2007年6月沈陽航空工業(yè)學院學報Jun. 2007第24卷第3期Journal of Shenyang Institute of Aeronautical EngineeringVol.24 No. 3文章編號:1007 - 1385(2007)03 -0064 -05基于PLC的污水處理系統(tǒng)研究孫衛(wèi)娜(沈陽發(fā)動機設計研究所,遼寧沈陽10015)摘要:應用 COD、BOD在線檢測儀.ss測量儀等國外先進的專用檢測儀器實時采集各種生物化學指標和物理指標,采集的數(shù)據(jù)通過PLC運算后,控制執(zhí)行機構(gòu)的動作,利用偏差控制算法實現(xiàn)參數(shù)的閉環(huán)控制,保證系統(tǒng)要求的工藝參數(shù),將曝氣濾池法從實驗室推向市場。關(guān)鍵詞:曝氣生物濾池法;系統(tǒng)配置;串口通訊中圖分類號:X703 ;TP29文獻標識碼:A隨著現(xiàn)代控制技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)進人一級BAF濾池(C/N)池,進行BOD、COD的展,大量新型的控制技術(shù)在各個領域得到了廣泛降解以及部分氨氮的硝化,向上流出后,從底部進的應用?？删幊炭刂破鱌LC作為- -種多功能智人二級BAF濾池,進行剩余BOD、COD的降解及能化的綜合控制器,具有通用性好、可靠性高、編氨氮的充分硝化。另外,每隔一定周期后生物濾程簡單擴展方便、安裝靈活和故障率低等諸多特池需要進行反沖洗,反沖洗水最終回流人粗格柵。點,在工業(yè)控制領域得到越來越廣泛的應用。現(xiàn)以四川廣漢污水處理廠為例,介紹基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)的設計和應用。1污水處理過程 .-4 -------------- .鳳沖洗污水廢水的處理方法分為物理處理法、化學處理C國)-中國法和生物處理法。廣漢污水處理廠采用的處理工民樓水藝是曝氣生物濾池法,簡稱BAF濾池。BAF工藝具有高水力高容積及高生物膜活性;具有生物氧圖1污水處理工藝流程化降解和截留懸浮顆粒即ss的雙重功效;氧的傳1.2工藝參數(shù)輸效率高等許多特點。但是,由于工業(yè)控制手段污水污染物去除率見表1。的局限性及污水廠特殊環(huán)境,多年來-直停留在表1污水污染物去除率表實驗室階段。隨著現(xiàn)代控制技術(shù)和計算機技術(shù)的處理后出水污染物去除事迅速發(fā)展,曝氣生物濾池法終于走出了實驗室,應名稱水質(zhì)指標原水水質(zhì)水質(zhì)(%)用于城市污水處理?；瘜W需氧量COD(mg/1) 300≤60≥801.1 工藝流程生物需氧量BOD( mg/1) 200<20≥90污水處理工藝流程如圖1所示。固體懸浮物SS(mg/1) 200城市生活污水通過排污系統(tǒng)自流進人粗格氨氮去除事TN( mg/l)0≤I5≥62.5柵,去除大顆粒懸浮物及漂浮污染物質(zhì);之后,再碘去除率TP(mg/1) 4.0≤0.5≥87.5由提升泵提升至細格柵,去除較細懸浮物;巴氏流1.3控制對象量槽計量后,經(jīng)配水井進人旋流沉沙池即S3D在工藝處理過程中需要控制的主要對象有格池,進行除油沉砂、高效沉淀,使污水進人生化池柵機、提升泵加氯、接觸消毒、加藥、污泥脫水、鼓處理段的ss不超過100mg/L;S3D池出水從底部風機中國煤化工L運行是依據(jù)柵收稿日期:2007-01-15MH.CNMH(泵是根據(jù)集水池內(nèi)水業(yè)文化日動u工制時;DAr⊥藝是以時間和作者簡介:孫衛(wèi)娜(1956 -) ,女,山東文登人,高級工程師壓力差相結(jié)合控制的;其它設備是根據(jù)工藝參數(shù)第3期孫衛(wèi)娜:基于PLC的污水處理系統(tǒng)研究55控制的。重點是BAF濾池。，采用了基于PLC與工控機來構(gòu)建(SCADA)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。以工控機作為監(jiān)視和控制現(xiàn)場2控制 系統(tǒng)構(gòu)成生產(chǎn)過程的可視窗口,以PLC可編程控制器進行2.1控制方案邏輯運算,對生產(chǎn)過程實行在線實時控制。污水處理廠的占地面積大,設備比較分散,信2.2系統(tǒng)構(gòu)成號的傳輸距離較遠。通過分析工藝過程發(fā)現(xiàn):在(1)根據(jù)工藝設計要求,將全廠的控制系統(tǒng)受控對象中有相當多的開關(guān)量和模擬量,同時檢劃分為三個網(wǎng)絡層面。即監(jiān)控管理層,過程控制測點也較多。而控制過程是以邏輯順序控制為層和設備執(zhí)行層。該污水處理廠自動控制系統(tǒng)如主,閉環(huán)控制為輔。針對這樣-一個實際狀況,我們圖2所示。中二日。舊工作打印機四工種100M華大周111圈2污水處理廠自動控制系統(tǒng)監(jiān)控管理層設在中央控制室。中央控制室設量I0點數(shù)為14點。2#PLC控制站設在沉沙池置了兩臺計算機,互為備用提高系統(tǒng)的可靠性,其控制室內(nèi)， 監(jiān)控項目包括鼓風機、細格柵機、S3D中一臺兼做工程師站。計算機采用臺灣產(chǎn)的研華池等。