CN116088450A - 一种污水处理厂智能终端控制系统、构建方法及控制方法 - Google Patents

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CN116088450A CN202310108581.XA CN202310108581A CN116088450A CN 116088450 A CN116088450 A CN 116088450A CN 202310108581 A CN202310108581 A CN 202310108581A CN 116088450 A CN116088450 A CN 116088450A
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Abstract

本发明涉及一种污水处理厂智能终端控制系统、构建方法及控制方法，其中，智能终端控制系统包括：终端服务器、现场设备和仪器仪表；终端服务器上配置有：可自动运行的工艺单元；工艺配置单元；设置有多种控制策略的控制单元，通过工艺配置单元向任一工艺单元施加相应的控制策略。本发明将污水处理全流程的每一个环节单元化得到工艺单元，通过自动控制系统的搭建解决了传统控制无法采用高级算法、数据调用等问题，对工艺单元控制更加合理和高效，以单元过程控制的方式实现自动化进而提高到全流程自动化运行，将工艺单元之间相互影响减至最低，有效提高了全流程运行的可行性，解决了水厂运行靠手动调节、滞后性大、频繁调节以及劳动强度高等难题。

Description

一种污水处理厂智能终端控制系统、构建方法及控制方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种污水处理厂智能终端控制系统、构建方法及控制方法。
背景技术
当前，污水处理厂来水水质浓度上下波动较大，以往控制手段多为手动控制，以设备固定的频率或流量、气量等实现运行，或运营人员对设备频繁调节以达到控制指标要求，容易造成调节延迟、出水水质波动、能耗较高，水厂运行压力较大。
由于目前自动控制系统硬件主要以PLC可编程控制器来实现，针对设备的启停、信号采集、设备的控制可以实现稳定的控制，但污水处理厂各单元受工艺复杂、调节参数过多、调用历史数据、高级算法如模糊控制、神经网络控制等运用等时往往编程繁琐，无法实现控制效果。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种污水处理厂智能终端控制系统、构建方法以及控制方法，其解决了现有的污水处理控制方案需要依赖人工处理且控制算编程繁琐、控制效果不佳的技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种污水处理厂智能终端控制系统，包括：终端服务器以及与所述终端服务器连接的现场设备和仪器仪表；
所述终端服务器上配置有：
工艺单元，所述工艺单元由污水处理全流程的环节单元化而来，且依赖预先植入的单元算法实现自动化运行；
工艺配置单元，所述工艺配置单元上设置有所述工艺单元的基础信息以及每一所述工艺单元所涉及的现场设备和仪器仪表；
控制单元，所述控制单元上设置有多种控制策略，并依据获取的现场设备和仪器仪表的变量经所述工艺配置单元向所述工艺单元施加相应的控制策略，以控制所述工艺单元所涉及的现场设备的开启数量、开启时间、开启频次、工作间歇时间以及工作持续时间。
可选地，所述工艺单元包括：进水单元、提升单元、预处理单元、搅拌推流单元、曝气单元、回流单元、加药单元、过滤单元、消毒单元、污泥脱水单元以及出水单元。
可选地，所述单元算法包括：独立算法及公共算法；
所述独立算法包括：基于水质水量前馈控制算法、基于出水水质的补偿控制算法以及基于时间运行的时序控制算法；
所述公共算法包括：基于关键控制变量的反馈控制算法、基于输入输出的模糊控制以及神经网络控制。
可选地，所述终端服务器上还配置有：功能模块与展示界面；
所述功能模块包括：
数据单元，用于现场设备和仪器仪表的数据的采集、清洗以及汇总；
设备管理单元，用于现场设备和仪器仪表的种类、运行状态、维护次数以及设备寿命进行统筹，并统计故障率；
