申请日2011.05.24
公开(公告)日2011.11.30
IPC分类号C02F3/02
摘要
本实用新型公开了一种污废水生物池溶解氧自动控制系统，包括生物池、进水水质分析仪、进水流量计、溶解氧测定仪、生物池液位计、鼓风机、进气控制阀、曝气流量计、鼓风机变频器、可编程逻辑控制器和无模型自适应控制器，进水水质分析仪和进水流量计设于生物池的进水管路上，溶解氧测定仪的探头和生物池液位计的探头设于生物池中，鼓风机变频器、鼓风机、曝气流量计、进气控制阀和生物池的进气端依次相连，可编程逻辑控制器与进水水质分析仪、进水流量计、溶解氧测定仪、生物池液位计、鼓风机、曝气流量计和进气控制阀相连，无模型自适应控制器，与可编程逻辑控制器相连。本实用新型既能使生物池中的溶氧量保持稳定，又能降低污水处理过程中的能耗。
权利要求书 [支持框选翻译]
1.一种污废水生物池溶解氧自动控制系统，包括：生物池 (10)、进水水质分析仪(20)、进水流量计(30)、溶解氧 测定仪(40)、生物池液位计(50)、鼓风机(60)、进气控 制阀(80)、曝气流量计(70)和鼓风机变频器(61)，进水 水质分析仪(20)设于生物池(10)的进水管路上，进水流 量计(30)设于进水水质分析仪(20)和生物池(10)进水 端之间的进水管路上，溶解氧测定仪(40)的探头和生物池 液位计(50)的探头设于生物池(10)中，鼓风机(60)、 曝气流量计(70)、进气控制阀(80)和生物池(10)的进 气端依次相连，鼓风机变频器(61)通过电缆与鼓风机(60) 相连，其特征在于：
它还包括可编程逻辑控制器(90)和无模型自适应控制 器(100);
所述可编程逻辑控制器(90)的数据采集端与进水水质 分析仪(20)、进水流量计(30)、溶解氧测定仪(40)、生 物池液位计(50)、鼓风机(60)、曝气流量计(70)和进气 控制阀(80)相连，可编程逻辑控制器(90)的输出端通过 信号线与鼓风机变频器(61)相连，用于将采集的进水水质 分析仪(20)、进水流量计(30)、溶解氧测定仪(40)、生 物池液位计(50)、鼓风机(60)、曝气流量计(70)和进气 控制阀(80)的测量数据进行滤波，显示滤波后的所述测量 数据以及由所述测量数据制成报表和趋势图，发送滤波后的 所述测量数据，并接收和发送鼓风机控制频率给鼓风机变频 器(61);
所述无模型自适应控制器(100)，与可编程逻辑控制器 (90)相连，用于接收可编程逻辑控制器(90)采集的进水 水质分析仪(20)、进水流量计(30)、溶解氧测定仪(40)、 生物池液位计(50)和曝气流量计(70)的测量数据，并将 接收到的溶解氧测定仪(40)测量的溶氧量值与无模型自适 应控制器(100)内设置的溶氧量设定值进行比较得到反馈 差值，采用无模型自适应控制算法对反馈差值进行计算并结 合接收到的作为前馈数据的进水水质分析仪(20)、进水流 量计(30)、生物池液位计(50)和曝气流量计(70)的测 量数据的变化趋势输出鼓风机控制频率给可编程逻辑控制 器(90)。
2.根据权利要求1所述的污废水生物池溶解氧自动控制系 统，其特征在于：所述进水水质分析仪(20)包括化学需氧 量分析仪(21)、氨氮分析仪(22)、浊度测量仪(23)和酸 碱度/温度测量仪(24)，化学需氧量分析仪(21)、氨氮分 析仪(22)、浊度测量仪(23)和酸碱度/温度测量仪(24) 的探头和变送器分别与生物池(10)进水管路和可编程逻辑 控制器(90)的数据采集端连接。
3.根据权利要求1或2所述的污废水生物池溶解氧自动 控制系统，其特征在于：所述进水水质分析仪(20)、进水 流量计(30)、溶解氧测定仪(40)、生物池液位计(50)、 鼓风机(60)、曝气流量计(70)和进气控制阀(80)与可 编程逻辑控制器(90)的输入/输出接口连接。
4.根据权利要求1或2所述的污废水生物池溶解氧自动 控制系统，其特征在于：所述无模型自适应控制器(100) 通过Modbus总线与可编程逻辑控制器(90)连接。
说明书 [支持框选翻译]
污废水生物池溶解氧自动控制系统
技术领域
本实用新型涉及污废水生化处理领域，具体地指一种污废水生 物池溶解氧自动控制系统。
背景技术