開關(guān)量I/0點數(shù)為283點,模擬量V0點工控機IPC -610選用,21寸的純平顯示器,配裝數(shù)為16點。3#PLC控制站設在BAF動力間,主改進的組態(tài)監(jiān)控軟件。計算機作為上位機通過與要監(jiān)控項目是BAF濾池中的曝氣鼓風機、沖洗離PlC通訊,實現(xiàn)實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享、參數(shù)設定、設心泵潛污泵等。開關(guān)量V0點數(shù)為503點,模擬立數(shù)據(jù)庫等功能,完成曲線繪制、故障記錄、打印量V0點數(shù)為52點。報表等后臺管理。管理人員在中央控制室內(nèi)可根作為過程控制的主體設備,選用了施奈德的據(jù)需要向下位機發(fā)出指令,實現(xiàn)遠程監(jiān)控。在中TSX premium PLC ,并配以人機界面終端設備觸摸央控制室內(nèi)還設置了閉路電視集中監(jiān)視系統(tǒng)。來屏。主要配置如下:自現(xiàn)場的監(jiān)視畫面通過視頻分配器-套送到監(jiān)視，中央處理器( CPU) :TSXP572634M (帶以太屏,一套送到操作臺上的硬盤錄像機,實現(xiàn)對所控網(wǎng)口)區(qū)域的在線監(jiān)視及記錄存儲。與計算機端口相連數(shù)字量輸人模塊( DI) :TSXDEY32D2K的投影機可以方便地將計算機上的畫面投射到大數(shù)字量輸出模塊( DO) :TSXDEY32T2K屏幕上,亦可切換到現(xiàn)場監(jiān)視點畫面上,便于對所模擬量輸人模塊( AI) :TSXAEY1600需畫面的詳盡分析。模擬量輸出模塊( AO) :TSXASY800(2)根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求,將廠區(qū)內(nèi)所有設電源模塊:TSXPSY2600M備按功能劃分為3個區(qū)域,在3個區(qū)域內(nèi)各建立.擴展基板:TSXRKY12EX-個PLC站(即下位機) ,構(gòu)建過程控制層。1#觸摸屏:XBTC5330PLC控制站設在加氯間控制室內(nèi),監(jiān)控項目有粗中國煤化工,基本指令處格柵機、提升泵加氯設備、接液消毒池、加藥設理速度PLYHCNMHG備、污泥脫水等。開關(guān)量V0點數(shù)為179點,模擬為了保證系統(tǒng)在惡劣的自然環(huán)境下能夠可靠運行,在各 PLC站的進線端加裝了防雷器;在66沈陽航空工業(yè)學院學報第24卷OMIB220/220V[維][佛J]- -[ mPLC電酒ru巾rueFus]圍3 PlC 配置原理PLC的前端加裝了1:1的隔離變壓器;在模擬量3.2網(wǎng)絡通訊端口兩側(cè)即現(xiàn)場(室外)與PLC進線端加裝了隔各PLC子站與上位機之間應用TCP/IP Inter-離柵。為了確保突然斷電情況下數(shù)據(jù)不至于丟net傳輸層和網(wǎng)絡層協(xié)議實現(xiàn)設備之間的數(shù)據(jù)共失,各PLC站的前端均配置了UPS電源。設備執(zhí)享,通訊速率為100Mbit/s。PLC 站上的終端設備行設備層主要是指廠區(qū)內(nèi)工藝過程控制中的執(zhí)行觸摸屏與PLC之間通過AUX終端端口連接,采機構(gòu),包括各種傳動機械、風機、泵、閥門等。設置用專用的UNI - TELWAY通訊協(xié)議實現(xiàn)遠程控于現(xiàn)場的操作箱柜可以就地啟動或停止相應的設制,通訊速率為19200 波特。低壓配電系統(tǒng)經(jīng)過備RS -485接口輸出狀態(tài)信息,通過雙絞線經(jīng)RS-3個網(wǎng)絡層面中,現(xiàn)場手動控制優(yōu)先級別最485/RS232轉(zhuǎn)換后與上位機連接,通訊速率為高,PLC站遠程手動控制次之，自動控制的優(yōu)先級9600波特。最低。3.3數(shù)據(jù)采集利用COD在線檢測儀、ss測量儀、PH計等3網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及功能專用檢測儀器實時監(jiān)測各種生物化學指標,并將3.1 網(wǎng)絡形式監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標準的4 - 20mA信號遠程傳送根據(jù)污水廠的實際情況，采用100M的光纖到PLC;采用壓力變送器和超聲波液位計對曝氣以太網(wǎng)與三個現(xiàn)場控制PLC子站通訊,搭建總線濾池中的曝氣壓力及液面實時監(jiān)控,監(jiān)控數(shù)據(jù)以型網(wǎng)絡。標準的4 -20mA信號傳送到PLC,與PLC中的初在現(xiàn)場的PLC站上,將兩端帶有RJ-45插始設定值進行比較,通過PLC運算后,將運算結(jié)口連接器的八芯雙絞線一端插人PLC的以太網(wǎng)果送到執(zhí)行機構(gòu),控制各回路執(zhí)行機構(gòu)的動作,利口,一端插到單模光收發(fā)器上。收發(fā)器的出口端用偏差控制算法實現(xiàn)參數(shù)的閉環(huán)控制,保證系統(tǒng)用單模光纖跳線通過耦合器連接到帶有8端口的要求的工藝參數(shù)。