一种用于污水处理厂电气控制系统的制作方法

本发明涉及一种控制系统，属于控制
技术领域：
，特别是用于污水处理厂的电气控制系统。
背景技术：
：现有的污水处理厂自动控制系统主要有以下特点：(1)大量采用在线检测的水质分析仪表和传感器，能够完成对被控设备的在线监控，并通过数据总线汇报到plc，使操作人员快速、准确的了解各个站点的运行情况；(2)采用计算机控制系统，遵循集中管理、分散控制、资源共享的控制模式通过中控室的监控软件完成对控制系统的远程监控和控制操作；(3)利用社会资源信息，如网络的运用、国家政府部门的资源及移动设备的运用，提高污水处理厂管理的快速化。工业化和城镇化的快速发展，可利用的水资源仍然满足不了生活和经济发展的需求，污水处理技术需要提高，已经建成并投入使用的污水处理厂中，大部分污水厂的运行情况没有达到国家标准，自动化程度低、投入资金大、设备运行负荷率低、水质质量差。此外，工业污水处理厂的设备能否合理、有效运转的关键取决于污水处理厂污水处理技术，大部分设备需要外采，型号不标准影响工作效率，能耗高、维修率高、效率低。大部分中小城市的污水处理复杂多样，城镇人口规模小，污水处理量小，比较适用灵活运用污水处理技术，靠近农村的位置，能够充分利用当地的地理环境，如沟、洼地等作为污水处理的现场，能够充分考虑与农业生产结合起来，经过处理后的污水可以用于灌溉等。而中小城镇的经济实力小，没有很大的资金投资到环境保护中去，并且水资源比较匮乏，所以相对大城市来说，中小城镇的水污染不能得到很好的治理，因此中小城镇的水污染的治理成为重要问题。因此，，有必要根据现有污水处理控制系统的缺点开发新的控制系统，既可以满足高度自动化、高处理效率和高安全性的标准在污水处理控制系统中的实现，又可以使城镇污水处理厂投资低、自动化程度高、设备负荷低并且运行稳定，从而提高污水处理技术，减轻水污染的程度，解决水资源的匮乏问题。技术实现要素：为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于应用计算机技术、plc技术、电气控制技术、组态技术及通信技术，利用污水处理厂当地的地理环境，设计污水处理效率高、自动化程度高、通信能力强、高可靠性的污水控制的监控系统，并匹配适合的污水处理工艺流程。本发明的目的在于提供一种用于污水处理厂电气控制系统，包括：控制设备，包括配电房控制室、风机房控制室、生化池远程i/o站、沉池远程i/o站，与设备配套的脱水机房加药系统plc工作站、脱水机plc工作站及紫外线消毒plc工作站、自动检测装置；以及被控设备，包括潜水泵，粗、细格栅，输送压榨机，砂水分离器，搅拌机，滗水器，刮吸泥机，闸机，加药泵，风机，脱水机；其中，所述控制设备根据污水处理的工艺流程、自控设计蓝图、设备i/o点数布置，plc系统控制站以及远程i/o站配置；所述被控设备输出状态为开关量及模拟量的为潜水泵和风机，其余所述被控设备的输出状态为开关量。优选的，所述自动检测装置包括变频器、进出水流量计、电磁流量计、ph计、do测定仪、氨氮检测仪、cod检测仪及超声波液位计和气体检测仪，所述进出水流量计和电磁流量计的输出为脉冲信号，其余所述自动化检测装置的输出信号为模拟信号。优选的，所述控制系统包括中央控制室的计算机系统、现场plc控制站及各工艺处理设备组成，plc控制站通过现场总线或冗余光纤与中控室建立通讯，所述现场plc控制站与所述各工艺处理设备采用modubus通讯方式，上位计算机将加药系统，生化系统，污泥浓缩系统的运行状态及数据汇总到所述控制系统上，方便操作人员调节。