工艺决策单元，用于依据外部输入的控制参数对所述工艺单元的运行决策进行下达，以及对所述工艺单元控制参数的优化；
预警单元，用于进行水质浓度的超限预警、现场设备或仪器仪表的故障预警以及现场设备或仪器仪表的维保周期的预警；
水质预测单元，用于对经污水处理全流程之后的水质进行预测；
能效管理单元，用于依据现场设备的电耗数据与药耗数据，并结合经污水处理全流程的前后的水质差输出能效管理指标；
所述展示界面用于展示现场设备与仪器仪表的运行状态、运行数据、所运行的单元算法。
可选地，所述控制系统还包括：
与所述终端服务器相同配置的冗余服务器；以及，
设置在所述终端服务器以及现场设备和仪器仪表之间的PLC与交换机。
第二方面，本发明实施例提供一种污水处理厂智能终端控制系统的构建方法，所述构建方法包括：
将污水处理全流程的各个环节工艺单元化，并将单元算法植入所述工艺单元以使所述工艺单元依赖植入的单元算法实现自动化运行；
针对工艺单元构建配置有所述工艺单元的基础信息与每一所述工艺单元所涉及的现场设备和仪器仪表的工艺配置单元；
构建配置有多种控制策略的控制单元，以使控制单元依据获取的现场设备和仪器仪表的变量经所述工艺配置单元向所述工艺单元施加相应的控制策略，以控制所述工艺单元所涉及的现场设备的开启数量、开启时间、开启频次、工作间歇时间以及工作持续时间；
其中，所述变量包括每一工艺单元所涉及的现场设备和仪器仪表的采集数据、运行数据、配置参数、控制参数以及调节参数；
同时所述工艺单元、工艺配置单元以及控制单元均是配置在终端服务器上，所述现场设备和仪器仪表均通过PLC与终端服务器交互。
可选地，将污水处理全流程的各个环节工艺单元化，并将单元算法植入所述工艺单元以使所述工艺单元依赖植入的单元算法实现自动化运行之前，还包括：
在预先设置的终端服务器中配置局域网，以实现与所述PLC建立以太网通信或基于以太网的OPC通讯；
按预设标准将获取的现场设备和仪器仪表的变量命名标准化；
基于配置局域网后的终端服务器与命名标准化之后的变量构建智能控制系统。
可选地，构建配置有多种控制策略的控制单元，以使控制单元依据获取的现场设备和仪器仪表的变量经所述工艺配置单元向所述工艺单元施加相应的控制策略，以控制所述工艺单元所涉及的现场设备的开启数量、开启时间、开启频次、工作间歇时间以及工作持续时间之后，还包括：
构建用于现场设备和仪器仪表的数据的采集、清洗以及汇总数据单元；
构建用于现场设备和仪器仪表的种类、运行状态、维护次数以及设备寿命进行统筹并统计故障率的设备管理单元；
构建用于依据外部输入的控制参数对所述工艺单元的运行决策进行下达，以及对所述工艺单元控制参数的优化的工艺决策单元；
构建用于进行水质浓度的超限预警、现场设备或仪器仪表的故障预警以及现场设备或仪器仪表的维保周期的预警的预警单元；
构建用于对经污水处理全流程之后的水质进行预测的水质预测单元；
构建用于依据现场设备的电耗数据与药耗数据，并结合经污水处理全流程的前后的水质差输出能效管理指标的能效管理单元；
构建用于展示现场设备与仪器仪表的运行状态、运行数据、所运行的单元算法的展示界面。
第三方面，本发明实施例提供一种污水处理厂智能终端控制系统的自动控制方法，应用于如上所述的污水处理厂智能终端控制系统上，所述控制方法包括：
针对所述工艺单元，进行相应的控制算法选择和/或自由组合；
基于所述工艺配置单元与所述控制单元对控制算法中的参数进行调节，以使对现场设备的运行优化达到设定效果；
通过所述控制单元对变量分析处理后，输出设备调节信号经通讯后下达给PLC来对现场设备进行相应调整；
其中，所述变量包括每一工艺单元所涉及的现场设备和仪器仪表的采集数据、运行数据、配置参数、控制参数以及调节参数。
可选地，针对所述工艺单元，进行相应的控制算法选择和/或自由组合包括：
根据工艺单元所涉及的控制对象、获取的变量、控制单元所配置的控制算法按控制策略在所述工艺配置单元中进行组合，缺省地以下列方式对如下工艺单元进行链接配置：
提升单元以提升泵数量、频率、液位、流量以及反馈控制算法进行融合；
预处理单元以数量、时间以及时序控制算法进行融合；
搅拌推流单元以数量、时间以及时序控制算法融合；
