2007年6月沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)Jun. 2007第24卷第3期Journal of Shenyang Institute of Aeronautical EngineeringVol.24 No. 3文章編號(hào):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(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所,遼寧沈陽10015)摘要:應(yīng)用 COD、BOD在線檢測(cè)儀.ss測(cè)量?jī)x等國外先進(jìn)的專用檢測(cè)儀器實(shí)時(shí)采集各種生物化學(xué)指標(biāo)和物理指標(biāo),采集的數(shù)據(jù)通過PLC運(yùn)算后,控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作,利用偏差控制算法實(shí)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(shí)驗(yàn)室推向市場(chǎng)。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(hào):X703 ;TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A隨著現(xiàn)代控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)進(jìn)人一級(jí)BAF濾池(C/N)池,進(jìn)行BOD、COD的展,大量新型的控制技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)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(jìn)的應(yīng)用?？删幊炭刂破鱌LC作為- -種多功能智人二級(jí)BAF濾池,進(jìn)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(jiǎn)單擴(kuò)展方便、安裝靈活和故障率低等諸多特池需要進(jìn)行反沖洗,反沖洗水最終回流人粗格柵。點(diǎn),在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用?，F(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(shè)計(jì)和應(yīng)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(xué)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(jiǎn)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(diǎn)。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(shí)驗(yàn)室階段。隨著現(xiàn)代控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)室,應(yīng)名稱水質(zhì)指標(biāo)原水水質(zhì)水質(zhì)(%)用于城市污水處理?；瘜W(xué)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(jìn)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(xì)格柵,去除較細(xì)懸浮物;巴氏流1.3控制對(duì)象量槽計(jì)量后,經(jīng)配水井進(jìn)人旋流沉沙池即S3D在工藝處理過程中需要控制的主要對(duì)象有格池,進(jìn)行除油沉砂、高效沉淀,使污水進(jìn)人生化池柵機(jī)、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(fēng)機(jī)中國煤化工L運(yùn)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(dòng)u工制時(shí);DAr⊥藝是以時(shí)間和作者簡(jiǎn)介:孫衛(wèi)娜(1956 -) ,女,山東文登人,高級(jí)工程師壓力差相結(jié)合控制的;其它設(shè)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(diǎn)是BAF濾池。，采用了基于PLC與工控機(jī)來構(gòu)建(SCADA)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。以工控機(jī)作為監(jiān)視和控制現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行2.1控制方案邏輯運(yùn)算,對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)行在線實(shí)時(shí)控制。污水處理廠的占地面積大,設(shè)備比較分散,信2.2系統(tǒng)構(gòu)成號(hào)的傳輸距離較遠(yuǎn)。通過分析工藝過程發(fā)現(xiàn):在(1)根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求,將全廠的控制系統(tǒng)受控對(duì)象中有相當(dāng)多的開關(guān)量和模擬量,同時(shí)檢劃分為三個(gè)網(wǎng)絡(luò)層面。即監(jiān)控管理層,過程控制測(cè)點(diǎn)也較多。而控制過程是以邏輯順序控制為層和設(shè)備執(zhí)行層。該污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)如主,閉環(huán)控制為輔。針對(duì)這樣-一個(gè)實(shí)際狀況,我們圖2所示。中二日。舊工作打印機(jī)四工種100M華大周111圈2污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控管理層設(shè)在中央控制室。中央控制室設(shè)量I0點(diǎn)數(shù)為14點(diǎn)。2#PLC控制站設(shè)在沉沙池置了兩臺(tái)計(jì)算機(jī),互為備用提高系統(tǒng)的可靠性,其控制室內(nèi)， 監(jiān)控項(xiàng)目包括鼓風(fēng)機(jī)、細(xì)格柵機(jī)、S3D中一臺(tái)兼做工程師站。計(jì)算機(jī)采用臺(tái)灣產(chǎn)的研華池等。開關(guān)量I/0點(diǎn)數(shù)為283點(diǎn),模擬量V0點(diǎn)工控機(jī)IPC -610選用,21寸的純平顯示器,配裝數(shù)為16點(diǎn)。3#PLC控制站設(shè)在BAF動(dòng)力間,主改進(jìn)的組態(tài)監(jiān)控軟件。計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)通過與要監(jiān)控項(xiàng)目是BAF濾池中的曝氣鼓風(fēng)機(jī)、沖洗離PlC通訊,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享、參數(shù)設(shè)定、設(shè)心泵潛污泵等。