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管（guǎn）道電（diàn）磁流量計在汙（wū）水處理（lǐ）對自動控製技（jì）術的應用分析
點擊次數：2489 發布時間：2021-01-01 13:30:54
【摘要】針對汙水處理，在簡述其（qí）特點的基礎上，對管道電（diàn）磁流量計（jì）與自動控製技術具體應用進行深入分析，以（yǐ）此為後續的（de）自（zì）動化改造（zào）及運營奠定良好基礎，提供可靠參考借鑒。
如今，計算（suàn）機（jī）與嵌入式芯片越來越普及，這使自（zì）動控製（zhì）正不斷進入到工業領域各個環節。 然而， 因汙水處理存在特殊性，所以對自（zì）動控製的實際應用（yòng）還有待（dài）進一步完善。
1 水處理主要特點
（ 1 ）周期長。 在汙水處（chù）理中，處理（lǐ）周期主要由處理（lǐ）工藝決定，通常為三級處理，其中，一級處理為機械處理，二級處理為生物（wù）處理（lǐ），三級處理為深度處理。 伴（bàn）隨特殊環境不斷（duàn）變化，汙水處理工藝（yì）必（bì）須進行改善（shàn）和優化。
（ 2 ）參數有較（jiào）大的離散（sàn）性。 在水處理過程中，參數包括溶（róng）解氧、溫度和 pH 值等。 從現場情況講，這些參數都有很大的離散（sàn）性，很難與設備實際運轉狀（zhuàng）況相掛鉤，獲得完全且（qiě）係（xì）統線性關係。
（ 3 ）難以采用自動控製係統實現（xiàn）無人值守。 在當前的實際情況下，汙水處理主要由人工經驗進行控製，這樣不僅要耗費很多（duō）資源、消耗大量時間（jiān），導致自動控製難以充（chōng）分發揮應有作用功能。
2 汙水（shuǐ）處理對自動（dòng）控製技術的應用（yòng）
2.1 控製基本要求
2.1.1 調節池
調節池需要設於滲濾液處理站，共兩（liǎng）座，其主要設備包括以下幾種： ① 進水格（gé）柵機，共 1 台； ② 進水（shuǐ）管（guǎn）道電（diàn）磁流量計，共 1 台； ③出水管道電磁（cí）流量計，共 1 台； ④ 攪拌機，共 2 台； ⑤ 超聲波液位計，共（gòng）1 台； ⑥ 進水電動閥門，共 1 台； ⑦ 出水提升泵，共 1 台。 其控製要（yào）求為：格柵機（jī）應能實現（xiàn）現場控製（zhì）與遠程控製，且上位（wèi）機（jī）可以（yǐ）對（duì）實際狀態（tài）進行顯示；攪拌機（jī）應具備現場（chǎng）控製、遠程控製（zhì）和自動控製的操作按鈕，且上位機可以（yǐ）對實際（jì）狀態進行顯示。 如果液位小於 1.5 m ， 則攪拌機可（kě）自動停止， 而液位超過 2.0 m時，自動開始運行；上位機對液位予（yǔ）以顯示，同時顯示出實際（jì）液體容積。 如果液位（wèi）超過 5.85 m ，則上位機立即報警；電動閥（fá）門應能實現（xiàn）現場控製、遠程控製和自動控製，且（qiě）上位機要能對實際狀態（tài）進行顯示（shì）。 如果液位超過 6 m ，則也（yě）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，其進水閥門自動開啟； 出水提升泵應能實現現場控製與（yǔ）遠程控製，且上位機要（yào）對實際狀態予以顯示。如果液位低於（yú） 0.5 m ，則提升（shēng）泵自動關閉； 進水（shuǐ）管道電磁流量（liàng）計（jì）對應的上位機可以對進水流（liú）量及總的累計流量予以顯示； 2 台出水泵（bèng）同時使用 1 台管道電磁流量計，其實際的出水與累計總流量（liàng）都應（yīng）在上位機上實時顯示（shì）；對於各個（gè）模擬量，都要有曆（lì）史發展（zhǎn）趨勢對應（yīng）的（de）曲線圖。
2.1.2 反應沉澱係統（tǒng）
