表面曝气设备数字化控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种表面曝气设备数字化控制系统，主要由工控一体机、报警装置、模拟量模块、数字量模块和485通信设备组成，工控一体机是该控制系统的核心部件，内部安装有工艺仿真软件和设备仿真软件，该控制系统可以实时分析氧化沟内工艺运行工况，通过工艺仿真模型动态计算氧化沟内的生物需氧量，再由设备仿真模型计算出表面曝气设备的运行参数，实时调整表面曝气设备的运行状态，在水质和水量发生变化的情况化，该控制系统可以快速调整，一直保证氧化沟内的活性污泥处于最佳状态，从而保证出水稳定，而且通过该控制系统可以大幅提升表面曝气设备的运行效率，节约运营成本。
【专利说明】
表面曝气设备数字化控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及污水处理技术领域，特别涉及一种表面曝气设备数字化控制系统。
【背景技术】
[0002]目前表面曝气设备主要应用于城市污水和工业废水处理的氧化沟技术，氧化沟工艺因其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点，是国内生活污水处理和工业污水处理采用最多的工艺。表面曝气设备通过曝气机在水体表面旋转时产生水跃，在飞行途中和空气接触形成水滴，在落下时撞击液面，液面产生乱流及大量的气泡，使水中含氧增加。充氧的同时，在曝气机转动的推流作用下，将池底层含氧量少的水体升向上环流，不断充养。表面曝气设备一般功率比较大，数量多，以常用Orbal氧化沟为例，有三个同心圆组成，每个圆周均匀分布4-6个转碟，一般每个氧化沟内都会安装9-10台电机。曝气是整个污水处理工艺的核心，其过程是一个复杂的生化过程，曝气过量和曝气不足都直接影响出水水质的变换，而且不同的工艺，对曝气控制方式也有所不同，但是在几乎所有的采用生物处理工艺的污水厂中，曝气始终是最重要的能耗环节。从一些国内的污水处理厂耗电量来，曝气占据了总耗电量的50-70%，所以选择合理的曝气系统也是整个污水厂运营的关键环节。在目前的曝气控制技术中，控制设备也只是选择安装变频器实现部分节能，有些污水处理厂甚至都没有安装变频器，控制方法也很简单，只是通过多开几台和少开几台的办法，就算是运营经验丰富的工程师也只是根据现场经验稍微调整一下运行频率，但是在水质和水量发生变换的情况下，工程师也很难及时计算出设备的运行频率是多少。因此，需要提出一种表面曝气设备数字化控制系统。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种表面曝气设备数字化控制系统，该控制系统可以实时分析氧化沟内工艺运行工况，通过工艺仿真模型动态计算氧化沟内的生物需氧量，再由设备仿真模型计算出表面曝气设备的运行参数，实时调整表面曝气设备的运行状态，在水质和水量发生变化的情况化，该控制系统可以快速调整，一直保证氧化沟处于最优化状态，从而保证出水稳定，而且通过该控制系统可以大幅提升表面曝气设备的运行效率，节约运营成本。
[0004]为实现上述目的，本实用新型的具体技术方案是:
[0005]—种表面曝气设备数字化控制系统，包括设备采集控制柜，与设备采集控制柜连接的上位机、现场仪表及变频器;所述的设备采集控制柜包括工控一体机，与工控一体机连接的报警装置、模拟模块、数字模块及485通信设备，工控一体机通过RS485通信总线分别与模拟模块、数字模块及485通信设备建立通信连接;工控一体机通过以太网与上位机建立通信连接;现场仪表与模拟模块建立通信连接，变频器分别与数字模块及485通信设备建立通信连接;变频器用于控制表面曝气设备。
[0006]优选的，所述的现场仪表包括设在氧化沟上的在线溶解氧仪和浊度仪，模拟模块采用多路4-20mA模拟量输入模块，在线溶解氧仪和浊度仪的4-20mA接口通过屏蔽信号线连接到模拟模块的4_20mA模拟量输入模块。
[0007]优选的，所述的数字模块采用多路数字信号输入模块和多路数字信号输出模块，通过屏蔽信号线与变频器的扩展端子连接，用于控制变频器的运行和停止。
[0008]优选的，所述的485通信设备采用Modbus协议转换器，通过RS485总线将所有的变频器的通信接口进行连接，用于采集所有的变频器的运行电流、运行频率、运行电压、转速和调节变频器的设定频率。
[0009]优选的，所述的报警装置采用声光报警器。
