專利名稱：一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制裝置，具體地說是一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器。
背景技術(shù)：
耗氧反應(yīng)是污水生化處理曝氣池重要的反應(yīng)階段。目前國內(nèi)污水生化處理曝氣池的加氧工作都是采用大功率的鼓風(fēng)機實現(xiàn)的，需要消耗大量的電能。在保證水質(zhì)的情況下，如何實現(xiàn)節(jié)能控制，降低成本，是目前國內(nèi)外需要認(rèn)真考慮的問題。污水中的微生物對氧的需求量是一定的，少了會降低水質(zhì)，多了不僅不能保證水質(zhì)，而且還浪費能源，通常以溶解氧的含量來決定供氧量。但是，曝氣池所需要的溶解氧不是一個定值，它是隨著污水的濃度、天氣、時間變化的函數(shù)；也就是說污水處理過程控制具有顯著的非線性、大滯后、多變量、時變性的特點。為此，需要研究在不同工況條件下，溶解氧設(shè)定值的優(yōu)化控制，建立污水生化處理過程的溶解氧變化的模型，并依據(jù)該模型對鼓風(fēng)量進行低能耗的優(yōu)化控制，建立能適應(yīng)環(huán)境變化的基于污水生化過程。同理，曝氣生物濾池是在普通快濾池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種污水處理新工藝。該工藝集物理截濾、生物吸附、氧化于一體，在污水深度處理方面得到快速的發(fā)展。但其應(yīng)用情況表明曝氣生物濾池運行一段時間后，填料表面和濾床空隙中的生物顆粒和非生物顆粒不斷積累，濾池的過水通道減小，濾池內(nèi)的水頭損失增大，出水水量減小，發(fā)生“穿透”現(xiàn)象，從而使出水水質(zhì)變差，在氣水逆向運行時還可能出現(xiàn)“氣塞”現(xiàn)象，影響了曝氣生物濾池運行的穩(wěn)定性，這就需要對濾池進行反沖洗以恢復(fù)其正常的凈水功能。濾池的反沖洗方式以及參數(shù)的確定，一直是人們關(guān)注的熱點。但目前關(guān)于反沖洗的理論模型、反沖洗機理等方面的研究并沒有取得一致的觀點。曝氣生物濾池因為粘性生物膜的生長，利用傳統(tǒng)的高流速反沖洗方式，不僅耗水量大且很難達到預(yù)期的效果，在實際應(yīng)用上受到了限制。氣水聯(lián)合反沖洗方式強化了對填料的剪切 和碰撞作用，使濾層處于最佳條件下反沖，可節(jié)約反沖洗用水量，延長反沖洗周期，增大濾池的納污能力，提高出水水質(zhì)。由此可見，曝氣池的處理工藝比較復(fù)雜，需要較為復(fù)雜的算法，而好的算法在實施過程中也受硬件的限制。利用通用的可編程控制器PLC難以實現(xiàn)，且不說PLC計算能力弱，難以實現(xiàn)專家系統(tǒng)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜方法，就是硬件平臺也難以實現(xiàn)統(tǒng)一。因為硬件的對應(yīng)關(guān)系必需與軟件一直，在已經(jīng)組建好的系統(tǒng)上做改動，費用很大；用工業(yè)控制機可以實現(xiàn)一些復(fù)雜的算法，但也需要硬件接口平臺。根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有污水處理廠的運行發(fā)現(xiàn)，污水處理系統(tǒng)的自動化設(shè)備投入較低，能耗高，而且污水處理系統(tǒng)大多在投產(chǎn)時沒能達到設(shè)計運行要求，或在運行一段時間后改為部分自動、部分手動的運行狀態(tài)，特別是曝氣系統(tǒng)。分析原因主要有以下幾個方面1、自動化技術(shù)與工藝技術(shù)未能有機結(jié)合。我國污水處理廠起步時，自動化污水處理系統(tǒng)成套引進國外產(chǎn)品和技術(shù)，雖然以后國內(nèi)能夠生產(chǎn)硬件系統(tǒng)，但是控制技術(shù)并沒有被系統(tǒng)的吸收。