优选的，所述污水处理控制系统中的工艺设备采用现场控制、远程控制和自动控制三种模式，plc站监控进水提升泵房，粗细格栅系统设备、曝气风机、脱水机房自动加药系统，管理和控制污泥处理的加药系统设备，脱水机，实现的功能包括：根据除砂池中的液位来决定进入污水量的大小；根据粗格栅前后的液位差来判断潜水泵的启动和停止；根据细格栅的液位差来判断转动阀门的角度；保证氧化池中污水的正常水位的污水处理，其中传感器检测曝气罗茨风机运行电流电压及频率、水泵压力、风管实时流量及累计流量、出水实时流量及累计流量，所述检测值根据操作人员预设的参数判断是否再正常范围内，所述中控室的远程终端根据预定的正常范围参数反馈到plc控制器中调节各个处理设备的运行状态。优选的，污水处理厂自动控制系统采用分级处理网络全通的结构形式，包括中央控制器和plc控制站，能够实现主计算机与各个被控plc站点的网络通信、远程操作。污水处理厂采用这种中央控制器和各plc控制站的结构模式，中央控制室通过数据总线或光纤来完成整个系统的通信，通过中央控制室的远程操作计算机对各个站点的plc站点进行集中管理，或者分散控制，完成数据的储存、报表的处理、运行参数的实时趋势曲线、管理员对控制系统的操作历史、全厂被控设备的显示状态、报警以及打印等功能。优选的，根据污水处理工艺流程及污水处理特点，再考虑到各处里工艺设备的安装位置，控制系统的机构必须是集中管理、分散控制的集散结构，从而满足各个处理工艺需求的同时，减少人员的需求。优选的，所述控制系统结构包括现场设备、plc控制站和中央控制室3级结构形式，中控室通过plc控制站来完成对现场处理工艺设备的监控与操作。优选的，所述控制系统的网络通讯采用光纤网络以及现场总线方案。各个交换机采用百兆光纤网络连接，plc控制站与各工艺处理设备采用现场总线进行通讯连接，满足控制系统各种信息的快速传输及及时处理。优选的，所述plc数据采集的实现包括：(1)开关量的采集：通过plc输入模块实现开关量的采集，通常输入24v直流电压，plc提供一个公共点或正或负，再在限位开关等设备中接入plc提供的公共点，当限位开关闭合时，形成通路，将信号引入plc输入点，此时plc里面输入点连通，可以在编程时使用；(2)模拟量的采集：对压力、流量、温度、转速等输入量是连续变化的模拟量，而伺服电动机，调节阀，记录仪这些执行机构要求plc输出模拟信号，而plc的cpu智能处理数字量，需要将数字信号转换成模拟信号及模拟信号转换成数字信号的i/o模块，模拟量输入接口是把现场的模拟量标准信号转换成数字表示的标准信号，由连续变化的模拟量变成适合plc内部处理的由若干位二进制，经plc进行数字运算后，将数字量转换成模拟量输出，再去控制执行部分。经过模拟量模块，a/d模块，将外面的流量信号，温度信号，压力信号引入。优选的，所述控制系统的plc控制程序用梯形图实现，包括除砂池、氧化沟反应池、沉淀池三个部分，包括：(a)粗、细格栅控制程序流程及梯形图的设计粗格栅放置在进水系统中，主要功能是清理进入污水的大块物体垃圾，粗格栅两侧安装超声波液位差计，超声波液位差计上的感应器会传输给清污机来判断是否运行或停止，工作过程包括：(1)粗格栅开机启动时间为20分钟；(2)粗格栅机的间歇时间为2小时；(3)2小时后粗格栅机再运行20分钟，循环进行；细格栅的作用是对粗格栅流过来的污水中较小的垃圾物体进行清理和排除，两侧安装超声波液位差计，其上感应器会传输给清污机来判断是否运行或停止，细格栅的工作过程与粗格栅模式相同。(b)氧化沟反应池对中转泵、潜水搅拌机、转碟曝气机和氧化池排水阀进行控制，并对液位值进行信息采集，曝气除砂系统的工作过程：先控制曝气沉砂池进入自动模式，然后对经物理沉淀的污水中的含氧量进行检测，若没有超过含氧量设定值，保持现有的运行状态，超过设定值，提高变频器的速度，达到转碟曝气机的运行状态。