一級反應沉澱主要由以下幾部分組成： ① 石灰投料池； ②混合攪拌池； 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（zhǔ）要由以下幾部分組成： ① 反（fǎn）應池； 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；石灰投加、攪拌機、渣漿（jiāng）泵、出水泵、半球閥、加壓裝置都要實現現場控製與遠程控製，並且要在上位機對實際（jì）狀態信息進行顯示； 如果出水池實際液位不足 0.5 m ，則出水泵自動停機（jī）；所有出水泵使（shǐ）用同一台管道電磁流量（liàng）計，於上位機對出水與累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（jiān）後自動停止；在渣漿泵開啟（qǐ）以後， 半球閥可以根據時間順序進（jìn）行運行， 待（dài）啟動一定時間後，自動關閉其中一個電動閥，而開啟另（lìng）外（wài）的電動閥；出水（shuǐ）池的實際液（yè）位要可以在上位（wèi）機實時顯示，同時顯示出液位容積。如（rú）果液（yè）位超過 5.85 m ，則上位機立即報警；對於各個模擬（nǐ）量，都要有曆史發展趨勢對（duì）應的（de）曲線圖。
2.1.3 厭氧係統
該係統控製要求為：包含攪拌機、循環泵、管道電磁流量計和回流泵等在內的設備都能實現現（xiàn）場控製與遠程控製， 並在上（shàng）位機對實際狀態（tài）信息進行顯示（shì）； 進水調節池實際液位可以在（zài）上（shàng）位機實時（shí）顯示，同（tóng）時可以顯示出實際的液體容（róng）積，如（rú）果液位超過 3.5 m ，則上位機立即報警； 沼氣風機（jī）可以結（jié）合壓力變送器實際數據實現（xiàn）變頻控製；對於各個模擬量，都（dōu）要有曆史發展趨（qū）勢對應的曲線圖。
2.1.4 好氧係統
該係（xì）統控製要求為：包含攪拌機、曝氣與排泥泵、管道電磁流量計及電動蝶閥等在內的設備均（jun1）實現限產控製和遠程控製， 並（bìng）能在上位機對實際（jì）狀態信息進行顯示；對攪（jiǎo）拌機進行時序控製，可對開啟時間做適（shì）當調整；進出水的電動蝶閥都和池液位實現聯動，以池液位實際情況為依據進行開啟或關閉。 每個閥門（mén）都要實現時序（xù）控製，且具體的時間間隔要能（néng）調整；各個池（chí）中射流曝氣泵也要實現時序控製，即每（měi）個池（chí）中的所有泵要同時啟動，具體的（de）時（shí）間間隔（gé）要能調整（zhěng）。
2.2 自動控製
對於汙（wū）水處理係統而言，其（qí）控製對象除了有開關量，還包括（kuò）模擬量，除了開環控製，還涉及到閉環控製；係統運行過程（chéng）中，有很多參（cān）數需要進行檢（jiǎn）測與控製，係統的總控計算機，利用管道電磁（cí）流量計監控軟件對整（zhěng）個（gè）處理廠（chǎng）的設備（bèi）予以實時監控， 並記錄所有水質（zhì）數據，*終生成報表；在自（zì）動控製係（xì）統中，自動控製櫃為核心所在，無論是工（gōng）藝控製、邏輯皮暖段，還是各控製站通信（xìn），均（jun1）由該自動控製櫃實現； 係統總控計算機各類數據由 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。 當要完成控製功能時， 係統的總（zǒng）控計算（suàn）機將向PLC 發出指令，再由 PLC 進行判斷，確認是否需要執行著這一控製，若條件成立，則立即執行，若條件不成（chéng）立，則拒絕。通（tōng）過以上分析可知， 自（zì）動控製係統所有功能均由 PLC 實（shí）現，在這（zhè）種情況下，即便網絡產（chǎn）生故障（zhàng）， PLC 依然能根據預設程序（xù）來控製。 以控製係統具有的工藝特點為依據，結合現場生產實際條件， 該自（zì）動控製係統主要將 S7-300PLC 作為主。
