《曝气生物滤池溶解氧智能控制系统的制作方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《曝气生物滤池溶解氧智能控制系统的制作方法（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、曝气生物滤池溶解氧智能控制系统的制作方法专利名称：曝气生物滤池溶解氧智能控制系统的制作方法技术领域：本实用新型涉及一种智能控制系统，适用于废污水、中水深度处理站的生化处理系 统，具体为曝气生物滤池溶解氧智能控制系统。背景技术：曝气生物滤池简称BAF(Biological Aerated Filter)，是由配水区、承托层、曝气 系统、滤料区、出水区、反洗系统和控制系统等组成，通过微生物的作用将污水中的有 机污染物迅速分解为无毒的气体和生物污泥等产物，该工艺综合了过滤、吸附和生物代 谢等多种净化作用，具有流程简单、占地面积省、处理效率高、出水水质好并可省去二 次沉淀池等优点，在废污水中水深度处理
2、站生化处理系统上得到了越来越广泛的用途。BAF中溶解氧浓度，即溶氧量，是生物生长过程中的一个重要环节，对溶解氧的有 效控制不仅影响到出水的水质而且还涉及节能。选择合适的BAF进风量，又称曝气量， 应使得水中的溶解氧不仅能满足微生物生长的需要，还可使其浓度保持在允许的尽量低 的一定值， 一般为3mg/L，这是溶解氧控制的关键，因为溶解氧浓度振荡大，周围前后 段浓度值相差较大，有很强的非线性和滞后性，所以BAF曝气量的合理和优化控制始终 是污水处理的一个重点和难题。现有的许多废污水处理控制系统所采用的一些检测仪表和控制设备的功能不很完 善，以BAF溶解氧浓度为控制信号，罗茨风机出口蝶阀为执行元件的
3、方式进行控制，整 个控制系统控制滞后、精度低、波动大、能耗高，这种设计方法达不到预期的控制效果， 同时BAF的特性如水质、环境条件等，经常突然发生变化，控制系统无法找到溶解氧特 征点时的应急处理，实际上也就执行时间控制来处理整个工艺过程，因此往往很难满足 中水回收利用和节约能源的目的。发明内容本实用新型要解决的问题是现有曝气生物滤池的控制和检测功能不是很完善，不 能满足使用需求，需要一种能稳定控制、节约能源的曝气生物滤池控制系统。本实用新型的技术方案是曝气生物滤池溶解氧智能控制系统，包括曝气生物滤池 和罗茨风机，中水来水、反洗水泵来水、反洗罗茨风机来风以及罗茨风机的输出连接曝气生物滤池的输入，
4、曝气生物滤池的输出连接反洗回收水去水池，还设有变频器装置、 计算机监控系统和检测仪表装置，曝气生物滤池配设有溶氧表，变频器装置连接罗茨风 机，中水来水流经检测仪表装置，罗茨风机的输出端设有气体流量计，检测仪表装置、 溶氧表、气体流量计的输出连接计算机监控系统，变频器装置与计算机监控系统双向连 接。本实用新型气体流量计优选热质式气体质量流量计；检测仪表装置包括温度表、流 量计、COD表、氨氮表、PH表、导电率表、浊度仪和余氯表；溶氧表为LDO型溶氧 表本实用新型采用前馈和反馈相结合的串级控制，计算机监控系统采用专家控制方 法，是一种基于专家控制器的用于曝气生物滤池溶解氧的智能控制系统，该控制系统
5、能 在水质和水量等变化时，通过变频器装置调节罗茨风机，进而调节曝气量来保证合适的 溶氧量和达到节能的目的。由于溶解氧在BAF中的非线性、滞后性等特点，同时溶氧量的调节与罗茨风机电机 转速即空气流量的变化有很大的时间差，并且反冲洗过程的曝气生物滤池溶氧量变化较 大，为了保证BAF出水质量，降低能耗，有效抑制各种干扰，本实用新型根据工艺实时 状况采用合适的检测仪表和控制设备，改变和调整被控量，利用先进的控制算法和串级 控制来组成一套性能可靠、实时和操作方便的智能控制系统来保障废污水中溶氧量稳定 在最佳值范围内。在罗茨风机的输出端出口管路上配备气体流量计，通过对曝气量变化的控制来代替 直接对溶氧量的