開關(guān)量V0點(diǎn)數(shù)為503點(diǎn),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(diǎn)數(shù)為52點(diǎn)。報(bào)表等后臺(tái)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(shè)備,選用了施奈德的據(jù)需要向下位機(jī)發(fā)出指令,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。在中TSX premium PLC ,并配以人機(jī)界面終端設(shè)備觸摸央控制室內(nèi)還設(shè)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(chǎng)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(tái)上的硬盤錄像機(jī),實(shí)現(xiàn)對(duì)所控網(wǎng)口)區(qū)域的在線監(jiān)視及記錄存儲(chǔ)。與計(jì)算機(jī)端口相連數(shù)字量輸人模塊( DI) :TSXDEY32D2K的投影機(jī)可以方便地將計(jì)算機(jī)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(chǎng)監(jiān)視點(diǎn)畫面上,便于對(duì)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(shè)電源模塊:TSXPSY2600M備按功能劃分為3個(gè)區(qū)域,在3個(gè)區(qū)域內(nèi)各建立.擴(kuò)展基板:TSXRKY12EX-個(gè)PLC站(即下位機(jī)) ,構(gòu)建過程控制層。1#觸摸屏:XBTC5330PLC控制站設(shè)在加氯間控制室內(nèi),監(jiān)控項(xiàng)目有粗中國煤化工,基本指令處格柵機(jī)、提升泵加氯設(shè)備、接液消毒池、加藥設(shè)理速度PLYHCNMHG備、污泥脫水等。開關(guān)量V0點(diǎn)數(shù)為179點(diǎn),模擬為了保證系統(tǒng)在惡劣的自然環(huán)境下能夠可靠運(yùn)行,在各 PLC站的進(jìn)線端加裝了防雷器;在66沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)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(luò)通訊端口兩側(cè)即現(xiàn)場(chǎng)(室外)與PLC進(jìn)線端加裝了隔各PLC子站與上位機(jī)之間應(yīng)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(luò)層協(xié)議實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)共失,各PLC站的前端均配置了UPS電源。設(shè)備執(zhí)享,通訊速率為100Mbit/s。PLC 站上的終端設(shè)備行設(shè)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(jī)構(gòu),包括各種傳動(dòng)機(jī)械、風(fēng)機(jī)、泵、閥門等。設(shè)置用專用的UNI - TELWAY通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控于現(xiàn)場(chǎng)的操作箱柜可以就地啟動(dòng)或停止相應(yīng)的設(shè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)層面中,現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制優(yōu)先級(jí)別最485/RS232轉(zhuǎn)換后與上位機(jī)連接,通訊速率為高,PLC站遠(yuǎn)程手動(dòng)控制次之，自動(dòng)控制的優(yōu)先級(jí)9600波特。最低。3.3數(shù)據(jù)采集利用COD在線檢測(cè)儀、ss測(cè)量?jī)x、PH計(jì)等3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能專用檢測(cè)儀器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種生物化學(xué)指標(biāo),并將3.1 網(wǎng)絡(luò)形式監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4 - 20mA信號(hào)遠(yuǎn)程傳送根據(jù)污水廠的實(shí)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(jì)對(duì)曝氣以太網(wǎng)與三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制PLC子站通訊,搭建總線濾池中的曝氣壓力及液面實(shí)時(shí)監(jiān)控,監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以型網(wǎng)絡(luò)。標(biāo)準(zhǔn)的4 -20mA信號(hào)傳送到PLC,與PLC中的初在現(xiàn)場(chǎng)的PLC站上,將兩端帶有RJ-45插始設(shè)定值進(jìn)行比較,通過PLC運(yùn)算后,將運(yùn)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(jī)構(gòu),控制各回路執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)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(shí)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(jì)算機(jī)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(shè)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(jī)上,交改相關(guān)寄存器的數(shù)值,對(duì)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行換機(jī)與上位機(jī)連接。過程控制由現(xiàn)場(chǎng)PLC站來采集統(tǒng)計(jì)分析處理,形成生產(chǎn)報(bào)表、工藝參數(shù)報(bào)完成,各PLC站之間相對(duì)獨(dú)立。中控室的主要功表、設(shè)中國煤化工多種報(bào)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(shí)際級(jí)市政管理層間的信息交流,架設(shè)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(shì)分析數(shù)就會(huì) 自動(dòng)顯示報(bào)警點(diǎn),發(fā)出報(bào)警信號(hào),由現(xiàn)場(chǎng)PLC據(jù)記錄和報(bào)警顯示控制站完成整個(gè)處理過程的自動(dòng)控制任務(wù)。