A vízkezelési folyamatok teljes automatizálása. Mechanikus szennyvíztisztítási folyamatok automatizálása A meglévő rendszer hátrányai

Bevezetés

Elméleti rész

1.1 A szennyvíztisztítás alapjai

2 A szennyvíztisztítás korszerű módszereinek elemzése

3 A szennyvíztisztítási folyamatok automatizálási lehetőségének elemzése

4 Meglévő hardver (logikailag programozható PLC vezérlők) és szoftver elemzése

5 Következtetések az első fejezethez

2. Áramköri rész

2.1 A tározó feltöltéséhez szükséges vízszint blokkvázlatának kidolgozása

2.2 Funkcionális diagram kidolgozása

3 A szabályozó testület számítása

4 A vezérlő beállításainak meghatározása. Önjáró fegyverek szintézise

5 A beépített ADC paramétereinek kiszámítása

2.6 A második fejezet következtetései

3. Szoftver rész

3.1 Algoritmus kidolgozása a SAC rendszer működéséhez CoDeSys környezetben

3.2 Programfejlesztés CoDeSys környezetben

3 Mérési információk vizuális megjelenítésére szolgáló felület kialakítása

4 Következtetések a harmadik fejezethez

4. Szervezeti és gazdasági rész

4.1 Az automatizált folyamatirányító rendszerek gazdasági hatékonysága

2 Az irányítási rendszer főbb költségeinek számítása

3 Gyártási folyamatok szervezése

4.4 Következtetések a negyedik szakaszhoz

5. Életbiztonság és környezetvédelem

5.1 Életbiztonság

2 Környezetvédelem

3 Következtetések az ötödik fejezethez

Következtetés

Bibliográfia

Bevezetés

Az ivóvízi, higiéniai, mezőgazdasági és ipari célokra használt édesvíztestek közvetlen közelében mindenkor emberi települések és ipari létesítmények helyezkedtek el. A víz emberi felhasználása során megváltoztatta természetes tulajdonságait, és bizonyos esetekben egészségügyi szempontból veszélyessé vált. Ezt követően a mérnöki berendezések fejlesztésével a városokban és az ipari létesítményekben felmerült az igény szervezett módszerek kidolgozására a szennyezett szennyvízáramok speciális hidraulikus szerkezeteken keresztül történő elvezetésére.

Jelenleg az édesvíz, mint természetes nyersanyag jelentősége folyamatosan növekszik. A mindennapi életben és az iparban történő felhasználáskor a víz ásványi és szerves eredetű anyagokkal szennyeződik. Ezt a vizet általában szennyvíznek nevezik.

A szennyvíz eredetétől függően mérgező anyagokat és különféle fertőző betegségek kórokozóit tartalmazhat. A városok és ipari vállalkozások vízgazdálkodási rendszerei modern gravitációs és nyomóvezeték-komplexumokkal és egyéb speciális szerkezetekkel vannak felszerelve, amelyek a víz és a keletkező üledék eltávolítását, tisztítását, semlegesítését és felhasználását végzik. Az ilyen komplexumokat vízelvezető rendszereknek nevezik. A vízelvezető rendszerek gondoskodnak az eső- és olvadékvíz eltávolításáról és tisztításáról is. A vízelvezető rendszerek kiépítését a városok és a lakott területek lakosságának normális életkörülmények biztosításának, a természeti környezet jó állapotának fenntartásának igénye határozta meg.

Ipari fejlődés és városnövekedés Európában a XIX. Elvezető csatornák építéséhez vezetett. A városi higiénia fejlesztésének erőteljes ösztönzése volt az 1818-ban Angliában kitört kolerajárvány. A következő években ebben az országban a parlament erőfeszítései révén intézkedéseket hajtottak végre a nyílt csatornák föld alatti csatornákkal való helyettesítésére, jóváhagyták a tározókba engedett szennyvíz minőségére vonatkozó szabványokat, és megszervezték a háztartási szennyvíz biológiai tisztítását az öntözőmezőkön.

1898-ban Moszkvában üzembe helyezték az első vízelvezető rendszert, amely gravitációs és nyomásos vízelvezető hálózatokat, szivattyútelepet és lublini öntözőmezőket tartalmazott. Megalapítója lett Európa legnagyobb moszkvai vízelvezető és szennyvízkezelő rendszerének.

Különösen fontos a háztartási és ipari szennyvíz korszerű elvezetési rendszerének kialakítása, amely magas fokú védelmet biztosít a természeti környezetnek a szennyezéstől. A legjelentősebb eredményeket a szennyvízelvezető rendszerekben és az ipari szennyvízkezelésben történő hatékony vízfelhasználás új technológiai megoldásainak kidolgozásában érte el.

E problémák sikeres megoldásának előfeltétele a vízelvezető rendszerek építése során a magasan képzett szakemberek által a tudomány és a technológia legújabb vívmányainak felhasználásával végzett fejlesztések a vízelvezető hálózatok és tisztító létesítmények építése és rekonstrukciója terén.

1. Elméleti rész

1 A szennyvíztisztítás alapjai

Szennyvíz az ipari vállalkozások területéről, lakott területekről a csatornarendszeren keresztül vagy gravitáció útján a tározókba kibocsátott minden olyan víz és csapadék, amelynek tulajdonságai emberi tevékenység következtében romlottak.

A szennyvíz forrás szerint a következőkre osztható:

) Az ipari (ipari) szennyvizet (a termelés vagy bányászat során technológiai folyamatokban keletkezik) ipari vagy általános szennyvízelvezető rendszeren keresztül vezetik el.

) A háztartási (háztartási és fekáliás) szennyvizet (lakóhelyiségekben, valamint termelési helyiségekben keletkező háztartási helyiségekben, például zuhanyzókban, WC-kben) a háztartási vagy általános csatornarendszeren keresztül vezetik el.

) A felszíni szennyvizet (csapadékvízre és olvadékvízre osztva, azaz hó, jég, jégeső olvadásával keletkezik) általában csapadékcsatorna rendszeren keresztül vezetik el. "Viharcsatornáknak" is nevezhető.

Az ipari szennyvíz a légköri és háztartási szennyvíztől eltérően nem állandó összetételű, és felosztható:

) A szennyező anyagok összetétele.

) Szennyezőanyagok koncentrációja.

) A szennyező anyagok tulajdonságai.

) Savasság.

) A szennyező anyagok toxikus hatásai és hatásai a víztestekre.

A szennyvízkezelés fő célja a vízellátás. A (lakott terület vagy ipari vállalkozás) vízellátó rendszerének biztosítania kell, hogy a vizet természetes forrásból nyerjék, ha a fogyasztói igények megkívánják, megtisztítsák és a fogyasztási helyekre kerüljenek.

Vízellátási diagram: 1 - vízellátás forrása, 2 - vízbevezető műtárgy, 3 - az első emelet szivattyútelepe, 4 - tisztítóberendezések, 5 - tisztavíz-tározó, 6 - a második emelkedő szivattyútelepe, 7 - vízvezetékek , 8 - víztorony, 9 - vízelosztó háló.

E feladatok elvégzéséhez a következő szerkezeteket használják, amelyek általában a vízellátó rendszer részét képezik:

) Vízbevezető műtárgyak, amelyeken keresztül természetes forrásból érkezik a víz.

