智能水處理系統(tǒng)

● 開發(fā)背景

由于污水處理的運行費用是龐大的、長期的，如果通過智能化的控制能將城市污水處理廠的運行費用節(jié)省1%，那也是個天文數(shù)字。

目前污水處理自動控制中存在的問題：

（1）傳統(tǒng)污水處理自動控制系統(tǒng)要求建立精確的數(shù)學模型，并提出必須遵循的一些假設，然而實際污水處理系統(tǒng)由于存在復雜性、非線性、時變性、不確定性和不完全性等，一般無法獲得精確的數(shù)學模型和與實際相符的假設，因此采用傳統(tǒng)控制理論建立的污水處理自動控制系統(tǒng)在實際工程應用上存在出水水質(zhì)波動較大等問題。

    （2）污水處理自動控制系統(tǒng)中所采用的一些自動化檢測設備、儀表的功能目前還很不完善，在實際檢測中達不到預期效果、誤差很大，因此依靠這些檢測設備判斷污水處理情況并實施自動控制，很難達到處理水質(zhì)達標排放和節(jié)約能源的目的。

    （3）國內(nèi)的許多污水處理系統(tǒng)多采用ORP（氧化還原電位）、DO（溶解氧）和pH（酸堿度）值作為控制參數(shù)來控制出水水質(zhì)和曝氣量，但這些方法存在一些問題，如控制污水處理廠硝化—反硝化過程所使用的ORP就很難判定，因此絕大多數(shù)基于ORP控制的污水處理廠也執(zhí)行時間控制，作為當控制器無法找到ORP特征點時的應急控制，這樣就導致許多污水處理系統(tǒng)實際上仍然采用的是按時間控制整個處理過程。

（4）污水處理的自動控制需要對大量閥門、泵、鼓風機和吸(刮)泥機、攪拌器等機械設備進行控制，需要自動控制的開關(guān)量多，它們常常要根據(jù)一定時間或邏輯順序定時開、停，然而目前我國一些企業(yè)的相關(guān)設備質(zhì)量存在一些問題，使用壽命較短，而進口設備又很昂貴。

●基本原理

●優(yōu)點

可有效節(jié)約能源、減少DO波動，負荷分配合理，處理效果好，自動化水平高。

●控制原理（以提升泵房為例）

泵站的傳統(tǒng)控制只考慮了液位的變化，沒有考慮液位變化速率。采用計算機技術(shù)和先進的液位檢測儀表后，可以非常簡便的得到液位差和液位變化率，引入模糊控制方法，利用液位變化率，實現(xiàn)PD控制結(jié)構(gòu)，能明顯提供泵站對進水量變化的響應能力。

控制程序流程圖

通過模糊控制后，可以保證先啟的泵先停，后啟的泵后停，避免一臺或數(shù)臺泵長期工作，其他泵閑置的情況，并且能夠保證每臺泵工作負荷均勻分配。減少泵的啟動頻率，延長設備壽命。當出現(xiàn)某一臺泵故障時，控制程序會跳過該泵而正常運行。

●業(yè)務范圍

（1）承接各種污水處理工程（制藥污水、淀粉污水、化工污水、造紙污水、皮革污水、鋼鐵污水）設備的設計生產(chǎn)，電力、化工大生產(chǎn)冷卻循環(huán)系統(tǒng)，工業(yè)及民用純水、超純水處理工程及控制系統(tǒng)的設計和生產(chǎn)；

（2）各種水處理藥劑（聚合氧化鋁、堿式氯化鋁、殺菌滅藻劑等）的生產(chǎn)和銷售，提供水處理劑的使用及售后服務；

（3）生產(chǎn)各類工業(yè)及民用水處理凈化、軟化設備。產(chǎn)品涉及：全自動軟水器，全程綜合水處理器，靜電水處理器，全自動過濾器，旋流除砂器，多功能電子除垢器，離子棒水處理器，家用凈水器，游泳池水處理裝置，生產(chǎn)工業(yè)用大型軟化水裝置，純水、超純水裝置，中水回用處理裝置等。

多功能水處理器臭氧處理機游泳池水處理設備

●產(chǎn)品應用

1 污水處理

某污水處理廠的控制結(jié)構(gòu)圖：

（1）系統(tǒng)說明：

該控制結(jié)構(gòu)分為三層：

第一層采用工業(yè)控制計算機的中央控制層（操作站），主要完成狀態(tài)值的操作輸入（如流量、pH 值等）、通訊、系統(tǒng)報警、運行管理以及所有工藝參數(shù)和設備運行狀態(tài)的顯示；

第二層為現(xiàn)場控制層（PLC），實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、智能控制算法的實現(xiàn)、控制命令的下發(fā)以及工藝信號的連鎖等功能；

第三層為執(zhí)行層，即各類傳感器、變送器和執(zhí)行機構(gòu)，完成上一層下發(fā)的所有控制命令和數(shù)據(jù)采集。

（2）系統(tǒng)構(gòu)成：

a 控制裝置主要由現(xiàn)場儀表、現(xiàn)場PLC控制站和上位監(jiān)控計算機操作站組成，現(xiàn)場控制站和上位機通過光線以太網(wǎng)相連。自動檢測裝置包括電量、流量、pH值、溶解氧、氧化還原電位、污泥濃度及水位等自動檢測儀表，輸出為模擬量信號（4~20mA）。

b 受控對象包括格柵、除砂器、攪拌器、刮吸泥機、風機、脫水機和大部分水泵等，其輸出狀態(tài)信號為開關(guān)量。

（3）控制過程

現(xiàn)場自動檢測儀表對生產(chǎn)中各個參數(shù)自動、連續(xù)地進行檢測，同時將信號反饋給現(xiàn)場PLC和控制室計算機，并在中控室模擬屏和計算機顯示器上顯示出來；PLC和計算機比較程序中設定的工藝參數(shù)，自動地調(diào)節(jié)某臺設備的工況，也可手動對某臺設備進行控制，從而滿足生產(chǎn)的需要。

