CN112306029A - 基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台 - Google Patents

基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台 Download PDF

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substation
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pressure thermal
monitoring
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常玉华
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Abstract

本发明涉及污泥处理技术领域，具体地说，涉及基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台。包括数据中心单元、集控中心单元、网络通信单元和场控主站单元；数据中心单元用于设定参考值、测量高压热裂解工艺运行过程中的数值及对测得的数值进行处理；集控中心单元用于对工艺的整体运行流程进行集中控制管理；网络通信单元用于在整个系统内各个单元和模块之间建立连接通道；场控主站单元用于集中管理控制工艺中各个分布子站的监控系统。本发明设计可以节省大量人力资源，实现全程无人值守的生产自动化控制，便于对工艺流程进行统一的统筹分配，便于监管，提高污泥处理的工作效率。

Description

基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，具体地说，涉及基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台。
背景技术
污泥使城市污水处理后的产物，含有病原体、虫卵、重金属和持久性有机污染物等有毒有害物质，未经有效处理处置极易对地下水、土壤等造成二次污染，目前污泥处理领域的碳排放问题备受社会关注。近年来，越来越多的污水处理厂将高压热裂解技术应用于污泥处理中，通过高压热裂解可以提高了污泥的流动性和可生化程度，可以将市政污泥、有机工业污泥和有机生活垃圾转换为生物质能源，而后将污泥应用于有机肥生产和环保砖烧制。但是，该污泥处理的全过程跨度大、耗时长，不便于集中管理和统筹分配，导致监管麻烦，耗费大量人力资源，且工艺流程中任一阶段出现问题都会影响整个流程的进度，导致处理效率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供了基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台，包括
数据中心单元、集控中心单元、网络通信单元和场控主站单元；所述数据中心单元、所述集控中心单元、所述网络通信单元与所述场控主站单元依次通过以太网通讯连接；所述数据中心单元用于设定参考值、测量高压热裂解工艺运行过程中的数值及对测得的数值进行处理；所述集控中心单元用于对工艺的整体运行流程进行集中控制管理；所述网络通信单元用于在整个系统内各个单元和模块之间建立连接通道；所述场控主站单元用于集中管理控制工艺中各个分布子站的监控系统；
所述数据中心单元包括人机交互模块、参考值设定模块、数值测定模块和数据处理模块；
所述集控中心单元包括在线仪表模块、视频监控模块、安防系统模块和报警定位模块；
所述网络通信单元包括无线公用网络模块、虚拟专用网络模块和通信加密模块；
所述场控主站单元包括污泥预处理子站模块、高压热裂解子站模块、厌氧消化子站模块、有机肥车间子站模块和制砖车间子站模块。
作为本技术方案的进一步改进，所述人机交互模块、所述参考值设定模块、所述数值测定模块与所述数据处理模块依次通过以太网通讯连接；所述人机交互模块用于给工人建立操作系统的通道；所述参考值设定模块用于设定工艺运行流程中各监测点的参考数值及波动范围；所述数值测定模块用于实时收集个监测点的监测数据；所述数据处理模块用于将监测数据与设定的参考值进行比对处理。
其中，参考值包括温度、气压、时间等。
其中，测定的数值包括实时温度、实时气压、反应时间、沼气产量等。
作为本技术方案的进一步改进，所述数据处理模块采用ID3算法，其算法流程为：
设S是s个数据样本的集合，定义m个不同类Ci，设si是Ci类中的样本数，则对给定的样本S所期望的信息值的计算公式为：
Figure BDA0002771501960000031
其中，pi是任意样本属于Ci的概率，pi＝si/s；
设属性A具有不同值{a1，a2，...，a}，可以用属性A将样本S划分为{S1，S2，...，SV}，设sij是Sj中Ci类的样本数，则由A划分成子集的熵的计算公式为：