) Vízemelő műtárgyak, azaz szivattyútelepek, amelyek vízzel látják el a tisztítás, tárolás vagy fogyasztás helyeit.

) Víztisztító berendezések.

) Vízvezetékek és vízellátó hálózatok, amelyek a víz fogyasztási helyeinek szállítására és ellátására szolgálnak.

) Tornyok és tározók, amelyek a vízellátó rendszerben vezérlő és tartalék tartályok szerepét töltik be.

1.2 A szennyvízkezelés korszerű módszereinek elemzése

A szennyvízkezelés modern módszerei mechanikai, fizikai-kémiai és biokémiai módszerekre oszthatók. A szennyvíztisztítás során iszap képződik, amelyet semlegesítésnek, fertőtlenítésnek, víztelenítésnek, szárításnak vetnek alá, majd az iszap ártalmatlanítása lehetséges. Ha a szennyvíz tározóba történő kibocsátásának feltételei szerint magasabb fokú tisztításra van szükség, akkor a teljes biológiai szennyvíztisztító létesítmények után mélytisztító berendezéseket telepítenek.

A mechanikus szennyvíztisztító berendezéseket úgy alakították ki, hogy visszatartsák a fel nem oldott szennyeződéseket. Ide tartoznak a különféle kivitelű rácsok, sziták, homokfogók, ülepítő tartályok és szűrők. A rácsokat és rostákat úgy tervezték, hogy visszatartsák a szerves és ásványi eredetű nagy szennyeződéseket.

A homokcsapdákat ásványi szennyeződések, elsősorban homok leválasztására használják. Az ülepítő tartályok felfogják az ülepedő és lebegő szennyvízszennyeződéseket.

A speciális szennyeződéseket tartalmazó ipari szennyvizek kezelésére zsírfogónak, olajfogónak, olaj- és kátrányfogónak, stb. nevezett szerkezeteket használnak.

A mechanikus szennyvíztisztító létesítmények a biológiai tisztítás előtti szakaszt jelentik. A települési szennyvíz mechanikus tisztítása során a fel nem oldott szennyeződések akár 60%-a is visszatartható.

A települési szennyvíz tisztítására szolgáló fizikai-kémiai módszereket, figyelembe véve a műszaki és gazdasági mutatókat, nagyon ritkán alkalmazzák. Ezeket a módszereket elsősorban az ipari szennyvíz kezelésére használják.

Az ipari szennyvíz fizikai-kémiai tisztítási módszerei közé tartozik: reagens kezelés, szorpció, extrakció, bepárlás, gáztalanítás, ioncsere, ózonozás, elektroflotáció, klórozás, elektrodialízis stb.

A szennyvíztisztítás biológiai módszerei az oldott szerves vegyületeket mineralizáló mikroorganizmusok létfontosságú tevékenységén alapulnak, amelyek a mikroorganizmusok táplálékforrásai. A biológiai tisztító létesítmények két típusra oszthatók.

3. ábra - A szennyvíztisztítás sémája bioszűrőkkel

A szennyvízkezelés sémája bioszűrőkkel: 1 - rács; 2 - homokcsapda; 3 - csővezeték a homok eltávolításához; 4 - elsődleges ülepítő tartály; 5 - iszap kimenet; 6 - bioszűrő; 7 - jet sprinkler; 8 - klórozási pont; 9 - másodlagos ülepítő tartály; 10 - kérdés.

A szennyvíz mechanikus tisztítása kétféleképpen történhet:

)Az első módszer az, hogy a vizet szitán és szitán átszűrjük, ezzel elválasztva a szilárd részecskéket.

)A második módszer a víz speciális ülepítő tartályokban történő ülepítése, melynek eredményeként ásványi részecskék ülepednek a fenékre.

4. ábra - Mechanikus szennyvízkezeléssel ellátott tisztítómű technológiai diagramja

Folyamat diagram: 1 - szennyvíz; 2 - rácsok; 3 - homokcsapdák; 4 - ülepítő tartályok; 5 - keverők; 6 - érintkező tartály; 7 - elengedés; 8 - zúzógépek; 9 - homokos területek; 10 - rothasztók; 11 - klórozás; 12 - iszapterületek; 13 - hulladék; 14 - pép; 15 - homokpép; 16 - nyers üledék; 17 - fermentált üledék; 18 - vízelvezető víz; 19 - klóros víz.

A szennyvíz a csatornahálózatból először szitákra vagy szitákra folyik, ahol megszűrik, és a nagy alkatrészeket - rongyokat, konyhai hulladékot, papírt stb. - tartott. A rácsok és hálók által visszatartott nagy alkatrészeket fertőtlenítés céljából eltávolítják. A megfeszített szennyvíz homokcsapdákba kerül, ahol visszatartják az elsősorban ásványi eredetű szennyeződéseket (homok, salak, szén, hamu stb.).

1.3 Az automatizálás lehetőségének elemzése, szennyvízkezelési folyamatok

A szennyvízrendszerek és szerkezetek automatizálásának fő céljai a vízelvezetés és a szennyvíztisztítás minőségének javítása (a szennyvíz zavartalan elvezetése és szivattyúzása, a szennyvíztisztítás minősége stb.), az üzemeltetési költségek csökkentése, a munkakörülmények javítása.

A vízelvezető rendszerek és műtárgyak fő funkciója a műtárgyak megbízhatóságának növelése a berendezések állapotának figyelésével, valamint az információk megbízhatóságának és a műtárgyak stabilitásának automatikus ellenőrzésével. Mindez hozzájárul a szennyvíztisztítás technológiai folyamatparamétereinek és minőségi mutatóinak automatikus stabilizálásához, a zavaró hatásokra való gyors reagáláshoz (a kibocsátott szennyvíz mennyiségének változása, a tisztított szennyvíz minőségének változása). Az automatizálás végső célja az irányítási tevékenységek hatékonyságának növelése. A tisztítótelep irányítási rendszerének felépítése a következő: funkcionális; szervezeti; információs; szoftver; műszaki.

A rendszer létrehozásának alapja a funkcionális struktúra, míg a többi struktúrát maga a funkcionális struktúra határozza meg. Funkcionalitásuk alapján minden vezérlőrendszer három alrendszerre oszlik:

technológiai folyamatok működési ellenőrzése és irányítása;

technológiai folyamatok operatív tervezése;

műszaki-gazdasági mutatók számítása, vízelvezető rendszer elemzése, tervezése.

Emellett az alrendszerek a hatékonyság (a funkciók időtartama) kritériuma szerint hierarchikus szintekre oszthatók. Az azonos szintű, hasonló funkciók csoportjait blokkokba egyesítjük.

5. ábra - Szennyvíztisztító telepek automatizált vezérlőrendszereinek funkcionális felépítése

Az adatátvitel, az irányítóközpontokkal való kommunikáció és a vízelvezetés, valamint a szennyvízkezelési folyamatok lebonyolításának hatékonyságának növelése érdekében javasoljuk a nem mindig megbízható telefonos kommunikációs rendszer száloptikás rendszerre való cseréjét. Ugyanakkor a vízelvezető hálózatok, szivattyútelepek és szennyvíztisztító telepek automatikus vezérlőrendszereiben a legtöbb folyamatot számítógépen hajtják végre. Ez vonatkozik a hosszú távú tervezés és munka elszámolására, elemzésére, számításaira, valamint az összes szennyvízrendszer és építmény működéséről szóló jelentéshez szükséges dokumentumok végrehajtására is.