(c)沉淀池：主要设备是刮泥机，对氧化沟系统处理后的污水进行物理沉淀，完成污泥和清水的分离，对污泥回流泵污泥脱水机进行控制，污泥回流的工作过程：首先检测污泥池的水位，通过超声波液位差计实现，低于低位值时，启动污泥回流泵然后定时，定时时间到停止运行，若液面低于低位值，高于高位置，启动污泥回流泵。本发明的有益效果：1、系统设备构成的复杂性和多样性，数据监控和控制方式多样性；通信方式多样性，能针对更多的工况进行调节；2、控制过程复杂化，控制精度提高；3、通信方式多样化，方便操作人员调节；4、实现节能优化，降低损耗，根据污水工艺的流程和特点，选择合适的、能耗低、维修率低的设备，特别时耗能大、功率高的大型设备如鼓风机、提升泵等必须经过严格的功率计算确定设备的选型，达到节能的目的，减少投资；5、根据污水处理工艺的特点，污水分批进入单个反应池，回对控制系统带来不方便的调节，增大污水储存量，在线监测仪表在检测参数的时候会出现延迟和小误差的问题，会对数据的实时性和准确度造成一定的影响，因此根据检测对象的不同采用不同的检测方式与控制方法，从而达到数据的准确性，污水处理过程不是一次性完成的，核心处理部分要通过生化加药慢慢达到污水处理标准，具有延迟性，本控制系统的控制方法简单合理，可以实现生化处理的稳定可靠。根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：附图1为根据本发明实施例的控制系统结构原理框图；附图2为根据本发明实施例的控制系统的网络结构图；附图3(a)(b)均为根据本发明实施例的控制系统plc硬件接线图；附图4为根据本发明实施例的上位机功能图。具体实施方式参见图1，污水处理厂控制系统的监控是通过组态软件来实现的，主要包括上位机中央控制室的远程终端和现场plc控制站，上位机的计算机可以控制全厂污水处理工艺设备，而现场plc控制站只能控制所对应的污水处理工艺设备，现场plc控制站将采集的设备数据和参数汇总到上位机，然后由上位机进行控制和调节。上位机能够实时显示所采集数据的数值，对主要工艺流程进行动态模拟和数据的趋势分析，实时实现对数据的采集和处理。污水信息采集流程中的各检测仪表仪器均为在线式的与上位机同步的智能仪表，变送器均并通过可编程控制器(plc)的接口传送可用的模拟、数字信号，经a/d转换实现信号采集，系统除具备对生产过程的数据采集功能外，数据处理功能非常强大，实时显示并记录数据。由于污水处理控制系统比较复杂，自动化要求性高，并且每个处理阶段的打工艺设备都不是集中在一起，因此它是一个多设备、变化大、多路径、间隔性的复杂控制系统，包括：系统设备构成的复杂性和多样性，数据监控和控制方式多样性；通信方式多样性；控制过程复杂化；实现节能优化，降低损耗；根据检测对象的不同采用不同的检测方式与控制方法。一种用于污水处理厂电气控制系统，包括：控制设备，包括配电房控制室、风机房控制室、生化池远程i/o站、沉池远程i/o站，与设备配套的脱水机房加药系统plc工作站、脱水机plc工作站及紫外线消毒plc工作站、自动检测装置；以及被控设备，包括潜水泵，粗、细格栅，输送压榨机，砂水分离器，搅拌机，滗水器，刮吸泥机，闸机，加药泵，风机，脱水机；其中，所述控制设备根据污水处理的工艺流程、自控设计蓝图、设备i/o点数布置，plc系统控制站以及远程i/o站配置；所述被控设备输出状态为开关量及模拟量的为潜水泵和风机，其余所述被控设备的输出状态为开关量。