Figure BDA0002771501960000032
作为本技术方案的进一步改进，所述在线仪表模块、所述视频监控模块与所述安防系统模块并列运行，所述安防系统模块的信号输出端与所述报警定位模块的信号输入端连接；所述在线仪表模块用于通过无线网络在线控制工艺流程中各仪表和设备的运转过程；所述视频监控模块用于通过摄像头远程监控工艺流程中各车间的情况；所述安防系统模块用于集中管理各车间的安全防范系统；所述报警定位模块用于对车间内出现异常的仪器向集控中心发出警报及定位。
其中，安防系统包括入侵报警系统、出入口控制系统、BSV液晶拼接墙系统、门禁消防系统、防爆安全检查系统等。
作为本技术方案的进一步改进，所述报警定位模块采用欧式距离计算方法，其计算公式为：
Figure BDA0002771501960000041
其中，为出现异常的仪器的坐标，为集控中心的坐标，d12为异常仪器到集控中心的欧式距离。
作为本技术方案的进一步改进，所述虚拟专用网络模块以所述无线公用网络模块为基础建立，所述通信加密模块的信号输出端与所述虚拟专用网络模块的信号输入端连接；所述无线公用网络模块用于提供覆盖整个工艺流程包含的所有车间的局域公用网络；所述虚拟专用网络模块用于在集控中心与各个子车间之间建立安全的专用网络通道；所述通信加密模块用于对专用网络进行通信加密以保证信息安全。
其中，通信加密的主要方式为建立防火墙。
作为本技术方案的进一步改进，所述污泥预处理子站模块、所述高压热裂解子站模块、所述厌氧消化子站模块、所述有机肥车间子站模块与所述制砖车间子站模块并列运行；所述污泥预处理子站模块用于监控污泥预处理车间内的处理流程；所述高压热裂解子站模块用于监控高压热裂解车间内的处理流程；所述厌氧消化子站模块用于监控厌氧消化反应器内的处理流程；所述有机肥车间子站模块用于监控有机肥车间内的处理流程；所述制砖车间子站模块用于监控制砖车间内的处理流程。
本发明的目的之二在于，还提供了上述基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台的控制方法，其包括如下步骤：
S1、用户经人机交互终端以合法身份登录系统，系统按用户的身份对其开放对应的权限，工程师可以对全过程运行的设备参考值进行设定；
S2、依次启动污泥预处理子站、高压热裂解子站、厌氧消化子站，污泥依次经预处理、高压热裂解以及厌氧消化后，通过污泥外运车将污泥分批转运到有机肥车间子站和制砖车间子站；
S3、污泥处理过程中，设置在每个子站的传感器实时监测子站设备的运行状态并及时将收集的测量值上报到数据中心，数据中心对数据进行分析对比，以判断各子站的运行状态；
S4、工艺流程运转过程中，设置在各个子站的安防系统，对进出现场的材料、工人及设备进行检查，并按身份给工人开放对应的操作权限；
S5、污泥处理过程中，摄像头实时监测子站的运行状态并通过网络通信将画面传输到用户终端及监控显示屏上以便观察员监察；
S6、系统运转过程中，经网络通信传输的所有信息及数据都经过加密处理，避免信息泄露；
S7、各子站运行过程中，当设备出现故障，则系统及时向管理员发出报警并将故障位置反馈给管理员，同时系统按照设定的应急方案进行排障操作；
S8、若系统无法自动修复故障，则管理员通过线上仪表进行排障处理；
S9、若线上无法处理故障，则系统向就近的工程师发出前往现场进行维修的指令。
本发明的目的之三在于，提供了基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述任一的基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台。
本发明的目的之四在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一的基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台。
与现有技术相比，本发明的有益效果：该基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台中，通过对整个污泥处理工艺流程进行集中控制，节省大量人力资源，实现全程无人值守的生产自动化控制，便于对工艺流程进行统一的统筹分配，便于监管，避免任一阶段出现问题导致影响整个流程进度，提高污泥处理的工作效率。
附图说明
图1为本发明的示例性产品架构图；
图2为本发明的控制装置局部结构示意图之一；
图3为本发明的控制装置局部结构示意图之二；
图4为本发明的控制装置局部结构示意图之三；
图5为本发明的控制装置局部结构示意图之四；
图6为本发明的控制装置局部结构示意图之五；
图7为本发明的控制装置局部结构示意图之六。
图中各个标号意义为：
100、数据中心单元；101、人机交互模块；102、参考值设定模块；103、数值测定模块；104、数据处理模块；
200、集控中心单元；201、在线仪表模块；202、视频监控模块；203、安防系统模块；204、报警定位模块；