A vízelvezető rendszerek zavartalan működése érdekében a számviteli és jelentési elemzés alapján lehetőség nyílik hosszú távú tervezésre, amely végső soron a teljes komplexum megbízhatóságát növeli.

1.4 Meglévő hardver (logikailag programozható PLC vezérlők) és szoftver elemzése

A programozható logikai vezérlők (PLC) évtizedek óta szerves részét képezik az üzemautomatizálási és folyamatirányító rendszereknek. A PLC-k alkalmazási köre nagyon széles. Ezek az egyszerű világításvezérlő rendszerektől a vegyi üzemek környezetfelügyeleti rendszeréig terjedhetnek. A PLC központi egysége a vezérlő, amelyhez komponenseket adnak a szükséges funkcionalitás biztosításához, és amely egy adott feladat végrehajtására van programozva.

A vezérlők gyártását mind az ismert elektronikai gyártók, mint például a Siemens, a Fujitsu vagy a Motorola, mind a vezérlőelektronika gyártására szakosodott cégek, például a Texas Instruments Inc. Természetesen az összes vezérlő nem csak a funkcionalitásban különbözik, hanem az ár és a minőség kombinációjában is. Mivel Európában jelenleg a Siemens mikrokontrollerek a legelterjedtebbek, gyártóüzemekben és laboratóriumi padokon egyaránt megtalálhatóak, ezért a német gyártót választjuk.

6. ábra – "LOGO" logikai modul

Alkalmazási terület: technológiai berendezések (szivattyúk, ventilátorok, kompresszorok, prések), fűtési és szellőztető rendszerek, szállítószalagos rendszerek, forgalomirányító rendszerek vezérlése, kapcsolóberendezések vezérlése stb.

Siemens vezérlők programozása - A LOGO!Basic modulok billentyűzetről is végrehajthatók a beépített kijelzőn megjelenő információkkal.

1. táblázat Műszaki adatok

Tápfeszültség/bemeneti feszültség: névleges érték ~ 115 ... 240 V AC frekvencia ~ 47 ... 63 Hz Teljesítményfelvétel tápfeszültségnél ~ 3,6 ... 6,0 W / ~ 230 V Diszkrét bemenetek: Bemenetek száma: 8 Bemeneti feszültség : alacsony szint, nem magasabb szint, nem kevesebb, mint 5 V 12 V Bemeneti áram: alacsony szint, nem magasabb szint, nem kevesebb, mint ~0,03 mA ~0,08 mA/=0,12 mAD diszkrét kimenetek: Kimenetek száma 4 Galvanikus leválasztás igen diszkrét bemenet terhelésként Lehetséges analóg bemenetek: Bemenetek száma 4 (I1 és I2, I7 és I8) Mérési tartomány = 0 ... 10 V Maximális bemeneti feszültség = 28,8 V Ház védelmi fokozat IP 20 Tömeg 190 g

A Siemens vezérlő programozási folyamata a szükséges funkciók szoftveres csatlakoztatásán és a beállítások (be/ki késleltetések, számláló értékek stb.) beállításán múlik. Mindezen műveletek végrehajtásához egy beépített menürendszert használnak. Az elkészült program átírható a „LOGO!” modul interfészébe zárt memóriamodulba.

A német "Siemens" cég által gyártott "LOGO!" mikrokontroller minden műszaki paraméterre alkalmas.

Nézzük a hazai gyártású mikrokontrollereket. Oroszországban jelenleg nem sok olyan vállalkozás gyárt mikrovezérlő berendezéseket. Jelenleg egy sikeres, vezérlés-automatizálási rendszerek gyártására szakosodott vállalkozás az OWEN cég, amelynek termelő létesítményei vannak a Tula régióban. Ez a cég 1992 óta szakosodott mikrokontrollerek és érzékelő berendezések gyártására.

Az OWEN mikrovezérlőinek vezetője a PLC logikai vezérlők sorozata.

7. ábra - A PLC-150 megjelenése

A PLC-150 különféle területeken használható - a kis és közepes méretű objektumok vezérlőrendszereinek létrehozásától a diszpécserrendszerek építéséig. Példa Egy épület vízellátó rendszerének automatizálása az OWEN PLC 150 vezérlővel és az OWEN MVU 8 kimeneti modullal.

8. ábra - Egy épület vízellátásának sémája PLC 150 segítségével

Nézzük meg a PLC-150 főbb műszaki paramétereit. Az általános információkat a táblázat tartalmazza.

2. táblázat Általános információk

Kivitel Egységes ház DIN&sínre szereléshez (szélesség 35 mm), hossz 105 mm (6U), kapocstávolság 7,5 mm Ház védettségi fokozat IP20 Tápfeszültség: PLC 150&22090…264 V AC (névleges feszültség 220 V) 47…63 frekvenciával Hz Előlapi kijelző 1 jelző tápegység 6 digitális bemenet állapotjelző 4 kimenet állapotjelző 1 kommunikáció állapotjelző CoDeSys-szel 1 felhasználói program működési jelzője Áramfelvétel 6 W

A PLC-150 logikai vezérlő erőforrásait a 3. táblázat mutatja.

3. táblázat Források

Központi processzor 32 bites RISC és 200 MHz processzor az ARM9 mag RAM-on alapuló RAM kapacitása 8 MB Nem felejtő memória programok és archívumok CoDeSys kernelben való tárolására 4 MB Memória mérete 4 kV PLC ciklus végrehajtási idő Minimum 250 μs (nem rögzített) , jellemző 1 ms-tól

A diszkrét bemenetekre vonatkozó információkat a 4. táblázat tartalmazza.

4. táblázat Digitális bemenetek

Diszkrét bemenetek száma 6 Diszkrét bemenetek galvanikus leválasztása, csoport Diszkrét bemenetek elektromos leválasztásának erőssége 1,5 kV A diszkrét bemenetre továbbított jel maximális frekvenciája 1 kHz szoftveres feldolgozással 10 kHz hardveres számláló és kódoló processzor használata esetén

Az analóg bemenetekre vonatkozó információkat az 5. táblázat tartalmazza.

