一种绿色生态污水处理控制系统的制作方法

本发明专利涉及污水处理领域，特别是涉及一种绿色生态污水处理控制系统。

背景技术：

污水处理工程一直是城市基础设施建设中的重要重中之重，过去的污水处理工程往往大多建立在地面之上，污水处理设备长期运行产生的噪音及废气对附近居民的生活也造成了负面的影响。针对地面污水处理设备对城市周围环境造成的破坏，大多机械设备被安放在地下场所的绿色生态污水处理系统成为我们污水处理工程中的重要一环。绿色生态污水处理系统不仅可以的大大减小对周围环境的影响，还可以突破传统的地上施工模式，大大节省了土地资源。

目前关于绿色生态污水处理控制系统方向的专利主要有：一种地下污水处理系统(公开号：cn205821110u)公开系统包括蓄水井、中和桶、破络沉淀池、过滤栅、曝气池、配水池和浇灌装置，整个污水处理系统都设置在地下且整个系统能够达到绿化浇灌用水的标准，但是对污水处理中的废气处理部分没有说明；一种地下污水处理系统(公开号：cn108191171a)公开系统包括净水过滤系统、多级污水处理系统、浮岛生物处理系统、静置检测池和达标排放系统，采用整体集成技术，是污水治理形成闭合循环系统，具有改善水质并且实现对地下污水循环再利用的优点，但是对集成的控制系统没有具体详细说明。

现有的污水处理系统对污水处理的复杂程度认识不够，往往只关注某些要素，不注意污水处理系统的整体性，容易造成资源的浪费。

技术实现要素：

为了进一步优化绿色生态污水处理系统的整体性，本发明专利提供一种绿色生态污水处理控制系统的设计方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种绿色生态污水处理控制系统，该系统包括plc控制中心、上位机、动力系统、收集系统、处理系统和回用系统；所述plc控制中心与所述上位机、动力系统、收集系统、处理系统和回用系统电性连接，所述plc控制中心用于控制所述收集系统、处理系统和回用系统工作；所述上位机与所述plc控制中心通过以太网电缆连接；所述动力系统为整个绿色生态污水处理控制系统提供电能；

所述动力系统包括风力发电机、太阳能电池板、风光互补控制器、蓄电池组、电机电源、逆变器，所述风力发电机、太阳能电池板均与风光互补控制器的输入端电性连接，所述蓄电池组分别与所述风光互补控制器的输出端和逆变器电性连接，所述电机电源与所述逆变器均与所述plc控制中心电性连接；

所述收集系统包括生活污水收集装置、雨水收集装置、进口阀门、预处理池、格栅机、第一液位计和第一浊度仪，所述生活污水收集装置、雨水收集装置均与所述进口阀门通过管道连接，所述进口阀门与所述格栅机通过管道连接，所述进口阀门与所述plc控制中心通讯连接，所述格栅机设于所述预处理池入口；所述第一液位计和第一浊度仪均设于所述预处理池上，所述第一液位计和第一浊度仪均与所述plc控制中心通讯连接；

所述处理系统包括潜水排污泵、沉淀池、絮凝搅拌器、混合搅拌器、加药罐、第一流量计、加药泵、第二浊度计、鼓风机、曝气滤池、污泥泵、污泥池、氧溶解仪、废气浓度传感仪、通风机、第二流量计、第二液位计，所述潜水排污泵与絮凝搅拌器均设于所述沉淀池内，所述潜水排污泵上设有第一流量计，所述第一流量计与所述plc控制中心通讯连接，所述潜水排污泵、絮凝搅拌器均与所述plc控制中心通过变频器连接；所述加药罐与所述沉淀池通过管道连接，所述混合搅拌器设于所述加药罐内，所述混合搅拌器与所述plc控制中心通过变频器连接；所述加药泵设于所述加药罐与所述沉淀池之间的管道上，所述第二流量计设于所述加药泵上，所述加药泵与所述plc控制中心通过变频器连接，所述第二流量计与所述plc控制中心通讯连接；所述曝气滤池与所述沉淀池、鼓风机、污泥池均通过管道连接，所述鼓风机与所述plc控制中心通过变频器连接；所述第二浊度计、氧溶解仪均设于所述曝气滤池上，所述第二浊度计、氧溶解仪均与所述plc控制中心通讯连接；所述污泥泵设于所述曝气滤池与污泥池之间的管道上，所述污泥泵、通风机与所述plc控制中心通过变频器连接；所述废气浓度传感仪与所述plc控制中心通讯连接；所述第二液位计设于所述沉淀池上，所述第二液位计与所述plc控制中心通讯连接；