（3）系統(tǒng)特點：

控制系統(tǒng)采用“集中管理、分散控制、資源共享”的集散型系統(tǒng)。采用這種結(jié)構(gòu)可使生產(chǎn)過程中的信息能夠集中管理，以實現(xiàn)整體操作、管理和優(yōu)化；同時，也使得控制危險分散，提高系統(tǒng)可靠性。中控室監(jiān)控計算機和現(xiàn)場 PLC 控制分站通過以太網(wǎng)交換機組成全廠工業(yè)冗余以太環(huán)網(wǎng)。

上位機監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)全廠數(shù)據(jù)的采集，短信報警及報警記錄，事故記錄，實時數(shù)據(jù)顯示和歷史數(shù)據(jù)管理，工業(yè)流程、實時參數(shù)、趨勢圖及故障顯示，報表生成、報表打印。

本系統(tǒng)采用了成熟先進的智能控制技術(shù)和計算機技術(shù)，對污水處理的整個過程進行實時監(jiān)控，達到降低系統(tǒng)運行成本，保證污水排放質(zhì)量，實現(xiàn)了少人甚至無人職守。

2 游泳池水處理系統(tǒng)

游泳池循環(huán)水處理設備是我公司在參照國內(nèi)外同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國實際情況研制開發(fā)的水處理設備，適用于各類游泳池水的循環(huán)處理。它包括常規(guī)發(fā)毛收集器，多介質(zhì)石英砂過濾器及熱交換器。其特點是配備了絮凝劑自動投加系統(tǒng)，水質(zhì)pH自動調(diào)整，消毒劑自動添加的監(jiān)控系統(tǒng)，從而確保了游泳池水質(zhì)澄清度，pH值和最佳余氯濃度（保持無菌）。且占地面積小，運行管理方便，維護量小，大量的省藥劑費用和避免多投加藥劑污染水質(zhì)，適用于高檔賓館，飯店娛樂池及比賽池，家庭泳池等。

3 居民飲用水全自動供水系統(tǒng)

居民飲用水地下水凈化處理場設備由高低壓進線柜、儀表變頻柜、水泵、凈水器、清水池、加藥裝置、二氧化氯裝置、液位變送儀等組成。這些設備根據(jù)需要實現(xiàn)自動控制。PLC通過檢測凈水器內(nèi)壓力，執(zhí)行PID控制變頻使設備內(nèi)壓力恒定。當原水泵開始運行，全凈水器、自動加藥裝置、二氧化氯發(fā)生器同時運行。當清水池液位達到一定值時，凈水泵自動啟動。以恒壓供水的方式將處理好的，符合標準的飲用水輸送到每家每戶。當出現(xiàn)過壓、欠壓或三相電流不平衡時，或其他異常時，系統(tǒng)停止工作。

PLC的開關(guān)量輸入信號（無源信號）

 （1）高低壓進線柜：合閘、故障、工作位置、試驗位置等

 （2）自動加藥裝置：液位、運行、故障等

 （3）二氧化氯發(fā)生器：運行、故障等

 （4）凈水器、清水池：液位、壓力、流量。

 （5）原水泵、凈水泵：遠控、合閘、運行、過載、過熱、泄漏、變頻故障器故障等

PLC的開關(guān)量輸出信號（24DC繼電器輸出）

 （1）全自動加藥裝置：計量泵、攪拌電機起、停、進出水閥開、關(guān).

 （2）二氧化氯發(fā)生器：開、停控制

 （3）凈、原水泵：起、?？刂?/span>

PLC的模擬量輸入信號（4~20mA）

 （1）閘門：開度（0%~100%）

 （2）液位計：凈水池液位

 （3）壓力變送器：設備壓力、凈水泵出口壓力

 （4）水泵：三相電流、溫度

操作界面

在工藝流程圖中可以顯示出水泵的運行及控制狀態(tài)，工藝流程圖可通過設備顏色的變化表示各個設備部件的運行狀態(tài)。

在流程圖中點擊工具欄的頁面圖標可分別切換至原水監(jiān)控、加藥監(jiān)控、凈水器等頁面。

將總流程圖中的“自動投入”開關(guān)置為“開”，彈出自動開泵確認對話框，點擊“確定”，就可以將系統(tǒng)切換至自動狀態(tài)，即根據(jù)所設置的水位與壓力狀況自動起停、調(diào)節(jié)控制。

將總流程圖中的“自動投入”開關(guān)置為“關(guān)”狀態(tài),所有閥門門電機,轉(zhuǎn)為手動控制,在相關(guān)頁面圖標處點擊后，便執(zhí)行一次動作切換。既原閥門是關(guān)狀態(tài)顯示為紅色，點擊后閥門打開顏色變?yōu)榫G色。

總流程圖中可察看泵的各項模擬量參數(shù)。以1號泵組的監(jiān)控系統(tǒng)圖為例，如圖所示，圖中水泵的左側(cè)以數(shù)字標簽的形式顯示了水泵的當前轉(zhuǎn)速；點擊水泵的歷史曲線頁面,可查看出水泵設備壓力、凈水泵出口壓力、系統(tǒng)流量、水泵電流等歷史曲線.在泵組監(jiān)控圖或工藝流程圖中點擊閘閥即可打開相應的閘閥開?？刂拼翱?。