國內(nèi)污水處理行業(yè)的自動化專業(yè)力量較低，很多興建的污水處理工程的自動化系統(tǒng)是由冶金、化工、輕工等領(lǐng)域工程師設(shè)計、編程和調(diào)試的，對污水處理工藝了解較少，不能結(jié)合具體工藝進行控制策略設(shè)計，一般采用套用其它行業(yè)現(xiàn)有技術(shù)的做法，因此，運行效果并不理想。2、自控系統(tǒng)培訓(xùn)不到位。很多污水處理廠運行人員沒有得到控制系統(tǒng)供應(yīng)商廠家的系統(tǒng)培訓(xùn)，除了基本操作以外，沒有從理論上對諸如曝氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)技術(shù)的詳細(xì)講述，使得管理人員只能在工作中重新摸索。3、運行經(jīng)驗未得到利用。污水處理廠很重要的一點，是在長期運行之后，可以總結(jié)日常規(guī)律，取得控制方案；對于管理者，這些規(guī)律往往比昂貴的自控設(shè)備更有價值，但是在污水處理廠建設(shè)中，很多設(shè)計并沒有給管理者留有充分的調(diào)整空間，而且這些有用的經(jīng)驗也缺乏應(yīng)用到其它污水設(shè)施的建設(shè)途徑。4、溶解氧控制的難點。污水水質(zhì)的多變和生物處理系統(tǒng)中生化反應(yīng)的復(fù)雜性，決定了污水處理的溶解氧(DO)檢測控制是一個大滯后系統(tǒng)，檢測出結(jié)果再進行參數(shù)處理和調(diào)整，往往已滯后好長時間，造成大量不合格水的排出。這種系統(tǒng)的特點是污水生物處理系統(tǒng)的運行管理具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度，要求管理者具有較好的環(huán)境工程知識基礎(chǔ)和相當(dāng)豐富的運行管理經(jīng)驗。另外，溶解氧指標(biāo)并不能直接反映生物反應(yīng)的氧氣需求量，它只是反映了反應(yīng)池中氧氣的剩余程度，無法根據(jù)它的數(shù)值和變化直接計算氣量。傳統(tǒng)的PID控制算法雖然在工程上廣泛采用，但只能解決線性系統(tǒng)的調(diào)節(jié)問題。5、從整個系統(tǒng)的控制運行角度來看，曝氣量的控制其直接原因還有多個方面。1，硬件原因現(xiàn)在廠區(qū)采用的氣體控制系統(tǒng)多為蝶閥或是閘閥來控制系統(tǒng)流量，而蝶閥或是閘閥的控制比較精確范圍一般都在70%以下；超過70%即非線性控制，使控制難度加大；采用的DO探測儀，安裝位置與安裝深度，均無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，造成數(shù)據(jù)的采集點不準(zhǔn)確；在測定方法上，膜法的探頭容易老化，造成數(shù)據(jù)的測定存在偏差。2，軟件原因現(xiàn)在流行的控制模塊來看，廠家多數(shù)依靠的是DO值作為控制數(shù)據(jù)依據(jù)，在運行當(dāng)中，由于每個季節(jié)的系統(tǒng)(控制參數(shù))都需要調(diào)整至相適應(yīng)的系統(tǒng)環(huán)境，但這類數(shù)據(jù)的控制點，不是短時間能夠累積完成的；在運行當(dāng)中，由于水量、水質(zhì)等均在變化，在大量變動的數(shù)據(jù)下，找到其控制點相當(dāng)困難。 綜合來說，國內(nèi)外對曝氣池的控制如下一、國內(nèi)情況1、人工操作現(xiàn)場人員對曝氣池溶解氧控制采用開關(guān)方式。需要時候打開，風(fēng)速基本上用風(fēng)機閥來控制；而反沖洗過程也是操作人員根據(jù)曝氣池污垢情況或定期進行用氣和水進行沖洗。2、曝氣控制采用PLC+模擬組建控制系統(tǒng)，根據(jù)曝氣池氧氣的含量進行PID控制。清華大學(xué)發(fā)明了(專利號200810100805.8)《一種城市污水廠曝氣池溶解氧穩(wěn)定智能控制方法及其裝置》的專利，就是用PLC來實現(xiàn)溶解氧的控制；溶解氧指標(biāo)并不能直接反映生物反應(yīng)的氧氣需求量，它只是反映了反應(yīng)池中氧氣的剩余程度，無法根據(jù)它的數(shù)值和變化直接計算氣量。