專利名稱：一種污水處理中的遠(yuǎn)程自動控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于無線傳感器的用于污水處理系統(tǒng)的無線遠(yuǎn)程自動控制方法， 屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。該方法是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織多跳通信與3G、4G遠(yuǎn)程通信相結(jié) 合的數(shù)據(jù)傳輸方法來實現(xiàn)污水處理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實時在線自動控制，特別適合于環(huán)境惡劣的 遠(yuǎn)程實時在線自動控制。
背景技術(shù)：
污水處理自動控制系統(tǒng)所要實現(xiàn)的主要功能是對下屬各個污水處理廠的運行情 況進行監(jiān)視和控制，并及時記錄各個污水處理廠的工作參數(shù)。這些工作參數(shù)主要包括入口 污水流量和出口達標(biāo)凈水流量；集水池的液位、液位報警；污染因子 以及COD (COD-衡量 污水中含有多少有機污染物的參數(shù)，相當(dāng)于濃度)的監(jiān)測值、超標(biāo)報警值；流量計、液位計、 pH檢測計等的運行狀態(tài)?，F(xiàn)在的污水處理控制比較先進的采用了現(xiàn)場總線特性的計算機 監(jiān)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)雖然可以實時監(jiān)控生產(chǎn)作業(yè)過程，包括顯示控制過程畫面和實時數(shù)據(jù)， 顯示系統(tǒng)總體框圖；繪制重要參數(shù)的變化趨勢圖；顯示重要設(shè)備的工作狀態(tài)；歷史數(shù)據(jù)的 統(tǒng)計分析和存儲；輔助管理日常生產(chǎn)業(yè)務(wù)，提供決策參考。但是當(dāng)生產(chǎn)過程中的檢測量超標(biāo) 時，系統(tǒng)只是自動報警顯示，并通過打印機打印輸出報警信息，形成記錄文件；生產(chǎn)過程中 的自動狀態(tài)下的控制設(shè)備發(fā)出故障信號或失去控制時，系統(tǒng)也僅僅只是自動報警顯示，并 通過打印機打印輸出，形成記錄文件；報警數(shù)據(jù)自動存儲以備事后分析。系統(tǒng)自動生成日報 表、月報表和統(tǒng)計報表，通過報表打印機打印輸出，形成生產(chǎn)記錄文件，發(fā)布警告后的應(yīng)對 操作都是手動操作?，F(xiàn)有的自動控制方式多是需要人工在終端計算機前，面對各種反饋的 信息由工作人員下達相應(yīng)的指令。這樣就需要增加人力，而且從人員分析到發(fā)出指令之間 需要的時間也遠(yuǎn)比由計算機分析然后發(fā)出指令的時間長得多。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種污水處理中的遠(yuǎn)程自動控制方法，利用無線傳感器與現(xiàn)有的半 自動的計算機控制系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)一個不僅自動監(jiān)控各個污水處理池中設(shè)備情況以及相關(guān) 數(shù)據(jù)采集，按照處理程序自動控制整個系統(tǒng)的正常運行，同時實現(xiàn)在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常 后控制系統(tǒng)自動發(fā)布相應(yīng)指令然后系統(tǒng)做出相應(yīng)的應(yīng)對操作。這個自動控制系統(tǒng)提高了系 統(tǒng)的反應(yīng)時間，能夠快速的根據(jù)各個參數(shù)發(fā)出各種指令以及應(yīng)對突發(fā)的異常事件。
