专利名称：造纸污水活性污泥法处理自动监控系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种在线自动监控系统及其控制方法，尤其是一种造纸污水活性污泥法处理自动监控系统及其控制方法，属于自动控制技术领域。
背景技术：
目前，在纸张抄造过程中，通常会产生大量废水，基于环保和节能的考虑，如何将造纸废水循环利用是本领域人员研究的重点，而造纸工业废水的处理应当着重于提高循环利用率，减少用水量和废水排放量，同时也应积极探索各种可靠、经济和能够充分利用废水中有用资源的处理方式。因此，有效的造纸污水处理系统显得尤为重要。造纸污水处理系统的主要功能是完成对造纸污水的净化作用，使经过处理的造纸 污水能够达到国家规定的污水排放标准。但是长期以来，污水处理技术的发展仍远滞后于造纸工业发展的需要，污水处理设备运转率低，污水处理效率差等问题一直影响着造纸工业的发展。如果能通过有效的自动控制技术降低节省造纸污水处理的运行费用，将带来可观的经济效益，因此，实现污水处理过程的自动化，是污水处理发展的必然趋势。
发明内容
本发明的目的，是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种可以在线监控、自动控制的造纸污水活性污泥法处理自动监控系统。本发明的另一目的在于提供一种造纸污水活性污泥法处理自动监控系统的控制方法。本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，其特征在于包括工控机、PLC控制器、模拟输入设备、模拟输出设备、变频器、与变频器连接的空压机、设置在输入管道的N泵、P泵和进水泵以及设置在输出管道的排泥泵和出水泵；所述工控机与PLC控制器信号连接，所述PLC控制器与模拟输入设备、模拟输出设备信号连接，所述模拟输入设备与DO传感器、PH传感器、ORP传感器、液位传感器信号连接，所述模拟输出设备与N泵、P泵、进水泵、排泥泵、出水泵、变频器信号连接。作为一种优选方案，在输入管道和输出管道之间设置有SBR反应器，所述SBR反应器内设置有曝气头和搅拌器，所述变频器、空压机和曝气头依次连接；所述DO传感器、pH传感器、ORP传感器和液位传感器设置在SBR反应器内。作为一种优选方案，在所述曝气头和空压机之间设置有流量计。作为一种优选方案，所述PLC控制器连接有数字输出设备，所述数字输出设备与N泵、P泵、进水泵、排泥泵、出水泵、变频器、搅拌器信号连接。作为一种优选方案，所述SBR反应器为造纸污水生化反应的场所，其容量为50L。作为一种优选方案，所述工控机型号为研华610L。作为一种优选方案，所述PLC控制器型号为西门子S7-200。
作为一种优选方案，所述模拟输入设备为西门子EM231。作为一种优选方案，所述模拟输出设备由三个并联的西门子EM232组成，第一个EM232与N泵、P泵信号连接，第二个EM232与进水泵、排泥泵信号连接，第三个EM232与出水泵、变频器信号连接。作为一种优选方案，所述N泵、P泵、进水泵、排泥泵、出水泵为蠕动泵。造纸污水活性污泥法处理自动监控系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤I)运行造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，若检测有手动曝气信号，执行步骤2);若检测无手动曝气信号，执行步骤3)；2)启动变频器和空压机，通过空压机对造纸污水进行曝气以获得足够的D0，之后若检测有曝气停止信号，则停止曝气；若检测无曝气停止信号，则返回继续曝气； 3)启动曝气自动控制策略，自动启动变频器和空压机，通过空压机对造纸污水进行曝气以获得足够的D0，污水处理完成后停止曝气。作为一种优选方案，所述造纸污水为实验室合成污水或实际进入SBR反应器的造纸污水。本发明相对于现有技术具有如下的有益效果I、本发明基于造纸污水的活性污泥法处理工艺，开发了造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，采用系统分层控制结构，以一台研华610L工控机为上位机，利用“组态王6. 53 ”版本软件开发人机界面，以西门子S7-200PLC的CPU224作为下位机，利用STEP7-Micro/WIN编程，采用EM231、EM232作为模拟量输入模块和输出模块，设计了一套造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，实现了各泵、DO (溶解氧)值、pH (酸碱度)值、ORP(氧化还原电位)值及液位等参数的在线监测、自动控制、数据库记录查询等功能，利用上位机人机互动的方式对造纸污水活性污泥法处理自动监控系统进行反应起点和终点控制，取得稳定可靠的造纸污水处理效果，实现造纸污水处理反应过程的自动控制。2、本发明利用普通的开关控制策略，PLC控制器通过DO传感器、变频器和空压机对SBR反应器内污水的DO进行控制；利用PID控制策略，PLC控制器通过DO传感器、变频器和空压机对SBR反应器内污水的DO进行控制；利用模糊控制策略，PLC控制器通过DO传感器、变频器和空压机对SBR反应器内污水的DO进行控制，其中，模糊控制策略的优化变型分段模糊控制策略和复合模糊控制策略的使用，提高了控制的稳定性和精确性。
