一种氧化沟出水堰自动调节方法及调节装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种氧化沟出水堰自动调节方法及调节装置，包括以下步骤：(1)使得控制器、工艺系统和电动系统均处于待机状态；(2)将曝气功率设定值Q发送到工艺系统，工艺系统计算曝气功率实际值q，并判断q/Q-1的绝对值是否大于预设值，若不大于则返回待机状态，若大于则进入下一步骤；(3)工艺系统计算得出反应池的液位设定值LS；(4)工艺系统计算得出液位差值ΔL，判断液位差值ΔL的绝对值是否小于设定值，若小于则返回待机状态，若不小于则进入下一步骤；(5)工艺系统计算得到开度调节设定值ΔP，并将计算结果发送给电动系统；(6)电动系统计算电动机的控制指令，并通过控制指令控制电动机运动，电动系统判断控制指令是否执行完毕，若是，转步骤(4)。本发明专利技术能够通过水堰开度准确控制曝气设备，达到节能目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于城市污水处理
，特别是涉及一种氧化沟出水堰自动调节方法及调节装置。
技术介绍
我国城镇污水处理需求量大，已建设近5000座污水处理厂。氧化沟污水处理工艺历史悠久，由于其建设和运行简单、具备脱氮除磷功能、完全混合缓冲能力强、适应进水特征和规模的范围较大，因此应用十分广泛。但是氧化沟污水处理工艺也有明显的缺点，主要集中在两方面：(1)氧化沟污水处理工艺的能耗比传统的活性污泥法高，因为外界必须输入能量维持活性污泥在氧化沟系统中快速循环。(2)氧化沟污水处理工艺的调节和控制方法比较欠缺，特别是曝气过程中曝气设备的精确调节比较困难。因此有必要研究和提出氧化沟污水处理工艺中能够实现精确调节的装置以及在曝气过程中能够实现节能的方法。氧化沟污水处理工艺一般采用表面曝气设备，比较常用的包括转碟、转刷和倒伞。这类表面曝气设备的共同特征包括：(1)曝气设备通过机械运行使空气与液体混合，兼顾充氧和推流两个功能；(2)曝气设备的氧传质效率取决于电机转速和浸没深度。因此，针对氧化沟曝气过程的节能方法主要从上述两方面出发。现有技术中常用的节能方法主要围绕曝气核心设备展开，包括增加底流推进器减少表面曝气、改进曝气机械结构提高充氧效率和调节机械转速实现不同充氧量。但是由于节能方法主要针对曝气设备进行调节，导致在实际运行中必须频繁设置编组、高低转速或转轴高度，这可能严重影响曝气设备寿命和调节装置的可靠性。因此，迫切>需要一种在不改变曝气设备运行状态的条件下调整充氧速率的调节装置和调节方法。考虑到浸没深度对充氧效率的明显影响，可以通过调节氧化沟出水堰代替对曝气设备转速和转轴高度的直接调节。出水堰有多种类型，调节的需求和方法各不相同。一般的污水处理工艺，例如序批式反应器采用的空气出水堰、浮动出水堰等，均是在较大范围内被动适应污水池内液位变化，一般只做限位控制而不进行行程调节。氧化沟则一般采用顶部过流矩形堰，要求在较小范围内主动调节堰上液位，这就需要比较准确的行程调节和位置控制能力。矩形出水堰的调节原理简述如下：出水堰的调节装置一般包括电动机、丝杠、连杆和堰板。电动机与齿轮组相连，齿轮组与丝杠啮合，丝杠底部有连杆连接在出水堰板上，堰板安装有铰链或者导轨约束运行轨迹。对出水堰实施电动调节时，电动机带同齿轮组转动，将电动机的匀速圆周运动转变为丝杠沿垂直方向的匀速直线运动，丝杠底部的连杆将丝杠的直线运行转变为出水堰板的圆弧形转动或者直线运动。一般使用出水堰开度来描述出水堰的运动位置，取值0％～100％，对应出水堰调节的最高和最低位置。目前，新建的氧化沟污水处理工艺都安装了出水堰电动调节装置。现有技术中的出水堰电动调节装置一般只能限定出水堰的全开或全关位置，出水堰的中间位置虽然可以手动调节，但是只能模糊判断调节效果。常见出水堰电动调节装置不但不能将出水堰准确调整到指定位置，而且不能远程和自动调节，进而既无法通过出水堰开度而准确控制曝气设备达到节能的目的，又增加了人力成本。因此针对顶部过流矩形堰，有必要研发一种用于自动调节氧化沟液位的调节装置和调节方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够通过出水堰开度准确控制曝气设备的氧化沟出水堰自动调节方法及调节装置。