通過在污水處理設(shè)備中采用無線控制的設(shè)備或者在不方便以有線的方式控制的 設(shè)備上安裝zigbee節(jié)點，通過這些zigbee節(jié)點接受來自控制中心的命令以驅(qū)動這些設(shè)備 完成相應(yīng)的動作；同時，各種需要采集的數(shù)據(jù)利用zigbee節(jié)點感應(yīng)數(shù)據(jù)后傳遞，例如有探 測溫度功能的zigbee節(jié)點等。 節(jié)點在污水處理過程中收到的各種數(shù)據(jù)通過無線傳播給基站，基站通過因特網(wǎng)發(fā) 送到控制中心的中心服務(wù)器上，控制中心根據(jù)收到數(shù)據(jù)做出各種判斷及行為，例如生成統(tǒng) 計圖等等?？刂浦行牡拿罘捶较虬l(fā)送給相應(yīng)的控制節(jié)點，從而控制相關(guān)設(shè)備的各種操作。
設(shè)置MLSS (活性污泥濃度)、F/M (污泥負(fù)荷)、D0 (溶解氧)和CFV (錯流速率)這 四個參數(shù)用來反應(yīng)活性污泥性質(zhì)及操作條件對膜生物反應(yīng)器膜污染的影響程度，設(shè)置參數(shù) ATMP用來判斷何時需要進行對膜的反沖洗。通過將這五個參數(shù)控制在所給定的范圍內(nèi)來 減緩膜污染。MLSS、 D0、 CFV這三個參數(shù)是通過在線儀器監(jiān)測的，可以直接傳輸數(shù)據(jù)，F(xiàn)/M是 需要通過FM-^，^這個公式來間接得到的，其中Co是可在線直接傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，X即是
MLSS，也是可直接傳輸?shù)?，V和Q分別是反應(yīng)器的體積和MBR進水流量，是需要人根據(jù)實際 情況人工輸入的。TMP(TMP-在反沖洗控制中的跨膜壓力差)可在線傳輸，但ATMP需要做 簡單計算即當(dāng)前值與初始值之差。 數(shù)據(jù)信息的采集分為兩種，一種是常規(guī)數(shù)據(jù)采集，主要用來制作數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖，另一 種是臨界數(shù)據(jù)采集，這種數(shù)據(jù)是用來讓控制中心發(fā)布控制命令的。前一種數(shù)據(jù)定時采集，后 一種數(shù)據(jù)實時采集發(fā)送。 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明直接由計算機完全控制所有操作，這樣不僅減少了人 工，而且也提高了控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度。實現(xiàn)污水處理的完全自動控制，提高效率。由于 采用無線傳感器技術(shù)后，由于擺脫了線的制約，使得更加容易和方便控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，安裝節(jié) 點。通過無線傳播技術(shù)，極大的提高了網(wǎng)絡(luò)的生存能力，而且網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓撵`活性。
圖1是整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置圖。 圖2為性質(zhì)參數(shù)、指示參數(shù)、操作參數(shù)及控制的相互關(guān)系圖。 圖中模塊1是智能控制中心；模塊2是污水處理池，池中及相關(guān)設(shè)備上裝有各種 功能的zigbee節(jié)點。
具體實施例方式控制中心通過指令或者節(jié)點定期發(fā)送所監(jiān)測到的參數(shù)來得到各個數(shù)據(jù)。其中 (1) MLSS的控制是通過一臺排泥泵控制，當(dāng)監(jiān)測到MLSS超過10g/L時，控制中心邊
發(fā)送命令，讓排泥泵立即啟動排泥泵，它便會將反應(yīng)器內(nèi)的污泥排出，直到降至污泥負(fù)荷F/
iQ Co 24