图I为本发明的结构示意图。图2为本发明的控制流程框图。图3为本发明对合成污水采用复合模糊控制策略的控制结果图。图4为本发明对造纸污水采用分段模糊控制策略的控制结果图。
具体实施例方式实施例I :如图I所示，本实施例包括工控机、PLC控制器、模拟输入设备、模拟输出设备、数字输出设备、N泵、P泵、进水泵、排泥泵、出水泵、变频器和空压机，所述N泵、P泵和进水泵设置在输入管道上，所述排泥泵和出水泵设置在输出管道上，在输入管道和输出管道之间设置有SBR反应器，所述SBR反应器内设置有曝气头和搅拌器；所述工控机与PLC控制器信号连接，所述PLC控制器与模拟输入设备、模拟输出设备、数字输出设备信号连接，所述模拟输入设备与DO传感器、pH传感器、ORP传感器、液位传感器信号连接,所述模拟输出设备与N泵、P泵、进水泵、排泥泵、出水泵、变频器信号连接，所述数字输出设备与N泵、P泵、进水泵、排泥泵、出水泵、变频器、搅拌器信号连接；所述DO传感器、pH传感器、ORP传感器和液位传感器设置在SBR反应器内，所述变频器、空压机和曝气头依次连接，在所述空压机和曝气头之间设置有流量计。 本实施例中，所述SBR反应器为造纸污水生化反应的场所，其容量为50L。所述工控机型号为研华610L。所述PLC控制器型号为西门子S7-200。所述模拟输入设备为西门子EM231。所述模拟输出设备由三个并联的西门子EM232组成，第一个EM232与N泵、P泵信号连接，第二个EM232与进水泵、排泥泵信号连接，第三个EM232与出水泵、变频器信号连接。所述N泵、P泵、进水泵、排泥泵、出水泵为蠕动泵。关于污水和活性污泥的处理启动N泵和P泵，分别加入营养元素N(氮)和P(磷)，通过管道将营养元素N和P输送到SBR反应器，启动进水泵，通过管道将造纸污水输送到SBR反应器；SBR反应器完成处理后多余的活性污泥通过排泥泵排出，SBR反应器处理完的污水通过排水泵排出。本实施例的控制方法如下如图2所示，包括以下步骤I)运行造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，若检测有手动曝气信号，执行步骤2);若检测无手动曝气信号，执行步骤3);2)启动变频器和空压机，通过空压机对造纸污水进行曝气以获得足够的D0，之后若检测有曝气停止信号，则停止曝气；若检测无曝气停止信号，则返回继续曝气；3)启动曝气自动控制策略，自动启动变频器和空压机，通过空压机对造纸污水进行曝气以获得足够的D0，污水处理完成后停止曝气。应用实例I :实验室配制合成污水,使其COD值处于300 330mg/L,氨氮浓度为40 45mg/L,P兀素浓度为4. 5 5. Omg/L,碱度为400 450mg/L。对上述污水，利用实施例I的造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，将DO的设定值定为2. Omg/L,手动瞬间加入8L上述合成污水；利用上位机的人机交互界面控制系统启动，并连续运行120分钟，期间对整个反应过程中的DO实施多种控制策略。其中采用复合模糊控制策略的效果最好，其控制效果为上升时间为3. 5分钟、超调量为5. 5%、平均值为2. Olmg/L、最大值为2. 14mg/L、最小值为I. 87mg/L、标准方差为O. 05、总曝气量为1840L，控制结果如图3所示。应用实例2:广州某纸厂二次纤维造纸厂污水处理车间的进入SBR反应器前的污水总管中的造纸污水。该污水COD为1195mg/L，按C0D:N:P=230:5:1配置N、P溶液，并将该造纸污水
经冷却至室温。对上述污水，利用实施例I的造纸污水活性污泥法处理自动监控系统,将DO的设定值定为2. Omg/L ;利用上位机的人机交互界面控制系统启动，并连续运行2个SBR反应周期共720分钟。在一个SBR周期内，按照程序启动顺序先启动N泵和P泵加入适量营养元素；在40分钟的进水阶段加入3L造纸污水；从40分钟到220分钟期间，控制变频器输出频率，从而控制空压机的曝气量以控制水体溶解氧浓度；在220分钟到230分钟期间，控制搅拌器的搅动让泥位均匀；230分钟到300分钟期间为沉降阶段，污泥下沉，水质渐清澈；在295分钟到305分钟期间，控制排泥泵，排泥时水体的MLSS在2. Og/L上下波动；在300分钟到360分钟期间，排出经活性污泥法生化处理的净水3L。在处理过程中对整个反应过程中的DO实施多种自动控制策略，其中采用分段模糊控制策略的效果最好，其控制效果为上升时间为69分钟、平均值为2. 001mg/L、最大值为2. 06mg/L、最小值为I. 9mg/L、标准方差为