終端盒上(跳線的兩端為SC型插頭) ,終端盒的組態(tài)王通過計算機串行口訪問PLC相關(guān)的出口采用100M的光纖連接到中控室的終端愈寄存器地址,以獲得PLC所控制設備的狀態(tài)或修上,再通過收發(fā)器連接到華為8端口交換機上,交改相關(guān)寄存器的數(shù)值,對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行換機與上位機連接。過程控制由現(xiàn)場PLC站來采集統(tǒng)計分析處理,形成生產(chǎn)報表、工藝參數(shù)報完成,各PLC站之間相對獨立。中控室的主要功表、設中國煤化工多種報表以及能是過程管理和企業(yè)內(nèi)部的信息交流，兼顧與上多種iY片CNMHG管理。在實際級市政管理層間的信息交流,架設起暢通的信息編程過程中,不需要編寫PLC寄存器的程序,組橋梁。態(tài)王提供了一種數(shù)據(jù)定義方法,在定義了變量后第3期孫衛(wèi)娜:基于PLC的污水處理系統(tǒng)研究57直接使用變量名于系統(tǒng)控制操作顯示趨勢分析數(shù)就會 自動顯示報警點,發(fā)出報警信號,由現(xiàn)場PLC據(jù)記錄和報警顯示控制站完成整個處理過程的自動控制任務。根據(jù)工藝過程的需要,可以在管理計算機上4系統(tǒng)軟件修改程序,改變變量,并通過網(wǎng)絡傳輸?shù)焦芾碛嬎阆到y(tǒng)軟件包括監(jiān)控中心的上位機軟件和PLC機和PLC站,實現(xiàn)新的管理控制- -體化模式。 在工作站的下位機軟件。管理計算機上有各種報表的輸出功能，即可以隨監(jiān)控中心軟件是在國產(chǎn)的組態(tài)王6. 51版本時在顯示器上顯示，也可以用打印機打印出來.為軟件系統(tǒng)軟件的基礎上開發(fā)的，由串口通信模塊、了保證系統(tǒng)的實時性,采用后臺打印方式,在保管理模塊、用戶操作界面和后臺數(shù)據(jù)庫組成。證報表輸出的同時,不影響系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的采集分組態(tài)王6.51提供了豐富的圖庫及圖庫開發(fā)析處理。工具,在組態(tài)環(huán)境下可以根據(jù)需要創(chuàng)建新的控制5.2 就地控制并在畫面上自由搭配,完成組態(tài)的配置過程。組系統(tǒng)設計了就地控制模式,當切換到PLC方態(tài)生成的結(jié)果是-一個數(shù)據(jù)庫文件。運行環(huán)境是一式時可以在終端設備觸模屏上監(jiān)控設備的運行情個獨立的運行系統(tǒng),它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中指況和手動操作現(xiàn)場設備由PLC按固化的程序完定的方式進行各種處理,完成組態(tài)設計的目標。成邏輯操作。PLC子站間相對獨立,并可以脫離運行環(huán)境本身沒有實際意義,必須與組態(tài)結(jié)果數(shù)上位機獨立工作,方便單機調(diào)試。在每個PLC站據(jù)庫- -起作為-一個整體來構(gòu)成應用系統(tǒng)。組態(tài)工均設有 人機界面終端設備觸摸屏,通過采集現(xiàn)場作完成之后,運行環(huán)境和組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫就可以儀表的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)和控制設備的狀態(tài)信息,根脫離組態(tài)環(huán)境而獨立運行在監(jiān)控計算機上。據(jù)工藝要求實現(xiàn)污水處理的過程控制,順序控制，組態(tài)過程編輯了工藝過程主體畫面、操作畫連鎖控制,設備的開機停機等各種控制。同時面、報警畫面和數(shù)據(jù)記錄畫面等,并編寫了相關(guān)的PLC對通過現(xiàn)場儀表采集數(shù)據(jù)進行分析,當超過腳本程序。在實際編程過程中,不需要編寫PLC設定報警值時發(fā)出報警信號提醒操作人員注意。寄存器的程序,組態(tài)王提供了一種數(shù)據(jù)定義方法，在設備處于檢修工況時,可以采用人工控制。在定義了變量后直接使用變量名于系統(tǒng)控制操此時操作人員可以通過操作現(xiàn)場控制箱柜上的按作,操作員可以方便地在操作畫面上使用鍵盤或鈕啟動或停止相應的設備。鼠標實現(xiàn)對現(xiàn)場設備及相關(guān)參數(shù)的操作。6結(jié)束語下位機控制軟件是在施奈德PL7Micro專用編程軟件基礎上開發(fā)完成的。根據(jù)不同的控制對基于PLC與計算機構(gòu)建控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)象,如各種傳動機械,風機泵,閥門等以及不同的配置合理,可靠性高,控制精度高和系統(tǒng)成本低等控制要求編制了相應的控制算法和控制參數(shù)。優(yōu)點。隨著我國對環(huán)境保護投資力度的不斷加大,各地城市污水處理廠在建項目相繼啟動。