在污废水处理工艺中，生物池是污水处理中极为重要的一个环 节，也是整个污水处理过程中能耗最大的一部分。生物池中溶解氧 的浓度是生物池中极为重要的参数，它反映了水体微生物活跃的程 度，因而，溶解氧浓度的控制直接影响出水的水质和污废水处理的 能耗。而生物池中溶解氧控制的关键在于选择合适的生物池进风 量，使水中的溶解氧不仅能满足微生物生长的需要，还能使其保持 在允许的尽量低的值。
目前，在污废水生物池自动控制系统中多采用传统的PID (Proportion Integration Differentiation，比例积分微分)控制，它 是一种依靠理论模型建立的经典控制方法。然而，一方面，污水水 质的多变和生物处理系统生化反应的复杂性决定了污水处理系统 具有大滞后、非线性、随机性和多变量的特点，而传统的PID控制 方法仅能控制基本线性的系统和定常系统，不能有效地控制非线 性、时变、耦合、时滞，干扰大和不确定因素多的复杂过程，因而， 传统的PID控制方法对水质处理效率的控制能力有限;另一方面， 由于对污水的生物处理过程建立的模型是经验的、有条件的，因而， 单纯依靠理论模型建立的经典控制方法并不能很好地满足溶解氧 调节的需要，从而造成鼓风机和阀门调节频繁、超调量大，使得设 备寿命降低、能耗过高。
发明内容
本实用新型的目的就是要提供一种污废水生物池溶解氧自动 控制系统，不仅能使生物池中的溶氧量保持稳定，而且能够降低污 水处理过程中的能耗。
为实现上述目的，本实用新型所设计的污废水生物池溶解氧自 动控制系统，包括生物池、进水水质分析仪、进水流量计、 溶解氧测定仪、生物池液位计、鼓风机、进气控制阀、曝气 流量计、鼓风机变频器、无模型自适应控制器和可编程逻辑 控制器，进水水质分析仪设于生物池的进水管路上，进水流 量计设于进水水质分析仪和生物池进水端之间的进水管路 上，溶解氧测定仪的探头和生物池液位计的探头设于生物池 中，鼓风机、曝气流量计、进气控制阀和生物池的进气端依 次相连，鼓风机变频器通过电缆与鼓风机相连，可编程逻辑 控制器的数据采集端与进水水质分析仪、进水流量计、溶解 氧测定仪、生物池液位计、鼓风机、曝气流量计和进气控制 阀相连，可编程逻辑控制器的输出端通过信号线与鼓风机变 频器相连，用于将采集的进水水质分析仪、进水流量计、溶 解氧测定仪、生物池液位计、鼓风机、曝气流量计和进气控 制阀的测量数据进行滤波，显示滤波后的所述测量数据以及 由所述测量数据制成报表和趋势图，发送滤波后的所述测量 数据，并接收和发送鼓风机控制频率给鼓风机变频器，无模 型自适应控制器与可编程逻辑控制器相连，用于接收可编程 逻辑控制器采集的进水水质分析仪、进水流量计、溶解氧测 定仪、生物池液位计和曝气流量计的测量数据，并将接收到 的溶解氧测定仪测量的溶氧量值与无模型自适应控制器内 设置的溶氧量设定值进行比较得到反馈差值，采用无模型自 适应控制算法对反馈差值进行计算并结合接收到的作为前 馈数据的进水水质分析仪、进水流量计、生物池液位计和曝 气流量计的测量数据的变化趋势输出鼓风机控制频率给可 编程逻辑控制器。
优选地，进水水质分析仪包括化学需氧量分析仪、氨氮 分析仪、浊度测量仪和酸碱度/温度测量仪，化学需氧量分 析仪、氨氮分析仪、浊度测量仪和酸碱度/温度测量仪的探 头和变送器分别与生物池进水管路和可编程逻辑控制器的 数据采集端连接。
优选地，进水水质分析仪、进水流量计、溶解氧测定仪、 生物池液位计、鼓风机、曝气流量计和进气控制阀与可编程 逻辑控制器的输入/输出接口连接。
优选地，无模型自适应控制器通过Modbus总线与可编 程逻辑控制器连接。
本实用新型的优点在于：
1、由于本实用新型的污废水生物池溶解氧自动控制系统采用 了前馈和反馈相结合的串级控制结构，当作为前馈数据的进水水质 分析仪、进水流量计、生物池液位计和曝气流量计的测量数据发生 变化时，无模型自适应控制器能很快对变化作出判断和调整，迅速 通过鼓风机变频器改变鼓风机的转速，使变化还未波及到生物池中 溶解氧量之前就被克服，从而使得生物池中的溶解氧量维持在设定 值，因而，本实用新型的污废水生物池自动控制系统不仅能有效解 决生物池曝气过程的大滞后的问题，适用于大滞后系统，而且可节 约提供曝气的能耗并提高污水处理的效果;
2、由于本实用新型的污废水生物池溶解氧自动控制系统中采 用无模型自适应器对反馈差值进行处理，因而，能够实现受控系统 参数的自适应控制和结构自适应控制，从而有效解决了生物池曝气 过程的非线性问题，适用于非线性系统;
3、结构简单，操作方便，生产效率高，既能适用于新建污水 厂，也能适用于既有污水厂的改造。