M為0. 35時MLSS的濃度，即反推出x =^^'^ ，排泥直到MLSS為X'時關(guān)閉排泥泵。 (2) F/M的控制，需要將其控制在0. 3-0. 6范圍內(nèi)，由于F/M有波動性，它會隨著其 他一些條件的改變而浮動，有時它可能超出此范圍，但過一段時間它又會自動回來。故它的 調(diào)整不像MLSS那樣簡單了。分析MBR(膜生物反應(yīng)器)的實際運行，得出以下結(jié)論在一定 的HRT (水力停留時間)和穩(wěn)定的MLSS下，F(xiàn)/M隨COD的增大而改變的很小，而且在隨著MBR 的運行F/M會逐漸減小，故只需將F/M控制在0. 3以上即可，即能實現(xiàn)F/M在0. 3_0. 6范圍 內(nèi)?？刂品椒ㄊ紫?，不是監(jiān)測到F/M超出此范圍就立刻調(diào)整的，而是第一，當(dāng)監(jiān)測到它連 續(xù)4h(小時)超出此范圍(即小于0.3)時，立即調(diào)整；第二，采集頻率，如果在24h之內(nèi)它 有5次小于0. 3時，立即調(diào)整。(因為F/M有可能會在超出0. 3不到5h時由于某種影響而 自動又回到03,0.6的范圍內(nèi))第一和第二只要有一條滿足就需要調(diào)整了。調(diào)整方法當(dāng) 監(jiān)測到F/M改變滿足上述條件時，控制中心立即發(fā)布命令啟動排泥泵，進行排泥，直到降至污泥負(fù)荷F/M為0. 35時MLSS的濃度，即反推出x =^^'^ ，排泥直到MLSS為X'時關(guān)閉 排泥泵。 (3) DO的調(diào)控，是通過調(diào)節(jié)曝氣泵來實現(xiàn)的。當(dāng)監(jiān)測到DO小于2時立即調(diào)大曝氣 量。曝氣量是根據(jù)進水流量及汽水比確定的，q二Q訂，其中Q為進水流量，r為汽水比。每 一次調(diào)節(jié)的增加量為Aq = 10% Q打，且在進行了一次提升后要等待20min再去監(jiān)測(即 要解除軟件的控制作用)，因為在調(diào)整后DO的改變需要一些時間，防止在DO還沒來的及改 變時軟件監(jiān)測到DO仍然小于2而再次調(diào)整。曝氣量的增大需要通過調(diào)節(jié)控制閥實現(xiàn)，需要 用電機帶動控制閥實現(xiàn)自動控制。而且要求，每次調(diào)節(jié)增大曝氣量之后，當(dāng)監(jiān)測到排泥泵進 行一次排泥時，在排泥結(jié)束時，需要把曝氣量降低到原來大小。這是因為DO的降低一般是 由MLSS過高引起的，所以在監(jiān)測到DO小于2時，也就意味著MLSS較高，系統(tǒng)會進行排泥， 排泥之后DO自然會增大，所以需要把曝氣量降低到原來的值。 (4)CFV(錯流速率)的調(diào)控也是通過調(diào)節(jié)曝氣泵來實現(xiàn)的。但它也有波動性，它會 隨著其他一些條件的改變而浮動，所以對它的控制跟對F/M的控制相似。第一，當(dāng)監(jiān)測到它 連續(xù)4h超出此范圍時，立即調(diào)整；第二，采集頻率，如果在24h之內(nèi)它有5次超過一個范圍 時，立即調(diào)整。調(diào)整方法若是CFV高于0. 5m/s，則降低曝氣量，若CFV低于0. 3m/s則增大 曝氣量，改變量為Aq = 10% Q*r，同樣，在進行了一次提升后要等待20min再去監(jiān)測。
(5)反沖洗控制規(guī)制TMP通過在線傳輸，記錄初值，然后計算ATMP(當(dāng)前值減去 初值)，當(dāng)ATMP > 0.04Mpa時，立即關(guān)閉出水抽吸泵和進水提升泵，然后打開反沖洗泵，反 沖洗30min，然后關(guān)閉反沖洗泵，打開進水提升泵和出水抽吸泵。
權(quán)利要求