自动检测装置包括变频器、进出水流量计、电磁流量计、ph计、do测定仪、氨氮检测仪、cod检测仪及超声波液位计和气体检测仪，所述进出水流量计和电磁流量计的输出为脉冲信号，其余所述自动化检测装置的输出信号为模拟信号。控制系统包括中央控制室的计算机系统、现场plc控制站及各工艺处理设备组成，plc控制站通过现场总线或冗余光纤与中控室建立通讯，所述现场plc控制站与所述各工艺处理设备采用modubus通讯方式，上位计算机将加药系统，生化系统，污泥浓缩系统的运行状态及数据汇总到所述控制系统上，方便操作人员调节。污水处理控制系统中的工艺设备采用现场控制、远程控制和自动控制三种模式，plc站监控进水提升泵房，粗细格栅系统设备、曝气风机、脱水机房自动加药系统，管理和控制污泥处理的加药系统设备，脱水机，实现的功能包括：根据除砂池中的液位来决定进入污水量的大小；根据粗格栅前后的液位差来判断潜水泵的启动和停止；根据细格栅的液位差来判断转动阀门的角度；保证氧化池中污水的正常水位的污水处理，其中传感器检测曝气罗茨风机运行电流电压及频率、水泵压力、风管实时流量及累计流量、出水实时流量及累计流量，所述检测值根据操作人员预设的参数判断是否再正常范围内，所述中控室的远程终端根据预定的正常范围参数反馈到plc控制器中调节各个处理设备的运行状态。污水处理厂自动控制系统采用分级处理网络全通的结构形式，包括中央控制器和plc控制站，能够实现主计算机与各个被控plc站点的网络通信、远程操作。污水处理厂采用这种中央控制器和各plc控制站的结构模式，中央控制室通过数据总线或光纤来完成整个系统的通信，通过中央控制室的远程操作计算机对各个站点的plc站点进行集中管理，或者分散控制，完成数据的储存、报表的处理、运行参数的实时趋势曲线、管理员对控制系统的操作历史、全厂被控设备的显示状态、报警以及打印等功能。根据污水处理工艺流程及污水处理特点，再考虑到各处里工艺设备的安装位置，控制系统的机构必须是集中管理、分散控制的集散结构，从而满足各个处理工艺需求的同时，减少人员的需求。参见图2，控制系统结构包括现场设备、plc控制站和中央控制室3级结构形式，中控室通过plc控制站来完成对现场处理工艺设备的监控与操作。本实施例采用一个中央控制室和4个现场plc控制站组成，它们有100m冗余光纤连接各个交换机进行通信。中央控制室的监控站可以实现对全厂的自动控制，4个plc控制站配置一个控制柜，由选用的plc模块组成，1号plc站放在除砂池机房内，负责监控池内粗、细格栅液位，ph值。2号plc站在氧化池机房内，负责监控ph值及池含氧量。3号plc站在出水泵房内，负责监控出水量。4号plc站在鼓风机房内，负责监控个设备的电压、电流。污水处理控制系统属于工业控制范畴，因此比其他普通环境的网络需求和标准高，满足控制系统的实时性、可靠性和稳定性设计要求，才能保证处理过程的长期高效的运行，根据不同的网络规模、传输信息的种类选择合适的网络。本实施例控制系统网络通讯采用光纤网络以及现场总线方案。各个交换机采用百兆光纤网络连接，plc控制站与各工艺处理设备采用现场总线进行通讯连接，满足控制系统各种信息的快速传输及及时处理。控制系统的硬件：为了保证污水处理厂电气控制系统长时间稳定可靠运行，需要根据具体控制要求对各个检测站点硬件进行合理的选型配置，再通过软件编程、组网完成上位机设计，最后基于现场总线通信技术建立各个站点通信连接，组成功能完整的电气控制系统。(1)仪器仪表系统及选型：对被控设备的状态进行采集，一些重要的设备采集运行电流、控制系统关键器件的状态，并且按工艺运行对数据的测量，增加了必要在线检测仪表，如温度、ph、液位、水量、风量、do(溶解氧)、opr(氧化还原电位)、ss(悬浮物)、污泥液位仪表，通过触摸屏和上位机远程显示设备状态和被控设备的参数，有利于技术分析并调整参数，确保出水达标。