专利名称：生物废水处理进水量非稳态变化模拟控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于环境保护中水污染控制技术领域，涉及一种基于生物废水处理工艺而开发的进水水质水量动态变化的模拟控制系统，模拟实际污水处理厂进水水质水量非稳态变化的特点，适用于以实际城市污水或高氨氮废水为处理对象，试验室研究规模的小试或中试生物废水处理工艺。
背景技术：
根据资料的查询现在相关的研究机构和大专院校在对废水处理的小试或中试研究上都采用定量进水或定时进水的方式来进行研究的，定量进水即运行的过程之中始终保持一个基本恒定的量来进水，定时进水即分时段间歇进水。这种进水方式条件下研究的生物废水处理工艺性能存在两个问题1、进水水量条件过于单一，为定进水量条件下工艺对污染物处理能力，具有一定片面性；2、缺少对工艺抗水量冲击负荷性能的研究，试验结果无法预测实际废水处理过程中应对暴雨等恶劣天气条件的能力；3、资源和能源的浪费，试验室规模的成功的生物废水处理工艺投产于实际工程应用一旦失败，将意味着巨大的损失， 不符合可持续废水处理理念。定时定量进水条件下研究的工艺性能等试验结果与实际生产运行工况相差甚远，不能很好地指导实际工程应用。倘若在试验室规模的小试或中试研究中，开发模拟实际废水处理工程中面临的进水量动态变化规律，实时的改变多种进水变化条件，在稳态进水工艺特点研究的前提下拓展非稳态进水条件下的工艺特性研究，将会弥补现有废水处理相关研究机构和大专院校存在的以上缺陷，对科研成果的推广应用和生产力转化进程具有重要的作用。
实用新型内容本实用新型的目的是针对污水处理厂不同进水水量和水质变化特点，提供一套适用于试验室研究规模生物废水处理工艺的进水水质水量非稳态变化模拟系统。该系统改变常规的定量定点进水方式，废水可根据预先设定的进水控制策略及时响应进水方式，实现装置进水的水质和水量动态变化，拓展装置抗水质水量冲击负荷性能的研究，最终保障研究装置在实际工程中的成功应用。本实用新型是采用以下技术手段实现的一种生物废水处理工艺进水水量非稳态变化模拟系统，包括管理层、控制层和执行层；管理层为带有存储检测数据的数据库和运行数据库的上位机，控制层为控制蠕动泵转速的下位机可编程控制器，执行层为执行下位机操作指令的MCC电机控制柜；上位机与下位机可编程控制器电连接，并将设定参数下传到下位机；下位机可编程控制器分别与检测仪表、MCC电机控制柜、阀门调节或变频控制柜连接；检测仪表与MCC电机控制柜连接、 MCC电机控制柜与阀门调节或变频控制柜之间连接；在线传感器与检测仪表连接，原水泵、 回流泵和搅拌机与MCC电机控制柜连接，鼓风机与阀门调节或变频控制柜之间连接。前述的检测数据包括溶解氧浓度、pH值、各段进水流量、好氧段的曝气流量。[0007]前述的运行数据包括数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出、中间变量。前述的MCC电机控制柜设有手机/自动转换开关。本实用新型与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果该系统通过实时的改变总进水量，来模拟市政废水进水负荷的变化，总进水量的确定是根据调研的某一个典型城市的进水变化按照比例来缩小的值。根据总进水量的变化，来控制各段进水的流量。控制进水量变化的软件是通过PLC梯形图语言来编制完成的。 该控制系统的控制指令主要有每个蠕动泵的起动或停止，还有系统操作的指令。该控制系统模拟实际污水处理厂日进水量的动态变化参数主要有变化周期设定，最大进水量设定、 最小进水量设定、进水初相角设定，通过以下三种控制流程的集成组合实现废水生物处理工艺进水水质水量非稳态变化模拟系统，可以自由模拟各种进水水量变化情况
图1为生物废水处理工艺控制系统图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施例加以说明。图1为生物废水处理工艺的控制系统，下面对各个部分予以说明。生物废水处理工艺控制系统主要是通过上位机(PC)、下位机可编程控制器(PLC) 和操作层电机控制柜(MCC)共同完成。下面对各个部分予以说明。上位机(PC)与下位机可编程控制器(PLC)电连接，下位机可编程控制器(PLC) 分别与检测仪表、操作层MCC电机控制柜、阀门调节或变频控制柜连接；检测仪表与操作层 MCC电机控制柜连接、操作层电机控制柜(MCC)与阀门调节或变频控制柜之间连接；有机物、氮和溶解氧等在线传感器与检测仪表连接，原水泵、回流泵和搅拌机等电器设备与操作层MCC电机控制柜连接，鼓风机与阀门调节或变频控制柜之间连接。上位机(PC)画面可以向可编程控制器(PLC)写入各种控制指令和下传各种变化量参数，同时也可以采集运行状态和运行参数。上位机采用普通的微型计算机(PC)，系统为TOND0S-XP，安装应用软件是“工业监控组态软件”，通过建立存储数据库来存储各种检测数据，该系统所检测的模拟量数据有 溶解氧浓度、PH值、各段进水流量、好氧段的曝气流量等。运行数据库用来组态各种相关于系统运行的数字量输入(DI)、数字量输出(DO)、模拟量输入(Al)、模拟量输出(AO)、中间变量(M)等。以上两个数据库的变量通过编制好的通讯协议与下位机(PLC)相链接，实现上位机(PC)的设定参数下传到下位机(PLC)，随时改变控制策略的参数。