所述回用系统包括自吸泵、人工湖、加压泵、灌溉阀门，所述自吸泵与所述人工湖通过管道连接；所述加压泵与所述人工湖通过管道连接，所述加压泵出口设有灌溉阀门，所述自吸泵、加压泵均与所述plc控制中心通过变频器连接，所述灌溉阀门与所述plc控制中心通讯连接。

进一步，所述的一种绿色生态污水处理控制系统的工作方法，步骤如下：

步骤1、经过生活污水收集装置和雨水收集装置收集，污水由进口阀门流入预处理池，位于预处理池入口的格栅机将污水中体积较大的固体杂物排除在外，根据第一液位计反馈的预处理池的液位l1，由plc控制中心控制进口阀门的开度；

步骤2、污水流入沉淀池，根据第二液位计反馈的沉淀池的液位l2，由plc控制中心控制潜水排污泵的启停；当l2达到2/3潜水排污泵的高度，plc控制中心启动潜水排污泵；当l2小于2/3潜水排污泵的高度，plc控制中心关闭潜水排污泵；第一流量计反馈污水流量q1至plc控制中心，由plc控制中心控制潜水排污泵的转速来调节污水流量q1；废气浓度传感仪向plc控制中心反馈系统内废气浓度，plc控制中心控制着通风机的转速来调节废气流量；

步骤3、根据第一浊度仪测得预处理池进口污水浊度，经过计算后，由加药罐通过加药泵向沉淀池中加药；根据第二浊度计反馈曝气滤池的浊度，第二流量计向plc控制中心反馈加药泵的流量，由plc控制中心控制混合搅拌器的启停、絮凝搅拌器的启停和加药泵的电机转速，直到曝气滤池内的浊度达到悬浮物(ss)≤10mg/l的排放标准为止不断调整加药泵转速；

步骤4、污水由沉淀池进入曝气滤池，plc控制中心控制鼓风机的启停，由氧溶解仪向plc控制中心反馈曝气滤池中的含氧量，当溶解氧浓度低于4mg/l时，plc控制中心控制鼓风机转速增大，使溶解氧浓度达到9mg/l要求为止，污水经过曝气滤池中的膜过滤流出；plc控制中心启动污泥泵将污泥从曝气滤池中排到污泥池中；

步骤5、plc控制中心控制着自吸泵的启停，自吸泵将由曝气滤池中的水吸入人工湖中，plc控制中心控制灌溉系统中加压泵的启停以及灌溉阀门的开度，对外界进行灌溉。

进一步，步骤1中，正常情况下进口阀门开度函数为：

式中：

u1—进口阀门开度；

q1—进口污水流量，单位：立方米/秒；

f—进口阀门开度关于流量的关系函数；

l1—预处理池液位，单位：米；

h1—预处理池高度，单位：米；

采用积分分离式pid控制，设定阈值ε＝0.05，潜水排污泵突然停止运行的情况下进口阀门开度函数为：

式中：t—进口阀门控制采样周期，单位：秒；

kp—进口阀门控制比例增益系数；

ti—进口阀门控制积分时间；

td—进口阀门控制微分时间；

e1(k)—第k次采样时刻输入的进口阀门开度偏差值，e1(k)＝f(q1)；

u1(k)—第k次采样时刻进口阀门的阀门开度输出值。

进一步，步骤3中，plc控制中心采用积分分离式pid控制加药泵电机转速，具体方法如下：

当曝气滤池污水的浊度与排放标准无差时，加药泵转速保持不变；当曝气滤池浊度大于排放标准，使加药泵加速运转；当曝气滤池浊度小于排放标准，使加药泵减速运转。

进一步，所述加药泵电机转速的控制函数为：

式中：

t2—加药泵电机控制采样周期，单位：秒；

kp2—加药泵电机控制比例增益系数；

ti2—加药泵电机控制积分时间；

td2—加药泵电机控制微分时间；

q当前—加药泵当前实际流量，单位：立方米/秒；

q加药—加药泵额定流量，单位：立方米/秒；

n加药—加药泵额定转速，单位：转/分钟；

e2(k)—第k次采样时刻输入的加药泵电机转速偏差值；

δu2(k)—第k次采样时刻加药泵电机转速开度调整输出值。

本发明中，上位机通过以太网电缆与plc控制中心实现数据交换，可以在上位机中对plc控制中心的程序做出及时修改，而且通过上位机中的组态软件可以实时监控污水处理系统的运行状态，并且可以利用数据管理系统实现不同污水处理系统的信息资源有效整合。