5. táblázat Analóg bemenetek

Analóg bemenetek száma 4 Támogatott egyesített bemeneti jelek típusai Feszültség 0...1 V, 0...10 V, -50...+50 mV Áram 0...5 mA, 0(4)...20 mA Ellenállás 0.. .5 kOhm Támogatott érzékelők típusai Hőellenállások: TSM50M, TSP50P, TSM100M, TSP100P, TSN100N, TSM500M, TSP500P, TSN500N, TSP1000P, TSN500N, TSP1000P, TSN1000P, ТJL, TSN1000 ТНН (N) , ТХА (K), CCI (S ), TPP (R), TPR (V), TVR (A&1), TVR (A&2) Beépített ADC kapacitás 16 bit Analóg bemenet belső ellenállása: árammérési módban feszültségmérésnél üzemmód 0...10 V 50 Ohm kb 10 kOhm Egy analóg bemenet mintavételi ideje 0,5 s Csökkentett alapvető mérési hiba analóg bemeneteknél 0,5 % Az analóg bemenetek galvanikus leválasztása hiányzik

A PLC-150 programozás a CoDeSys v.2.3.6.1 és régebbi professzionális programozási rendszerrel történik. A CoDeSys egy vezérlőfejlesztő rendszer. A komplexum két fő részből áll: a CoDeSys programozási környezetből és a CoDeSys SP végrehajtó rendszerből. A CoDeSys számítógépen fut, és programok előkészítésére szolgál. A programokat gyors gépi kódba fordítják és betöltik a vezérlőbe. A CoDeSys SP a vezérlőben fut, kód betöltését és hibakeresését, I/O karbantartást és egyéb szerviz funkciókat biztosít. Több mint 250 ismert cég gyárt CoDeSys-sel berendezéseket. Emberek ezrei, akik naponta dolgoznak vele, oldják meg az ipari automatizálási problémákat. Ma a CoDeSys a világ legelterjedtebb IEC programozási komplexuma. A gyakorlatban maga az IEC programozási rendszerek szabványaként és példájaként szolgál.

A PLC szinkronizálása személyi számítógéppel a „COM” porton keresztül történik, amely minden személyi számítógépen elérhető.

A hazai gyártású OVEN mikrokontroller minden paraméternek megfelel. Egységes jelekkel rendelkező analóg és digitális mérőeszközöket egyaránt csatlakoztathat hozzá. A vezérlő egyszerűen csatlakozik egy személyi számítógéphez a „COM” porton keresztül, és távoli hozzáférés is lehetséges. A PLC-150 más gyártók programozható logikai vezérlőivel is összehangolható. A PLC-150 programozása a Controller Development System (CoDeSys) segítségével, magas szintű programozási nyelven történik.

5 Következtetések az első fejezethez

Ez a fejezet a szennyvíztisztítás alapjait, a korszerű tisztítási módszerek elemzését és ezen folyamatok automatizálásának lehetőségét vizsgálta.

Elemzés készült a szennyvíztisztítási technológiai berendezések vezérlésére szolgáló meglévő hardverekről (logikailag programozható PLC vezérlők) és szoftverekről. Elkészült a hazai és külföldi mikrokontrollergyártók elemzése.

2. Áramköri rész

Az automatizálás egyik fontos funkciója: technológiai folyamatok automatikus vezérlése és irányítása, szivattyútelepek és tisztítóberendezések felszerelése, minden szakterületen automatizált munkahelyek, munkaprofilok kialakítása modern technológiákon alapul.

A vízelvezető rendszerek és műtárgyak fő funkciója a műtárgyak megbízhatóságának növelése a berendezések állapotának figyelésével, valamint az információk megbízhatóságának és a műtárgyak stabilitásának automatikus ellenőrzésével. Mindez hozzájárul a szennyvíztisztítás technológiai folyamatparamétereinek és minőségi mutatóinak automatikus stabilizálásához, a zavaró hatásokra való gyors reagáláshoz (a kibocsátott szennyvíz mennyiségének változása, a tisztított szennyvíz minőségének változása). Az automatizálás végső célja az irányítási tevékenységek hatékonyságának növelése.

A korszerű vízelvezető hálózatokat és szivattyútelepeket lehetőség szerint úgy kell megtervezni, hogy a karbantartó személyzet állandó jelenléte nélkül vezérelhetők legyenek.

1 A főtározó feltöltéséhez szükséges vízszint blokkvázlatának kidolgozása

Az automata vezérlőrendszer blokkvázlata a 9. ábrán látható:

9. ábra - Blokkdiagram

A blokkdiagram jobb oldalán egy PLC-150 látható. Tőle jobbra található egy interfész a helyi hálózathoz (Ethernet) való csatlakozáshoz a vezérlő távoli eléréséhez. A jelet digitálisan továbbítják. Az RS-232 interfészen keresztül történik a koordináció egy személyi számítógéppel. Mivel a vezérlő nem igényes a számítógép műszaki alkatrészeire, még egy gyenge „gép”, mint egy Pentium 4 vagy hasonló modellek is elegendőek a teljes rendszer egészének megfelelő működéséhez. A PLC-150 és a személyi számítógép közötti jel digitálisan továbbítódik.

2 Funkcionális diagram kidolgozása

Az automatikus vízszintszabályozó rendszer működési diagramja a 10. ábrán látható:

10. ábra funkcionális diagram

A vezérlőobjektum átviteli függvényének paraméterei

Műszaki specifikációi szerint rendelkezünk:

H= 3 [m] - csőmagasság.

h 0= 1,0 [m] - beállított szint.

K n0 = 12000 [l/óra] - névleges áramlás.

d = 1,4 [m] - csőátmérő.

Op-amp átviteli funkció:

(1)

Számítsuk ki az átviteli függvény számértékeit.

A tartály keresztmetszeti területe:

(2)

Névleges bejövő áramlás:

(3)

K átviteli együttható:

(4)

T időállandó:

(5)

Így a vezérlőobjektum átviteli függvénye a következő formában lesz:

(6)

Az automatikus vezérlőrendszer felépítése a 0. ábrán látható:

11. ábra - Az ACS blokkvázlata

ahol: Kr.o. a Qpo bejövő áramlási sebesség szabályozó szervének (RO) átviteli együtthatója;

Kd - szintérzékelő átviteli tényezője h

Wp - az automatikus vezérlő átviteli funkciója

A szabályozó erősítésének kiszámítása K r.o :

,

Ahol - változás a bejövő áramlásban;

a szelep nyitási fokának változása (százalékban).

A bejövő áramlás függését a szelep nyitási fokától a 12. ábra mutatja:

12. ábra - A bejövő áramlás függése a szelep nyitási fokától

Szintérzékelő erősítésének becslése

A szintérzékelő erősítését a szintérzékelő kimeneti paramétere növekményének arányaként határozzuk meg i[mA] a paraméter beviteléhez [m].

A folyadékszint maximális magassága, amelyet a szintérzékelőnek mérnie kell, 1,5 méter, és a szintérzékelő aktuális egységes kimeneti jelének változása 0-1,5 méteres szintváltozás esetén 4-20 [mA ].

(7)

Az általános ipari szintérzékelők beépített simító funkcióval rendelkeznek a kimeneti jelhez egy elsőrendű inerciális szűrőelem segítségével, amelynek Tf időállandója egységtől tíz másodpercig terjedő tartományban beállítható. Kiválasztjuk a Tf = 10 s szűrési időállandót.

Ekkor a szintérzékelő átviteli funkciója:

(8)

A vezérlőrendszer felépítése a következőképpen alakul:

13. ábra - vezérlőrendszer felépítése

Egyszerűsített vezérlőrendszer felépítése számértékekkel:

14. ábra - a vezérlőrendszer egyszerűsített felépítése

A rendszer nem változtatható részének logaritmikus amplitúdó-fázis frekvencia karakterisztikája

Az ACS változtathatatlan részének LAFCH karakterisztikáját hozzávetőleges módszerrel szerkesztik meg, amely abból áll, hogy egy átviteli függvényt tartalmazó kapcsolat esetén:

(9)

logaritmikus koordináta rácsban 1/T frekvenciáig, ahol T=56 s az időállandó, az LFC a frekvenciatengellyel párhuzamos egyenes alakja 20 log K=20 log0.43 szinten =-7,3 dB, és 1 /T-nél nagyobb frekvenciák esetén a LAF egyenes vonalú, amelynek meredeksége -20 dB/dec az 1/Tf csatolási frekvenciához képest, ahol a meredekség további -20 dB/dec-vel változik. és -40 dB/dec.