为实现上述技术目的，本专利技术采取以下技术方案：一种氧化沟出水堰自动调节方法，包括以下步骤：(1)分别启动控制器、工艺系统和电动系统，使得控制器、工艺系统和电动系统分别处于待机状态；(2)将曝气功率设定值Q通过控制器发送到工艺系统，工艺系统采集曝气设备的电流值并计算曝气功率实际值q，并判断q/Q-1的绝对值是否大于预设值，若不大于，返回步骤(1)，若大于，进入步骤(3)；(3)工艺系统根据曝气功率设定值Q计算曝气设备的浸没深度H，并根据浸没深度H和反应池的高度计算得出反应池的液位设定值LS；(4)工艺系统获取反应池的当前液位值L并与液位设定值LS进行比较计算得出液位差值ΔL，判断液位差值ΔL的绝对值是否小于设定值，若小于，则返回步骤(1)；若不小于，则进入步骤(5)；(5)工艺系统根据液位差值ΔL，计算得到出水堰的开度调节设定值ΔP，并将开度调节设定值ΔP发送给电动系统；(6)电动系统接收开度调节设定值ΔP，并选取电动机控制模式，根据开度调节设定值ΔP和所选取的电动机控制模式对应的出水堰调节模型计算电动机控制指令，并通过继电器组根据电动机控制指令控制电动机运动，进而带动出水堰运动，电动系统判断控制指令是否执行完毕，若是，则转步骤(4)。所述步骤(3)工艺系统根据曝气功率设定值Q计算曝气设备的浸没深度H，并根据浸没深度H和反应池的高度计算得出反应池的液位设定值LS，具体包括以下内容：假设t时刻，输入至工艺系统的曝气功率设定值为Q(t)，则曝气设备的浸没深度H(t)的计算公式为：H(t)＝A·Q(t)+B(1)式中，H(t)表示t时刻曝气设备的浸没深度；Q(t)表示t时刻用户输入的曝气功率设定值；A是斜率；B为截距；反应池内t时刻的液位设定值LS(t)的计算公式为：LS(t)＝HD-RD+H(t)(2)式中，LS(t)表示t时刻反应池内的液位设定值；HD表示曝气设备的安装高度；RD表示曝气设备的工作半径；H(t)表示t时刻曝气设备的浸没深度；整理式(1)和式(2)推导出LS(t)和Q(t)的线性关系公式为：LS(t)＝A·Q(t)+(HD-RD+B)(3)式中，LS(t)表示t时刻反应池内的液位设定值；Q(t)表示t时刻用户输入的曝气功率设定值；A是斜率；B为截距；HD表示曝气设备的安装高度；RD表示曝气设备的工作半径。所述步骤(5)工艺系统根据液位差值ΔL，计算得到出水堰的开度调节设定值ΔP，并将开度调节设定值ΔP发送给电动系统，其中，t时刻出水堰开度调节值ΔP(t)的计算公式为：ΔP(t)＝K1ΔL(t)+K2ΔL(t-1)(5)式中，ΔP(t)表示t时刻出水堰的开度调节设定值；ΔL(t)表示t时刻液位差值；ΔL(t-1)表示t-1时刻的液位差值；K1和K2是通过实验调试确定的系数；t和t-1为两采样时间间隔点。所述步骤(6)电动系统接收开度调节设定值ΔP，并选取电动机控制模式，根据开度调节设定值ΔP和所选取的电动机控制模式对应的出水堰调节模型计算电动机控制指令，其中，电动机控制模式包括调节时间计算模式和调节次数计算模式，调节时间计算模式对应的出水堰调节模型计算的电动机控制指令为调节时间值T，调节次数...

【技术保护点】
一种氧化沟出水堰自动调节方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别启动控制器、工艺系统和电动系统，使得控制器、工艺系统和电动系统分别处于待机状态；(2)将曝气功率设定值Q通过控制器发送到工艺系统，工艺系统采集曝气设备的电流值并计算曝气功率实际值q，并判断q/Q‑1的绝对值是否大于预设值，若不大于，返回步骤(1)，若大于，进入步骤(3)；(3)工艺系统根据曝气功率设定值Q计算曝气设备的浸没深度H，并根据浸没深度H和反应池的高度计算得出反应池的液位设定值LS；(4)工艺系统获取反应池的当前液位值L并与液位设定值LS进行比较计算得出液位差值ΔL，判断液位差值ΔL的绝对值是否小于设定值，若小于，则返回步骤(1)；若不小于，则进入步骤(5)；(5)工艺系统根据液位差值ΔL，计算得到出水堰的开度调节设定值ΔP，并将开度调节设定值ΔP发送给电动系统；(6)电动系统接收开度调节设定值ΔP，并选取电动机控制模式，根据开度调节设定值ΔP和所选取的电动机控制模式对应的出水堰调节模型计算电动机控制指令，并通过继电器组根据电动机控制指令控制电动机运动，进而带动出水堰运动，电动系统判断控制指令是否执行完毕，若是，则转步骤(4)。...

