管道電磁流量計在污水處理對自動控制技術(shù)的應(yīng)用分析

【摘要】針對污水處理，在簡述其特點的基礎(chǔ)上，對管道電磁流量計與自動控制技術(shù)具體應(yīng)用進(jìn)行深入分析，以此為后續(xù)的自動化改造及運營奠定良好基礎(chǔ)，提供可靠參考借鑒。
如今，計算機(jī)與嵌入式芯片越來越普及，這使自動控制正不斷進(jìn)入到工業(yè)領(lǐng)域各個環(huán)節(jié)。 然而， 因污水處理存在特殊性，所以對自動控制的實際應(yīng)用還有待進(jìn)一步完善。
1 水處理主要特點
（ 1 ）周期長。 在污水處理中，處理周期主要由處理工藝決定，通常為三級處理，其中，一級處理為機(jī)械處理，二級處理為生物處理，三級處理為深度處理。 伴隨特殊環(huán)境不斷變化，污水處理工藝必須進(jìn)行改善和優(yōu)化。
（ 2 ）參數(shù)有較大的離散性。 在水處理過程中，參數(shù)包括溶解氧、溫度和 pH 值等。 從現(xiàn)場情況講，這些參數(shù)都有很大的離散性，很難與設(shè)備實際運轉(zhuǎn)狀況相掛鉤，獲得完全且系統(tǒng)線性關(guān)系。
（ 3 ）難以采用自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)無人值守。 在當(dāng)前的實際情況下，污水處理主要由人工經(jīng)驗進(jìn)行控制，這樣不僅要耗費很多資源、消耗大量時間，導(dǎo)致自動控制難以充分發(fā)揮應(yīng)有作用功能。
2 污水處理對自動控制技術(shù)的應(yīng)用
2.1 控制基本要求
2.1.1 調(diào)節(jié)池
調(diào)節(jié)池需要設(shè)于滲濾液處理站，共兩座，其主要設(shè)備包括以下幾種： ① 進(jìn)水格柵機(jī)，共 1 臺； ② 進(jìn)水管道電磁流量計，共 1 臺； ③出水管道電磁流量計，共 1 臺； ④ 攪拌機(jī)，共 2 臺； ⑤ 超聲波液位計，共1 臺； ⑥ 進(jìn)水電動閥門，共 1 臺； ⑦ 出水提升泵，共 1 臺。 其控制要求為：格柵機(jī)應(yīng)能實現(xiàn)現(xiàn)場控制與遠(yuǎn)程控制，且上位機(jī)可以對實際狀態(tài)進(jìn)行顯示；攪拌機(jī)應(yīng)具備現(xiàn)場控制、遠(yuǎn)程控制和自動控制的操作按鈕，且上位機(jī)可以對實際狀態(tài)進(jìn)行顯示。 如果液位小于 1.5 m ， 則攪拌機(jī)可自動停止， 而液位超過 2.0 m時，自動開始運行；上位機(jī)對液位予以顯示，同時顯示出實際液體容積。 如果液位超過 5.85 m ，則上位機(jī)立即報警；電動閥門應(yīng)能實現(xiàn)現(xiàn)場控制、遠(yuǎn)程控制和自動控制，且上位機(jī)要能對實際狀態(tài)進(jìn)行顯示。 如果液位超過 6 m ，則也為相對較高的調(diào)節(jié)池，其進(jìn)水閥門將自動關(guān)閉，而液位相對較低的調(diào)節(jié)池，其進(jìn)水閥門自動開啟； 出水提升泵應(yīng)能實現(xiàn)現(xiàn)場控制與遠(yuǎn)程控制，且上位機(jī)要對實際狀態(tài)予以顯示。如果液位低于 0.5 m ，則提升泵自動關(guān)閉； 進(jìn)水管道電磁流量計對應(yīng)的上位機(jī)可以對進(jìn)水流量及總的累計流量予以顯示； 2 臺出水泵同時使用 1 臺管道電磁流量計，其實際的出水與累計總流量都應(yīng)在上位機(jī)上實時顯示；對于各個模擬量，都要有歷史發(fā)展趨勢對應(yīng)的曲線圖。