曝氣系統(tǒng)中PID能夠?qū)崿F(xiàn)對流量的控制，但對水質(zhì)處理效果的控制能力有限。溶解氧(DO)控制時，PID參數(shù)的整定需要根據(jù)季節(jié)、水質(zhì)的變化等實際情況不斷調(diào)整。廣東東芝白云自動化有限公司方面了發(fā)明了(專利號201010118387. 2)專利《污水池溶解氧的控制算法》，該專利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，其算法復(fù)雜，難以在PLC系統(tǒng)中實現(xiàn)，目前只能在工業(yè)控制機上運行，且硬件需要統(tǒng)一。而本申請設(shè)計實現(xiàn)的一體化控制器可以很容易實現(xiàn)該控制算法。二、國外情況VAC0MASS系統(tǒng)是由德國Binder公司開發(fā)的一套污水處理廠生物池精確曝氣控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)包括內(nèi)置控制算法、系統(tǒng)軟件、就地控制器及實驗室模擬校驗；在歐洲已得到了廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)以氣體流量信號作為控制信號，溶解氧及氨氮信號作為輔助控制信號，可根據(jù)實際的負(fù)載大小提供氣體供給量；氣體流量控制回路為就地控制回路，可快速、準(zhǔn)確地根據(jù)實際的負(fù)載大小提供氣體供給量，使生物反應(yīng)池的每一部分都能達到高效、穩(wěn)定，并根據(jù)實際負(fù)載狀況自行調(diào)整設(shè)定值的大小，控制閥采用菱形，曝氣控制系統(tǒng)的整體控制精度高達5%。該系統(tǒng)主要用來對溶解氧控制，成本較高，使用時需要專職搞的技術(shù)人員才能調(diào)整校準(zhǔn)；外圍設(shè)備成本也較高。在一些小型污水曝氣池由于使用成本很高，不易接受。國外的反沖洗控制基于曝氣池的結(jié)構(gòu)情況而定，其控制形式包含在大型污水處理控制系統(tǒng)中，所以在國內(nèi)推廣有一定的限度。基于此，需要研制一種曝氣池溶解氧與反沖洗一體的控制器，該控制器集溶解氧控制與反沖洗控制一體的控制器，具體多種模式的控制方案，適用于大小型污水處理站，也便于系統(tǒng)改造和升級。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器，其不僅集溶解氧控制與反沖洗控制于一體，而且具體多種模式的控制方案，便于系統(tǒng)的改造和升級。本發(fā)明解決其技 術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器，其特征是，包括中央處理器以及分別與中央處理器連接的模擬量輸入電路、開關(guān)量輸入電路、溶解氧控制輸出電路、反沖洗控制輸出電路、通訊模塊、參數(shù)設(shè)定按鍵、鍵盤、顯示模塊和電源模塊；所述模擬量輸入電路包括模擬信號采集電路、放大電路、零點校準(zhǔn)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和第一磁耦隔離電路，所述A/D轉(zhuǎn)換電路通過第一磁耦隔離電路與中央處理器連接，所述的模擬信號采集電路、放大電路和零點校準(zhǔn)電路分別與A/D轉(zhuǎn)換電路連接；所述開關(guān)量輸入電路包括I/O輸入電路和第一光電隔離電路，所述I/O輸入電路通過第一光電隔離電路與中央處理器連接；所述溶解氧控制輸出電路包括模擬量溶解氧輸出控制電路和開關(guān)量溶解氧輸出控制電路；所述反沖洗控制輸出電路包括模擬量反沖洗控制輸出電路和開關(guān)量反沖洗控制輸出電路；所述通訊模塊包括智能通訊模塊、主RS485接口電路、從RS485接口電路、第四磁耦隔離電路和第五磁耦隔離電路，所述智能通訊模塊與中央控制器連接，所述主RS485接口電路通過第四磁耦隔離電路與智能通訊模塊連接，所述從RS485接口電路通過第五磁耦隔離電路與中央控制器連接。