[發(fā)明專利]城市污水處理數(shù)字化精確控制系統(tǒng)及智能仿真方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710066493.2
• 申請日: 2017-02-07
• 公開（公告）號: CN106774222A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳鯤;房傳禮
• 申請（專利權(quán)）人: 河南和方科技有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 鄭州浩德知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)41130
• 代理人: 王國旭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種城市污水處理數(shù)字化精確控制系統(tǒng)及智能仿真方法。

背景技術(shù)

改革開放以來，我國城鎮(zhèn)污水處理產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展期，城鎮(zhèn)污水處理作為市政基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，首先獲得了長足的發(fā)展，處理設(shè)施數(shù)量快速增長。然而各地方只注重城市污水處理廠數(shù)量的建設(shè)而不注重節(jié)能和技術(shù)平臺提升建設(shè)，隨著運營成本（能源、原料、人工）的不斷上漲，使得城市污水處理廠的運行費用不斷增加，甚至造成了一批污水處理廠不能正常運轉(zhuǎn)。

我國現(xiàn)有的城市污水處理廠技術(shù)手段較為落后，傳統(tǒng)工業(yè)的工藝設(shè)計是按遠期的工藝進行設(shè)計，考慮未來發(fā)展、最不利時點小時工況，安全系數(shù)等等要素，確定最大運行負(fù)荷（動力供應(yīng)系統(tǒng)），因此設(shè)計的狀態(tài)是靜態(tài)。而實際生產(chǎn)過程中，各要素是動態(tài)變化的；每個動態(tài)運行工況中（動力需求）是多少，現(xiàn)有的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)中是沒有技術(shù)手段來實施的，因而動力供應(yīng)系統(tǒng)還是按照最大運行負(fù)荷提供動力，這是目前傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)平臺通病，也是目前傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)能耗、物耗過高的主要原因。

城鎮(zhèn)污水處理工藝是一種非常復(fù)雜的生物處理過程，如果沒有經(jīng)過長期的理論知識培訓(xùn)和實踐，工程師是難合理高效地運行污水處理廠的。因此，大部分城市污水處理廠都存在著缺乏專業(yè)運營人員、缺乏專業(yè)技術(shù)管理人員、運行成本高、維護工作難等問題。

目前污水處理系統(tǒng)常用的由工控機（上位機）和若干PLC站（下位機）組成的自動化控制系統(tǒng)，上位機和下位機一般通過以太網(wǎng)或者其他通信方式進行數(shù)據(jù)交換。上位機一般設(shè)置在污水處理廠的中央控制室內(nèi)，負(fù)責(zé)全廠設(shè)備的操作以及數(shù)據(jù)的采集、存儲及查看，下位機PLC站對站點范圍的所有設(shè)備和儀表進行單獨管理，除了根據(jù)用戶設(shè)定程序自動化操作設(shè)備的過程控制外，還可以接收上位機發(fā)出的命令，來執(zhí)行設(shè)備的操作。但是這樣的自動化控制系統(tǒng)只是完成數(shù)據(jù)采集和簡單的開關(guān)量控制，自動化控制水平較低，不能結(jié)合具體工藝制定出更優(yōu)化的控制策略。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種城市污水處理數(shù)字化精確控制系統(tǒng)及智能仿真方法，以實現(xiàn)對污水處理廠現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)采集和智能分析，現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備的數(shù)字化控制，該系統(tǒng)能使污水處理過程優(yōu)化運行，提高設(shè)備運行效率，實現(xiàn)節(jié)省能耗、物耗和人力的目的，具有重大的推廣意義。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種城市污水處理數(shù)字化精確控制系統(tǒng)，包括預(yù)處理段PLC控制系統(tǒng)、生物段PLC控制系統(tǒng)、DCS自控系統(tǒng)、化驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和智能仿真系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間通過工業(yè)以太網(wǎng)建立通訊連接；

DCS自控系統(tǒng)用于采集預(yù)處理段PLC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和生物段PLC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；DCS自控系統(tǒng)將用戶的控制命令傳輸給預(yù)處理段PLC控制系統(tǒng)和生物段PLC控制系統(tǒng)；

預(yù)處理段PLC控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集污水處理工藝中一級處理階段的儀表數(shù)據(jù)和控制該工藝段中的設(shè)備；

生物段PLC控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集污水處理工藝中二級處理階段的儀表數(shù)據(jù)和控制該工藝段中的設(shè)備；

化驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)用于存儲污水處理廠的化驗室人員每次化驗的水質(zhì)數(shù)據(jù)；

智能仿真系統(tǒng)用于構(gòu)建整廠的數(shù)字仿真模型。

作為優(yōu)選，所述的預(yù)處理段PLC控制系統(tǒng)包括PLC控制器、模擬量擴展模塊、數(shù)字量擴展模塊、通信擴展模塊、儀表類設(shè)備、變頻器、用于提升的泵類設(shè)備及其他機械設(shè)備；

所述的儀表類設(shè)備包括進水流量計、進水PH計、進水COD分析儀、進水氨氮分析儀、進水總磷分析儀及若干個液位計和若干個液位差計，儀表類設(shè)備將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成4-20MA信號，經(jīng)模擬量擴展模塊傳輸給PLC控制器；

所述的變頻器用于控制用于提升的泵類設(shè)備，變頻器和通信模塊通過RS485接口建立通信連接，變頻器和數(shù)字?jǐn)U展模塊通過IO接口建立通信連接；PLC控制器通過數(shù)字?jǐn)U展模塊提供的IO信號控制變頻器，PLC控制器通過通信擴展模塊提供的RS485信號和變頻器進行通信；

所述的其他機械設(shè)備包括粗格柵機、細(xì)格柵機及吸砂泵，PLC控制器通過數(shù)字?jǐn)U展模塊控制其他機械設(shè)備的啟停；

所述的PLC控制器用于儀表類設(shè)備的測量數(shù)據(jù)、用于提升的泵類設(shè)備和其他機械設(shè)備的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳，并根據(jù)用戶預(yù)先編程好的時序邏輯程序自動控制前述中各種設(shè)備的運行。

作為優(yōu)選，所述的生物段PLC控制系統(tǒng)包括PLC控制器、模擬量擴展模塊、數(shù)字量擴展模塊、通信擴展模塊、儀表類設(shè)備、變頻器、用于曝氣/回流類設(shè)備及其他機械設(shè)備；