Párosítási gyakoriságok:

(10)

(11)

Így rendelkezünk:

15. ábra - Az eredeti nyílt hurkú rendszer LAPFC-je

2.3 Szabályozási számítás a bejövő és kimenő áramlásokra

Szabályozó szervet a Cv feltételes kapacitás alapján választunk ki.

A Cv értéket a DIN EN 60534 nemzetközi szabvány szerint számítják ki, a következő képlet szerint:

(12)

ahol Q áramlás [m 3/h], ρ - folyadékok sűrűsége [kg/m 3], Δ p - nyomáskülönbség [bar] a szelep előtt (P1) és a szelep mögött (P2) az áramlás irányában.

Ezután a Q áramlásszabályozóhoz n0 a forrásadatok szerint:

(13)

A Qp térfogatáram esetleges változásához az automatikus szabályozás során a Qp névleges értékéhez képest 0A Qp maximális értékét a névleges érték kétszeresének vesszük, azaz .

A bejövő áramlás áramlási területének átmérőjét a következőképpen kell kiszámítani:

(14)

Hasonlóképpen a kimenő áramláshoz a következőket kínáljuk:

(15)

(16)

2.4 A vezérlő beállításainak meghatározása. Önjáró fegyverek szintézise

A nyílt hurkú ACS LAPFC-jének felépítése a lineáris rendszerek elméletének következményén alapul, miszerint ha egy nyílt hurkú (minimális fáziskapcsolatokból álló) rendszer LAPFC-jének meredeksége -20 dB/ dec a jelentős frekvenciák tartományában (a szektor ±20 dB vonalakkal levágva), majd:

a zárt ACS stabil;

a zárt hurkú automatikus vezérlőrendszer átmeneti funkciója közel áll a monotonhoz;

szabályozási idő

. (17)

Nyílt hurkú forrásrendszer felépítése PI vezérlővel:

16. ábra - Az eredeti rendszer felépítése PI vezérlővel

Kívánt LFC (L és ) a nyílt hurkú ACS legegyszerűbb típusának, amely zárt formában kielégíti a meghatározott minőségi mutatókat, jelentős frekvenciák közelében az LFC -20 dB/dec meredekséggel és a frekvenciával való metszésponttal kell rendelkeznie. tengely:

(18)

Az alacsony frekvenciájú aszimptota tartományában nulla (a műszaki előírásoknak megfelelő) statikus hiba létrehozása δ st =0, a nyílt hurkú rendszer frekvenciakarakterisztikájának meg kell felelnie legalább I. rendű integrátornak. Ekkor természetes, hogy a kívánt LFC-t ezen a területen egyenes alakban alakítjuk ki -20 dB/dec meredekséggel. Lz folytatásaként a jelentős frekvenciák tartományából. Az ACS megvalósításának egyszerűsítése érdekében a nagyfrekvenciás aszimptotának meg kell felelnie a rendszer nem változtatható részének nagyfrekvenciás aszimptotájának. Így a nyílt hurkú rendszer kívánt LFC-je a 0. ábrán látható:

17. ábra – Nyílt hurkú rendszer kívánt LAFCH jellemzői

Az ipari automata vezérlőrendszer elfogadott felépítése szerint az egyetlen módja annak, hogy a változtathatatlan L rész LAPFC-jét hozza LF L-nek és egy PI vezérlő LAPFC átviteli funkcióval (K R =1)

18. ábra - A PI vezérlő LAFCH válasza

A 14. ábra azt mutatja, hogy a a kisfrekvenciás tartományban a PI vezérlő LFC-je -90 fokos negatív fáziseltolású integráló kapcsolatnak felel meg, és a szabályozó frekvenciakarakterisztikája megfelel a nulla fáziseltolású erősítő szakasznak a tervezett rendszer jelentős frekvenciáinak tartományában, a T érték megfelelő megválasztásával És .

Vegyük a vezérlőobjektum T időállandójával egyenlő vezérlőintegrációs állandót, azaz T-t És = 56, K-nél R =1. Ekkor a nyílt hurkú ACS LFC-je L formát vesz fel 1=L LF +L pi , minőségileg megfelel az L formának és ábrán, de kisebb nyereséggel. Ahhoz, hogy a tervezett rendszer LFC-jét az L-hez illessze és a nyílt hurkú erősítést 16 dB-lel, azaz 7-szeresére kell növelni. Ezért a vezérlő beállításai meg vannak határozva.

19. ábra - Önjáró fegyverek szintézise. Vezérlő beállításainak meghatározása

Ugyanazok a vezérlőbeállítások érhetők el, ha az L és grafikusan vonjuk ki L-t LF és a kapott szekvenciális korrektor (PI vezérlő) LFC típusa alapján állítsa vissza az átviteli funkcióját.

Amint az a 12. ábrán látható a T-nél És =T=56 s, a nyílt hurkú rendszer átviteli függvénye alakja , amely egy integráló hivatkozást tartalmaz. A W-nek megfelelő LFC megalkotásakor p p) K átviteli együttható p 0,32/7850számszerűen meg kell felelnie az LFC és a tengellyel való metszés frekvenciájának ω frekvencián Val vel -1, ahol Val vel -1 vagy K p =6,98.

A vezérlő számított beállításaival az ACS stabil, monotonhoz közeli átmeneti funkcióval rendelkezik, vezérlési idő t R =56 s, statikus hiba δ utca =0.

Érzékelő berendezés

A 2ТРМ0 mérőt hűtőberendezésekben, szárítószekrényekben, különféle célú sütőkben és egyéb technológiai berendezésekben lévő hűtőfolyadékok és különböző közegek hőmérsékletének mérésére, valamint egyéb fizikai paraméterek (tömeg, nyomás, páratartalom stb.) mérésére tervezték.

20. ábra - 2ТРМ0 mérő

Pontossági osztály 0,5 (hőelemek)/0,25 (más típusú jelek). A szabályozó 5 féle házban kapható: falra szerelhető H, DIN sínre szerelhető és panelre szerelhető Shch1, Shch11, Shch2.

21. ábra - Az ARIES 2 TRM 0 eszköz működési diagramja.

22. ábra - A mérőeszköz méretrajza

A készülék bekötési rajza:

Az ábra a készülék sorkapcsainak diagramját mutatja. Az ábrákon a készülék csatlakozási rajzai láthatók.

23. ábra - A készülék csatlakozási rajza

Készülék sorkapocs.

A BP14 többcsatornás tápegységet úgy tervezték, hogy stabilizált 24 V vagy 36 V feszültséget biztosítson az érzékelőknek egységes kimeneti áramjellel.

A BP14 tápegység D4 DIN-sínre szerelhető házban kapható.

28. ábra - Tápellátás

Főbb funkciók:

Váltakozó (DC) feszültség átalakítása stabilizált egyenárammá két vagy négy független csatornán;

Indítóáram korlátozás;

Túlfeszültség elleni védelem impulzuszaj ellen a bemeneten;

Túlterhelés, rövidzárlat és túlmelegedés elleni védelem;

Feszültség jelenlétének jelzése az egyes csatornák kimenetén.