曝气单元以频率、开度、所涉及的仪器仪表、前馈控制算法、反馈控制算法以及补偿控制算法融合；
回流单元以频率、数量、流量、所涉及的仪器仪表以及反馈控制算法融合；
加药单元以频率、所涉及的仪器仪表、前馈控制算法以及反馈控制算法融合；
过滤单元以频率、开度、流量、时序控制算法以及反馈控制算法融合；
消毒单元以频率、所涉及的仪器仪表以及反馈控制算法融合；
污泥脱水单元以频率、仪表、时序控制算法以及反馈控制算法融合。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明将污水处理全流程的每一个环节单元化得到工艺单元，并通过系统的搭建解决了传统控制无法采用高级算法、数据调用等问题，对工艺单元控制更加合理和高效，以单元过程控制的方式实现自动化进而提高到全流程自动化运行，将工艺单元相互影响减至最低，有效提高了全流程运行的可行性；本发明通过开发的自动控制系统，对水厂的运行实现全流程的自动化运行，解决了水厂运行靠手动调节，滞后性大，频繁调节劳动强度高等难题。
附图说明
图1为本发明提供的污水处理厂智能终端控制系统的组成示意图；
图2为本发明提供的污水处理厂智能终端控制系统的构建方法的流程示意图；
图3为本发明提供的污水处理厂智能终端控制系统的构建方法的步骤S1之前的具体流程示意图；
图4为本发明提供的污水处理厂智能终端控制系统的自动控制方法的流程示意图；
图5为本发明提供的污水处理厂智能终端控制系统的自动控制方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示，本发明实施例提出的一种污水处理厂智能终端控制系统，包括：终端服务器以及与终端服务器连接的现场设备和仪器仪表；终端服务器上配置有：工艺单元，工艺单元由污水处理全流程的环节单元化而来，且依赖预先植入的单元算法实现自动化运行；工艺配置单元，工艺配置单元上设置有工艺单元的基础信息以及每一工艺单元所涉及的现场设备和仪器仪表；控制单元，控制单元上设置有多种控制策略，并依据获得的现场设备和仪器仪表的变量通过工艺配置单元向工艺单元施加相应的控制策略，以控制工艺单元的所涉及的现场设备的开启数量、开启时间、开启频次、工作间歇时间以及工作持续时间。其中，控制策略即对工艺单元进行控制的策略和方法，即通过对工艺单元所含设备结合适配的算法，使得工艺单元按设定的算法规则下进行自动调整。
本发明将污水处理全流程的每一个环节单元化得到工艺单元，并通过系统的搭建解决了传统控制无法采用高级算法、数据调用等问题，对工艺单元控制更加合理和高效，以单元过程控制的方式实现自动化进而提高到全流程自动化运行，将工艺单元相互影响减至最低，有效提高了全流程运行的可行性；本发明通过开发的自动控制系统，对水厂的运行实现全流程的自动化运行，解决了水厂运行靠手动调节，滞后性大，频繁调节劳动强度高等难题。
为了更好地理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
进一步地，工艺单元包括：进水单元、提升单元、预处理单元、搅拌推流单元、曝气单元、回流单元、加药单元、过滤单元、消毒单元、污泥脱水单元以及出水单元，且单元可拓展。
进一步地，单元算法包括：独立算法及公共算法；独立算法包括：基于水质水量前馈控制算法、基于出水水质的补偿控制算法以及基于时间运行的时序控制算法；公共算法包括：基于关键控制变量的反馈控制算法，可针对液位、流量、DO(溶解氧指标)、气量、NH3、NO3、PO4的反馈进行PID调节；基于输入输出的模糊控制以及神经网络控制。
具体地，各个算法为：前馈算法：构建水质水量波动根据公式进行输出模型，变量超出预定值区间，输出量给到控制系统；反馈算法：基于控制变量的实际值与设定值偏差，进行PID调节，以使控制变量趋于设定范围；补偿算法：构建补偿变量波动根据公式输出模型，变量超出设定范围值，输出量补充给控制系统；时序控制：根据时间变化定时输出设备变化规律，给出调整信号给到设备；模糊控制：根据输入变量，制定模糊规则，进行模糊化调整，解模糊后输出变量给到控制系统进行调整；神经网络控制：根据输入变量构建权重、偏差及输出的模型，输入发生变化输出变量给到控制系统进行相应调整。