300、网络通信单元；301、无线公用网络模块；302、虚拟专用网络模块；303、通信加密模块；
400、场控主站单元；401、污泥预处理子站模块；402、高压热裂解子站模块；403、厌氧消化子站模块；404、有机肥车间子站模块；405、制砖车间子站模块。
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。
应用实施例
如图1-7所示，本实施例提供了基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台，包括
数据中心单元100、集控中心单元200、网络通信单元300和场控主站单元400；数据中心单元100、集控中心单元200、网络通信单元300与场控主站单元400依次通过以太网通讯连接；数据中心单元100用于设定参考值、测量高压热裂解工艺运行过程中的数值及对测得的数值进行处理；集控中心单元200用于对工艺的整体运行流程进行集中控制管理；网络通信单元300用于在整个系统内各个单元和模块之间建立连接通道；场控主站单元400用于集中管理控制工艺中各个分布子站的监控系统
数据中心单元100包括人机交互模块101、参考值设定模块102、数值测定模块103和数据处理模块104；
集控中心单元200包括在线仪表模块201、视频监控模块202、安防系统模块203和报警定位模块204；
网络通信单元300包括无线公用网络模块301、虚拟专用网络模块302和通信加密模块303；
场控主站单元400包括污泥预处理子站模块401、高压热裂解子站模块402、厌氧消化子站模块403、有机肥车间子站模块404和制砖车间子站模块405。
本实施例中，人机交互模块101、参考值设定模块102、数值测定模块103与数据处理模块104依次通过以太网通讯连接；人机交互模块101用于给工人建立操作系统的通道；参考值设定模块102用于设定工艺运行流程中各监测点的参考数值及波动范围；数值测定模块103用于实时收集个监测点的监测数据；数据处理模块104用于将监测数据与设定的参考值进行比对处理。
其中，参考值包括温度、气压、时间等。
其中，测定的数值包括实时温度、实时气压、反应时间、沼气产量等。
进一步地，数据处理模块104采用ID3算法，其算法流程为：
设S是s个数据样本的集合，定义m个不同类Cii＝1，2，...，m，设si是Ci类中的样本数，则对给定的样本S所期望的信息值的计算公式为：
Figure BDA0002771501960000091
其中，pi是任意样本属于Ci的概率，pi＝si/s；
设属性A具有不同值{a1，a2，...，a}，可以用属性A将样本S划分为{S1，S2，...，SV}，设sij是Sj中Ci类的样本数，则由A划分成子集的熵的计算公式为：
Figure BDA0002771501960000092
本实施例中，在线仪表模块201、视频监控模块202与安防系统模块203并列运行，安防系统模块203的信号输出端与报警定位模块204的信号输入端连接；在线仪表模块201用于通过无线网络在线控制工艺流程中各仪表和设备的运转过程；视频监控模块202用于通过摄像头远程监控工艺流程中各车间的情况；安防系统模块203用于集中管理各车间的安全防范系统；报警定位模块204用于对车间内出现异常的仪器向集控中心发出警报及定位。
其中，安防系统包括入侵报警系统、出入口控制系统、BSV液晶拼接墙系统、门禁消防系统、防爆安全检查系统等。
进一步地，报警定位模块204采用欧式距离计算方法，其计算公式为：
Figure BDA0002771501960000101
其中，x1，y1为出现异常的仪器的坐标，x2，y2为集控中心的坐标，d12为异常仪器到集控中心的欧式距离。
本实施例中，虚拟专用网络模块302以无线公用网络模块301为基础建立，通信加密模块303的信号输出端与虚拟专用网络模块302的信号输入端连接；无线公用网络模块301用于提供覆盖整个工艺流程包含的所有车间的局域公用网络；虚拟专用网络模块302用于在集控中心与各个子车间之间建立安全的专用网络通道；通信加密模块303用于对专用网络进行通信加密以保证信息安全。
其中，通信加密的主要方式为建立防火墙。
本实施例中，污泥预处理子站模块401、高压热裂解子站模块402、厌氧消化子站模块403、有机肥车间子站模块404与制砖车间子站模块405并列运行；污泥预处理子站模块401用于监控污泥预处理车间内的处理流程；高压热裂解子站模块402用于监控高压热裂解车间内的处理流程；厌氧消化子站模块403用于监控厌氧消化反应器内的处理流程；有机肥车间子站模块404用于监控有机肥车间内的处理流程；制砖车间子站模块405用于监控制砖车间内的处理流程。
其中，污泥预处理过程中需将污泥混匀并预加热到100℃左右；高压热裂解处理过程中需将污泥加热到188℃，加压到1.1Mpa～1.2Mpa，再通过近1Mpa的压差进行喷射泄压；厌氧消化处理过程中需对污泥进行无氧消化1d以上。
