一體式智能電磁流量計與自動控製在汙水處理中的應用研究

【摘要】針對汙水處理，在簡述其特（tè）點的基礎上，對一體（tǐ）式智能電磁流量計與自（zì）動控製技術具體應用進行（háng）深入分析，以此為後續的自動化改造（zào）及運營奠定良好基礎，提供可靠參考借鑒。
如今，計（jì）算機與嵌入式芯片越來越普及，這使自動（dòng）控製（zhì）正不斷進入到工業領域各個環節。 然而， 因汙水處理存（cún）在特殊性，所以對自動控製（zhì）的實際應用還有待進一步完（wán）善。
1 水處理主要（yào）特點
（ 1 ）周期長。 在汙水（shuǐ）處（chù）理中，處理周期主（zhǔ）要由處理工藝決定，通常為三級處理，其中，一級處理（lǐ）為機械處理，二級（jí）處理為生物處理，三級處理為深度處理。 伴隨特殊環境不斷變化，汙水處理工藝必須進行改善和優化。
（ 2 ）參數有較大的離（lí）散性。 在水處理（lǐ）過程中，參數包括溶解氧、溫度和 pH 值等。 從現場情況講，這些參數都有很大的離（lí）散性，很難（nán）與設備實際運轉狀況相掛鉤，獲得完（wán）全且係（xì）統線性關係。
（ 3 ）難以采（cǎi）用自動控（kòng）製係統實現無人（rén）值守（shǒu）。 在當前的實際（jì）情況下，汙水處理主（zhǔ）要由人工經驗進行控製，這（zhè）樣不僅（jǐn）要耗費很多資源（yuán）、消耗大量時間，導致自（zì）動控製難以充分（fèn）發揮應有作用功能。
2 汙水處（chù）理對自動控製技術的應用
2.1 控製基本要求
2.1.1 調節池
調節池需要設於滲濾液（yè）處理站，共兩座，其主要設備（bèi）包括以下幾種（zhǒng）： ① 進水格柵機，共 1 台； ② 進水一體式智能電磁流（liú）量計（jì），共 1 台； ③出水一體式智能電磁（cí）流（liú）量計，共 1 台（tái）； ④ 攪拌機，共 2 台； ⑤ 超聲波液位計，共1 台； ⑥ 進水電動閥門，共 1 台； ⑦ 出水提升（shēng）泵，共 1 台。 其控製要求（qiú）為：格柵機（jī）應（yīng）能實現現場控製與遠程（chéng）控製，且上位機可以對實際狀態進行顯示；攪（jiǎo）拌機應具備現場控（kòng）製、遠（yuǎn）程控製和自動控製的（de）操作按鈕（niǔ），且上位機可以對實際狀（zhuàng）態進行顯示。 如果液位（wèi）小於（yú） 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（yùn）行；上位機對液位予以（yǐ）顯示，同時顯示出實際液體容積。 如果液（yè）位超過 5.85 m ，則上位機立即報警；電動閥門應（yīng）能（néng）實（shí）現（xiàn）現場控製（zhì）、遠程控製和自動（dòng）控製，且上位機要能對實際狀態進行顯示。 如果液位（wèi）超過 6 m ，則也為相對較高的調節池，其進水閥門將自動關閉，而液位相對較低的調節（jiē）池，其進水閥（fá）門（mén）自動開啟； 出（chū）水提升泵應能實現現場控製與（yǔ）遠程控（kòng）製，且上位機要對實際狀態予以顯示（shì）。如果（guǒ）液位低於 0.5 m ，則提（tí）升泵自動關閉； 進水一體（tǐ）式智能電磁流量計對應的上位機可以對進水流量及總的累計流量予以顯示； 2 台出水泵（bèng）同時使用 1 台一體式智能電磁流量計，其實際的出水與累計總流量都應在上位機（jī）上實時顯示；對（duì）於各個模擬量，都要（yào）有曆史發展趨勢對應的曲線圖。
2.1.2 反應沉澱係統
一級反應沉澱主要由（yóu）以下幾（jǐ）部（bù）分組成： ① 石灰投料池； ②混合（hé）攪拌池； ③ 反應池； ④ 一級沉澱池； ⑤ 中間水池。 對於二次反應沉澱，其主要由以下幾部分組成： ① 反應（yīng）池； ② 二級沉澱池； ③ 預處理係統。 係統控製要（yào）求為：對於石灰投加機，其頻率要可以在上位機進行調整；石灰投（tóu）加（jiā）、攪拌（bàn）機、渣漿（jiāng）泵、出（chū）水泵、半（bàn）球（qiú）閥、加壓裝置都要實現現場控製與遠（yuǎn）程控製，並且要在上（shàng）位機對實際狀（zhuàng）態信（xìn）息進行顯（xiǎn）示； 如果出水池實際液位不足 0.5 m ，則出水泵自動停機；所（suǒ）有出水泵（bèng）使用同一台一體（tǐ）式智能電磁流量計，於上位機對出水與累（lèi）計的總流量進行顯示； 渣漿泵可根據時間順序進行運動，待啟（qǐ）動一定時間後自動停止；在渣漿泵開啟以後， 半球閥可以根據時間順序進行運行， 待啟動（dòng）一定時（shí）間後，自動關閉其中一個電動閥，而開啟另（lìng）外的電動閥；出水池的實際液位要可以在上位機實時顯（xiǎn）示（shì），同（tóng）時顯示出液位容積。如果液位超過 5.85 m ，則上位機立（lì）即報警；對於各個模擬量，都要有曆史發展趨勢對應的曲線圖。
2.1.3 厭氧係統（tǒng）