如图1所示，终端服务器上还配置有：功能模块与展示界面。
功能模块包括：数据单元，用于现场设备和仪器仪表的数据的采集、清洗以及汇总；设备管理单元，用于现场设备和仪器仪表的种类、运行状态、维护次数以及设备寿命进行统筹，并统计故障率；工艺决策单元，用于依据外部输入的控制参数(由工作人员从外部输入的控制参数指令)对工艺单元的运行决策进行下达，以及对工艺单元控制参数的优化；预警单元，用于进行包含水质浓度的超高、超低预警、现场设备或仪器仪表的故障、维保周期的预警；水质预测单元，用于对经污水处理全流程之后的水质进行预测，并依据预测数据来减少包括曝气单元、回流单元、和加药单元的超调以及现场的设备调节过量风险；能效管理单元，用于通过对现场设备的电耗、药耗数据进行分析，结合水质水量给出能效指标。
展示界面包括：工艺子界面，用于展示现场设备、仪器仪表的运行状态和运行数据；调节子界面，用于展示算法、包含配置、控制、调节参数的模型参数以及设备操作；控制单元子界面，用于展示现场设备、仪器仪表及算法；各模块子界面，用于展示各个模块上的调节参数、关键控制指标等数据输入与趋势。
以及，参考图1可知控制系统还包括：与终端服务器相同配置的冗余服务器；设置在终端服务器以及现场设备和仪器仪表之间的PLC与交换机。
此外，本发明实施例还提供一种污水处理厂智能终端控制系统的构建方法，如图2所示，构建方法包括：
S1、将污水处理全流程的各个环节工艺单元化，并将单元算法植入工艺单元以使工艺单元依赖植入的单元算法实现自动化运行。
步骤S1之前，如图3所示，还包括：
F11、在预先设置的终端服务器中配置局域网，以实现与PLC建立以太网通信或基于以太网的OPC通讯。
F12、按预设标准将获取的现场设备和仪器仪表的变量命名标准化。对单元模型、各模块中的控制指标及核心参数等，进行标准化后的标准赋值，可用于模型构建、运行工况的评估，自动控制策略核心参数的调整等。
F13、基于配置局域网后的终端服务器与命名标准化之后的变量构建智能控制系统。
在上述步骤S1之前，进行了如下设置：终端服务器中配置局域网，预留以太网接口；建立数据库，配置数据接口；对各单元设备、仪表及参数的变量进行命名标准化，根据单元统一编号及编码：包含并不局限于设备数字量信号数据、模拟量数据、仪表模拟量数据等；开发通讯协议，设置通信接口，与PLC建立以太网通信或基于以太网的OPC通信，采集设备、仪表数据并进行存储，采集频次可调；建立的智能控制系统、模块及算法植入，对单元模型、各模块进行参数配置。
S2、针对工艺单元构建配置有工艺单元的基础信息与每一工艺单元所涉及的现场设备和仪器仪表的工艺配置单元。
步骤S2之后，还包括：
构建用于现场设备和仪器仪表的数据的采集、清洗以及汇总数据单元；构建用于现场设备和仪器仪表的种类、运行状态、维护次数以及设备寿命进行统筹并统计故障率的设备管理单元；构建用于依据外部输入的控制参数对工艺单元的运行决策进行下达，以及对工艺单元控制参数的优化的工艺决策单元；构建用于进行水质浓度的超限预警、现场设备或仪器仪表的故障预警以及现场设备或仪器仪表的维保周期的预警的预警单元；构建用于对经污水处理全流程之后的水质进行预测的水质预测单元；构建用于依据现场设备的电耗数据与药耗数据，并结合经污水处理全流程的前后的水质差输出能效管理指标的能效管理单元；构建用于展示现场设备与仪器仪表的运行状态、运行数据、趋势数据以及所运行的单元算法的展示界面。
构建展示界面，以使采集的数据、趋势数据及指标数据图表在展示界面可视化展示及操控，同时完成变量的交互，对实时设备状态、仪表数据采集与展示，历史曲线、预测曲线等展示，数据报表的展示与下载；展示界面包括：工艺子界面，用于展示现场设备、仪器仪表的工艺路线图；调节子界面，用于展示算法、模型参数以及设备操作；控制单元子界面，用于展示现场设备、仪器仪表及算法；各模块子界面，用于展示数据输入与趋势。
S3、构建配置有多种控制策略的控制单元，以使控制单元依据获取的现场设备和仪器仪表的变量经工艺配置单元向工艺单元施加相应的控制策略，以控制工艺单元所涉及的现场设备的开启数量、开启时间、开启频次、工作间歇时间以及工作持续时间。