6、控制。在进水水质、水量等相对比较稳定的情况下，当控制系统受到外 界环境因素的影响使罗茨风机出口流量发生了变化，气体流量计立即把变化的测量值及 时送到计算机监控系统，计算机监控系统很快对这个变化作出判断，迅速通过变频器装 置改变罗茨风机的转速以保持BAF需要的曝气量。这样构成一个流量控制回路，通过流量控制回路的控制，在一些干扰还未波及到溶解氧之前就已经被克服，对控制系统的大 部分影响已被消除，使溶解氧恢复到设定值。而在进水水质、水量等变化较大的情况下， BAF中的溶解氧发生了较大的波动，气体流量计将实际气体流量的测量值反馈到计算机 监控系统，同时曝气生物滤池溶氧量的设定值、测量值和溶氧变化趋势以
7、及检测仪表装 置的测量值也同时输入到计算机监控系统，结合系统的历史数据，通过计算机监控系统 系统内的专家控制程序，计算机监控系统的流量计算单元会根据这些情况重新给定气体 流量设定值，控制变频器装置，及时调整罗茨风机，调整BAF曝气量，使溶氧量恢复到 设定值。BAF曝气系统耗电量较大，本实用新型采用变频器装置控制罗茨风机的实际运行时 间和频率，可以达到节能的目的。本实用新型的有益效果是系统运行稳定，操作方便，从控制性能看，调节比较及 时，超调不大，运行稳定，能有效解决BAF曝气过程大时延和参数时变的问题，特别 对流量突变和水质突变的状态有很强的适应性，同时降低了能耗，满足生产控制的实际 需要，整
8、个智能控制系统具有较高的自动化水平。图l为本实用新型曝气生物滤池控制系统结构框图。 图2为本实用新型BAF串级控制系统方块图。 图3为本实用新型计算机监控系统的专家控制器结构图。 图4为本实用新型计算机监控系统的专家控制器软件主程序流程图。具体实施方式如图l，本实用新型包括曝气生物滤池1和罗茨风机2，中水来水ll、反洗水泵来 水12、反洗罗茨风机来风13以及罗茨风机2的输出连接曝气生物滤池1的输入，曝气 生物滤池1的输出连接反洗回收水去水池14,还设有变频器装置3、计算机监控系统4 和检测仪表装置5，曝气生物滤池1配设有溶氧表6,变频器装置3连接罗茨风机2， 中水来水11流经检测仪表装置5，罗
9、茨风机2的输出端设有气体流量计7，检测仪表装 置5、溶氧表6、气体流量计7的输出连接计算机监控系统4，变频器装置3与计算机 监控系统4双向连接。检测仪表装置5包括温度表TT、流量计FT1、 COD表COD、氨 氮表NH3、 PH表PH、导电率表C、浊度仪NTU和余氯表CL。本实用新型采用干扰前馈控制方式和变频器与气体流量计组成的反馈闭环控制系 统自动控制罗茨风机的转速，并运用基于专家控制器的计算机监控系统来实现曝气生物 滤池溶氧量的自动调节。BAF系统的监视与控制是由检测仪表，包括检测仪表装置5、 溶氧表6和气体流量计7，以及变频器装置3和计算机监控系统4等几部分组成。检测仪表日益严格的污水排
10、放和回用标准对用于污水处理过程监视与控制的仪表的性能提出了更高的要求，仪表是实现自动化控制系统的前提条件。罗茨风机出口气体流量计选用热质式气体质量流量计，简称热质流量计，该种类流量计采用热扩散原理， 热扩散技术是一种在苛刻条件下性能优良、可靠性高的技术，它具有精度高，对于压力 和温度变化不敏感，流量范围宽，安装位置无要求，与溶氧表相比，其测量数据更为准 确，基本上不需维护；溶氧表在污水处理过程中非常关键，它的示数不但直接反映BAF 的运行状态，而且还影响罗茨风机的输出并涉及到中水回用系统一些其它的控制过程。 传统的Clark极谱法溶氧表测量溶氧的不足之处是电解液会损耗、失效；电极表面会 产生污
11、垢；电极膜可能会被污物覆盖，维护量大。本实用新型采用的LDO型溶氧表， 基于荧光法测量溶解氧，LDO传感器被一种荧光材料所覆盖，没有半透膜，它的反应 只与传感器表面接触的氧气浓度有关，测量的准确性高，不受水中化学物质的影响，能 够在更长的一段时间内提供更稳定、准确的测量，其响应非常迅速，在不到30秒的时 间内就能给出读数；本实用新型检测仪表装置5的各种水质分析仪表均选用现有较成 熟的产品。变频器装置目前大多数BAF溶解氧控制系统中的风量调节都是通过罗茨风机输出端的调节阀来实现的，这种风量调节方式不但使罗茨风机的效率降低，也使很多能量消耗在调节阀上，为了节约电能，提高控制水平，本实用新型采用风机
