CN108594750A - 一种污水处理在线智能控制系统及控制方法 - Google Patents

一种污水处理在线智能控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种污水处理在线智能控制系统，包括调和池、第一PH计量仪、第二PH计量仪、污水泵、第一阀门、第二阀门、喷射泵、酸性药物池、碱性药物池、排放池和PLC控制中心；所述调和池依次与污水泵、喷射泵和排放池连通；所述调和池上安装第一PH计量仪；所述排放池上安装第二PH计量仪；所述酸性药物池依次与第一阀门和喷射泵连通，所述碱性药物池依次与第二阀门和喷射泵连通；所述PLC控制中心与第一PH计量仪、第二PH计量仪、污水泵、第一阀门、第二阀门连接。本发明可以通过PLC对污水的闭环控制处理系统进行研究，使用PLC控制中心和工位机对整个污水处理控制过程进行监控。

Description

一种污水处理在线智能控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及污水测试处理技术领域，特别涉及一种污水处理在线智能控制系统及控制方法。
背景技术
中国是一个工业大国，对水资源的要求特别大。但是在工业快速发展的今天，水资源受到了非常严重的污染。传统的人工加药治污法，已经不能满足当今社会的需求，药物的过度使用反而会使水质更差。污水PH值在7附近时受到药物影响时波动幅度巨大，传统的人工加药法存在控制精度不够的问题。而随着科学技术的发展，对污水的处理，尤其是PH值的控制进入了在上位计算机的监控下智能化、自动化、高效率的阶段。
目前关于污水处理控制系统方面的研究主要有：公告号CN104950711中国专利公开了“一种污水处理控制系统”，包括多种控制中心和计算机相连，自动化程度高，其核心发明内容是采用多个水质、水位监测设备分别对不同位置的污水进行监测，其缺点在于控制系统结构复杂、总成本高。公告号CN205656484中国专利公开了一种“污水处理控制系统”，包括主机、液位传感器、曝气装置、自动加药装置，通过控制主机进行控制，具有结构简单、自动化程度高的优点，但综合考虑污水PH值和流量特性曲线可知预设时间控制自动加药装置存在无法实现高精度准确控制的问题。
现有污水处理系统中，一般污水处理系统只是通过主机对加药装置进行简单的控制，缺乏对出水水质的反馈处理以及系统化控制。由于受污水水质变化复杂性、处理滞后性等因素影响，一般的污水处理系统难以满足复杂的污水处理情况。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种污水处理在线智能控制系统及控制方法，通过PLC对污水的闭环控制处理系统进行研究，使用PLC控制中心和工位机对整个污水处理控制过程进行监控。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种污水处理在线智能控制系统，包括调和池、第一PH计量仪、第二PH计量仪、污水泵、第一阀门、第二阀门、喷射泵、酸性药物池、碱性药物池、排放池和PLC控制中心；所述调和池依次与污水泵、喷射泵和排放池连通；所述调和池上安装第一PH计量仪；所述排放池上安装第二PH计量仪；所述酸性药物池依次与第一阀门和喷射泵连通，所述碱性药物池依次与第二阀门和喷射泵连通；所述PLC控制中心与第一PH计量仪、第二PH计量仪、污水泵、第一阀门、第二阀门连接。
进一步，还包括流量计和单向阀；所述流量计和单向阀依次安装在污水泵与喷射泵之间，所述流量计与PLC控制中心连接。
进一步，还包括液位计；所述液位计安装调和池上，用于测量调和池的液位高度。
进一步，所述酸性药物池的PH值小于5；所述碱性药物池PH值大于10。
进一步，还包括上位机，所述上位机与PLC控制中心通信连接。
一种污水处理在线智能控制系统的控制方法，包括如下步骤：