其中，变量包括每一工艺单元所涉及的现场设备和仪器仪表的采集数据、运行数据、配置参数、控制参数以及调节参数；配置参数包括DO指标，PO4指标，NO3指标，硝化、反硝化速率，单元吨水电耗、药耗指标以及C/N指数。
值得一提的是，工艺单元、工艺配置单元以及控制单元均是配置在终端服务器上，现场设备和仪器仪表均通过PLC与终端服务器交互。
再者，本发明提供一种污水处理全流程的自动控制方法，应用于如上所述的污水处理厂智能终端控制系统上，如图4所示，自动控制方法包括：
P1、针对工艺单元，进行相应的控制算法选择和/或自由组合。
进一步地，P1包括：
根据工艺单元所涉及的控制对象、获取的变量、控制单元所配置的控制算法按控制策略在工艺配置单元中进行组合，缺省地以下列方式对如下工艺单元进行链接配置：
提升单元以提升泵数量、频率、液位、流量以及反馈控制算法进行融合。
预处理单元以数量、时间以及时序控制算法进行融合。
搅拌推流单元以数量、时间以及时序控制算法融合。
曝气单元以频率、开度、所涉及的仪器仪表、前馈控制算法、反馈控制算法以及补偿控制算法融合。
回流单元以频率、数量、流量、所涉及的仪器仪表以及反馈控制算法融合。
加药单元以频率、所涉及的仪器仪表、前馈控制算法以及反馈控制算法融合。
过滤单元以频率、开度、流量、时序控制算法以及反馈控制算法融合。
消毒单元以频率、所涉及的仪器仪表以及反馈控制算法融合。
污泥脱水单元以频率、仪表、时序控制算法以及反馈控制算法融合。
在上述中，工艺单元配置的算法可以自由组合，即某工艺单元即可以选择公共算法也可以选择独立算法，或者组合算法，缺省的是以下的配置方法，实际运行中可以优化选择算法，所以将算法与工艺单元独立，以便于自由组合，避免某工艺单元一种算法无法更改达不到预期效果；
而上述融合指的是工艺单元、与实际设备仪表、与算法进行结合，形成一个闭环的控制系统，在算法和收集的数据处理作用下，形成下达调节命令给设备信号，形成定时的发送，设备自动运行，不需要人为操控。即控制算法在对工艺单元的控制策略下，将所在工艺单元涉及的设备、仪表，根据算法中的控制规则，确定控制变量及控制参数，通过算法对变量数据运算处理，输出设备调整信号，使得设备执行特定的运行命令，形成一个完整的自动控制系统。
P2、基于工艺配置单元与控制单元，对控制算法中的参数进行调节，以使对现场设备的运行优化达到设定效果。其中，对控制算法中的参数进行调节包括：根据实际水厂情况及配套配置，对控制变量、参数大小进行实际的微调整，以达到实际运行需求，如NO3指标，根据出水标准在4-8之间，根据实际排放情况，制定本厂的核心控制值，如5。
P3、通过控制单元对变量处理及运算后，输出设备调节信号经通讯后下达给PLC来对现场设备进行相应调整。
在P3之后，还包括：数据的采集与展示，包含工艺单元的运行数据、设备状态、设备运行、仪表信号的实时变化数据；关键数据历史趋势数据展示2d内变化，预测曲线与实时曲线对比显示，运行能耗指标2h变化，时间可调，单元控制系统评估指标结合决策模块给出调节区间指令；设备、仪表等故障报警给出指令，水质超标预警给出指令，并下发给运行班组(由于设备故障、水质超标预警等为一级相应，需要将此信息给到负责运行的工程师人员那，以便于进一步的处理)。
在另一具体实施例中，如图5所示，某北方污水处理厂，设计规模5万吨/d，主要处理工艺采用AAO，排放标准执行一级A。
首先，将本厂处理工艺根据单元在单元子界面中进行选择并拖拽形成工艺处理线：1进水单元、2提升单元、3预处理单元、4搅拌推流单元、5曝气单元、6回流单元、7加药单元、8过滤单元、9消毒单元、10污泥脱水单元、11出水单元；其中各单元包含设备仪表从已编号中变量表中进行选择，包含设备启停、设备信号，仪表信号等，并根据实际数量进行分配：
1进水单元：仪表21:COD、NH3、TN、TP、SS、pH；
2提升单元：22潜污泵、23液位、24污水流量、25电度表；
3预处理单元：26格栅、27除砂机、28液位；
4搅拌推流单元：29推流器，30搅拌器、31污泥浓度、32电度表；
5曝气单元：33鼓风机及频率、34电动阀门及开度、35气体流量计、36DO、NH3仪表、37电度表。