在軟件開發（fā）方麵，主要包含以下兩個方麵：
① 針對 PLC 進行的程序設計；
② 對上位機監控（kòng）界麵進行開發。 其（qí）中，針對 PLC 進行的程序設計主要是（shì）利用編程軟件完成， 以滿足所有控製要求；對於上位機（jī）監控，主要使用的是國產（chǎn）組態軟件，通過對組態軟件的合理應用， 現場的全體操（cāo）作人員均能在（zài）控（kòng）製室對現（xiàn）場的管道電磁流量計進行實時監視，並收集相應的數據。
2.3 係統優化
上述是較為常規且成熟的自動控製實現（xiàn）思路， 但也存在很多的缺點，如成本較（jiào）高（gāo）、模式僵化和性價比較低等。 對（duì）此，有必要（yào）對係統予以優化改進：
（ 1 ）除了（le）對脈衝量、開關（guān）量（liàng）與模擬（nǐ）量進行采集，還要（yào）對其它類型（xíng）的信號進行采集，包括視頻、聲音和圖像。
（ 2 ）除了對脈衝量、開關量與模（mó）擬（nǐ）量（liàng）進（jìn）行輸出，還要對（duì）其它類型的信號進行輸出，包括（kuò）視頻、聲音和圖像 。
（ 3 ）對係統的邏輯處理（lǐ）功能進行拓展。
（ 4 ）完成各類型運算，包括整數、實數、二（èr）進製和浮點型等。
（ 5 ）在（zài）實現延時與定時控製的同時，使時（shí）間運算能達到毫秒級。
（ 6 ）實現計（jì）數（shù）控製目標，且高速計數（shù）的頻率要能達到（dào）百赫茲（zī）。
（ 7 ）達到內（nèi）、外部中斷，保證對所有輸入和輸出的（de）實際響應速度及精度。
（ 8 ）增大（dà）存儲容量，使數據在掉（diào）電後不會丟失。
（ 9 ）設（shè）置開放式網絡通訊模塊，使遠程控製（zhì）保持穩定。
3 結束（shù）語（yǔ）
綜上所述，按照嵌（qiàn）入式係統思想實現 PLC 各項（xiàng）功能，取代傳統的控製器，使結構更加開放，縮短開（kāi）發的周期，降低成本，在當前表現出*好（hǎo）前景。 對於嵌入式係統，不僅體積很小、成本低廉，而（ér）且功（gōng）能專一，它將在工控領域得到更加廣泛的應用。
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如今，計算（suàn）機（jī）與嵌入式芯片越來越普及，這使自（zì）動控製（zhì）正不斷進入到工業領域各個環節。 然而， 因汙水處理存在特殊性，所以對自（zì）動控製的實際應用（yòng）還有待（dài）進一步完善。
1 水處理主要特點
（ 1 ）周期長。 在汙水處（chù）理中，處理（lǐ）周期主要由處理（lǐ）工藝決定，通常為三級處理，其中，一級處理為機械處理，二級處理為生物（wù）處理（lǐ），三級處理為深度處理。 伴（bàn）隨特殊環境不斷（duàn）變化，汙水處理工藝（yì）必（bì）須進行改善（shàn）和優化。
（ 2 ）參數有較（jiào）大的離散（sàn）性。 在水處理過程中，參數包括溶（róng）解氧、溫度和 pH 值等。 從現場情況講，這些參數都有很大的離散（sàn）性，很難與設備實際運轉狀（zhuàng）況相掛鉤，獲得完全且（qiě）係（xì）統線性關係。
（ 3 ）難以采用自動控製係統實現（xiàn）無人值守。 在當前的實際情況下，汙水處理主要由人工經驗進行控製，這樣不僅要耗費很多（duō）資源、消耗大量時間（jiān），導致自動控製難以充（chōng）分發揮應有作用功能。
2 汙水（shuǐ）處理對自動（dòng）控製技術的應用（yòng）
2.1 控製基本要求
2.1.1 調節池