仪器仪表工作过程：通过各个污水处理过程的模拟信号通过仪表的传感器传递给变送器，然后变送器会将采集到的模拟信号转换成数字信号，然后输入到plc的输入端，最后通过显示器将采集信息的结果显示出来。本实施例污水处理厂污水处理环节涉及到的主要仪表如下所示仪器仪表名称预设量程超声波液位差计0.00-0.65mph测量计ph：0.0-15.0∶t：0.0-50.0电磁流量计0-4800m3/h污泥浓度计0.0-10.0g/ldo(溶解氧)检测仪0.05-10mg/l气体检测仪0-100％lelcod(化学需氧量)检测仪0-5000mg/l(2)plc选型：系统的输入输出i/o点数最大225点，控制程序的长度在8kb左右，扩充32点输入输出模块9个。plc1子站是放在除砂池机房内，检测内容项即为plc数字量输入模块的对应内容，控制内容即为数字量输出模块的对应内容，主要采集粗、细格栅的前后液位及设备的运行状态，采集泵房内水泵的运行状态、泵池液位，为了保证系统以后的升级需求，plc站必须有足够的i/o点，plc1工作站一共91个i/o点：plc2子站是污水处理的核心部分，在氧化池机房内，监控范围主要是氧化池液位、温度、ph值等谁知参数，鼓风机消耗的电能占全厂电耗的50％-70％之间，共设114个i/o点：plc子站位于沉淀池机房内，负责污泥处理工艺的部分，主要采集池内液位、污泥浓度参数，该plc工作站一共有22个i/o点，配置如下：根据各部分结构控制要求，开关量的采集是通过检测内容和控制内容与plc的软元件相对应，plc的i/o地址分配如表所示：plc数据采集的实现：(1)开关量的采集：通过plc输入模块实现开关量的采集，通常输入24v直流电压，plc提供一个公共点或正或负，再在限位开关等设备中接入plc提供的公共点，当限位开关闭合时，形成通路，将信号引入plc输入点，此时plc里面输入点连通，可以在编程时使用。(2)模拟量的采集：对压力、流量、温度、转速等输入量是连续变化的模拟量，而伺服电动机，调节阀，记录仪这些执行机构要求plc输出模拟信号，而plc的cpu智能处理数字量，需要将数字信号转换成模拟信号及模拟信号转换成数字信号的i/o模块。模拟量输入接口是把现场的模拟量标准信号转换成数字表示的标准信号，由连续变化的模拟量变成适合plc内部处理的由若干位二进制，经plc进行数字运算后，将数字量转换成模拟量输出，再去控制执行部分。经过模拟量模块，a/d(模拟量/数字量)模块，可以将外面的流量信号，温度信号，压力信号等引入。本实施例中还需要涉及其他设备的选型，包括：(1)接触器：如格栅接触器、进水泵接触器、搅拌机接触器，选用西门子交流接触器3tf55，交流50hz或60hz，额定绝缘电压为690-1000v。(2)变频器：选用西门子mm430变频器，模块化结构允许组态的最大灵活性，六个可编程的独立数字量输入，两个可量测的模拟量输入(0v到10v，0ma到20ma)，也可以被作为第7个/第8个数字量输入，两个可编程模拟量输出(0ma到20ma)保护特征。(3)电动机：y系列三相异步电机，系列电机为笼型转子异步电动机，防护等级为ip44，冷却方法为ic411，全封闭，自带风扇冷却，适用于驱动无特殊要求的各种机械设备，如机床、泵、风机等。(4)超声波液位差计：nivelco超声波液位差计，multicontp-100系列，最多可支持15个探头通道的输入，超声波液位差计主机带有大屏幕120*32点阵的lcd显示屏幕，直接实现控制和信号的输出4-20ma和hart协议以及继电器的输出。