启动条件的判断：所述PLC控制中心根据液位计输入的信号判断是否满足泵的一次运行的启动液位H1，不满足则发出报警信号；
确定PH调节剂的加药流量Q：所述第一PH计量仪将检测的PHa值输入PLC控制中心，所述PLC控制中心计算出PH调节剂的加药流量，具体为：
若PHa＞7.5，则调和池中污水为碱性，酸性药物池加入量Q为：
PLC控制中心将酸性药物池加入量Q查表得出第一阀门的开度K1，PLC控制中心控制第一阀门开度为K1；
若PHa＜6.5，则调和池中污水为酸性，碱性药物池加入量Q为：
PLC控制中心将碱性药物池加入量Q查表得出第二阀门的开度K2，PLC控制中心控制第二阀门开度为K2；
若6.5≤PHa≤7.5，则调和池中污水为中性，加药物的流量Q＝0；
其中：
PH0—酸性药物池的PH值；
PH2—碱性药物池的PH；
Q—加药物的流量，立方米/秒；
g(PH)—关于调和池污水的PH与加药物的流量Q的函数；
PH—调和池污水的PH值即PH＝PHa；
Qa—污水泵输出的流量，立方米/秒；
通过第二PH计量仪反馈控制第一阀门或第二阀门：所述排放池中第二PH计量仪检测的PH13输入PLC控制中心，所述PLC控制中心反馈控制第一阀门或者第一阀门，具体为：
当PH13＞7.5时，根据g(PH13)计算第k次采样时刻理论调节剂的加药流量Qk，通过查阅阀门开度与流量的曲线函数f(Q)，得出第一阀门的阀门开度为f(Qk)，PLC控制中心控制第一阀门的开度，具体为：
Δu8(k)＝Kp(e1(k)-e1(k-1)+KIe1(k)+Kd(e1(k)-2e1(k-1)+e1(k-2))；
当PH13＜6.5时，根据g(PH13)计算第k次采样时刻理论调节剂的加药流量Qk，通过查阅阀门开度与流量的曲线函数f(Q)，得出第二阀门的阀门开度为f(Qk)，PLC控制中心控制第二阀门的开度，具体为：
Δu9(k)＝Kp(e2(k)-e2(k-1)＋KIe2(k)＋Kd(e2(k)-2e2(k-1)＋e2(k-2))；
当6.5≤PH13≤7.5时，所述PLC控制中心不反馈控制第一阀门或者第一阀门，即Δu8(k)＝0，Δu9(k)＝0；
其中：
k—采样次数，k＝1,2…N，采样周期为T，N为最大取样值；
Kp—比例增益系数；
KI—积分系数；
Kd—微分系数；
e1(k)—第k次采样时刻输入的第一阀门开度偏差值，e1(k)＝f(Qk+Q)-K1；
e1(k-1)—第k-1次采样时刻输入的第一阀门开度偏差值，e1(k-1)＝f(Qk-1+Q)-K1，当k＝1时，e1(k-1)＝0；
e1(k-2)—第k-2次采样时刻输入的第一阀门开度偏差值，
e1(k-2)＝f(Qk-2+Q)-K1，当k＝1或者k＝2时，e1(k-2)＝0；
e2(k)—第k次采样时刻输入的第二阀门开度偏差值，e2(k)＝f(Qk+Q)-K2；
e2(k-1)—第k-1次采样时刻输入的第二阀门开度偏差值，e2(k-1)＝f(Qk-1+Q)-K2，当k＝1时，e2(k-1)＝0；
e2(k-2)—第k-2次采样时刻输入的第二阀门开度偏差值，
e2(k-2)＝f(Qk-2+Q)-K2，当k＝1或者k＝2时，e2(k-2)＝0；
Q—加药物的流量，立方米/秒；
Δu8(k)—第k次采样时刻第一阀门的阀门开度调整输出值；
Δu8(k)—第k次采样时刻第二阀门的阀门开度调整输出值。
进一步，所述启动液位H1具体为：
其中：
H1—启动液位，米；
Qa—污水泵输出的流量，立方米/秒；
T—污水泵运行周期，分钟；
A—调和池底面面积，平方米。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的污水处理在线智能控制系统，可以用于工业污水的处理，其中出水PH值可以达到6.5-7.5，运用分段式算法对阀门精确控制，并且控制方法简单，使控制系统反应迅速且平稳。