調節池需要設於滲濾液處理站，共兩（liǎng）座，其主要設備包括以下幾種： ① 進水格（gé）柵機，共 1 台； ② 進水（shuǐ）管（guǎn）道電（diàn）磁流量計，共 1 台； ③出水管道電磁（cí）流量計，共 1 台； ④ 攪拌機，共 2 台； ⑤ 超聲波液位計，共（gòng）1 台； ⑥ 進水電動閥門，共 1 台； ⑦ 出水提升泵，共 1 台。 其控製要（yào）求為：格柵機（jī）應能實現（xiàn）現場控製（zhì）與遠程控製，且上位（wèi）機（jī）可以（yǐ）對（duì）實際狀態（tài）進行顯示；攪拌機（jī）應具備現場（chǎng）控製、遠程控製（zhì）和自動控製的操作按鈕，且上位機可以（yǐ）對實際（jì）狀態進行顯示。 如果液位小於 1.5 m ， 則攪拌機可（kě）自動停止， 而液位超過 2.0 m時，自動開始運行；上位機對液位予（yǔ）以顯示，同時顯示出實際（jì）液體容積。 如果液位（wèi）超過 5.85 m ，則上位機立即報警；電動閥（fá）門應能實現（xiàn）現場控製、遠程控製和自動控製，且（qiě）上位機要能對實際狀態（tài）進行顯示（shì）。 如果液位超過 6 m ，則也（yě）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，其進水閥門自動開啟； 出水提升泵應能實現現場控製與（yǔ）遠程控製，且上位機要（yào）對實際狀態予以顯示。如果液位低於（yú） 0.5 m ，則提升（shēng）泵自動關閉； 進水（shuǐ）管道電磁流量（liàng）計（jì）對應的上位機可以對進水流（liú）量及總的累計流量予以顯示； 2 台出水泵（bèng）同時使用 1 台管道電磁流量計，其實際的出水與累計總流量（liàng）都應（yīng）在上位機上實時顯示（shì）；對於各個（gè）模擬量，都要有曆（lì）史發展（zhǎn）趨勢對應（yīng）的（de）曲線圖。
2.1.2 反應沉澱係統（tǒng）
一級反應沉澱主要由以下幾部分組成： ① 石灰投料池； ②混合攪拌池； 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（zhǔ）要由以下幾部分組成： ① 反（fǎn）應池； 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；石灰投加、攪拌機、渣漿（jiāng）泵、出水泵、半球閥、加壓裝置都要實現現場控製與遠程控製，並且要在上位機對實際（jì）狀態信息進行顯示； 如果出水池實際液位不足 0.5 m ，則出水泵自動停機（jī）；所有出水泵使（shǐ）用同一台管道電磁流量（liàng）計，於上位機對出水與累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（jiān）後自動停止；在渣漿泵開啟（qǐ）以後， 半球閥可以根據時間順序進（jìn）行運行， 待（dài）啟動一定時間後，自動關閉其中一個電動閥，而開啟另（lìng）外（wài）的電動閥；出水（shuǐ）池的實際液（yè）位要可以在上位（wèi）機實時顯示，同時顯示出液位容積。如（rú）果液（yè）位超過 5.85 m ，則上位機立即報警；對於各個模擬（nǐ）量，都要有曆史發展趨勢對（duì）應的（de）曲線圖。
2.1.3 厭氧係統
該係統控製要求為：包含攪拌機、循環泵、管道電磁流量計和回流泵等在內的設備都能實現現（xiàn）場控製與遠程控製， 並在上（shàng）位機對實際狀態（tài）信息進行顯示（shì）； 進水調節池實際液位可以在（zài）上（shàng）位機實時（shí）顯示，同（tóng）時可以顯示出實際的液體容（róng）積，如（rú）果液位超過 3.5 m ，則上位機立即報警； 沼氣風機（jī）可以結（jié）合壓力變送器實際數據實現（xiàn）變頻控製；對於各個模擬量，都（dōu）要有曆史發展趨（qū）勢對應的曲線圖。
2.1.4 好氧係統
該係（xì）統控製要求為：包含攪拌機、曝氣與排泥泵、管道電磁流量計及電動蝶閥等在內的設備均（jun1）實現限產控製和遠程控製， 並（bìng）能在上位機對實際（jì）狀態信息進行顯示；對攪（jiǎo）拌機進行時序控製，可對開啟時間做適（shì）當調整；進出水的電動蝶閥都和池液位實現聯動，以池液位實際情況為依據進行開啟或關閉。 每個閥門（mén）都要實現時序（xù）控製，且具體的時間間隔要能（néng）調整；各個池（chí）中射流曝氣泵也要實現時序控製，即每（měi）個池（chí）中的所有泵要同時啟動，具體的（de）時（shí）間間隔（gé）要能調整（zhěng）。