传感器材质包括pp、pvdf、ptfe、pc、hart标定，最高耐温90摄氏度，探头供电方式为24vdc和220vac可选，工作环境温度为-30～50摄氏度。基于plc的污水处理厂的信息采集与控制系统设计的plc控制程序用梯形图实现，主要包括除砂池、氧化沟反应池、沉淀池三个部分。1、粗、细格栅控制程序流程及梯形图的设计粗格栅放置在进水系统中，主要功能是清理进入污水的大块物体垃圾，粗格栅两侧安装超声波液位差计，超声波液位差计上的感应器会传输给清污机来判断是否运行或停止，工作过程包括：(1)粗格栅开机启动时间为20分钟；(2)粗格栅机的间歇时间为2小时；(3)2小时后粗格栅机再运行20分钟，循环进行。细格栅的作用是对粗格栅流过来的污水中较小的垃圾物体进行清理和排除，两侧安装超声波液位差计，其上感应器会传输给清污机来判断是否运行或停止。细格栅的工作过程与粗格栅模式相同。2、氧化沟反应池主要对中转泵、潜水搅拌机、转碟曝气机和氧化池排水阀进行控制，并对液位值进行信息采集，曝气除砂系统的工作过程：先控制曝气沉砂池进入自动模式，然后对经物理沉淀的污水中的含氧量进行检测，若没有超过含氧量设定值，保持现有的运行状态，超过设定值，提高变频器的速度，达到转碟曝气机的运行状态。3、沉淀池：主要设备是刮泥机，对氧化沟系统处理后的污水进行物理沉淀，完成污泥和清水的分离，主要对污泥回流泵污泥脱水机进行控制，污泥回流的工作过程：首先检测污泥池的水位，通过超声波液位差计实现，低于低位值时，启动污泥回流泵然后定时，定时时间到停止运行，若液面低于低位值，高于高位置，启动污泥回流泵。参见图4，粗格栅、除砂池的控制分为现场手动控制和远程计算机控制两种模式，上位机自动信息采集方式分为：1、液位差信息采集，对除砂池和氧气池的液位通过传感器进行信息采集，通过传感器采集到的参数值汇报到格栅的plc控制器，然后通过上位机的监控主机可以对测量值进行记录，并可与历史数据进行对比分析，然后做出准确的判断。2、ph值信息采集，对除砂池和氧化池的液位通过传感器进行信息采集，对采集信号通过模数转换，通过变送器传到显示器部分，对数据进行分析，若不在预定范围，则通过上位机发出报警。上位机远程监控的中央控制室与污水处理环节的各个plc现场站点在地理位置上存在很大距离，因此要求在plc控制站点安装上相对应的仪表，通过仪表的传感器快速、准确地将采集到的实时数据显示在上位机的屏幕上。本实施例：1、系统设备构成的复杂性和多样性，数据监控和控制方式多样性；通信方式多样性，能针对更多的工况进行调节；2、控制过程复杂化，控制精度提高；3、通信方式多样化，方便操作人员调节；4、实现节能优化，降低损耗，根据污水工艺的流程和特点，选择合适的、能耗低、维修率低的设备，特别时耗能大、功率高的大型设备如鼓风机、提升泵等必须经过严格的功率计算确定设备的选型，达到节能的目的，减少投资；5、根据污水处理工艺的特点，污水分批进入单个反应池，回对控制系统带来不方便的调节，增大污水储存量，在线监测仪表在检测参数的时候会出现延迟和小误差的问题，会对数据的实时性和准确度造成一定的影响，因此根据检测对象的不同采用不同的检测方式与控制方法，从而达到数据的准确性，污水处理过程不是一次性完成的，核心处理部分要通过生化加药慢慢达到污水处理标准，具有延迟性，本控制系统的控制方法简单合理，可以实现生化处理的稳定可靠。虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。当前第1页12