一種污水處理中的遠(yuǎn)程自動控制方法，其特征在于如下步驟通過在污水處理設(shè)備中采用無線控制的設(shè)備或者在不方便以有線的方式控制的設(shè)備上安裝zigbee節(jié)點，通過這些zigbee節(jié)點接受來自控制中心的命令以驅(qū)動這些設(shè)備完成相應(yīng)的動作；同時，各種需要采集的數(shù)據(jù)利用zigbee節(jié)點感應(yīng)數(shù)據(jù)后傳遞；節(jié)點在污水處理過程中收到的各種數(shù)據(jù)通過無線傳播給基站，基站通過因特網(wǎng)發(fā)送到控制中心的中心服務(wù)器上，控制中心根據(jù)收到數(shù)據(jù)做出各種判斷及行為；控制中心的命令反方向發(fā)送給相應(yīng)的控制節(jié)點，從而控制相關(guān)設(shè)備的各種操作；設(shè)置活性污泥濃度MLSS、污泥負(fù)荷F/M、溶解氧DO和錯流速率CFV這四個參數(shù)用來反應(yīng)活性污泥性質(zhì)及操作條件對膜生物反應(yīng)器膜污染的影響程度，設(shè)置參數(shù)ΔTMP用來判斷何時需要進行對膜的反沖洗；MLSS、DO、CFV這三個參數(shù)是通過在線儀器監(jiān)測的；F/M是需要通過 <mrow><mi>F</mi><mo>/</mo><mi>M</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>Q</mi><mo>·</mo><mi>Co</mi> </mrow> <mrow><mi>X</mi><mo>·</mo><mi>V</mi> </mrow></mfrac><mo>·</mo><mfrac> <mn>24</mn> <mn>1000</mn></mfrac> </mrow>這個公式來間接得到的，其中Co是可在線直接傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，X即是MLSS，也是可直接傳輸?shù)模琕和Q分別是反應(yīng)器的體積和MBR進水流量，是需要人根據(jù)實際情況人工輸入的；TMP可在線傳輸，但ΔTMP需要做簡單計算即當(dāng)前值與初始值之差；數(shù)據(jù)信息的采集分為兩種，一種是常規(guī)數(shù)據(jù)采集，主要用來制作數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖，另一種是臨界數(shù)據(jù)采集，這種數(shù)據(jù)是用來讓控制中心發(fā)布控制命令的；前一種數(shù)據(jù)定時采集，后一種數(shù)據(jù)實時采集發(fā)送；(1)MLSS的控制是通過一臺排泥泵控制，當(dāng)監(jiān)測到MLSS超過10g/L時，控制中心邊發(fā)送命令，讓排泥泵立即啟動排泥泵，它便會將反應(yīng)器內(nèi)的污泥排出，直到降至污泥負(fù)荷F/M為0.35時MLSS的濃度，即反推出 <mrow><msup> <mi>X</mi> <mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>Q</mi><mo>·</mo><mi>Co</mi> </mrow> <mi>V</mi></mfrac><mo>·</mo><mfrac> <mn>24</mn> <mn>350</mn></mfrac><mo>,</mo> </mrow>排泥直到MLSS為X’時關(guān)閉排泥泵；(2)F/M的控制，需要將其控制在0.3-0.6范圍內(nèi)，由于F/M有波動性，它會隨著其他一些條件的改變而浮動，有時它可能超出此范圍，但過一段時間它又會自動回來；故它的調(diào)整不像MLSS那樣簡單了；分析MBR的實際運行，得出以下結(jié)論在一定的HRT和穩(wěn)定的MLSS下，F(xiàn)/M隨COD的增大而改變的很小，而且在隨著MBR的運行F/M會逐漸減小，故只需將F/M控制在0.3以上即可，即能實現(xiàn)F/M在0.3-0.6范圍內(nèi)；控制方法首先，不是監(jiān)測到F/M超出此范圍就立刻調(diào)整的，而是第一，當(dāng)監(jiān)測到它連續(xù)4h超出此范圍(即小于0.3)時，立即調(diào)整；第二，采集頻率，如果在24h之內(nèi)它有5次小于0.3時，立即調(diào)整；第一和第二只要有一條滿足就需要調(diào)整了；調(diào)整方法當(dāng)監(jiān)測到F/M改變滿足上述條件時，控制中心立即發(fā)布命令啟動排泥泵，進行排泥，直到降至污泥負(fù)荷F/M為0.35時MLSS的濃度，即反推出 <mrow><msup> <mi>X</mi> <mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>Q</mi><mo>·</mo><mi>Co</mi> </mrow> <mi>V</mi></mfrac><mo>·</mo><mfrac> <mn>24</mn> <mn>350</mn></mfrac> </mrow>，排泥直到MLSS為X’時關(guān)閉排泥泵；(3)DO的調(diào)控，是通過調(diào)節(jié)曝氣泵來實現(xiàn)的；當(dāng)監(jiān)測到DO小于2時立即調(diào)大曝氣量；曝氣量是根據(jù)進水流量及汽水比確定的，q＝Q*r，其中Q為進水流量，r為汽水比；每一次調(diào)節(jié)的增加量為Δq＝10％Q*r，且在進行了一次提升后要等待20min再去監(jiān)測(即要解除軟件的控制作用)，因為在調(diào)整后DO的改變需要一些時間，防止在DO還沒來的及改變時軟件監(jiān)測到DO仍然小于2而再次調(diào)整；曝氣量的增大需要通過調(diào)節(jié)控制閥實現(xiàn)，需要用電機帶動控制閥實現(xiàn)自動控制；而且要求，每次調(diào)節(jié)增大曝氣量之后，當(dāng)監(jiān)測到排泥泵進行一次排泥時，在排泥結(jié)束時，需要把曝氣量降低到原來大??；這是因為DO的降低一般是由MLSS過高引起的，所以在監(jiān)測到DO小于2時，也就意味著MLSS較高，系統(tǒng)會進行排泥，排泥之后DO自然會增大，所以需要把曝氣量降低到原來的值；(4)CFV(錯流速率)的調(diào)控也是通過調(diào)節(jié)曝氣泵來實現(xiàn)的；但它也有波動性，它會隨著其他一些條件的改變而浮動，所以對它的控制跟對F/M的控制相似；第一，當(dāng)監(jiān)測到它連續(xù)4h超出此范圍時，立即調(diào)整；第二，采集頻率，如果在24h之內(nèi)它有5次超過一個范圍時，立即調(diào)整；調(diào)整方法若是CFV高于0.5m/s，則降低曝氣量，若CFV低于0.3m/s則增大曝氣量，改變量為Δq＝10％Q*r，同樣，在進行了一次提升后要等待20min再去監(jiān)測；(5)反沖洗控制規(guī)制TMP通過在線傳輸，記錄初值，然后計算ΔTMP(當(dāng)前值減去初值)，當(dāng)ΔTMP＞0.04Mpa時，立即關(guān)閉出水抽吸泵和進水提升泵，然后打開反沖洗泵，反沖洗30min，然后關(guān)閉反沖洗泵，打開進水提升泵和出水抽吸泵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種污水處理中的遠(yuǎn)程自動控制方法，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。通過在污水處理設(shè)備中采用無線控制的設(shè)備或者在不方便以有線的方式控制的設(shè)備上安裝zigbee節(jié)點，通過這些zigbee節(jié)點接受來自控制中心的命令以驅(qū)動這些設(shè)備完成相應(yīng)的動作；同時，各種需要采集的數(shù)據(jù)利用zigbee節(jié)點感應(yīng)數(shù)據(jù)后傳遞。節(jié)點在污水處理過程中收到的各種數(shù)據(jù)通過無線傳播給基站，基站通過因特網(wǎng)發(fā)送到控制中心的中心服務(wù)器上。控制中心的命令反方向發(fā)送給相應(yīng)的控制節(jié)點，從而控制相關(guān)設(shè)備的各種操作。該方法可以為污水處理工廠提供實時便利的智能監(jiān)控條件，能夠依據(jù)污水處理池中所處環(huán)境的傳感器提供的信息，最大限度的保證處理設(shè)備的安全高效工作。
文檔編號G05B19/418GK101713992SQ20091030672
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者張捍民, 羅又銘, 陳志奎, 陶瑩 申請人:大連理工大學(xué)