專利名稱：造紙污水活性污泥法處理自動監控系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在線自動監控系統，尤其是一種造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，屬于自動控制技術領域。
背景技術：
目前，在紙張抄造過程中，通常會產生大量廢水，基于環保和節能的考慮，如何將造紙廢水循環利用是本領域人員研究的重點，而造紙工業廢水的處理應當著重于提高循環利用率，減少用水量和廢水排放量，同時也應積極探索各種可靠、經濟和能夠充分利用廢水中有用資源的處理方式。因此，有效的造紙污水處理系統顯得尤為重要。造紙污水處理系統的主要功能是完成對造紙污水的凈化作用，使經過處理的造紙污水能夠達到國家規定的污水排放標準。但是長期以來，污水處理技術的發展仍遠滯后于 造紙工業發展的需要，污水處理設備運轉率低，污水處理效率差等問題一直影響著造紙工業的發展。如果能通過有效的自動控制技術降低造紙污水處理的運行費用，將帶來可觀的經濟效益，因此，實現污水處理過程的自動化，是污水處理發展的必然趨勢。
實用新型內容本實用新型的目的，是為了解決上述現有技術的缺陷，提供了一種可以在線監控、自動控制的造紙污水活性污泥法處理自動監控系統。本實用新型的目的可以通過采取如下技術方案達到造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，其特征在于包括工控機、PLC控制器、模擬輸入設備、模擬輸出設備、變頻器、與變頻器連接的空壓機、設置在輸入管道的N泵、P泵和進水泵以及設置在輸出管道的排泥泵和出水泵；所述工控機與PLC控制器信號連接，所述PLC控制器與模擬輸入設備、模擬輸出設備信號連接，所述模擬輸入設備與DO傳感器、PH傳感器、ORP傳感器、液位傳感器信號連接，所述模擬輸出設備與N泵、P泵、進水泵、排泥泵、出水泵、變頻器信號連接。作為一種優選方案，在輸入管道和輸出管道之間設置有SBR反應器，所述SBR反應器內設置有曝氣頭和攪拌器，所述變頻器、空壓機和曝氣頭依次連接；所述DO傳感器、pH傳感器、ORP傳感器和液位傳感器設置在SBR反應器內。作為一種優選方案，在所述曝氣頭和空壓機之間設置有流量計。作為一種優選方案，所述PLC控制器連接有數字輸出設備，所述數字輸出設備與N泵、P泵、進水泵、排泥泵、出水泵、變頻器、攪拌器信號連接。作為一種優選方案，所述SBR反應器為造紙污水生化反應的場所，其容量為50L。作為一種優選方案，所述工控機型號為研華610L。作為一種優選方案，所述PLC控制器型號為西門子S7-200。作為一種優選方案，所述模擬輸入設備為西門子EM231。作為一種優選方案，所述模擬輸出設備由三個并聯的西門子EM232組成，第一個EM232與N泵、P泵信號連接，第二個EM232與進水泵、排泥泵信號連接，第三個EM232與出水泵、變頻器信號連接。[0015]作為一種優選方案，所述N泵、P泵、進水泵、排泥泵、出水泵為蠕動泵。[0016]本實用新型相對于現有技術具有如下的有益效果[0017]I、本實用新型基于造紙污水的活性污泥法處理工藝，開發了造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，采用系統分層控制結構，以一臺研華610L工控機為上位機，利用 “組態王6. 53”版本軟件開發人機界面，以西門子S7-200PLC的CPU224作為下位機，利用 STEP7-Micro/WIN編程，采用EM231、EM232作為模擬量輸入模塊和輸出模塊，設計了一套造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，實現了各泵、DO (溶解氧)值、pH (酸堿度)值、ORP (氧化還原電位)值及液位等參數的在線監測、自動控制、數據庫記錄查詢等功能，利用上位機人機互動的方式對造紙污水活性污泥法處理自動監控系統進行反應起點和終點控制，取得穩定可靠的造紙污水處理效果，實現造紙污水處理反應過程的自動控制。[0018]2、本實用新型利用普通的開關控制策略，PLC控制器通過DO傳感器、變頻器和空壓機對SBR反應器內 污水的DO進行控制；利用PID控制策略，PLC控制器通過DO傳感器、 變頻器和空壓機對SBR反應器內污水的DO進行控制；利用模糊控制策略，PLC控制器通過 DO傳感器、變頻器和空壓機對SBR反應器內污水的DO進行控制，其中，模糊控制策略的優化變型分段模糊控制策略和復合模糊控制策略的使用，提高了控制的穩定性和精確性。