[0010]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0011]I，该控制系统能够根据水质和水量的变化动态计算需氧量，由表面曝气设备仿真软件计算出设备的精确控制参数，从而使氧化沟内的活性污泥一直保持在最优化状态，确保了出水达到达到国家规定的污水排放标准。
[0012]2，该控制系统可以水质和水量的变化动态调整表面曝气设备运行参数，避免了设备长期保持最大工频运行，大幅度提高了设备的运行效率，实现设备的节能。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图1和实施例对本实用新型做进一步的说明:
[0015]实施例1:参见附图1，表面曝气设备数字化控制系统，包括一个设采集控制柜，控制柜内安装有一个工控一体机1、一个报警装置5、若干模拟模块2、若干数字模块3、一个485通信设备4。工控一体机I通过以太网与上位机连接，采用OPC技术与上位机的自控系统进行数据交换;模拟模块2、数字模块3和485通信设备通过RS485总线与工控一体机的串行通信口进行连接;模拟模块2采用多路4-20mA模拟量输入模块，将氧化沟上的在线溶解氧仪和浊度仪的4_20mA接口通过屏蔽信号线连接到模拟模块2上;数字模块3采用多路数字信号输入模块和多路数字信号输出模块，通过屏蔽信号线与变频器的扩展端子连接，用于控制变频器的运行和停止;485通信设备4采用Modbus协议转换器，通过RS485总线将所有的现场变频器的通信接口进行连接，用于采集所有变频器的运行电流、运行频率、运行电压、转速和调节变频器的设定频率;报警装置5采用声光报警器，与工控一体机I输出端子连接，当有报警信息时，工控一体机I输出控制指令。
[0016]该控制系统的工作原理是:动态分析氧化沟内的需氧量和表面曝气设备的供氧量，保证需氧量和供氧量匹配，才能够保证氧化沟内的污泥活性处于最优化状态。首先上位机将目前进出水水质和水量及化验室数据传给工控一体机，然后工控一体机采集现场仪表数据进行比对分析，确定正确的水质参数，通过工艺仿真软件计算出目前氧化沟的需氧量，最后设备仿真模型根据需氧量确定内沟、外沟、中沟有哪些曝气设备需要运行和运行设备以多大的频率运行，这样就可以精确控制曝气设备的运行状态。当水质和水量发生变化时，该控制系统可以迅速调整表面曝气设备的供氧量，实现需氧量和供氧量之间的供需平衡，使氧化沟里面的活性污泥处在最佳状态。
[0017]以上实施例已投入运行I年，取得了良好的效果，出水水质保持稳定达标，表面曝气设备运行稳定，而且曝气设备自动控制运行，无需人为干扰，节省了人力资源，同时设备故障率也比以前减少了 60%;表面曝气设备运行频率平均保持在40Hz，运行电耗平均下降了45%，目前该厂氧化沟内一直有14台表面曝气设备保持运行，每台功率是22Kw，年节省电量约在120万度左右，因此该控制系统投入使用，大大节约了运营成本。
【主权项】
1.一种表面曝气设备数字化控制系统，其特征在于，包括设备采集控制柜，与设备采集控制柜连接的上位机、现场仪表及变频器;所述的设备采集控制柜包括工控一体机，与工控一体机连接的报警装置、模拟模块、数字模块及485通信设备，工控一体机通过RS485通信总线分别与模拟模块、数字模块及485通信设备建立通信连接;工控一体机通过以太网与上位机建立通信连接;现场仪表与模拟模块建立通信连接，变频器分别与数字模块及485通信设备建立通信连接;变频器用于控制表面曝气设备。2.根据权利要求1所述的表面曝气设备数字化控制系统，其特征在于，所述的现场仪表包括设在氧化沟上的在线溶解氧仪和浊度仪，模拟模块采用多路4_20mA模拟量输入模块，在线溶解氧仪和浊度仪的4_20mA接口通过屏蔽信号线连接到模拟模块的4-20mA模拟量输入丰旲块。3.根据权利要求2所述的表面曝气设备数字化控制系统，其特征在于，所述的数字模块采用多路数字信号输入模块和多路数字信号输出模块，通过屏蔽信号线与变频器的扩展端子连接，用于控制变频器的运行和停止。4.根据权利要求3所述的表面曝气设备数字化控制系统，其特征在于，所述的485通信设备采用Modbus协议转换器，通过RS485总线将所有的变频器的通信接口进行连接，用于采集所有的变频器的运行电流、运行频率、运行电压、转速和调节变频器的设定频率。5.根据权利要求4所述的表面曝气设备数字化控制系统，其特征在于，所述的报警装置采用声光报警器。
【文档编号】G05B19/042GK205721251SQ201620583611
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】房传礼, 陈鲲, 陈佳鹏, 孟海峰
【申请人】河南和方科技有限公司