優(yōu)選地，所述模擬量溶解氧輸出控制電路包括第二磁耦隔離電路、第一 D/A轉(zhuǎn)換電路和4-20mA電流溶解氧控制輸出電路，所述第一 D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端通過第二磁耦隔離電路與中央處理器連接，輸出端與4-20mA電流溶解氧控制輸出電路連接；所述開關(guān)量溶解氧輸出控制電路包括第二光電隔離電路、繼電器輸出電路和溶解氧控制I/O輸出電路，所述的繼電器輸出電路和溶解氧控制I/O輸出電路分別通過第二光電隔離電路與中央處理器連接。優(yōu)選地，所述模擬量反沖洗控制輸出電路包括三磁耦隔離電路、第二 D/A轉(zhuǎn)換電路和4-20mA電流反沖洗控制輸出電路，所述第二 D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端通過第三磁耦隔離電路與中央處理器連接，輸出端與4-20mA電流反沖洗控制輸出電路連接；所述開關(guān)量反沖洗控制輸出電路包括第三光電隔離電路、晶體管輸出電路和反沖洗控制I/o輸出電路，所述的晶體管輸出電路和反沖洗控制I/O輸出電路分別通過第三光電隔離電路與中央處理器連接。優(yōu)選地，上述所述的中央處理器采用工業(yè)級STM32F單片機。進一步地，所述的一體化控制器還包括故障遠(yuǎn)程報警電路，所述故障遠(yuǎn)程報警電路通過第四光電隔離電路與中央處理器連接。進一步地，所述的一體化控制器還包括溫濕度數(shù)據(jù)采集電路，所述溫濕度數(shù)據(jù)采集電路與中央處理器連接。進一步地，所述的一體化控制器還包括日歷時鐘模塊，所述日歷時鐘模塊與中央處理器連接。進一步地，所述的一體化控制器還包括網(wǎng)絡(luò)接口電路，所述網(wǎng)絡(luò)接口電路與中央處理器連接。進一步地，所述的一體化控制器還包括SD卡存儲模塊，所述SD卡存儲模塊與中央處理器連接。 本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明所述的一體化控制器的控制核心采用ST系列的工業(yè)級STM32F單片機，根據(jù)溶解氧含量、氧化還原電位、混合液懸浮固體、固體懸浮物、水溫、管道壓力、空氣流量等有關(guān)輸入?yún)?shù)的一種或幾種組合形式進行鼓風(fēng)機溶解氧的控制，控制模式可以通過屏幕設(shè)置；這些輸入?yún)?shù)可以通過模擬量或智能通訊模塊方法獲取，也可以通過上位機獲取，需要獲取的方法可以通過屏幕設(shè)置；同時，所述的一體化控制器也可根據(jù)時間或渾濁儀檢測池內(nèi)的渾濁度來實現(xiàn)反沖洗的智能控制，控制模式也可設(shè)置。本發(fā)明所述的一體化控制器將兩種控制過程有機結(jié)合，優(yōu)化處理，真正起到了保證水質(zhì)，達到充分節(jié)能的目的，不僅具有成本極低、功能強、高節(jié)能和容易普及的特點，而且便于安裝和調(diào)試。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的一具體應(yīng)用原理圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器，它包括中央處理器以及分別與中央處理器連接的模擬量輸入電路、開關(guān)量輸入電路、溶解氧控制輸出電路、反沖洗控制輸出電路、通訊模塊、參數(shù)設(shè)定按鍵、鍵盤、顯示模塊、故障遠(yuǎn)程報警電路、溫濕度數(shù)據(jù)采集電路、日歷時鐘模塊、網(wǎng)絡(luò)接口電路、SD卡存儲模塊和電源模塊。