根據(jù)工藝過程的需要,可以在管理計(jì)算機(jī)上4系統(tǒng)軟件修改程序,改變變量,并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芾碛?jì)算系統(tǒng)軟件包括監(jiān)控中心的上位機(jī)軟件和PLC機(jī)和PLC站,實(shí)現(xiàn)新的管理控制- -體化模式。 在工作站的下位機(jī)軟件。管理計(jì)算機(jī)上有各種報(bào)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(shí)在顯示器上顯示，也可以用打印機(jī)打印出來.為軟件系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)的，由串口通信模塊、了保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,采用后臺(tái)打印方式,在保管理模塊、用戶操作界面和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫組成。證報(bào)表輸出的同時(shí),不影響系統(tǒng)對(duì)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?jiǎng)?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(shè)計(jì)了就地控制模式,當(dāng)切換到PLC方態(tài)生成的結(jié)果是-一個(gè)數(shù)據(jù)庫文件。運(yùn)行環(huán)境是一式時(shí)可以在終端設(shè)備觸模屏上監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行情個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng),它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中指況和手動(dòng)操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備由PLC按固化的程序完定的方式進(jìn)行各種處理,完成組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。成邏輯操作。PLC子站間相對(duì)獨(dú)立,并可以脫離運(yùn)行環(huán)境本身沒有實(shí)際意義,必須與組態(tài)結(jié)果數(shù)上位機(jī)獨(dú)立工作,方便單機(jī)調(diào)試。在每個(gè)PLC站據(jù)庫- -起作為-一個(gè)整體來構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)。組態(tài)工均設(shè)有 人機(jī)界面終端設(shè)備觸摸屏,通過采集現(xiàn)場(chǎng)作完成之后,運(yùn)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控制設(shè)備的狀態(tài)信息,根脫離組態(tài)環(huán)境而獨(dú)立運(yùn)行在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。據(jù)工藝要求實(shí)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(shè)備的開機(jī)停機(jī)等各種控制。同時(shí)面、報(bào)警畫面和數(shù)據(jù)記錄畫面等,并編寫了相關(guān)的PLC對(duì)通過現(xiàn)場(chǎng)儀表采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,當(dāng)超過腳本程序。在實(shí)際編程過程中,不需要編寫PLC設(shè)定報(bào)警值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)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(shè)備處于檢修工況時(shí),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(shí)操作人員可以通過操作現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)或停止相應(yīng)的設(shè)備。鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及相關(guān)參數(shù)的操作。6結(jié)束語下位機(jī)控制軟件是在施奈德PL7Micro專用編程軟件基礎(chǔ)上開發(fā)完成的。根據(jù)不同的控制對(duì)基于PLC與計(jì)算機(jī)構(gòu)建控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)象,如各種傳動(dòng)機(jī)械,風(fēng)機(jī)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(yīng)的控制算法和控制參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)。隨著我國對(duì)環(huán)境保護(hù)投資力度的不斷加大,各地城市污水處理廠在建項(xiàng)目相繼啟動(dòng)。將5監(jiān)控方式PLC與計(jì)算機(jī)構(gòu)建的污水處理控制系統(tǒng)應(yīng)用于在5.1 集中監(jiān)控建項(xiàng)目和老水廠的改造,不僅可以提高系統(tǒng)的整在PLC的運(yùn)行程序中設(shè)置了上位機(jī)控制體控制水平,同時(shí)可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共(VDU方式)方式和PLC控制方式兩種。當(dāng)切換享,提高整體管理水平,具有廣泛的應(yīng)用前景。到VDU方式時(shí),PLC接收上位機(jī)發(fā)出的指令,可參考資料:以通過計(jì)算機(jī)直接遙控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行。當(dāng)切換到PLC方式時(shí),可以在終端設(shè)備觸摸屏上監(jiān)控設(shè)[1]孫力平.污水處理新工藝及設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例.科學(xué)出版社,2002備的運(yùn)行情況和手動(dòng)操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(jì)算機(jī)上可以實(shí)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(jì)算機(jī)采集到的整個(gè)污水處理過程中的數(shù)據(jù)計(jì)算:MHCNMHG[4]王學(xué)禮ro仕門小處埋型啊系擾中的應(yīng)用[J].山東紡織經(jīng)以流程圖,棒圖、趨勢(shì)圖等形式在顯示器上進(jìn)行必濟(jì),2006(3) :90 -91要的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)顯示,一旦發(fā)生故障報(bào)警計(jì)算機(jī)68沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)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