有益效果：

1、本发明所述的一种绿色生态污水处理控制系统的设计方法，设置风力发电机、太阳能电池板一起与电机电源形成双电源供电模式，都能够单独工作为系统供电，有效地利用所有资源，可以达到节能的目的。

2、本发明所述的一种绿色生态污水处理控制系统的设计方法，设置的plc控制中心可以实时监控污水处理系统中的污水浊度、废气浓度、泵电机转速、阀门开度和污水液位等，一体化控制可以保证系统一直安全高效运行。

附图说明

图1为一种绿色生态污水处理控制系统动力系统示意图。

图2为一种绿色生态污水处理控制系统示意图。

图中，1-风力发电机；2-太阳能电池板；3-风光互补控制器；4-蓄电池组；5-电机电源；6-逆变器；7-plc控制中心；8-生活污水收集装置；9-雨水收集装置；10-进口阀门；11-预处理池；12-格栅机；13-潜水排污泵；14-沉淀池；15-絮凝搅拌器；16-混合搅拌器；17-加药罐；18-第一流量计；19-加药泵；20-第一液位计；21-第一浊度仪；22-第二浊度计；23-鼓风机；24-曝气滤池；25-污泥泵；26-污泥池；27-氧溶解仪；28-废气浓度传感仪；29-通风机；30-自吸泵；31-人工湖；32-加压泵；33-灌溉阀门；34-第二流量计；35-第二液位计；36-上位机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述：

如图1、2所示，一种绿色生态污水处理控制系统，该系统包括plc控制中心7、上位机36、动力系统、收集系统、处理系统和回用系统；所述plc控制中心7与所述上位机36、动力系统、收集系统、处理系统和回用系统电性连接，所述plc控制中心7用于控制所述收集系统、处理系统和回用系统工作；所述上位机36与所述plc控制中心7通过以太网电缆连接；所述动力系统为整个绿色生态污水处理控制系统提供电能；

所述动力系统包括风力发电机1、太阳能电池板2、风光互补控制器3、蓄电池组4、电机电源5、逆变器6，所述风力发电机1、太阳能电池板2均与风光互补控制器3的输入端电性连接，所述蓄电池组4分别与所述风光互补控制器3的输出端和逆变器6电性连接，所述电机电源5与所述逆变器6均与所述plc控制中心7电性连接；

所述收集系统包括生活污水收集装置8、雨水收集装置9、进口阀门10、预处理池11、格栅机12、第一液位计20和第一浊度仪21，所述生活污水收集装置8、雨水收集装置9均与所述进口阀门10通过管道连接，所述进口阀门10与所述格栅机12通过管道连接，所述进口阀门10与所述plc控制中心7通讯连接，所述格栅机12设于所述预处理池11入口；所述第一液位计20和第一浊度仪21均设于所述预处理池11上，所述第一液位计20和第一浊度仪21均与所述plc控制中心7通讯连接；

所述处理系统包括潜水排污泵13、沉淀池14、絮凝搅拌器15、混合搅拌器16、加药罐17、第一流量计18、加药泵19、第二浊度计22、鼓风机23、曝气滤池24、污泥泵25、污泥池26、氧溶解仪27、废气浓度传感仪28、通风机29、第二流量计34、第二液位计35，所述潜水排污泵13与絮凝搅拌器15均设于所述沉淀池14内，所述潜水排污泵13上设有第一流量计18，所述第一流量计18与所述plc控制中心7通讯连接，所述潜水排污泵13、絮凝搅拌器15均与所述plc控制中心7通过变频器连接；所述加药罐17与所述沉淀池14通过管道连接，所述混合搅拌器16设于所述加药罐17内，所述混合搅拌器16与所述plc控制中心7通过变频器连接；所述加药泵19设于所述加药罐17与所述沉淀池14之间的管道上，所述第二流量计34设于所述加药泵19上，所述加药泵19与所述plc控制中心7通过变频器连接，所述第二流量计34与所述plc控制中心7通讯连接；所述曝气滤池24与所述沉淀池14、鼓风机23、污泥池26均通过管道连接，所述鼓风机23与所述plc控制中心7通过变频器连接；所述第二浊度计22、氧溶解仪27均设于所述曝气滤池24上，所述第二浊度计22、氧溶解仪27均与所述plc控制中心7通讯连接；所述污泥泵25设于所述曝气滤池24与污泥池26之间的管道上，所述污泥泵25丶通风机29与所述plc控制中心7通过变频器连接；所述废气浓度传感仪28与所述plc控制中心7通讯连接；所述第二液位计35设于所述沉淀池14上，所述第二液位计35与所述plc控制中心7通讯连接；