2.2 自動控製
對於汙（wū）水處理係統而言，其（qí）控製對象除了有開關量，還包括（kuò）模擬量，除了開環控製，還涉及到閉環控製；係統運行過程（chéng）中，有很多參（cān）數需要進行檢（jiǎn）測與控製，係統的總控計算機，利用管道電磁（cí）流量計監控軟件對整（zhěng）個（gè）處理廠（chǎng）的設備（bèi）予以實時監控， 並記錄所有水質（zhì）數據，*終生成報表；在自（zì）動控製係（xì）統中，自動控製櫃為核心所在，無論是工（gōng）藝控製、邏輯皮暖段，還是各控製站通信（xìn），均（jun1）由該自動控製櫃實現； 係統總控計算機各類數據由 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。 當要完成控製功能時， 係統的總（zǒng）控計算（suàn）機將向PLC 發出指令，再由 PLC 進行判斷，確認是否需要執行著這一控製，若條件成立，則立即執行，若條件不成（chéng）立，則拒絕。通（tōng）過以上分析可知， 自（zì）動控製係統所有功能均由 PLC 實（shí）現，在這（zhè）種情況下，即便網絡產（chǎn）生故障（zhàng）， PLC 依然能根據預設程序（xù）來控製。 以控製係統具有的工藝特點為依據，結合現場生產實際條件， 該自（zì）動控製係統主要將 S7-300PLC 作為主。
在軟件開發（fā）方麵，主要包含以下兩個方麵：
① 針對 PLC 進行的程序設計；
② 對上位機監控（kòng）界麵進行開發。 其（qí）中，針對 PLC 進行的程序設計主要是（shì）利用編程軟件完成， 以滿足所有控製要求；對於上位機（jī）監控，主要使用的是國產（chǎn）組態軟件，通過對組態軟件的合理應用， 現場的全體操（cāo）作人員均能在（zài）控（kòng）製室對現（xiàn）場的管道電磁流量計進行實時監視，並收集相應的數據。
2.3 係統優化
上述是較為常規且成熟的自動控製實現（xiàn）思路， 但也存在很多的缺點，如成本較（jiào）高（gāo）、模式僵化和性價比較低等。 對（duì）此，有必要（yào）對係統予以優化改進：
（ 1 ）除了（le）對脈衝量、開關（guān）量（liàng）與模擬（nǐ）量進行采集，還要（yào）對其它類型（xíng）的信號進行采集，包括視頻、聲音和圖像。
（ 2 ）除了對脈衝量、開關量與模（mó）擬（nǐ）量（liàng）進（jìn）行輸出，還要對（duì）其它類型的信號進行輸出，包括（kuò）視頻、聲音和圖像 。
（ 3 ）對係統的邏輯處理（lǐ）功能進行拓展。
（ 4 ）完成各類型運算，包括整數、實數、二（èr）進製和浮點型等。
（ 5 ）在（zài）實現延時與定時控製的同時，使時（shí）間運算能達到毫秒級。
（ 6 ）實現計（jì）數（shù）控製目標，且高速計數（shù）的頻率要能達到（dào）百赫茲（zī）。
（ 7 ）達到內（nèi）、外部中斷，保證對所有輸入和輸出的（de）實際響應速度及精度。
（ 8 ）增大（dà）存儲容量，使數據在掉（diào）電後不會丟失。
（ 9 ）設（shè）置開放式網絡通訊模塊，使遠程控製（zhì）保持穩定。
3 結束（shù）語（yǔ）
綜上所述，按照嵌（qiàn）入式係統思想實現 PLC 各項（xiàng）功能，取代傳統的控製器，使結構更加開放，縮短開（kāi）發的周期，降低成本，在當前表現出*好（hǎo）前景。 對於嵌入式係統，不僅體積很小、成本低廉，而（ér）且功（gōng）能專一，它將在工控領域得到更加廣泛的應用。
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