下位机(PLC)的检测参数上传到上位机(PC)，实时显示模拟量的数据。下位机(PLC)内存的程序是按照工艺要求来编制好的系统控制策略，通过各种逻辑运算指令和数学运算指令来执行控制策略，控制各个蠕动泵按照动态变化的要求来改变转速达到流量的调节，完成模拟实际污水处理厂日进水量的动态变化。电机控制柜(MCC)是执行下位机(PLC)发出的各种操作指令来控制在线检测仪表的工作状态，每台原水泵、回流泵和搅拌器及鼓风机的运行停止。同时把每台设备当前运行状态上传给下位机(PLC)，电机控制柜(MCC)设置有就地、手动和远程三种操作方式。“就地”即在电气设备机器旁边进行起动和停止控制俗称机旁控制，“手动”即控制柜按钮控制， “远程”即由上位机控制。 该系统组成三层网络控制系统。上位机(PC)为管理层，在上位机就可以远程改变运行参数和修正控制策略，同时显示存储运行数据和电气设备的运行状态。下位机(PLC) 为控制层，该层当中的CPU存储了 “非稳态进水条件下改良分段进水深度脱氮除磷工艺过程控制系统”的核心控制策略，它可以接受上位机(PC)对当前运行参数的改变和控制策略的修正。同时把从操作层采集来的各种数据上传给上位机(PC)。电机控制柜(MCC)可认为是操作层，它具有两种功能，在自动状态下严格执行下位机(PLC)所下达的控制指令，同时把当前的设备运行状态反馈给下位机(PLC)。当在手动状态时，执行人工的操作，该系统的操作权限为手动人工操作权限高于自动上位操作。①管理层上位机(PC)[0022]该系统所追求的是系统稳定和机制灵活，对上位机(PC)参数要求是[0023]a.采用品牌计算机；[0024]b.CPU档次越高越好，至少PIV以上；[0025]C.内存至少2G以上；[0026]d.需要600M的硬盘空间；[0027]e.CD/DVD光驱，安装软件时使用；[0028]f.并行打印口或USB 口，插入加密狗时使用和报表输出时使用；[0029]g·VAG和SVAG显示卡和显示器，显存在64M以上，能支持1(^4*768或更高分辨率；[0030]h.鼠标、键盘；[0031]i.声卡，支持声音报警输出；[0032]j·以太网卡支持以太网通讯；[0033]k.计算机预装了 Windows XP专业版；[0034]1.组态软件安装的国产工业数据监控组态软件。[0035]上位机(PC)与下位机(PLC)的通讯采用以太网通讯，应对实际工程应用该系统可
以组成最多十台主站上位机(PC)和最多一百二十八个子站下位机(PLC)的以太网通讯的控制系统。②控制层下位机(PLC)该系统所选的可编程控制器(PLC)为国际知名品牌。根据系统的需要，配置了 40 点的CPU模块、8DI数字量输入模块、8AI模拟量输入模块、4A0模拟量输出模块、以太网通讯模块。CPU模块内存储按照工艺要求编制好的控制策略，该CPU模块本机带有16D0点、 MDI点。供电为220VAC适合现场使用。CPU模块的PORT 口通过以太网模块与以太网交换机相连接在与上位机(PC)相连接。传输协议为工业以太网规约。扩展模块DI\AI\A0采用带光电隔离的输入输出口，保证系统的安全可靠。③操作层电机控制柜(MCC)该电机控制柜(MCC)设置有手机/自动转换开关，选择手动时在控制柜上直接人工操作电气设备的起动或停止，选择自动时由上位控制。设置有急停开关，当发现非正常运行时可按下急停开关终止本次运行。控制柜上可直接操作原水泵，搅拌器和鼓风机，同时显示各个原水泵，回流泵，搅拌器和鼓风机的运行状态指示。
权利要求1.一种生物废水处理进水量非稳态变化模拟控制系统，包括管理层、控制层和执行层； 其特征在于所述的管理层为带有存储检测数据的数据库和运行数据库的上位机，控制层为控制蠕动泵转速的下位机可编程控制器，执行层为执行下位机操作指令的MCC电机控制柜；上位机与下位机可编程控制器电连接，并将设定参数下传到下位机；下位机可编程控制器分别与检测仪表、MCC电机控制柜、阀门调节或变频控制柜连接；检测仪表与MCC电机控制柜连接、MCC电机控制柜与阀门调节或变频控制柜之间连接；在线传感器与检测仪表连接，原水泵、回流泵和搅拌机与MCC电机控制柜连接，鼓风机与阀门调节或变频控制柜之间连接。
2.根据权利要求1所述的生物废水处理进水量非稳态变化模拟控制系统，其特征在于所述的MCC电机控制柜设有手机/自动转换开关。
专利摘要本实用新型公开了一种生物废水处理进水量非稳态变化模拟控制系统，包括带有存储检测数据的数据库和运行数据库的上位机的管理层、控制蠕动泵转速的下位机可编程控制器的控制层，执行下位机操作指令的MCC电机控制柜的执行层；通过控制进水水量周期、进水初相角以及进水正弦曲线波峰波谷，对其模拟系统进行控制；根据进水控制流程的调整实现多种生物废水处理工艺的进水方式和进水水量条件，最大程度地模拟实际污水处理厂和工程面临的进水状况，实现生物废水处理工艺进水水质水量非稳态变化模拟系统，可自由模拟各种进水水量变化情况。
文档编号G05B19/418GK202041828SQ20112001021
公开日2011年11月16日 申请日期2011年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者彭永臻, 曹旭, 王淑莹, 葛士建 申请人:北京工业大学