2.1.2 反應(yīng)沉淀系統(tǒng)
一級反應(yīng)沉淀主要由以下幾部分組成： ① 石灰投料池； ②混合攪拌池； ③ 反應(yīng)池； ④ 一級沉淀池； ⑤ 中間水池。 對于二次反應(yīng)沉淀，其主要由以下幾部分組成： ① 反應(yīng)池； ② 二級沉淀池； ③ 預(yù)處理系統(tǒng)。 系統(tǒng)控制要求為：對于石灰投加機(jī)，其頻率要可以在上位機(jī)進(jìn)行調(diào)整；石灰投加、攪拌機(jī)、渣漿泵、出水泵、半球閥、加壓裝置都要實現(xiàn)現(xiàn)場控制與遠(yuǎn)程控制，并且要在上位機(jī)對實際狀態(tài)信息進(jìn)行顯示； 如果出水池實際液位不足 0.5 m ，則出水泵自動停機(jī)；所有出水泵使用同一臺管道電磁流量計，于上位機(jī)對出水與累計的總流量進(jìn)行顯示； 渣漿泵可根據(jù)時間順序進(jìn)行運動，待啟動一定時間后自動停止；在渣漿泵開啟以后， 半球閥可以根據(jù)時間順序進(jìn)行運行， 待啟動一定時間后，自動關(guān)閉其中一個電動閥，而開啟另外的電動閥；出水池的實際液位要可以在上位機(jī)實時顯示，同時顯示出液位容積。如果液位超過 5.85 m ，則上位機(jī)立即報警；對于各個模擬量，都要有歷史發(fā)展趨勢對應(yīng)的曲線圖。
2.1.3 厭氧系統(tǒng)
該系統(tǒng)控制要求為：包含攪拌機(jī)、循環(huán)泵、管道電磁流量計和回流泵等在內(nèi)的設(shè)備都能實現(xiàn)現(xiàn)場控制與遠(yuǎn)程控制， 并在上位機(jī)對實際狀態(tài)信息進(jìn)行顯示； 進(jìn)水調(diào)節(jié)池實際液位可以在上位機(jī)實時顯示，同時可以顯示出實際的液體容積，如果液位超過 3.5 m ，則上位機(jī)立即報警； 沼氣風(fēng)機(jī)可以結(jié)合壓力變送器實際數(shù)據(jù)實現(xiàn)變頻控制；對于各個模擬量，都要有歷史發(fā)展趨勢對應(yīng)的曲線圖。
2.1.4 好氧系統(tǒng)
該系統(tǒng)控制要求為：包含攪拌機(jī)、曝氣與排泥泵、管道電磁流量計及電動蝶閥等在內(nèi)的設(shè)備均實現(xiàn)限產(chǎn)控制和遠(yuǎn)程控制， 并能在上位機(jī)對實際狀態(tài)信息進(jìn)行顯示；對攪拌機(jī)進(jìn)行時序控制，可對開啟時間做適當(dāng)調(diào)整；進(jìn)出水的電動蝶閥都和池液位實現(xiàn)聯(lián)動，以池液位實際情況為依據(jù)進(jìn)行開啟或關(guān)閉。 每個閥門都要實現(xiàn)時序控制，且具體的時間間隔要能調(diào)整；各個池中射流曝氣泵也要實現(xiàn)時序控制，即每個池中的所有泵要同時啟動，具體的時間間隔要能調(diào)整。
2.2 自動控制
對于污水處理系統(tǒng)而言，其控制對象除了有開關(guān)量，還包括模擬量，除了開環(huán)控制，還涉及到閉環(huán)控制；系統(tǒng)運行過程中，有很多參數(shù)需要進(jìn)行檢測與控制，系統(tǒng)的總控計算機(jī)，利用管道電磁流量計監(jiān)控軟件對整個處理廠的設(shè)備予以實時監(jiān)控， 并記錄所有水質(zhì)數(shù)據(jù)，*終生成報表；在自動控制系統(tǒng)中，自動控制柜為核心所在，無論是工藝控制、邏輯皮暖段，還是各控制站通信，均由該自動控制柜實現(xiàn)； 系統(tǒng)總控計算機(jī)各類數(shù)據(jù)由 PLC 在以太網(wǎng)上傳遞，由總控計算機(jī)控制現(xiàn)場所有設(shè)備時，也主要利用 PLC 實現(xiàn)。 