2.本发明所述的污水处理在线智能控制系统，通过PLC控制中心的闭环控制，实现高度自动化投药，减少药物的过度投放，可以有效提高污水处理效率从而降低成本。
附图说明
图1为本发明所述的污水处理在线智能控制系统原理图。
图2为本发明所述的污水处理在线智能控制系统的控制方法原理图。
图中：
1-调和池；2-第一PH计量仪；3-液位计；4-污水泵；5-流量计；6-单向阀；7-喷射泵；8-第一阀门；9-第二阀门；10-酸性药物池；11-碱性药物池；12-排放池；13-第二PH计量仪；14-PLC控制中心；15-上位机。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的污水处理在线智能控制系统，包括调和池1、第一PH计量仪2、第二PH计量仪13、污水泵4、第一阀门8、第二阀门9、喷射泵7、酸性药物池10、碱性药物池11、排放池12和PLC控制中心14；所述调和池1依次与污水泵4、喷射泵7和排放池12连通；所述调和池1上安装第一PH计量仪2；所述排放池12上安装第二PH计量仪13；所述酸性药物池10依次与第一阀门8和喷射泵7连通，所述碱性药物池11依次与第二阀门9和喷射泵7连通；喷射泵7的作用是将调和池1中的污水与加药的PH调节剂充分混合，喷射泵7有2个入口，其中一个入口用于进污水，另一个入口用于进加药的PH调节剂。流量计5和单向阀6依次安装在污水泵4与喷射泵7之间，所述PLC控制中心14与第一PH计量仪2、第二PH计量仪13、污水泵4、第一阀门8、流量计5、第二阀门9连接。所述液位计3安装调和池1上，用于测量调和池1的液位高度。所述酸性药物池10的PH值小于5；所述碱性药物池11的PH值大于10。上位机15与PLC控制中心14通信连接，上位机15负责与PLC控制中心14通讯，对整个废水处理过程进行严密监控，而且能够实现状态显示、实时数据、参数设置、时间日期显示与报表统计等功能。另外计算机可以和打印机、UPS等其他输入输出设备相连。
如图2所示，本发明所述的污水处理在线智能控制系统的控制方法，包括如下步骤：
启动条件的判断：所述PLC控制中心14根据液位计3输入的信号判断是否满足泵的一次运行的启动液位H1，不满足则发出报警信号；
所述启动液位H1具体为：
其中：
H1—启动液位，米；
Qa—污水泵输出的流量，立方米/秒；
T—污水泵运行周期，分钟；
A—调和池底面面积，平方米。
确定PH调节剂的加药流量Q：所述第一PH计量仪2将检测的PHa值输入PLC控制中心14，所述PLC控制中心14计算出PH调节剂的加药流量，具体为：
若PHa＞7.5，则调和池1中污水为碱性，酸性药物池10加入量Q为：
PLC控制中心14将酸性药物池10加入量Q查表得出第一阀门8的开度K1，PLC控制中心14控制第一阀门8开度为K1；
若PHa＜6.5，则调和池1中污水为酸性，碱性药物池11加入量Q为：
PLC控制中心14将碱性药物池11加入量Q查表得出第二阀门9的开度K2，PLC控制中心14控制第二阀门9开度为K2；
若6.5≤PHa≤7.5，则调和池1中污水为中性，加药物的流量Q＝0；
其中：
PH0—酸性药物池10的PH值；
PH2—碱性药物池11的PH；
Q—加药物的流量，立方米/秒；
g(PH)—关于调和池污水的PH与加药物的流量Q的函数；
PH—调和池污水的PH值即PH＝PHa；
Qa—污水泵输出的流量，立方米/秒；
通过第二PH计量仪13反馈控制第一阀门8或第二阀门9：所述排放池12中第二PH计量仪13检测的PH13输入PLC控制中心14，所述PLC控制中心14反馈控制第一阀门8或者第一阀门9，具体为：
当PH13＞7.5时，根据g(PH13)计算第k次采样时刻理论调节剂的加药流量Qk，通过查阅阀门开度与流量的曲线函数f(Q)，得出第一阀门8的阀门开度为f(Qk)，PLC控制中心14控制第一阀门8的开度，具体为：
Δu8(k)＝Kp(e1(k)-e1(k-1)+KIe1(k)+Kd(e1(k)-2e1(k-1)+e1(k-2))；