6回流单元：38潜污泵、39螺杆泵、40污泥流量计、41污泥浓度、42电度表；
7加药单元：43计量泵及频率、44螺杆泵及频率、45加药流量计、46NO3、47PO4；
8过滤单元：48鼓风机及频率，49离心泵及频率，50气动阀门、51气体流量计、52液位计；
9消毒单元：53计量泵及频率、54流量计；
10污泥脱水单元：55螺杆泵及频率、56脱水机，57污泥浓度计，58电度表；
11出水单元：出水仪表59:COD、NH3、TN、TP、SS、pH；
其次，将选择后的各变量写入数据库，通过以太网通讯测试与PLC数据采集，采集频次1min/次，通讯完成；
接着，将各单元模型中单元池容、高度等参数根据水厂情况进行配置，操作界面中进行参数设置；将各单元设备、规格型号根据现场配置在设备模块及界面中进行设置；
再者，将单元中所涉及的设备、仪表与算法进行拖拽后融合，提升单元以潜污泵数量、频率、液位、流量与反馈控制算法进行融合；预处理单元以格栅、除砂机数量、时间与时序控制算法进行融合；推流搅拌单元以推流器、搅拌器数量、时间与时序控制算法融合；曝气单元以鼓风机数量、频率、阀门开度、气体流量、DO、NH3仪表与前馈、反馈、补偿控制算法融合；回流单元以潜污泵螺杆泵频率、数量、污泥浓度仪表、污泥流量与反馈控制算法融合；加药单元以计量泵频率、NO3、PO4仪表的前馈反馈控制算法融合；过滤单元以鼓风机、离心泵频率、阀门开度、气体流量与时序及反馈控制算法融合；消毒单元以计量泵频率、流量计仪表的反馈控制算法融合；脱泥单元以螺杆泵频率、污泥浓度仪表与时序及反馈控制算法的融合。
继而，将设备信号变量接入预警界面，出现故障时候报警输出；将COD、NH3、TN、TP、SS指标接入预警界面，设置预警值，达到设定值时报警输出；将关键的仪表变量数据：COD、NH3、TN、TP、SS、DO、NO3、PO4、设备频率、流量等，选择曲线形式折线图生成历史趋势；将关键的控制指标COD、NH3、TN、TP、SS实时数据与预测数据选择预测曲线折线图形式生成预测曲线；将工艺决策关键指标DO、NO3、PO4、气量、水量、污泥浓度等根据本厂情况配置，决策界面中进行设置；各模块中的关键指标：容积负荷、污染负荷、吨水电耗、提升单元电耗、搅拌推流单元电耗、曝气单元电耗、污泥脱水单元电耗、吨水药耗、C/N指数，P指数等能耗界面中进行下达。
进而，控制系统及功能模块、界面配置完毕，通讯测试完毕，与PLC实时数据保持一致。
最后，分单元(分单元就是预先设置的一个将控制进行自动化的处理单元)将所包含设备在中控上位界面中调至自动，本单元控制界面启动自动按钮，本单元设备根据所配套的设备、仪表在算法控制逻辑中按照运算规则定时输出设备调节频率、频次、开度、数量等，将控制变量控制在设定范围中；联调各单元进入自动运行状态，形成全流程自动运行。并且，设备故障及水质预警值时时预警界面给出提示；各模块及对应界面可实时查看运行数据、曲线；决策及能耗模块界面给出能耗依据，对控制系统控制变量进行实时调节优化。
基于上述流程，可知本发明提供的自动控制系统可实现污水处理厂全流程自动控制，减少运行人员频繁操控，节省运行能耗。
综上所述，本发明提供一种污水处理厂智能终端控制系统、构建方法以及控制方法，其具体包括如下方案：
(1)将污水厂工艺单元化：包含进水单元、提升单元、预处理单元、搅拌推流单元、曝气单元、回流单元、加药单元、过滤单元、消毒单元、污泥脱水单元、出水单元等，单元可拓展。
(2)部署各单元包含的设备、仪表等，对数量及种类及工艺单元的容积、深度、运行参数进行植入，设备仪表数量等数据可拓展，在此基础上组建工艺配置单元，并根据运行时开启数量、时间、频次、间歇或持续控制方式等，组建单元控制策略。
(3)基于控制策略开发适用于各单元运行算法，包含独立算法及公共算法；独立算法包含：基于各工艺单元模型的水质水量前馈控制；基于出水水质的补偿控制；基于时间运行的时序控制；公共算法包含：基于关键控制变量的反馈控制，可针对液位、流量、DO、气量、NH3、NO3、PO4的反馈进行PID调节；基于输入、输出的模糊控制、神经网络等高级控制算法。