當(dāng)要完成控制功能時， 系統(tǒng)的總控計算機(jī)將向PLC 發(fā)出指令，再由 PLC 進(jìn)行判斷，確認(rèn)是否需要執(zhí)行著這一控制，若條件成立，則立即執(zhí)行，若條件不成立，則拒絕。通過以上分析可知， 自動控制系統(tǒng)所有功能均由 PLC 實現(xiàn)，在這種情況下，即便網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生故障， PLC 依然能根據(jù)預(yù)設(shè)程序來控制。 以控制系統(tǒng)具有的工藝特點為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實際條件， 該自動控制系統(tǒng)主要將 S7-300PLC 作為主。
在軟件開發(fā)方面，主要包含以下兩個方面：
① 針對 PLC 進(jìn)行的程序設(shè)計；
② 對上位機(jī)監(jiān)控界面進(jìn)行開發(fā)。 其中，針對 PLC 進(jìn)行的程序設(shè)計主要是利用編程軟件完成， 以滿足所有控制要求；對于上位機(jī)監(jiān)控，主要使用的是國產(chǎn)組態(tài)軟件，通過對組態(tài)軟件的合理應(yīng)用， 現(xiàn)場的全體操作人員均能在控制室對現(xiàn)場的管道電磁流量計進(jìn)行實時監(jiān)視，并收集相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
2.3 系統(tǒng)優(yōu)化
上述是較為常規(guī)且成熟的自動控制實現(xiàn)思路， 但也存在很多的缺點，如成本較高、模式僵化和性價比較低等。 對此，有必要對系統(tǒng)予以優(yōu)化改進(jìn)：
（ 1 ）除了對脈沖量、開關(guān)量與模擬量進(jìn)行采集，還要對其它類型的信號進(jìn)行采集，包括視頻、聲音和圖像。
（ 2 ）除了對脈沖量、開關(guān)量與模擬量進(jìn)行輸出，還要對其它類型的信號進(jìn)行輸出，包括視頻、聲音和圖像 。
（ 3 ）對系統(tǒng)的邏輯處理功能進(jìn)行拓展。
（ 4 ）完成各類型運算，包括整數(shù)、實數(shù)、二進(jìn)制和浮點型等。
（ 5 ）在實現(xiàn)延時與定時控制的同時，使時間運算能達(dá)到毫秒級。
（ 6 ）實現(xiàn)計數(shù)控制目標(biāo)，且高速計數(shù)的頻率要能達(dá)到百赫茲。
（ 7 ）達(dá)到內(nèi)、外部中斷，保證對所有輸入和輸出的實際響應(yīng)速度及精度。
（ 8 ）增大存儲容量，使數(shù)據(jù)在掉電后不會丟失。
（ 9 ）設(shè)置開放式網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，使遠(yuǎn)程控制保持穩(wěn)定。
3 結(jié)束語
綜上所述，按照嵌入式系統(tǒng)思想實現(xiàn) PLC 各項功能，取代傳統(tǒng)的控制器，使結(jié)構(gòu)更加開放，縮短開發(fā)的周期，降低成本，在當(dāng)前表現(xiàn)出*好前景。 對于嵌入式系統(tǒng)，不僅體積很小、成本低廉，而且功能專一，它將在工控領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。

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