产品及方法实施例
参阅图1，示出了本实施例所涉及的基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台的示例性架构图，该产品包括集控中心计算机、数据中心计算机、同时连接在两组计算机上的人机交互终端以及若干并列运行的子站，每组子站均配置若干传感器和摄像头等。
本实施例中，提供了上述基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台的控制方法，其包括如下步骤：
S1、用户经人机交互终端以合法身份登录系统，系统按用户的身份对其开放对应的权限，工程师可以对全过程运行的设备参考值进行设定；
S2、依次启动污泥预处理子站、高压热裂解子站、厌氧消化子站，污泥依次经预处理、高压热裂解以及厌氧消化后，通过污泥外运车将污泥分批转运到有机肥车间子站和制砖车间子站；
S3、污泥处理过程中，设置在每个子站的传感器实时监测子站设备的运行状态并及时将收集的测量值上报到数据中心，数据中心对数据进行分析对比，以判断各子站的运行状态；
S4、工艺流程运转过程中，设置在各个子站的安防系统，对进出现场的材料、工人及设备进行检查，并按身份给工人开放对应的操作权限；
S5、污泥处理过程中，摄像头实时监测子站的运行状态并通过网络通信将画面传输到用户终端及监控显示屏上以便观察员监察；
S6、系统运转过程中，经网络通信传输的所有信息及数据都经过加密处理，避免信息泄露；
S7、各子站运行过程中，当设备出现故障，则系统及时向管理员发出报警并将故障位置反馈给管理员，同时系统按照设定的应急方案进行排障操作；
S8、若系统无法自动修复故障，则管理员通过线上仪表进行排障处理；
S9、若线上无法处理故障，则系统向就近的工程师发出前往现场进行维修的指令。
电子设备实施例
参阅图7，示出了本实施例所涉及的提供了基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台装置结构示意图，该装置包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序。
处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与处理器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述的基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台。
可选的，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
此外，本发明还提供了计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台。
可选的，本发明还提供了了包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储与计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台，其特征在于：包括数据中心单元(100)、集控中心单元(200)、网络通信单元(300)和场控主站单元(400)；所述数据中心单元(100)、所述集控中心单元(200)、所述网络通信单元(300)与所述场控主站单元(400)依次通过以太网通讯连接；所述数据中心单元(100)用于设定参考值、测量高压热裂解工艺运行过程中的数值及对测得的数值进行处理；所述集控中心单元(200)用于对工艺的整体运行流程进行集中控制管理；所述网络通信单元(300)用于在整个系统内各个单元和模块之间建立连接通道；所述场控主站单元(400)用于集中管理控制工艺中各个分布子站的监控系统；
所述数据中心单元(100)包括人机交互模块(101)、参考值设定模块(102)、数值测定模块(103)和数据处理模块(104)；
所述集控中心单元(200)包括在线仪表模块(201)、视频监控模块(202)、安防系统模块(203)和报警定位模块(204)；
所述网络通信单元(300)包括无线公用网络模块(301)、虚拟专用网络模块(302)和通信加密模块(303)；
所述场控主站单元(400)包括污泥预处理子站模块(401)、高压热裂解子站模块(402)、厌氧消化子站模块(403)、有机肥车间子站模块(404)和制砖车间子站模块(405)。
2.根据权利要求1所述的基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台，其特征在于：所述人机交互模块(101)、所述参考值设定模块(102)、所述数值测定模块(103)与所述数据处理模块(104)依次通过以太网通讯连接；所述人机交互模块(101)用于给工人建立操作系统的通道；所述参考值设定模块(102)用于设定工艺运行流程中各监测点的参考数值及波动范围；所述数值测定模块(103)用于实时收集个监测点的监测数据；所述数据处理模块(104)用于将监测数据与设定的参考值进行比对处理。