所述回用系统包括自吸泵30、人工湖31、加压泵32、灌溉阀门33，所述自吸泵30与所述人工湖31通过管道连接；所述加压泵32与所述人工湖31通过管道连接，所述加压泵32出口设有灌溉阀门33，所述自吸泵30、加压泵32均与所述plc控制中心7通过变频器连接，所述灌溉阀门33与所述plc控制中心7通讯连接。

一种绿色生态污水处理控制系统的工作方法，步骤如下：

步骤1、经过生活污水收集装置8和雨水收集装置9收集，污水由进口阀门10流入预处理池11，位于预处理池11入口的格栅机12将污水中体积较大的固体杂物排除在外，根据第一液位计20反馈的预处理池11的液位l1，由plc控制中心7控制进口阀门10的开度；

步骤2、污水流入沉淀池14，根据第二液位计35反馈的沉淀池14的液位l2，由plc控制中心7控制潜水排污泵13的启停；当l2达到2/3潜水排污泵13的高度，plc控制中心7启动潜水排污泵13；当l2小于2/3潜水排污泵13的高度，plc控制中心关闭潜水排污泵13；第一流量计18反馈污水流量q1至plc控制中心7，由plc控制中心7控制潜水排污泵13的转速来调节污水流量q1；废气浓度传感仪28向plc控制中心7反馈系统内废气浓度，plc控制中心7控制着通风机29的转速来调节废气流量；

步骤3、根据第一浊度仪21测得预处理池11进口污水浊度，经过计算后，由加药罐17通过加药泵19向沉淀池14中加药；根据第二浊度计22反馈曝气滤池24的浊度，第二流量计34向plc控制中心7反馈加药泵19的流量，由plc控制中心7控制混合搅拌器16的启停、絮凝搅拌器15的启停和加药泵19的电机转速，直到曝气滤池24内的浊度达到悬浮物(ss)≤10mg/l的排放标准为止不断调整加药泵转速；

步骤4、污水由沉淀池14进入曝气滤池24，plc控制中心7控制鼓风机23的启停，由氧溶解仪27向plc控制中心7反馈曝气滤池24中的含氧量，当溶解氧浓度低于4mg/l时，plc控制中心7控制鼓风机23转速增大，使溶解氧浓度达到9mg/l要求为止，污水经过曝气滤池24中的膜过滤流出；plc控制中心7启动污泥泵25将污泥从曝气滤池24中排到污泥池26中；

步骤5、plc控制中心7控制着自吸泵30的启停，自吸泵30将由曝气滤池24中的水吸入人工湖31中，plc控制中心7控制灌溉系统中加压泵32的启停以及灌溉阀门33的开度，对外界进行灌溉。

上位机通过以太网电缆与plc控制中心实现数据交换，可以在上位机中对plc控制中心的程序做出及时修改，而且通过上位机中的组态软件可以实时监控污水处理系统的运行状态，并且可以利用数据管理系统实现不同污水处理系统的信息资源有效整合。

步骤1中，正常情况下进口阀门10开度函数为：

式中：

u1—进口阀门10开度；

q1—进口污水流量，单位：立方米/秒；

f—进口阀门10开度关于流量的关系函数；

l1—预处理池11液位，单位：米；

h1—预处理池11高度，单位：米；

采用积分分离式pid控制，设定阈值ε＝0.05，潜水排污泵13突然停止运行的情况下进口阀门10开度函数为：

式中：t—进口阀门10控制采样周期，单位：秒；

kp—进口阀门10控制比例增益系数；

ti—进口阀门10控制积分时间；

td—进口阀门10控制微分时间；

e1(k)—第k次采样时刻输入的进口阀门10开度偏差值，e1(k)＝f(q1)；

u1(k)—第k次采样时刻进口阀门10的阀门开度输出值。

步骤3中，plc控制中心7采用积分分离式pid控制加药泵19电机转速，具体方法如下：

当曝气滤池24污水的浊度与排放标准无差时，加药泵19转速保持不变；当曝气滤池24浊度大于排放标准，使加药泵19加速运转；当曝气滤池24浊度小于排放标准，使加药泵19减速运转。

所述加药泵19电机转速的控制函数为：

式中：

t2—加药泵19电机控制采样周期，单位：秒；

kp2—加药泵19电机控制比例增益系数；

ti2—加药泵19电机控制积分时间；

td2—加药泵19电机控制微分时间；

q当前—加药泵19当前实际流量，单位：立方米/秒；

q加药—加药泵19额定流量，单位：立方米/秒；

n加药—加药泵19额定转速，单位：转/分钟；

e2(k)—第k次采样时刻输入的加药泵19电机转速偏差值；

δu2(k)—第k次采样时刻加药泵19电机转速开度调整输出值。