当PH13＜6.5时，根据g(PH13)计算第k次采样时刻理论调节剂的加药流量Qk，通过查阅阀门开度与流量的曲线函数f(Q)，得出第二阀门9的阀门开度为f(Qk)，PLC控制中心14控制第二阀门9的开度，具体为：
Δu9(k)＝Kp(e2(k)-e2(k-1)+KIe2(k)+Kd(e2(k)-2e2(k-1)+e2(k-2))；
当6.5≤PH13≤7.5时，所述PLC控制中心14不反馈控制第一阀门8或者第一阀门9，即Δu8(k)＝0，Δu9(k)＝0；
其中：
k—采样次数，k＝1,2…N，采样周期为T，N为最大取样值；
Kp—比例增益系数；
KI—积分系数；
Kd—微分系数；
e1(k)—第k次采样时刻输入的第一阀门8开度偏差值，e1(k)＝f(Qk+Q)-K1；
e1(k-1)—第k-1次采样时刻输入的第一阀门8开度偏差值，
e1(k-1)＝f(Qk-1+Q)-K1，当k＝1时，e1(k-1)＝0；
e1(k-2)—第k-2次采样时刻输入的第一阀门8开度偏差值，
e1(k-2)＝f(Qk-2+Q)-K1，当k＝1或者k＝2时，e1(k-2)＝0；
e2(k)—第k次采样时刻输入的第二阀门9开度偏差值，e2(k)＝f(Qk+Q)-K2；
e2(k-1)—第k-1次采样时刻输入的第二阀门9开度偏差值，
e2(k-1)＝f(Qk-1+Q)-K2，当k＝1时，e2(k-1)＝0；
e2(k-2)—第k-2次采样时刻输入的第二阀门9开度偏差值，
e2(k-2)＝f(Qk-2+Q)-K2，当k＝1或者k＝2时，e2(k-2)＝0；
Q—加药物的流量，立方米/秒；
Δu8(k)—第k次采样时刻第一阀门8的阀门开度调整输出值；
Δu8(k)—第k次采样时刻第二阀门9的阀门开度调整输出值。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种污水处理在线智能控制系统，其特征在于，包括调和池(1)、第一PH计量仪(2)、第二PH计量仪(13)、污水泵(4)、第一阀门(8)、第二阀门(9)、喷射泵(7)、酸性药物池(10)、碱性药物池(11)、排放池(12)和PLC控制中心(14)；所述调和池(1)依次与污水泵(4)、喷射泵(7)和排放池(12)连通；所述调和池(1)上安装第一PH计量仪(2)；所述排放池(12)上安装第二PH计量仪(13)；所述酸性药物池(10)依次与第一阀门(8)和喷射泵(7)连通，所述碱性药物池(11)依次与第二阀门(9)和喷射泵(7)连通；
所述PLC控制中心(14)与第一PH计量仪(2)、第二PH计量仪(13)、污水泵(4)、第一阀门(8)、第二阀门(9)连接。
2.根据权利要求1所述的污水处理在线智能控制系统，其特征在于，还包括流量计(5)和单向阀(6)；所述流量计(5)和单向阀(6)依次安装在污水泵(4)与喷射泵(7)之间，所述流量计(5)与PLC控制中心(14)连接。
3.根据权利要求2所述的污水处理在线智能控制系统，其特征在于，还包括液位计(3)；所述液位计(3)安装调和池(1)上，用于测量调和池(1)的液位高度。
4.根据权利要求1所述的污水处理在线智能控制系统，其特征在于，所述酸性药物池(10)的PH值小于5；所述碱性药物池(11)的PH值大于10。
5.根据权利要求1所述的污水处理在线智能控制系统，其特征在于，还包括上位机(15)，所述上位机(15)与PLC控制中心(14)通信连接。
6.一种根据权利要求3所述的污水处理在线智能控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
启动条件的判断：所述PLC控制中心(14)根据液位计(3)输入的信号判断是否满足泵的一次运行的启动液位H1，不满足则发出报警信号；