所述的中央處理器采用工業(yè)級STM32F單片機；所述模擬量輸入電路包括模擬信號采集電路、放大電路、零點校準(zhǔn)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和第一磁耦隔離電路，所述A/D轉(zhuǎn)換電路通過第一磁耦隔離電路與STM32F單片機連接，所述的模擬信號采集電路、放大電路和零點校準(zhǔn)電路分別與A/D轉(zhuǎn)換電路連接；所述開關(guān)量輸入電路包括I/O輸入電路和第一光電隔離電路，所述I/O輸入電路通過第一光電隔離電路與STM32F單片機連接；所述溶解氧控制輸出電路包括模擬量溶解氧輸出控制電路和開關(guān)量溶解氧輸出控制電路；所述反沖洗控制輸出電路包括模擬量反沖洗控制輸出電路和開關(guān)量反沖洗控制輸出電路；所述通訊模塊包括智能通訊模塊、主RS485接口電路、從RS485接口電路、第四磁耦隔離電路和第五磁耦隔離電路，所述智能通訊模塊與STM32F單片機連接，所述主RS485接口電路通過第四磁耦隔離電路與智能通訊模塊連接，所述從RS485接口電路通過第五磁耦隔離電路與STM32F單片機連接。上述所述的模擬量溶解氧輸出控制電路包括第二磁耦隔離電路、第一 D/A轉(zhuǎn)換電路和4-20mA電流溶解氧控制輸出電路，所述第一 D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端通過第二磁耦隔離電路與STM32F單片機連接，輸出端與4-20mA電流溶解氧控制輸出電路連接。上述所述的開關(guān)量溶解氧輸出控制電路包括第二光電隔離電路、繼電器輸出電路和溶解氧控制I/O輸出電路，所述的繼電器輸出電路和溶解氧控制I/O輸出電路分別通過第二光電隔離電路與STM32F單片機連接。上述所述的模擬量反沖洗控制輸出電路包括三磁耦隔離電路、第二 D/A轉(zhuǎn)換電路和4-20mA電流反沖洗控制輸出電路，所述第二 D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端通過第三磁耦隔離電路與STM32F單片機連接，輸出端與4-20mA電流反沖洗控制輸出電路連接。上述所述的開關(guān)量反沖洗控制輸出電路包括第三光電隔離電路、晶體管輸出電路和反沖洗控制I/o輸出電路，所述的 晶體管輸出電路和反沖洗控制I/O輸出電路分別通過第三光電隔離電路與STM32F單片機連接。下面結(jié)合圖1來詳細(xì)說明本發(fā)明所述一體化控制器的具體工作原理1、機殼設(shè)計本發(fā)明所述的一體化控制器機殼可用鋁合金沖壓制成，適合室外安裝，防水防塵。2、電源設(shè)計電源部分采用基于T0P246的單端反激式雙輸出開關(guān)電源設(shè)計，用交流85 265V的寬電壓輸入，實現(xiàn)直流12V/0. 5A、±24V三電壓輸出。電源按EMC、EMI標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。反沖洗控制輸出電壓用外部電源，電源范圍DC 0-100Vo3、輸入部分輸入部分包括儀表信號輸入通道、水溫輸入通道、零點校準(zhǔn)、開關(guān)量輸入通道、數(shù)字式外部環(huán)境參數(shù)輸入通道及鍵盤輸入。(I)、儀表信號主要有溶解氧控制需要的溶解氧含量、氧化還原電壓、混合液懸浮固體、固體懸浮物、水溫、管道壓力、空氣流量以及反沖洗需要的曝氣池液位高度、渾濁儀等信號輸入?yún)?shù)，該類儀表一般都具有4-20mA或0-5V的輸出信號。信號經(jīng)A/D芯片TCL2543轉(zhuǎn)換標(biāo)度變換后變成各路相應(yīng)值。TCL2543有11路輸入，其中一路為零點校準(zhǔn)。(2)、曝氣池的水溫用PT100檢測，經(jīng)過濾波電路、儀表放大器AD620、A/D轉(zhuǎn)換獲得污水曝氣池水的溫度。(3)、4路帶滯回的開關(guān)量輸入，作為上位機的聯(lián)絡(luò)信號或同級級聯(lián)信號，當(dāng)曝氣池較大劃分為幾個區(qū)時候，可以同時采用幾臺控制器，用輸入輸出接口可實現(xiàn)幾個控制器的級聯(lián)。為了對天氣情況進行記錄和控制上參考，該控制器用數(shù)字溫濕度傳感器SHTll測定空氣的溫度、濕度及露點。(4)、設(shè)置6個參數(shù)設(shè)定按鍵按鍵，實現(xiàn)模式、參數(shù)及功能設(shè)置。