將5監(jiān)控方式PLC與計算機構(gòu)建的污水處理控制系統(tǒng)應用于在5.1 集中監(jiān)控建項目和老水廠的改造,不僅可以提高系統(tǒng)的整在PLC的運行程序中設置了上位機控制體控制水平,同時可以利用網(wǎng)絡平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)共(VDU方式)方式和PLC控制方式兩種。當切換享,提高整體管理水平,具有廣泛的應用前景。到VDU方式時,PLC接收上位機發(fā)出的指令,可參考資料:以通過計算機直接遙控現(xiàn)場設備的運行。當切換到PLC方式時,可以在終端設備觸摸屏上監(jiān)控設[1]孫力平.污水處理新工藝及設計計算實例.科學出版社,2002備的運行情況和手動操作現(xiàn)場設備,由PLC按固[2]任障,王創(chuàng)新.基于PIC的污水處理控制系統(tǒng)[J].控制系統(tǒng)，化的程序完成邏輯操作。在監(jiān)控計算機上可以實現(xiàn)工藝過程的全面監(jiān)[3]趙芳中國煤化工統(tǒng)[J].工業(yè)控制控。計算機采集到的整個污水處理過程中的數(shù)據(jù)計算:MHCNMHG[4]王學禮ro仕門小處埋型啊系擾中的應用[J].山東紡織經(jīng)以流程圖,棒圖、趨勢圖等形式在顯示器上進行必濟,2006(3) :90 -91要的動態(tài)或靜態(tài)顯示,一旦發(fā)生故障報警計算機68沈陽航空工業(yè)學院學報第24卷Sewage water control system on PLCSUN Wei -na(Shenyang Aero - engine Design Institute,Liaoning Shenyang 110015)Abstract: Using apecial monitoring instruments, such as COD or BOD and ss on - line test surveying instru-ment, the various real - time data in biochemistry and physics process unit can be acquired. These data opera-ted by PLC can be used to contoll the action of the excutive equipment. The closed loop control of the pa-rameters is achieved by the error control algorithm to insure the system working on demanded parameters , toguarantee the gas biological filter method put into market well.Keywords :Gas biological filter; system structure ;cluster communication(上接第80頁)Elasticity coefficient prediction methodo{ energy resource consumption based on SVR technologySUN Jin - zhong'2 LIN Jian2(1. School of Management, Beihang University ,Beijing 100083 ; 2. School of Management, Wuyi Universi-ty, Guangdong Jiangmen 529020)Abstract: Elasticity coefficient of energy resource consumption rellects the increasing rate proportional relationsbetween energy resource consumption and national economy development in a country, which is an importantindex used to measure the utilization effect of energy resource. Considering the " noises" existed in the accu-mulated datum, this paper erases the noises by wavelet transform first, then builds the SVR model based onprocessed datum, and at the end, predicts the elasticity cofficients of energy resource consumption during thenearest 10 years. The demonstration analysis ilustrates that the prediction method is completely feasible.Keywords :support vector regression;tatistical leamning theory ;wavelet transform ;elasticity ceofficient of ener-By resource consumption中國煤化工MYHCNMHG