度控制程序通过PID控制器控制气动调节蝶阀开度；所述开度控制程序中控制模式为连续调节模式M1时，开度控制程序连续控制气动调节蝶阀的开度以加大或减小V型滤池的出水流量；所述开度控制程序中控制模式为保持模式M2时，开度控制程序控制气动调节蝶阀保持当前的开度不变。

3.根据权利要求1或2所述的一种V型滤池过滤状态保持恒定液位的控制方法，其特征在于：所述步骤3)中通过液位偏差值和液位变化值的组合判定：

液位偏差值＝过滤液位设定值-过滤液位实际值

液位变化值＝5秒前实际液位值-当前实际液位值

当液位偏差值＞0且液位变化值≥0时，该格V型滤池的实际液位低于设定过滤液位值且液位保持或在下降，则开度控制程序的控制模式变为连续调节模式M1，此时气动调节蝶阀会在开度控制程序的控制下减小开度，减小该格V型滤池出水流量，使液位变为上升；

当液位偏差值＞0且液位变化值＜0时，该格V型滤池的实际液位低于设定过滤液位值且液位在上升，则开度控制程序的控制模式变为保持模式M2，此时气动调节蝶阀会在开度控制程序的控制下保持当前开度不变，保持该格V型滤池液位上升趋势；

当液位偏差值＜0且液位变化值＞0时，该格V型滤池的实际液位高于设定过滤液位值位且液位在下降，则开度控制程序的控制模式变为保持模式M2，此时气动调节蝶阀会在开度控制程序的控制下保持当前开度不变，保持该格V型滤池液位下降趋势；

当液位偏差值＜0且液位变化值≤0时，该格V型滤池的实际液位高于设定过滤液位值位且液位保持或在上升，则开度控制程序的控制模式变为连续调节模式M1，此时气动调节蝶阀会在开度控制程序的控制下加大开度，加大该格V型滤池出水流量，使液位变为下降。