4、輸出通道輸出通道包括溶解氧的控制輸出、反沖洗的控制、故障報警輸出以及液晶顯示四種情況(I)、溶解氧控制輸出由4_20mA變頻控制，鼓風(fēng)機的開關(guān)及風(fēng)機閥的控制。當(dāng)不使用變頻器時，則可用4路繼電器控制電機開啟，而2路I/O 口進行風(fēng)機及閥的開啟。該控制器通過計時來調(diào)節(jié)閥的開度，省去閥的反饋機構(gòu)是為了節(jié)省成本，也便于對舊污水控制系統(tǒng)進行改造；實踐證明在精度上影響不大，只要給一個合理方位即可。(2)、反沖洗控制也由4_20mA變頻控制，現(xiàn)場根據(jù)情況使用。為實現(xiàn)節(jié)能許多廠家采用變頻器來控制器氣路；為滿足不同閥的電壓，該控制器采用達林頓大功率晶體管來輸出，來控制風(fēng)機開啟、風(fēng)機閥門、進水閥、出水閥、排水閥、排氣閥、充氣閥。I路I/O輸出作為風(fēng)機閥的開度，開度靠時間長短調(diào)節(jié)。(3)故障報警是該控制器有故障時候進行報警，兩種控制故障報警用不同聲音有來區(qū)別。(4)、液晶顯示是可顯示儀表參數(shù)、控制方式等，可進行一系列參數(shù)的設(shè)置。5、控制核心本發(fā)明所述的中央處理器采用ST系列的工業(yè)級STM32F107VCT6單片機。該芯片是ARM Cortex-M3內(nèi)核的32位微控制器。該處理器具有極強的抗干擾能力，寬電壓2_3. 5V使用范圍，硬件集成了乘除算法，便于進行復(fù)雜的浮點運算。STM32F107VCT6單片機具有100個管腳，16路PWM輸出，滿足了儀表的需要，有5個USART接口，增加了以太網(wǎng)10/100MAC模塊，為網(wǎng)絡(luò)通訊打下基礎(chǔ)?？刂破魍饨覵D卡存儲有關(guān)數(shù)據(jù)，最大可擴展到2GB，各參數(shù)設(shè)定值放在E2PR0M24C02存儲器中；同時增加了時鐘芯片RX8025，記錄反沖洗時間。RX8025是愛普生(EPSON)公司生產(chǎn)的一種采用I2C總線接口的實時時鐘芯片，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強；為滿足控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要，該溫控儀設(shè)計了以太網(wǎng)絡(luò)接口。該STM32F微控制器內(nèi)部集成的MAC控制模塊符合IEEE802. 3協(xié)議，外部接DP83848芯片很容易實現(xiàn)以太網(wǎng)的控制；并且ST公司提供了 MAC相關(guān)的一些驅(qū)動程序，這就為我們的開發(fā)提供了很大的方便。另外，控制核心與外部采用磁耦和光電隔離，有效防止了電磁干擾。6、智能通訊模塊所述智能通訊模塊作為控制器的主通訊口，可與污水處理采用的相關(guān)儀表進行通訊。以后隨著現(xiàn)場控制總線的發(fā)展，污水處理采用的相關(guān)儀表與上位機基本采用RS485或網(wǎng)絡(luò)通訊。該控制器具有該功能，可通過上位機設(shè)置通訊開啟，其智能模塊的控制核心采用ST系列的STM8S單片機，可連接10個具有RS485協(xié)議的通訊口的儀表，固定好儀表的順序和地址。該模塊可隨意更改與一體化控制器相連儀表的通訊協(xié)議，將改動好的模塊，插入主板即可。由于生產(chǎn)曝氣池污水處理采用儀表的廠家較多，協(xié)議不統(tǒng)一，為達到統(tǒng)一使用，方便用戶，我們把幾種常見儀表的協(xié)議提前編寫好，需要時候根據(jù)用戶需求下載到模塊即可。7、RS485 通訊端口 控制器另外一個RS485作為有從通訊口，可與上位機或PLC通訊通訊。如果想要在原控制系統(tǒng)上改造，則可以通過原系統(tǒng)配備的工業(yè)控制機或PLC上獲取各類儀表的參數(shù)。該功能的開啟可通過屏幕和按鍵設(shè)置。圖2是本發(fā)明的一具體應(yīng)用原理圖。如圖2所示，本發(fā)明應(yīng)用到曝氣池的具體實施方案該具體實施根據(jù)工藝要求按照標(biāo)注接好儀表、傳感器及其它控制線路。