29. ábra - Kétcsatornás BP14 tápegység bekötési rajza

AC bemeneti frekvencia 47...63 Hz. Áramvédelmi küszöb (1.2...1.8) Imax. Teljes kimenő teljesítmény 14 W. A kimeneti csatornák száma 2 vagy 4. A csatorna névleges kimeneti feszültsége 24 vagy 36 V.

30. ábra - A tápegység méretrajza

Kimeneti feszültség instabilitás a tápfeszültség változása esetén ±0,2% Kimeneti feszültség instabilitása, ha a terhelőáram 0,1 Imax-ról Imax-ra változik ±0,2% Üzemi hőmérséklet tartomány -20...+50 °C Kimeneti hőmérséklet instabilitási együttható feszültség az üzemben hőmérséklet tartomány ±0,025% / °C Elektromos szigetelési szilárdság - bemenet - kimenet (effektív érték) 2 k.

A SAU-M6 az ESP-50 és ROS 301 eszközök funkcionális analógja.

31. ábra - Szintkapcsoló

32. ábra - SAU-M6 csatlakozási rajza

Háromcsatornás folyadékszint-jelző OWEN SAU-M6 - a folyadékszint figyelésével és szabályozásával kapcsolatos technológiai folyamatok automatizálására készült.

33. ábra - A SAU-M6 működési diagramja

A SAU-M6 az ESP-50 és ROS 301 eszközök funkcionális analógja.

A készülék N típusú falra szerelhető házban kapható.

Szintkapcsoló funkció

Három független csatorna a tartályban lévő folyadékszint figyelésére

Bármely csatorna üzemmódjának megfordítása

Különféle szintérzékelők csatlakoztatása - konduktometrikus, úszó

Különböző elektromos vezetőképességű folyadékokkal való munkavégzés: desztillált, csapvíz, szennyezett víz, tej és élelmiszertermékek (gyengén savas, lúgos stb.)

A konduktometrikus érzékelők védelme az elektródákon lévő só lerakódásával szemben váltakozó feszültséggel való táplálásukkal

34. ábra - Méretezett rajz

A készülék műszaki jellemzői: a készülék névleges tápfeszültsége 220 V 50 Hz frekvenciával. A tápfeszültség megengedett eltérése a névleges értéktől -15...+10%. Áramfelvétel, legfeljebb 6 VA. Szintszabályozó csatornák száma - 3. Beépített kimeneti relék száma - 3. A beépített relé érintkezői által kapcsolt legnagyobb megengedett áramerősség 4 A 220 V 50 Hz-en (cos > 0,4).

35. ábra - Diszkrét I/O modul

Diszkrét be- és kimenetek modulja elosztott rendszerek számára az RS-485 hálózatban (ARIES, Modbus, DCON protokollok).

A modul használható OWEN PLC vagy más programozható vezérlőkkel együtt Az MDVV RS-485 hálózatban működik, ha van benne „master”, míg maga az MDVV nem a hálózat „mestere”.

diszkrét bemenetek érintkezőérzékelők és n-p-n típusú tranzisztoros kapcsolók csatlakoztatásához. Lehetőség bármilyen diszkrét bemenet használatára (maximális jelfrekvencia - 1 kHz)

Lehetőség PWM jel generálására bármelyik kimenetről

Az aktuátor automatikus átkapcsolása vészüzemmódba hálózati forgalom zavara esetén

A közös Modbus protokollok (ASCII, RTU), DCON, ARIES támogatása.

- 36. ábra Az MDVV eszköz általános csatlakozási rajza

37. ábra - Az MDVV működési diagramja

A MEOF-et arra tervezték, hogy a forgó működési elvű elzáró és vezérlő csővezeték szelepek (gömb- és dugószelepek, pillangószelepek, csappantyúk stb.) munkaelemeit mozgassa a különböző iparágakban a technológiai folyamatok automatikus vezérlésére szolgáló rendszerekben a parancsnak megfelelően. szabályozó vagy vezérlőberendezésekből érkező jelek . A mechanizmusokat közvetlenül a szerelvényekre kell felszerelni.

38. ábra - A MEOF mechanizmus kialakítása

39. ábra - Méretek

A Metran 100-DG 1541 érzékelő beépítési rajza nyitott tartályban történő hidrosztatikus nyomás (szint) mérésénél:

40. ábra - Érzékelő beépítési rajza

A szenzorok működési elve a piezoelektromos effektus felhasználásán alapul egy egykristályos mesterséges zafír lapka felületére növesztett heteroepitaxiális szilíciumfilmben.

41. ábra - A készülék megjelenése

Egy monokristályos szilícium-zafír szerkezetű érzékelőelem a Metran érzékelőcsalád összes érzékelőegységének alapja.

A folyadékkristály-jelző (LCD) jobb áttekinthetősége és az elektronikus átalakító két rekeszéhez való könnyebb hozzáférés érdekében az utóbbit a beépített helyzetéből legfeljebb 90°-os szögben el lehet forgatni a mérőegységhez képest az óramutató járásával ellentétes irányban. .

42. ábra - Az érzékelő külső elektromos csatlakozásának rajza:

ahol X a sorkapocs vagy csatlakozó;

Rн - terhelési ellenállás vagy a vezérlőrendszer összes terhelésének teljes ellenállása;

A PSU egyenáramú tápforrás.

2.5 A beépített ADC paraméterek számítása

Számítsuk ki a PLC-150 mikrokontroller beépített ADC paramétereit. Az ADC fő paraméterei közé tartozik az U maximális bemeneti feszültség max , kódbitek száma n, felbontás ∆ és konverziós hiba.

Az ADC kapacitását a következő képlet határozza meg:

Napló 2N, (19)

ahol N a diszkrétek (kvantumszintek) száma;

Mivel az ADC be van építve a kiválasztott PLC-150 vezérlőbe, n=16. Az ADC felbontás az a bemeneti feszültség, amely megfelel a kimeneti kód legkisebb jelentőségű számjegyének egynek:

(20)

ahol 2 n - 1 - a beviteli kód maximális súlya,

bemenet =U max - U min (21)

Az U max = 10V, U min = 0 V, n = 16,

(22)

Minél nagyobb n, annál kisebb, és annál pontosabban tudja a kimeneti kód leírni a bemeneti feszültséget.

Relatív felbontás értéke:

, (23)

ahol ∆ a bemeneti jel legkisebb észrevehető lépése.

Így a ∆ a bemeneti jel legkisebb észrevehető lépése. Az ADC nem regisztrál alacsonyabb szintű jelet. Ennek megfelelően a felbontást az ADC érzékenységével azonosítják.