【技术特征摘要】
1.一种氧化沟出水堰自动调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)分别启动控制器、工艺系统和电动系统，使得控制器、工艺系统和电动系统
分别处于待机状态；
(2)将曝气功率设定值Q通过控制器发送到工艺系统，工艺系统采集曝气设备的
电流值并计算曝气功率实际值q，并判断q/Q-1的绝对值是否大于预设值，若不大于，
返回步骤(1)，若大于，进入步骤(3)；
(3)工艺系统根据曝气功率设定值Q计算曝气设备的浸没深度H，并根据浸没深
度H和反应池的高度计算得出反应池的液位设定值LS；
(4)工艺系统获取反应池的当前液位值L并与液位设定值LS进行比较计算得出液
位差值ΔL，判断液位差值ΔL的绝对值是否小于设定值，若小于，则返回步骤(1)；
若不小于，则进入步骤(5)；
(5)工艺系统根据液位差值ΔL，计算得到出水堰的开度调节设定值ΔP，并将开
度调节设定值ΔP发送给电动系统；
(6)电动系统接收开度调节设定值ΔP，并选取电动机控制模式，根据开度调节
设定值ΔP和所选取的电动机控制模式对应的出水堰调节模型计算电动机控制指令，并
通过继电器组根据电动机控制指令控制电动机运动，进而带动出水堰运动，电动系统
判断控制指令是否执行完毕，若是，则转步骤(4)。
2.如权利要求1所述一种氧化沟出水堰自动调节方法，其特征在于：所述步骤(3)
工艺系统根据曝气功率设定值Q计算曝气设备的浸没深度H，并根据浸没深度H和反
应池的高度计算得出反应池的液位设定值LS，具体包括以下内容：
假设t时刻，输入至工艺系统的曝气功率设定值为Q(t)，则曝气设备的浸没深度
H(t)的计算公式为：
H(t)＝A·Q(t)+B(1)
式中，H(t)表示t时刻曝气设备的浸没深度；Q(t)表示t时刻用户输入的曝气功
率设定值；A是斜率；B为截距；
反应池内t时刻的液位设定值LS(t)的计算公式为：
LS(t)＝HD-RD+H(t)(2)
式中，LS(t)表示t时刻反应池内的液位设定值；HD表示曝气设备的安装高度；RD表示曝气设备的工作半径；H(t)表示t时刻曝气设备的浸没深度；
整理式(1)和式(2)推导出LS(t)和Q(t)的线性关系公式为：
LS(t)＝A·Q(t)+(HD-RD+B)(3)
式中，LS(t)表示t时刻反应池内的液位设定值；Q(t)表示t时刻用户输入的曝气
功率设定值；A是斜率；B为截距；HD表示曝气设备的安装高度；RD表示曝气设备的
工作半径。
3.如权利要求2所述一种氧化沟出水堰自动调节方法，其特征在于：所述步骤(5)
工艺系统根据液位差值ΔL，计算得到出水堰的开度调节设定值ΔP，并将开度调节设
定值ΔP发送给电动系统，其中，t时刻出水堰开度调节值ΔP(t)的计算公式为：
ΔP(t)＝K1ΔL(t)+K2ΔL(t-1)(5)
式中，ΔP(t)表示t时刻出水堰的开度调节设定值；ΔL(t)表示t时刻液位差值；
ΔL(t-1)表示t-1时刻的液位差值；K1和K2是通过实验调试确定的系数；t和t-1为
两采样时间间隔点。
4.如权利要求3所述一种氧化沟出水堰自动调节方法，其特征在于：所述步骤(6)
电动系统接收开度调节设定值ΔP，并选取电动机控制模式，根据开度调节设定值ΔP和
所选取的电动机控制模式对应的出水堰调节模型计算电动机控制指令，其中，电动机
控制模式包括调节时间计算模式和调节次数计算模式，调节时间计算模式对应的出水
堰调节模型计算的电动机控制指令为调节时间值T，调节次数计算模式对应的出水堰
调节模型计算的电动机控制指令为调节次数值N，当液位稳定时间长、调节后需等待
较长时间间隔时，为了能够一次调节到位，采用节时间计算模式；当液位或流速响应
较快、电动装置固定调节幅度时，为了能够实现多次连续调节，采用调节次数计算模
式，其中，调节时间值T的出水堰调节模型为：
T=ΔP100Tm,0+τ,ifa=0ΔP100Tm,1+τ,ifa=1---(6)]]>式中，a表示动作方向，0表示开启，1表示关闭；T表示该次调节的时间；ΔP表
示出水堰的开度调节设定值；Tm,0为理论全程开启所需时间；Tm,1为理论全程关闭所需
时间；τ为电气和机械系统的动作滞后时间；
调节次数值N的出水堰调节模型为：
N=ΔP·Tm,0100·(TS-τ),ifa=0ΔP·Tm,1100·(TS-τ),ifa=1---(7)]]>式中，a表示动...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱勇，李冰，田宇心，施汉昌，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11