一體化控制器可以在原有控制系統(tǒng)上進行改造，也可以為新建污水處理系統(tǒng)使用?？刂破髋c現(xiàn)場的儀表等連線方式根據(jù)具體情況而定。圖2中儀表數(shù)據(jù)的獲取采用三種方式1)模擬輸入；2)智能控制通訊；3)上位機。用戶在需要舊系統(tǒng)改造或更改儀表廠家時候，在訂貨時候確定儀表數(shù)據(jù)獲取方式即可。智能通訊模塊可以隨意更換，模塊與儀表種類嚴(yán)格對應(yīng)。本發(fā)明的控制模式基于所連接的儀表種類，通過屏幕設(shè)置好有關(guān)參數(shù)及控制模式。一體化控制器的電器柜主要起常規(guī)的動力電的輸送，中間繼電器連鎖、變頻器控制等作用。本發(fā)明所述溶解氧控制的一般模式是根據(jù)溶解氧的含量、氧化還原電位儀、管道壓力來控制管道空氣的流量。本發(fā)明所述反沖洗控制一般是根據(jù)時間或渾濁儀設(shè)定值或綜合指標(biāo)來實現(xiàn)沖洗過程，沖洗過程一般為排水、氣沖洗、氣水混合沖洗、水沖洗和進水五個階段。反沖洗各階段運行時間根據(jù)濾池工況預(yù)置而定。該控制器反沖洗最基本控制模式為首先進入排水階段，先關(guān)閉進水閥，把濾池(或曝氣池)的水位降至預(yù)置水位，然后關(guān)閉出水閥，打開排水閥；排水閥打開后，濾池(或曝氣池)進入氣沖洗階段，這時氣沖計時器開始計時，排氣閥打開，同時風(fēng)機起動(用變頻器控制的風(fēng)機啟動變頻器)、風(fēng)機出口閥打開，開度靠開啟時間長短定，當(dāng)風(fēng)機進入運行狀態(tài)后，打開氣沖閥，同時關(guān)閉排氣閥；氣沖洗時間達到預(yù)設(shè)值后，氣水混合洗計開始計時，反沖水閥被打開，同時起動反沖水泵，打開水泵出口閥，濾池(或曝氣池)進 入氣水混合反沖洗狀態(tài)。氣水混合反沖洗時間達到預(yù)設(shè)值后，水洗開始計時，反沖氣閥被關(guān)閉，開放氣閥(放氣閥開)后自動關(guān)閉，排空風(fēng)管余氣，同時停風(fēng)機，關(guān)閉風(fēng)機出氣閥，濾池(或曝氣池)進入水沖洗狀態(tài)；水沖洗時間達到預(yù)設(shè)值后，關(guān)閉反沖水閥，同時停止反沖水泵，關(guān)閉水泵出口閥，最后關(guān)閉排水閥，打開進水閥，濾池(或曝氣池)進入進水狀態(tài)，當(dāng)水位上升到恒水位過濾位置時，自動反沖洗完成，轉(zhuǎn)入正常的過濾程序。反沖洗控制模式很多，在該控制器中預(yù)先設(shè)置幾種控制模式供使用單位選擇。以上所述只是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也被視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器，其特征是，包括中央處理器以及分別與中央處理器連接的模擬量輸入電路、開關(guān)量輸入電路、溶解氧控制輸出電路、反沖洗控制輸出電路、通訊模塊、參數(shù)設(shè)定按鍵、鍵盤、顯示模塊和電源模塊；所述模擬量輸入電路包括模擬信號采集電路、放大電路、零點校準(zhǔn)電路、A/d轉(zhuǎn)換電路和第一磁耦隔離電路，所述a/D轉(zhuǎn)換電路通過第一磁耦隔離電路與中央處理器連接，所述的模擬信號采集電路、放大電路和零點校準(zhǔn)電路分別與A/D轉(zhuǎn)換電路連接；所述開關(guān)量輸入電路包括I/O輸入電路和第一光電隔離電路，所述I/O輸入電路通過第一光電隔離電路與中央處理器連接；所述溶解氧控制輸出電路包括模擬量溶解氧輸出控制電路和開關(guān)量溶解氧輸出控制電路；所述反沖洗控制輸出電路包括模擬量反沖洗控制輸出電路和開關(guān)量反沖洗控制輸出電路；所述通訊模塊包括智能通訊模塊、主RS485接口電路、從RS485接口電路、第四磁耦隔離電路和第五磁耦隔離電路，所述智能通訊模塊與中央控制器連接，所述主RS485接口電路通過第四磁耦隔離電路與智能通訊模塊連接，所述從RS485接口電路通過第五磁耦隔離電路與中央控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器，其特征是，所述模擬量溶解氧輸出控制電路包括第二磁耦隔離電路、第一 