确定PH调节剂的加药流量Q：所述第一PH计量仪(2)将检测的PHa值输入PLC控制中心(14)，所述PLC控制中心(14)计算出PH调节剂的加药流量，具体为：
若PHa＞7.5，则调和池(1)中污水为碱性，酸性药物池(10)加入量Q为：
PLC控制中心(14)将酸性药物池(10)加入量Q查表得出第一阀门(8)的开度K1，PLC控制中心(14)控制第一阀门(8)开度为K1；
若PHa＜6.5，则调和池(1)中污水为酸性，碱性药物池(11)加入量Q为：
PLC控制中心(14)将碱性药物池(11)加入量Q查表得出第二阀门(9)的开度K2，PLC控制中心(14)控制第二阀门(9)开度为K2；
若6.5≤PHa≤7.5，则调和池(1)中污水为中性，加药物的流量Q＝0；
其中：
PH0—酸性药物池(10)的PH值；
PH2—碱性药物池(11)的PH；
Q—加药物的流量，立方米/秒；
g(PH)—关于调和池污水的PH与加药物的流量Q的函数；
PH—调和池污水的PH值即PH＝PHa；
Qa—污水泵输出的流量，立方米/秒；
通过第二PH计量仪(13)反馈控制第一阀门(8)或第二阀门(9)：所述排放池(12)中第二PH计量仪(13)检测的PH13输入PLC控制中心(14)，所述PLC控制中心(14)反馈控制第一阀门(8)或者第一阀门(9)，具体为：
当PH13＞7.5时，根据g(PH13)计算第k次采样时刻理论调节剂的加药流量Qk，通过查阅阀门开度与流量的曲线函数f(Q)，得出第一阀门(8)的阀门开度为f(Qk)，PLC控制中心(14)控制第一阀门(8)的开度，具体为：
Δu8(k)＝Kp(e1(k)-e1(k-1)+KIe1(k)＋Kd(e1(k)-2e1(k-1)+e1(k-2))；
当PH13＜6.5时，根据g(PH13)计算第k次采样时刻理论调节剂的加药流量Qk，通过查阅阀门开度与流量的曲线函数f(Q)，得出第二阀门(9)的阀门开度为f(Qk)，PLC控制中心(14)控制第二阀门(9)的开度，具体为：
Δu9(k)＝Kp(e2(k)-e2(k-1)+KIe2(k)+Kd(e2(k)-2e2(k-1)+e2(k-2))；
当6.5≤PH13≤7.5时，所述PLC控制中心(14)不反馈控制第一阀门(8)或者第一阀门(9)，即Δu8(k)＝0，Δu9(k)＝0；
其中：
k—采样次数，k＝1,2…N，采样周期为T，N为最大取样值；
Kp—比例增益系数；
KI—积分系数；
Kd—微分系数；
e1(k)—第k次采样时刻输入的第一阀门(8)开度偏差值，e1(k)＝f(Qk+Q)-K1；
e1(k-1)—第k-1次采样时刻输入的第一阀门(8)开度偏差值，e1(k-1)＝f(Qk-1+Q)-K1，当k＝1时，e1(k-1)＝0；
e1(k-2)—第k-2次采样时刻输入的第一阀门(8)开度偏差值，e1(k-2)＝f(Qk-2+Q)-K1，当k＝1或者k＝2时，e1(k-2)＝0；
e2(k)—第k次采样时刻输入的第二阀门(9)开度偏差值，e2(k)＝f(Qk＋Q)-K2；
e2(k-1)—第k-1次采样时刻输入的第二阀门(9)开度偏差值，e2(k-1)＝f(Qk-1+Q)-K2，当k＝1时，e2(k-1)＝0；
e2(k-2)—第k-2次采样时刻输入的第二阀门(9)开度偏差值，e2(k-2)＝f(Qk-2+Q)-K2，当k＝1或者k＝2时，e2(k-2)＝0；
Q—加药物的流量，立方米/秒；
Δu8(k)—第k次采样时刻第一阀门(8)的阀门开度调整输出值；
Δu8(k)—第k次采样时刻第二阀门(9)的阀门开度调整输出值。
7.根据权利要求6所述的污水处理在线智能控制方法，其特征在于，所述启动液位H1具体为：
其中：
H1—启动液位，米；
Qa—污水泵输出的流量，立方米/秒；
T—污水泵运行周期，分钟；
A—调和池底面面积，平方米。
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