Az átalakítási hibának statikus és dinamikus összetevői vannak. A statikus komponens tartalmazza a ∆ módszertani kvantálási hibát δ Nak nek (diszkrét) és műszeres hiba az átalakító elemek nem-idealitásából. Kvantálási hiba ∆ Nak nek pont az az elve határozza meg, hogy egy folytonos jelet kvantált szintekkel ábrázolunk, amelyek egymástól egy kiválasztott intervallumon belül vannak elválasztva. Ennek az intervallumnak a szélessége a konverter felbontása. A legnagyobb kvantálási hiba a felbontás fele, és általános esetben:

(24)

Relatív legnagyobb kvantálási hiba:

(25)

A műszeres hiba nem haladhatja meg a kvantálási hibát. Ebben az esetben a teljes abszolút statikus hiba egyenlő:

(26)

A teljes relatív statikus hiba a következőképpen definiálható:

(27)

Ezután számítsuk ki a PLC-150 mikrokontroller beépített DAC-jának felbontását A DAC felbontása a bemeneti kód legkisebb jelentőségű számjegyének egynek megfelelő kimeneti feszültség: Δ=U max /(2n -1), ahol 2 n -1 - a bemeneti kód maximális súlya. Az U max = 10B, n = 10 (a beépített DAC bitkapacitása) számítsuk ki a mikrokontroller DAC felbontását:

(28)

Minél nagyobb n, annál kisebb Δ és minél pontosabban tudja a kimeneti feszültség reprezentálni a bemeneti kódot. A DAC felbontás relatív értéke:

(29

43. ábra - Csatlakozási rajz

44. ábra - Csatlakozási rajz

2.6 A második fejezet következtetései

Ebben a fejezetben szerkezeti és funkcionális diagramot dolgoztunk ki. Megtörtént a szabályozó testület számítása, a szabályozó beállításainak meghatározása és az ACS szintézise.

A vezérlőobjektum átviteli függvényének paraméterei. Válogatott érzékelő berendezések. Az OWEN PLC 150 mikrokontrollerbe épített ADC és DAC paramétereit is kiszámoltuk.

1 Algoritmus kidolgozása a SAC rendszer működéséhez CoDeSys környezetben

Az ipari automatizálási rendszerek szakmai fejlesztése elválaszthatatlanul kapcsolódik a CoDeSys-hez (Controller Development System). A CoDeSys komplexum fő célja az alkalmazási programok fejlesztése az IEC 61131-3 szabvány nyelvein.

A komplexum két fő részből áll: a CoDeSys programozási környezetből és a CoDeSys SP végrehajtó rendszerből. A CoDeSys számítógépen fut, és programok előkészítésére szolgál. A programokat gyors gépi kódba fordítják és betöltik a vezérlőbe. A CoDeSys SP a vezérlőben fut, kód betöltését és hibakeresését, I/O karbantartást és egyéb szerviz funkciókat biztosít.

Több mint 250 ismert cég gyárt CoDeSys-sel berendezéseket. Emberek ezrei, akik naponta dolgoznak vele, oldják meg az ipari automatizálási problémákat.

A PLC-150, valamint sok más vezérlő alkalmazásszoftverének fejlesztése személyi számítógépen, a Microsoft Windows operációs rendszert futtató CoDeSys környezetben történik. A kódgenerátor a felhasználói programot közvetlenül gépi kódokká fordítja, ami biztosítja a vezérlő legmagasabb teljesítményét. A végrehajtó és hibakereső rendszer, a kódgenerátor és a funkcióblokk-könyvtárak speciálisan a PLC sorozatú vezérlők architektúrájához lettek igazítva.

A hibakereső eszközök közé tartozik a bemenetek/kimenetek és változók megtekintése és szerkesztése, a program ciklusokban történő végrehajtása, a program algoritmus végrehajtásának nyomon követése grafikus ábrázolásban, a változók értékeinek grafikus nyomon követése időben és események szerint, grafikus megjelenítés és folyamat szimuláció. felszerelés.

A fő CoDeSys ablak a következő elemekből áll (az ablakban fentről lefelé vannak elrendezve):

) Eszköztár. A menüparancsok gyors meghívására szolgáló gombokat tartalmaz.

) Objektumszervező POU, Adattípusok, Vizualizációk és Erőforrások lapokkal.

) Elválasztó az Object Organizer és a CoDeSys munkaterület között.

) A munkaterület, ahol a szerkesztő található.

) Üzenetablak.

) Állapotsor, amely információkat tartalmaz a projekt aktuális állapotáról.

Az eszköztár, az üzenetmező és az állapotsor a főablak választható elemei.

A menü a főablak tetején található. Az összes CoDeSys parancsot tartalmazza. Az ablak megjelenését a 45. ábra mutatja.

45. ábra - Az ablak megjelenése

Az eszköztár gombjai gyorsabb hozzáférést biztosítanak a menüparancsokhoz.

Az eszköztár gombjával meghívott parancs automatikusan végrehajtásra kerül az aktív ablakban.

A parancs végrehajtásra kerül, amint az eszköztáron lenyomott gombot elengedi. Ha az egérmutatót egy eszköztár gombjára viszi, rövid idő elteltével ennek a gombnak a neve megjelenik az eszköztippben.

Az eszköztár gombjai eltérőek a különböző CoDeSys-szerkesztőkben. Ezen gombok rendeltetéséről a szerkesztők leírásában tájékozódhat.

Az eszköztár letiltható, 46. ábra.

46. ​​ábra - Eszköztár

A CoDeSys programablak általános nézete a következő, 47. ábra.

47. ábra - CoDeSys program ablaka

A CoDeSys környezetben működő működési algoritmus blokkvázlata a 48. ábrán látható.

48. ábra - A CoDeSys környezetben való működés blokkvázlata

A blokkdiagramból látható, hogy a mikrokontroller bekapcsolása után a program betöltődik abba, a változók inicializálása, a bemenetek beolvasása, a modulok lekérdezése. Lehetőség van az automatikus és a kézi üzemmód közötti váltásra is. Kézi üzemmódban lehetséges a szelep és a MEOF vezérlése. Ezután a kimeneti adatok rögzítésre kerülnek, és soros interfészeken keresztül üzenetek generálódnak. Ezután az algoritmus a bemenetek olvasási ciklusába lép, vagy a munka véget ér.

2 Programfejlesztés CoDeSys környezetben

Elindítjuk a Codesys-t, és létrehozunk egy új projektet ST nyelven. Az ARM9 célfájlja már telepítve van a személyi számítógépére, és automatikusan kiválasztja a kívánt könyvtárat. A kommunikáció létrejön a vezérlővel.

reg_for_meof:VALVE_REG; (*szabályozó a PDZ vezérléshez*)

K,b:VALÓS; (*szabályozási görbe együtthatók*)

időzítő_szelep1: TON; (*vészleállítási időzítő*)

safety_valve_rs_manual: RS;(*kézi szelepvezérléshez*)

hivatkozás: REAL; (*állítsa be a PDZ elforgatási szögét*)_VAR

(*a beállítás során rögzítjük a MEOF helyzetérzékelő jelét, és kiszámítjuk az alacsony és magas értékeket, kezdetben azt feltételezzük, hogy az érzékelő 4-20 milliamper és 4 mA-nél a PDZ teljesen zárt (0%) , és 20 mA-nél teljesen nyitott (100%) - a PLC konfigurációjában konfigurálva *)NOT auto_mode THEN (*ha nem automatikus mód*)_open:=manual_more; (*gomb megnyomásával nyit*)_close:=manual_less; (*gomb megnyomásával zárja be*)

safety_valve_rs_manual(SET:=szelep_nyitva , RESET1:=szelep_zárása , Q1=>biztonsági_szelep); (*vészszelep vezérlés*)