O.0233、总曝气量为3744L，控制结果如图4所示。以上所述，仅为本发明优选的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思 加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
权利要求
1.造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，其特征在于包括工控机、PLC控制器、模拟输入设备、模拟输出设备、变频器、与变频器连接的空压机、设置在输入管道的N泵、P泵和进水泵以及设置在输出管道的排泥泵和出水泵；所述工控机与PLC控制器信号连接，所述PLC控制器与模拟输入设备、模拟输出设备信号连接，所述模拟输入设备与DO传感器、pH传感器、ORP传感器、液位传感器信号连接，所述模拟输出设备与N泵、P泵、进水泵、排泥泵、出水泵、变频器信号连接。
2.根据权利要求I所述的造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，其特征在于在输入管道和输出管道之间设置有SBR反应器，所述SBR反应器内设置有曝气头和搅拌器，所述变频器、空压机和曝气头依次连接；所述DO传感器、pH传感器、ORP传感器和液位传感器设置在SBR反应器内。
3.根据权利要求2所述的造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，其特征在于在所述曝气头和空压机之间设置有流量计。
4.根据权利要求2所述的造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，其特征在于所述PLC控制器连接有数字输出设备，所述数字输出设备与N泵、P泵、进水泵、排泥泵、出水泵、变频器、搅拌器信号连接。
5.根据权利要求2所述的造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，其特征在于所述SBR反应器为造纸污水生化反应的场所，其容量为50L。
6.根据权利要求I所述的造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，其特征在于所述工控机型号为研华610L ;所述PLC控制器型号为西门子S7-200 ;所述模拟输入设备为西门子 EM231。
7.根据权利要求I所述的造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，其特征在于所述模拟输出设备由三个并联的西门子EM232组成，第一个EM232与N泵、P泵信号连接，第二个EM232与进水泵、排泥泵信号连接，第三个EM232与出水泵、变频器信号连接。
8.根据权利要求I所述的造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，其特征在于所述N泵、P泵、进水泵、排泥泵、出水泵为蠕动泵。
9.基于权利要求I所述造纸污水活性污泥法处理自动监控系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤 1)运行造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，若检测有手动曝气信号，执行步骤2);若检测无手动曝气信号，执行步骤3)； 2)启动变频器和空压机，通过空压机对造纸污水进行曝气以获得足够的D0，之后若检测有曝气停止信号，则停止曝气；若检测无曝气停止信号，则返回继续曝气； 3)启动曝气自动控制策略，自动启动变频器和空压机，通过空压机对造纸污水进行曝气以获得足够的D0，污水处理完成后停止曝气。
10.根据权利要求9所述的造纸污水活性污泥法处理自动监控系统的控制方法，其特征在于所述造纸污水为实验室合成污水或实际进入SBR反应器的造纸污水。
全文摘要
本发明公开了一种造纸污水活性污泥法处理自动监控系统，包括工控机、PLC控制器、模拟输入设备、模拟输出设备、变频器、空压机、N泵、P泵、进水泵、排泥泵和出水泵；其控制方法包括1)运行系统后，若有手动曝气信号，启动变频器和空压机，通过空压机对造纸污水进行曝气，之后若有曝气停止信号，则停止曝气；若无曝气停止信号，返回继续曝气；2)若无手动曝气信号，启动曝气自动控制策略，自动启动变频器和空压机，通过空压机对造纸污水进行曝气，污水处理完成后停止曝气。本发明利用上位机人机互动的方式对造纸污水活性污泥法处理自动监控系统进行反应起点和终点控制，取得稳定可靠的造纸污水处理效果，实现造纸污水处理反应过程的自动控制。
文档编号C02F3/12GK102863077SQ20121030578
公开日2013年1月9日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者沈文浩, 陶二盼, 宁利 申请人:华南理工大学