[0019]圖I為本實用新型的結構示意圖。[0020]圖2為本實用新型的控制流程框圖。[0021]圖3為本實用新型對合成污水采用復合模糊控制策略的控制結果圖。[0022]圖4為本實用新型對造紙污水采用分段模糊控制策略的控制結果圖。
具體實施方式
[0023]實施例I :[0024]如圖I所示，本實施例包括工控機、PLC控制器、模擬輸入設備、模擬輸出設備、數字輸出設備、N泵、P泵、進水泵、排泥泵、出水泵、變頻器和空壓機，所述N泵、P泵和進水泵設置在輸入管道上，所述排泥泵和出水泵設置在輸出管道上，在輸入管道和輸出管道之間設置有SBR反應器，所述SBR反應器內設置有曝氣頭和攪拌器；所述工控機與PLC控制器信號連接，所述PLC控制器與模擬輸入設備、模擬輸出設備、數字輸出設備信號連接，所述模擬輸入設備與DO傳感器、pH傳感器、ORP傳感器、液位傳感器信號連接,所述模擬輸出設備與N泵、P泵、進水泵、排泥泵、出水泵、變頻器信號連接，所述數字輸出設備與N泵、P泵、進水泵、排泥泵、出水泵、變頻器、攪拌器信號連接；所述DO傳感器、pH傳感器、ORP傳感器和液位傳感器設置在SBR反應器內，所述變頻器、空壓機和曝氣頭依次連接，在所述空壓機和曝氣頭之間設置有流量計。[0025]本實施例中，所述SBR反應器為造紙污水生化反應的場所，其容量為50L。所述工控機型號為研華610L。所述PLC控制器型號為西門子S7-200。所述模擬輸入設備為西門子EM231。所述模擬輸出設備由三個并聯的西門子EM232組成，第一個EM232與N泵、P泵信號連接，第二個EM232與進水泵、排泥泵信號連接，第三個EM232與出水泵、變頻器信號連接。所述N泵、P泵、進水泵、排泥泵、出水泵為蠕動泵。關于污水和活性污泥的處理啟動N泵和P泵，分別加入營養元素N(氮)和P(磷)，通過管道將營養元素N和P輸送到SBR反應器，啟動進水泵，通過管道將造紙污水輸送到SBR反應器；SBR反應器完成處理后多余的活性污泥通過排泥泵排出，SBR反應器處理完的污水通過排水泵排出。控制流程如圖2所示，系統運行后，I)若檢測有手動曝氣信號，啟動變頻器和空壓機，通過空壓機對SBR反應器內的污水進行曝氣，之后若檢測有曝氣停止信號，則停止曝氣；若無曝氣停止信號，則返回繼續曝氣。2)若檢測無手動曝氣信號，啟動曝氣自動控制策略，自動啟動變頻器和空壓機，通過空壓機對SBR反應器的污水進行曝氣，污水處理完成后 停止曝氣。應用實例I :實驗室配制合成污水,使其COD值處于300 330mg/L,氨氮濃度為40 45mg/L,P兀素濃度為4. 5 5. Omg/L,堿度為400 450mg/L。對上述污水，利用實施例I的造紙污水活性污泥法處理自動監控系統,將DO的設定值定為2. Omg/L,手動瞬間加入8L上述合成污水；利用上位機的人機交互界面控制系統啟動，并連續運行120分鐘，期間對整個反應過程中的DO實施多種控制策略。其中采用復合模糊控制策略的效果最好，其控制效果為上升時間為3. 5分鐘、超調量為5. 5%、平均值為2. Olmg/L、最大值為2. 14mg/L、最小值為I. 87mg/L、標準方差為O. 05、總曝氣量為1840L，控制結果如圖3所示。應用實例2:廣州某紙廠二次纖維造紙廠污水處理車間的進入SBR反應器前的污水總管中的造紙污水。該污水COD為1195mg/L，按C0D:N:P=230:5:1配置N、P溶液，并將該造紙污水
經冷卻至室溫。對上述污水，利用實施例I的造紙污水活性污泥法處理自動監控系統,將DO的設定值定為2. Omg/L ;利用上位機的人機交互界面控制系統啟動，并連續運行2個SBR反應周期共720分鐘。在一個SBR周期內，按照程序啟動順序先啟動N泵和P泵加入適量營養元素；在40分鐘的進水階段加入3L造紙污水；從40分鐘到220分鐘期間，控制變頻器輸出頻率，從而控制空壓機的曝氣量以控制水體溶解氧濃度；在220分鐘到230分鐘期間，控制攪拌器的攪動讓泥位均勻；230分鐘到300分鐘期間為沉降階段，污泥下沉，水質漸清澈；在295分鐘到305分鐘期間，控制排泥泵，排泥時水體的MLSS在2. Og/L上下波動；在300分鐘到360分鐘期間，排出經活性污泥法生化處理的凈水3L。在處理過程中對整個反應過程中的DO實施多種自動控制策略，其中采用分段模糊控制策略的效果最好，其控制效果為上升時間為69分鐘、平均值為2. 001mg/L、最大值為2. 