(4)将控制算法应用工艺单元，单元的设备可基于控制变量进行调节，算法植入单元中独立运行不受其他单元算法干扰，达到单元自动化运行。
(5)构建开发数据、设备管理、工艺决策、预警、水质预测、能效管理等单元，以此类单元来辅助污水处理厂智能终端控制系统运行及效益评估；
(6)通过数据采集与处理进行实时数据、趋势数据及指标数据图表可视化展示及操控。
由此，本发明通过开发的污水处理厂智能终端控制系统，对水厂的运行实现全流程的自动化运行，解决了水厂运行靠手动调节，滞后性大，频繁调节劳动强度高等难题；通过系统搭建，解决了传统控制无法采用高级算法、数据调用等问题，对工艺单元控制更加合理和高效，实现过程控制预期目标；通过搭建的系统，其模块化实现快速的不同水厂应用，解决了传统控制需要对各个单元分别进行控制系统搭建并进行测试的难题；以单元过程控制实现自动化进而提高到全流程自动化运行，将单元相互影响减至最低，有效提高了全流程运行的可行性；有效提高了运行效率，降低运行能耗，减少运营人员操控，可实现无人或少人化运行。
由于本发明上述实施例所描述的系统/装置，为实施本发明上述实施例的方法所采用的系统/装置，故而基于本发明上述实施例所描述的方法，本领域所属技术人员能够了解该系统/装置的具体结构及变形，因而在此不再赘述。凡是本发明上述实施例的方法所采用的系统/装置都属于本发明所欲保护的范围。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (10)

1.一种污水处理厂智能终端控制系统，其特征在于，包括：终端服务器以及与所述终端服务器连接的现场设备和仪器仪表；
所述终端服务器上配置有：
工艺单元，所述工艺单元由污水处理全流程的环节单元化而来，且依赖预先植入的单元算法实现自动化运行；
工艺配置单元，所述工艺配置单元上设置有所述工艺单元的基础信息以及每一所述工艺单元所涉及的现场设备和仪器仪表；
控制单元，所述控制单元上设置有多种控制策略，并依据获取的现场设备和仪器仪表的变量经所述工艺配置单元向所述工艺单元施加相应的控制策略，以控制所述工艺单元所涉及的现场设备的开启数量、开启时间、开启频次、工作间歇时间以及工作持续时间。
2.如权利要求1所述的一种污水处理厂智能终端控制系统，其特征在于，所述工艺单元包括：进水单元、提升单元、预处理单元、搅拌推流单元、曝气单元、回流单元、加药单元、过滤单元、消毒单元、污泥脱水单元以及出水单元。
3.如权利要求1所述的一种污水处理厂智能终端控制系统，其特征在于，所述单元算法包括：独立算法及公共算法；
所述独立算法包括：基于水质水量前馈控制算法、基于出水水质的补偿控制算法以及基于时间运行的时序控制算法；
所述公共算法包括：基于关键控制变量的反馈控制算法、基于输入输出的模糊控制以及神经网络控制。
4.如权利要求1所述的一种污水处理厂智能终端控制系统，其特征在于，所述终端服务器上还配置有：功能模块与展示界面；
所述功能模块包括：
数据单元，用于现场设备和仪器仪表的数据的采集、清洗以及汇总；
设备管理单元，用于现场设备和仪器仪表的种类、运行状态、维护次数以及设备寿命进行统筹，并统计故障率；
工艺决策单元，用于依据外部输入的控制参数对所述工艺单元的运行决策进行下达，以及对所述工艺单元控制参数的优化；
预警单元，用于进行水质浓度的超限预警、现场设备或仪器仪表的故障预警以及现场设备或仪器仪表的维保周期的预警；
水质预测单元，用于对经污水处理全流程之后的水质进行预测；
能效管理单元，用于依据现场设备的电耗数据与药耗数据，并结合经污水处理全流程的前后的水质差输出能效管理指标；
所述展示界面用于展示现场设备与仪器仪表的运行状态、运行数据、所运行的单元算法。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种污水处理厂智能终端控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：
与所述终端服务器相同配置的冗余服务器；以及，
设置在所述终端服务器以及现场设备和仪器仪表之间的PLC与交换机。
6.一种污水处理厂智能终端控制系统的构建方法，其特征在于，所述构建方法包括：