D/A轉(zhuǎn)換電路和4-20mA電流溶解氧控制輸出電路，所述第一 D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端通過第二磁耦隔離電路與中央處理器連接，輸出端與4-20mA電流溶解氧控制輸出電路連接； 所述開關(guān)量溶解氧輸出控制電路包括第二光電隔離電路、繼電器輸出電路和溶解氧控制I/O輸出電路，所述的繼電器輸出電路和溶解氧控制I/O輸出電路分別通過第二光電隔離電路與中央處理器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器，其特征是，所述模擬量反沖洗控制輸出電路包括三磁耦隔離電路、第二 D/A轉(zhuǎn)換電路和4-20mA電流反沖洗控制輸出電路，所述第二 D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端通過第三磁耦隔離電路與中央處理器連接，輸出端與4-20mA電流反沖洗控制輸出電路連接； 所述開關(guān)量反沖洗控制輸出電路包括第三光電隔離電路、晶體管輸出電路和反沖洗控制I/O輸出電路，所述的晶體管輸出電路和反沖洗控制I/O輸出電路分別通過第三光電隔離電路與中央處理器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器，其特征是，所述中央處理器采用工業(yè)級STM32F單片機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器，其特征是，還包括故障遠(yuǎn)程報警電路，所述故障遠(yuǎn)程報警電路通過第四光電隔離電路與中央處理器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器，其特征是，還包括溫濕度數(shù)據(jù)采集電路，所述溫濕度數(shù)據(jù)采集電路與中央處理器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器，其特征是，還包括日歷時鐘模塊，所述日歷時鐘模塊與中央處理器連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器，其特征是，還包括網(wǎng)絡(luò)接口電路，所述網(wǎng)絡(luò)接口電路與中央處理器連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器，其特`征是，還包括SD卡存儲模塊，所述SD卡存儲模塊與中央處理器連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于污水處理曝氣池的一體化控制器，它包括中央處理器以及分別與之連接的模擬量輸入電路、開關(guān)量輸入電路、溶解氧控制輸出電路、反沖洗控制輸出電路、通訊模塊、參數(shù)設(shè)定按鍵、鍵盤、顯示模塊、故障遠(yuǎn)程報警電路、溫濕度數(shù)據(jù)采集電路、日歷時鐘模塊、網(wǎng)絡(luò)接口電路、SD卡存儲模塊和電源模塊。本發(fā)明根據(jù)溶解氧含量、氧化還原電位、混合液懸浮固體、固體懸浮物、水溫、管道壓力、空氣流量等有關(guān)輸入?yún)?shù)的組合模式進行鼓風(fēng)機溶解氧的控制，同時實現(xiàn)了反沖洗的智能控制，并且將兩種控制過程有機結(jié)合，優(yōu)化處理，真正起到了保證水質(zhì)，達到充分節(jié)能的目的，不僅具有成本極低、功能強、高節(jié)能和容易普及的特點，而且便于安裝和調(diào)試。
文檔編號C02F3/02GK103058359SQ20131003434
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者李聰, 張會, 代后兆, 張亞寧, 張瑞芳 申請人:濟南大學(xué)