3.根据权利要求2所述的基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台，其特征在于：所述数据处理模块(104)采用ID3算法，其算法流程为：
设S是s个数据样本的集合，定义m个不同类Ci(i＝1，2，...，m)，设si是Ci类中的样本数，则对给定的样本S所期望的信息值的计算公式为：
Figure FDA0002771501950000021
其中，pi是任意样本属于Ci的概率，pi＝si/s；
设属性A具有不同值{a1，a2，...，a}，可以用属性A将样本S划分为{S1，S2，...，SV}，设sij是Sj中Ci类的样本数，则由A划分成子集的熵的计算公式为：
Figure FDA0002771501950000022
4.根据权利要求1所述的基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台，其特征在于：所述在线仪表模块(201)、所述视频监控模块(202)与所述安防系统模块(203)并列运行，所述安防系统模块(203)的信号输出端与所述报警定位模块(204)的信号输入端连接；所述在线仪表模块(201)用于通过无线网络在线控制工艺流程中各仪表和设备的运转过程；所述视频监控模块(202)用于通过摄像头远程监控工艺流程中各车间的情况；所述安防系统模块(203)用于集中管理各车间的安全防范系统；所述报警定位模块(204)用于对车间内出现异常的仪器向集控中心发出警报及定位。
5.根据权利要求4所述的基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台，其特征在于：所述报警定位模块(204)采用欧式距离计算方法，其计算公式为：
Figure FDA0002771501950000031
其中，(x1，y1)为出现异常的仪器的坐标，(x2，y2)为集控中心的坐标，d12为异常仪器到集控中心的欧式距离。
6.根据权利要求5所述的基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台，其特征在于：所述虚拟专用网络模块(302)以所述无线公用网络模块(301)为基础建立，所述通信加密模块(303)的信号输出端与所述虚拟专用网络模块(302)的信号输入端连接；所述无线公用网络模块(301)用于提供覆盖整个工艺流程包含的所有车间的局域公用网络；所述虚拟专用网络模块(302)用于在集控中心与各个子车间之间建立安全的专用网络通道；所述通信加密模块(303)用于对专用网络进行通信加密以保证信息安全。
7.根据权利要求6所述的基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台，其特征在于：所述污泥预处理子站模块(401)、所述高压热裂解子站模块(402)、所述厌氧消化子站模块(403)、所述有机肥车间子站模块(404)与所述制砖车间子站模块(405)并列运行；所述污泥预处理子站模块(401)用于监控污泥预处理车间内的处理流程；所述高压热裂解子站模块(402)用于监控高压热裂解车间内的处理流程；所述厌氧消化子站模块(403)用于监控厌氧消化反应器内的处理流程；所述有机肥车间子站模块(404)用于监控有机肥车间内的处理流程；所述制砖车间子站模块(405)用于监控制砖车间内的处理流程。
8.根据权利要求7所述的基于高压热裂解工艺的全过程控制系统软件平台，其特征在于：包括如下步骤：
S1、用户经人机交互终端以合法身份登录系统，系统按用户的身份对其开放对应的权限，工程师可以对全过程运行的设备参考值进行设定；
S2、依次启动污泥预处理子站、高压热裂解子站、厌氧消化子站，污泥依次经预处理、高压热裂解以及厌氧消化后，通过污泥外运车将污泥分批转运到有机肥车间子站和制砖车间子站；
S3、污泥处理过程中，设置在每个子站的传感器实时监测子站设备的运行状态并及时将收集的测量值上报到数据中心，数据中心对数据进行分析对比，以判断各子站的运行状态；
S4、工艺流程运转过程中，设置在各个子站的安防系统，对进出现场的材料、工人及设备进行检查，并按身份给工人开放对应的操作权限；
S5、污泥处理过程中，摄像头实时监测子站的运行状态并通过网络通信将画面传输到用户终端及监控显示屏上以便观察员监察；
S6、系统运转过程中，经网络通信传输的所有信息及数据都经过加密处理，避免信息泄露；
S7、各子站运行过程中，当设备出现故障，则系统及时向管理员发出报警并将故障位置反馈给管理员，同时系统按照设定的应急方案进行排障操作；
S8、若系统无法自动修复故障，则管理员通过线上仪表进行排障处理；
S9、若线上无法处理故障，则系统向就近的工程师发出前往现场进行维修的指令。
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