06mg/L、最小值為I. 9mg/L、標準方差為0. 0233、總曝氣量為3744L，控制結果如圖4所示。以上所述，僅為本實用新型優選的實施例，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型所公開的范圍內，根據本實用新型的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，都屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，其特征在于包括工控機、PLC控制器、模擬輸入設備、模擬輸出設備、變頻器、與變頻器連接的空壓機、設置在輸入管道的N泵、P泵和進水泵以及設置在輸出管道的排泥泵和出水泵；所述工控機與PLC控制器信號連接，所述PLC控制器與模擬輸入設備、模擬輸出設備信號連接，所述模擬輸入設備與DO傳感器、pH 傳感器、ORP傳感器、液位傳感器信號連接，所述模擬輸出設備與N泵、P泵、進水泵、排泥泵、 出水泵、變頻器信號連接。
2.根據權利要求I所述的造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，其特征在于在輸入管道和輸出管道之間設置有SBR反應器，所述SBR反應器內設置有曝氣頭和攪拌器，所述變頻器、空壓機和曝氣頭依次連接；所述DO傳感器、pH傳感器、ORP傳感器和液位傳感器設置在SBR反應器內。
3.根據權利要求2所述的造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，其特征在于在所述曝氣頭和空壓機之間設置有流量計。
4.根據權利要求2所述的造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，其特征在于所述 PLC控制器連接有數字輸出設備，所述數字輸出設備與N泵、P泵、進水泵、排泥泵、出水泵、 變頻器、攪拌器信號連接。
5.根據權利要求2所述的造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，其特征在于所述 SBR反應器為造紙污水生化反應的場所，其容量為50L。
6.根據權利要求I所述的造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，其特征在于所述工控機型號為研華610L。
7.根據權利要求I所述的造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，其特征在于所述 PLC控制器型號為西門子S7-200。
8.根據權利要求I所述的造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，其特征在于所述模擬輸入設備為西門子EM231。
9.根據權利要求I所述的造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，其特征在于所述模擬輸出設備由三個并聯的西門子EM232組成，第一個EM232與N泵、P泵信號連接，第二個EM232與進水泵、排泥泵信號連接，第三個EM232與出水泵、變頻器信號連接。
10.根據權利要求I所述的造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，其特征在于所述 N栗、P栗、進水栗、排泥栗、出水栗為螺動栗。
專利摘要本實用新型公開了一種造紙污水活性污泥法處理自動監控系統，包括工控機、PLC控制器、模擬輸入設備、模擬輸出設備、變頻器、與變頻器連接的空壓機、設置在輸入管道的N泵、P泵和進水泵以及設置在輸出管道的排泥泵和出水泵；所述工控機與PLC控制器信號連接，所述PLC控制器與模擬輸入設備、模擬輸出設備信號連接，所述模擬輸入設備與DO傳感器、pH傳感器、ORP傳感器、液位傳感器信號連接，所述模擬輸出設備與N泵、P泵、進水泵、排泥泵、出水泵、變頻器信號連接。本實用新型利用上位機人機互動的方式對造紙污水活性污泥法處理自動監控系統進行反應起點和終點控制，取得穩定可靠的造紙污水處理效果，實現造紙污水處理反應過程的自動控制。
文檔編號G05B19/05GK202729881SQ201220425380
公開日2013年2月13日 申請日期2012年8月24日 優先權日2012年8月24日
發明者沈文浩, 陶二盼, 寧利 申請人:華南理工大學