12、变频调速装置来取代低效高能耗的调节阀，节能效果十分显著。根据BAF系统用气量的变化，变频器装置通过自动跟踪来调节罗茨风机电机的转速，保持BAF系统需要的曝气量。变频器装置为用户实现罗茨风机的闭环控制提供了内置的PID控制算法功能，它能将外部变送器输入的模拟量信号(4-20mA)反馈输入到变频器装置，并取得与变频器装置设定频率的偏差，进行PID控制，从而使风机的转速跟随指令值的变化而改变。本实用新型变频器装置运行方式灵活多样，可通过计算机监控系统手动控制也可实现自动控制，同时能与其他控制装置进行电气连锁，实现BAF的自动保护，不会因设备故障影响生产。计算机监控系统根据中水深度处理系统的工艺特点及
13、规模，BAF溶解氧监控系统采用可编程控制器PLC与上位机组成计算机监控系统，并留有与主厂房分散控制系统DCS及厂级信息监控系统MIS的通信接口。 PLC采用AB ControlLogix系列产品，如AB1756-L62,上位机采用研华工业控制计算机，计算机监控系统能完成工艺设备的开关操作，工艺流程的步序运行，对各工艺参数进行检测、数据处理、报表制作和参数越限时的自动报警和打印，同时进行事故记录，并对异常参数或状态进行事故追忆。污水处理过程是复杂的生化反应，是滞后反应的过程，如生产中，早班对工艺进行调整后，其结果可能要到中班或夜班才能反应出来，现有的通过溶氧表根据预先设定的溶解氧上下限值来对罗茨
14、风机的运行状态控制不可靠，再加上不确定的干扰因素很多，以溶解氧为控制信号，基于常规PID控制算法的单回路控制系统来整定参数很难奏 效，某阶段整定得到的PID参数很难保证其对整个系统的控制效果始终处于最优状态。 本实用新型采用前馈和反馈相结合的复杂串级PID控制系统，包括主控制回路和副控制 回路主控制回路的溶解氧浓度由罗茨风机的出口风量值也即曝气量来控制，建立基于 罗茨风机出口风量的闭环反馈控制和基于水质指标等参数的前馈串联控制，闭环反馈 控制为罗茨风机一热质流量计一计算机监控系统一变频器装置一罗茨风机，前馈串联 控制为检测仪表装置一计算机监控系统变频器装置一罗茨风机。前馈串联控制的扰 动变量取
15、自进水水质，特别是C0D、氨氮、浊度、PH、电导率、氯离子等，以及水量和 水温等，根据水质的变化、溶解氧的设定值、溶解氧当前值及一段时间内的历史数据， 计算机监控系统重新计算给定一个曝气量的设定值，前馈串联控制的扰动变量中有溶解 氧数值，这样可快速克服由于环境发生变化如温度、生物膜的活性等带来溶氧量设定值 的变化带来的干扰。副控制回路为罗茨风机一变频器装置一罗茨风机，变频器装置内 置PID控制算法，将罗茨风机的频率信号输入变频器装置，通过与变频器装置设定频率 的偏差进行PID控制，从而使罗茨风机的曝气量通过变频器装置的频率來调节。因此本 实用新型串级PID控制系统具有抗干扰、快速性、适应性和控
16、制质量好的优点。BAF串 级控制系统方块图如图2所示。控制系统是否处于最优状态，其主要的影响因素是调节器的参数是否处于最优状 态，采用PID控制方式，PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心。对于基于线性 模型对象的控制系统，常规的PID控制器是最简单却是最好的控制器，基本能满足工业 生厂的需要；对于BAF这种非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程，采用 常规的PID参数来整定显得适应性不够，很难达到满意的效果。因此，本实用新型除了 硬件的主、副控制回路设计外，软件上结合常规的PID控制算法以消除误差和减少干扰， 在很宽的操作条件范围内保持较好的鲁棒性，同时在非线性系统不用获取过程模型，而 直接使用基于专家控制的控制算法来实现BAF溶解氧控制系统PID参数的整定，采用了 专家控制的思想，在计算机监控系统上设计了 BAF溶解氧的专家控制器。专家控制整定法是模拟有经验调试人员的整定思路，通过分析控制系统的输入