該係統（tǒng）控製要求為：包含（hán）攪拌機、循環泵、一體式（shì）智能電（diàn）磁（cí）流量計和回流（liú）泵等在內的設備都能實現現場控製與（yǔ）遠程控製， 並在上位機對實際狀態（tài）信息進行顯示； 進水調節池實際液位可以在上位機實時顯示（shì），同時可以顯示出實際的液體容積，如果液位超過 3.5 m ，則上位機立即報警； 沼（zhǎo）氣風機可以結合壓力（lì）變送器實（shí）際數（shù）據實現變頻控製；對於各個模擬量，都要有（yǒu）曆史發展趨勢（shì）對（duì）應的曲線圖。
2.1.4 好（hǎo）氧係統
該係統控製要求為：包含攪拌機、曝（pù）氣與排泥泵、一體式智能電磁流量計及電動蝶閥等在內（nèi）的設備均實現限產控製和遠（yuǎn）程控製， 並能在上位機對實（shí）際狀（zhuàng）態信息進行顯示；對攪拌機進（jìn）行時序控製，可（kě）對開啟時間做適當調整；進出水（shuǐ）的電動蝶閥都和池（chí）液位實現聯動，以池液位實際情況為依據進行開（kāi）啟或關閉。 每個閥（fá）門都要實現時序控製，且具體的時（shí）間間隔（gé）要能調整；各個池中射流曝氣泵也要實現時序控製，即每個池中的所有（yǒu）泵要同時啟動，具體（tǐ）的時間間隔要能調整。
2.2 自動控（kòng）製
對於汙水處理係（xì）統而言，其控製對象除了（le）有開（kāi）關量，還包括模擬量，除了開環控製，還涉及到（dào）閉環控（kòng）製（zhì）；係統運行過程中，有很多參數需要進行檢（jiǎn）測與控製，係統的總控計算機，利（lì）用一體（tǐ）式智能電磁流量計監控軟件對整個處理廠的設（shè）備予以實時（shí）監控， 並（bìng）記錄所有水質數據，*終生成報表；在自動控製係統中，自動控製櫃為核心所在，無論是工藝控製、邏輯皮暖段，還是各控製站通信，均由該自動（dòng）控製櫃實現； 係統（tǒng）總（zǒng）控計算機各類數據（jù）由 PLC 在以太網上傳遞，由總控計算機控製現（xiàn）場所有設備時，也主要利用 PLC 實現。 當要完成（chéng）控製功能時， 係統的總控計算機將向PLC 發出指令，再由 PLC 進行判斷，確認是否需要（yào）執行著（zhe）這一（yī）控製，若條件成立，則立即執（zhí）行，若條件不成立，則拒絕（jué）。通過以上分析可（kě）知， 自動控製係統所有功能均由 PLC 實現，在這種情況下，即便網絡產生（shēng）故障， PLC 依然能（néng）根據預設程序（xù）來控製。 以控製係統具有的工藝特點為依據，結合現場（chǎng）生產實際條件， 該自動控製係統主要（yào）將 S7-300PLC 作為主（zhǔ）。
在軟件開發方麵，主要包含以下兩個（gè）方麵：
① 針對 PLC 進行（háng）的程序設計；
② 對上（shàng）位機監控界麵進行開發。 其中，針對 PLC 進行的程（chéng）序設計主要是利用編程軟件完成， 以滿足所有控製（zhì）要求；對於上（shàng）位（wèi）機監控，主要使用（yòng）的是國產組態軟件，通過對組態軟件的合理應用， 現場的全體（tǐ）操作人員均能在控製室對現場的一體式智能電磁（cí）流（liú）量計進行實時監視，並收集相應的數據。
2.3 係統優化
上述是較為（wéi）常規（guī）且成熟的自（zì）動控製實（shí）現思路， 但也存在很多的缺點，如成本較高、模式僵化和性價比較（jiào）低等。 對此，有必要對係（xì）統予以優化改進：
（ 1 ）除了對脈衝量、開關量與模擬量進行采集（jí），還要對其它類型的信號進行采集，包括視頻、聲音和圖像（xiàng）。
（ 2 ）除了對脈衝量、開（kāi）關量與模（mó）擬（nǐ）量進行（háng）輸出，還要對其它類型的信號進行輸出，包括視頻（pín）、聲音和圖像 。
（ 3 ）對係（xì）統的（de）邏輯處理功能進行拓展。
（ 4 ）完（wán）成各類型運算，包括整數、實數、二進製和浮點型等。
（ 5 ）在（zài）實現延時與定時控製的同時，使時間（jiān）運算能（néng）達到毫秒級。
（ 6 ）實（shí）現計數（shù）控製目標，且高速計數的頻率要能達到百赫茲。
（ 7 ）達到內、外部中斷，保證對所有（yǒu）輸入和輸出的實際響應（yīng）速度及精（jīng）度。
（ 8 ）增大存儲容量，使數據在（zài）掉電後不（bú）會丟失。
（ 9 ）設置開放式網絡通訊模塊，使（shǐ）遠程控製保持（chí）穩定。
3 結束語
綜（zōng）上所述，按照嵌入式係統思想實現 PLC 各項功能，取代傳統的控製器，使結構更加（jiā）開放，縮短開發的周期，降低成本，在（zài）當前表（biǎo）現出*好（hǎo）前景。 對於嵌入式係（xì）統，不僅體積很小（xiǎo）、成本低廉，而且功能專一，它將（jiāng）在工控領域得到更加廣泛的應用。

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