将污水处理全流程的各个环节工艺单元化，并将单元算法植入所述工艺单元以使所述工艺单元依赖植入的单元算法实现自动化运行；
针对工艺单元构建配置有所述工艺单元的基础信息与每一所述工艺单元所涉及的现场设备和仪器仪表的工艺配置单元；
构建配置有多种控制策略的控制单元，以使控制单元依据获取的现场设备和仪器仪表的变量经所述工艺配置单元向所述工艺单元施加相应的控制策略，以控制所述工艺单元所涉及的现场设备的开启数量、开启时间、开启频次、工作间歇时间以及工作持续时间；
其中，所述变量包括每一工艺单元所涉及的现场设备和仪器仪表的采集数据、运行数据、配置参数、控制参数以及调节参数；
同时所述工艺单元、工艺配置单元以及控制单元均是配置在终端服务器上，所述现场设备和仪器仪表均通过PLC与终端服务器交互。
7.如权利要求6所述的一种污水处理厂智能终端控制系统的构建方法，其特征在于，将污水处理全流程的各个环节工艺单元化，并将单元算法植入所述工艺单元以使所述工艺单元依赖植入的单元算法实现自动化运行之前，还包括：
在预先设置的终端服务器中配置局域网，以实现与所述PLC建立以太网通信或基于以太网的OPC通讯；
按预设标准将获取的现场设备和仪器仪表的变量命名标准化；
基于配置局域网后的终端服务器与命名标准化之后的变量构建智能控制系统。
8.如权利要求6所述的一种污水处理厂智能终端控制系统的构建方法，其特征在于，构建配置有多种控制策略的控制单元，以使控制单元依据获取的现场设备和仪器仪表的变量经所述工艺配置单元向所述工艺单元施加相应的控制策略，以控制所述工艺单元所涉及的现场设备的开启数量、开启时间、开启频次、工作间歇时间以及工作持续时间之后，还包括：
构建用于现场设备和仪器仪表的数据的采集、清洗以及汇总数据单元；
构建用于现场设备和仪器仪表的种类、运行状态、维护次数以及设备寿命进行统筹并统计故障率的设备管理单元；
构建用于依据外部输入的控制参数对所述工艺单元的运行决策进行下达，以及对所述工艺单元控制参数的优化的工艺决策单元；
构建用于进行水质浓度的超限预警、现场设备或仪器仪表的故障预警以及现场设备或仪器仪表的维保周期的预警的预警单元；
构建用于对经污水处理全流程之后的水质进行预测的水质预测单元；
构建用于依据现场设备的电耗数据与药耗数据，并结合经污水处理全流程的前后的水质差输出能效管理指标的能效管理单元；
构建用于展示现场设备与仪器仪表的运行状态、运行数据、所运行的单元算法的展示界面。
9.一种污水处理厂智能终端控制系统的自动控制方法，应用于如权利要求1-5任一项所述的污水处理厂智能终端控制系统上，其特征在于，所述控制方法包括：
针对所述工艺单元，进行相应的控制算法选择和/或自由组合；
基于所述工艺配置单元与所述控制单元对控制算法中的参数进行调节，以使对现场设备的运行优化达到设定效果；
通过所述控制单元对变量分析处理后，输出设备调节信号经通讯后下达给PLC来对现场设备进行相应调整；
其中，所述变量包括每一工艺单元所涉及的现场设备和仪器仪表的采集数据、运行数据、配置参数、控制参数以及调节参数。
10.如权利要求9所述的一种污水处理厂智能终端控制系统的自动控制方法，其特征在于，针对所述工艺单元，进行相应的控制算法选择和/或自由组合包括：
根据工艺单元所涉及的控制对象、获取的变量、控制单元所配置的控制算法按控制策略在所述工艺配置单元中进行组合，缺省地以下列方式对如下工艺单元进行链接配置：
提升单元以提升泵数量、频率、液位、流量以及反馈控制算法进行融合；
预处理单元以数量、时间以及时序控制算法进行融合；
搅拌推流单元以数量、时间以及时序控制算法融合；
曝气单元以频率、开度、所涉及的仪器仪表、前馈控制算法、反馈控制算法以及补偿控制算法融合；
回流单元以频率、数量、流量、所涉及的仪器仪表以及反馈控制算法融合；
加药单元以频率、所涉及的仪器仪表、前馈控制算法以及反馈控制算法融合；
过滤单元以频率、开度、流量、时序控制算法以及反馈控制算法融合；
消毒单元以频率、所涉及的仪器仪表以及反馈控制算法融合；
污泥脱水单元以频率、仪表、时序控制算法以及反馈控制算法融合。
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