(*a beállítás során rögzítjük a nyomásérzékelő jelét és kiszámítjuk az értékeket ain low ain high, kezdetben feltételezzük, hogy az érzékelő 4-20 milliamper és 4 mA-nél üres a tartály (0%), és 20 mA tele van (100%) - PLC konfigurációkban konfigurálva *)

IF nyomás_érzékelő< WORD_TO_REAL(w_reference1) THEN reference:=100; END_IF; (*если уровень меньше "w_reference1", то открываем заслонку на 100%*)

IF nyomásérzékelő> WORD_TO_REAL(w_reference1) THEN (*állítsa be az elforgatási szöget - csökkentse a „nyomásérzékelő” szintjének növekedésével arányosan --- szög =K*szint+b *)

K:=(-100/(WORD_TO_REAL(w_reference2-w_reference1)));

b:=100-K*(WORD_TO_REAL(w_reference1));

referencia:=K*nyomásérzékelő+b;

(*időzítő a vészcsapó vezérléshez*)

időzítő_szelep1(

IN:=(nyomásérzékelő> WORD_TO_REAL(w_reference2)) AND high_level_sensor ,

(*a vészszelep nyitásának feltétele*)

IF timer_for_valve1.Q

referencia:=0; (*MEOF bezárása*)

safety_valve:=TRUE; (*nyissa ki a vészszelepet*)

safety_valve:=HAMIS;

(*szabályozó a csappantyú vezérléséhez*)_for_meof(

IN_VAL:=referencia ,

POS:=MEOF_position ,

DBF:=2 , (*vezérlő érzékenysége*)

ReversTime:=5 , (*legfeljebb 600 beillesztés*)

MORE=>MEOF_open ,

LESS=>MEOF_close ,

FeedBackError=>);_IF;

(*adatkonverzió Scad-ban való megjelenítéshez*)

w_MEOF_position:=REAL_TO_WORD(MEOF_position);_level:=REAL_TO_WORD (nyomásérzékelő);

(*az automatikus kézi gombok kitöltési módjának jelzése*)_out:=auto_mode;

(*a vészszelep záró/nyitás gombjainak feltöltéséhez szükséges kimenet jelzése*)_out:=biztonsági_szelep;

3.3 A mérési információk vizuális megjelenítésére szolgáló felület kialakítása

A vizuális megjelenítési felület fejlesztéséhez a Trace Mode 6 programot választottuk, mert rendelkezik minden szükséges funkcióval és tulajdonsággal:

meglehetősen széles körű képességekkel rendelkezik a technológiai folyamatok grafikus képernyőn történő szimulálására;

A SCADA rendszerekhez és vezérlőkhöz minden szabványos programozási nyelv elérhető;

felhasználóbarát grafikus felület;

meglehetősen egyszerű csatlakozás egy programozható logikai vezérlőhöz;

A rendszer teljes verziója elérhető a gyártó honlapján. A race Mode 6 ipari vállalkozások, energetikai létesítmények, intelligens épületek, közlekedési létesítmények, energiamérő rendszerek stb. automatizálására készült.

A Trace Mode-ban létrehozott automatizálási rendszerek skálája bármi lehet - az önállóan működő vezérlővezérlőktől és kezelői munkaállomásoktól a földrajzilag elosztott vezérlőrendszerekig, beleértve több tucat vezérlőt, amelyek különböző kommunikációs eszközökkel cserélnek adatot - helyi hálózat, intranet/internet, RS alapú soros buszok. -232/485, dedikált és betárcsázós telefonvonalak, rádiócsatorna és GSM hálózatok.

Az integrált projektfejlesztési környezet a Trace Mode programban a 49. ábrán látható.

49. ábra – Nyomkövetési mód 6 IDE

A projektnavigátor segítségével gyorsan navigálhat a projekt alelemei között. Ha az egérmutatót az egyik elem fölé viszi, megjelenik egy megjegyzés, amely lehetővé teszi a tartalom megértését.

50. ábra - Projektnavigátor

A projekt mnemonikus diagramja, a szennyvíztisztítás első szakaszának tárolótartálya a 0. ábrán látható. Tartalmazza:

Vezérlőpult (vezérlési mód kiválasztásának lehetősége, lengéscsillapítók beállítási lehetősége);

A PDZ elfordulási szögének megjelenítése;

A tartályban lévő vízszint jelzése;

Vészürítés (amikor a tartályban lévő víz túlcsordul);

A mérési információk nyomon követési grafikonja (a vízszint állapota és a szelep helyzete megjelenik a grafikonon).

51. ábra - Egy tárolótartály mnemonikus diagramja

A csappantyú tényleges elfordulási szöge (0-100%) a "Position Position" mező alatt jelenik meg, amely lehetővé teszi a mérési információk pontosabb figyelését.

52. ábra - PDZ pozíció

A tartálytól balra lévő nyilak színe szürkéről zöldre változik, amikor a PLC-kilépések kioldódnak (jel az ACS-től), pl. Ha a nyíl zöld, akkor a vízszint magasabb, mint az érzékelő.

A skála csúszkája egy szintjelző (a metrán nyomásérzékelő alapján) (0-100%).

53. ábra - Szintjelző

A vezérlés kétféleképpen hajtható végre:

) Automatikus.

Amikor kiválaszt egy módot, a megfelelő gomb színe szürkéről zöldre változik, és ez az üzemmód aktívvá válik.

Az "Open" és "Close" gombok a szelepek kézi vezérlésére szolgálnak.

Automatikus módban olyan feladatokat lehet beállítani, amelyektől a PDZ elfordulási szöge függ.

Az „1. ​​feladat” mezőtől jobbra adja meg a tartály azon szintjét, amelynél a PDZ elfordulási szöge csökkenni kezd.

A „2. feladat” mezőtől jobbra adja meg azt a szintet a tartályban, amelynél a nyomáshatároló teljesen zárva lesz.

Egy vészszelep is automatikusan működik esetleges víztúlcsordulás esetén. A vészszelep kinyílik, ha a szintet túllépik a „2. feladat” fölé, és ha a felső szintérzékelő (ALS) 10 másodpercen belül aktiválódik.

54. ábra - Vészhelyzeti visszaállítás

A mérési információk egyszerű nyomon követése érdekében a vízszint állapota és a szelep helyzete grafikonon jelenik meg. A kék vonal a tartályban lévő vízszintet, a piros vonal pedig a csappantyú helyzetét mutatja.

55. ábra - A szint és a csappantyú helyzetének grafikonja

4 Következtetések a harmadik fejezethez

A harmadik fejezetben a rendszer működésének algoritmusát dolgoztuk ki CoDeSys környezetben, felépítettük a rendszer működésének blokkdiagramját, valamint egy szoftvermodult fejlesztettünk ki az automatizált folyamatirányító rendszerbe információk bevitelére/kimenetére.

A mérési információk vizuális megjelenítésére szolgáló felületet is fejlesztettek a Trace Mode 6 program segítségével az automatikus vezérlőrendszerhez.

4. Szervezeti és gazdasági rész

1 Az automatizált folyamatirányító rendszerek gazdasági hatékonysága

A gazdasági hatékonyság egy gazdasági rendszer eredményessége, amely a működésének hasznos végeredményeként fejeződik ki az elhasznált erőforrásokhoz képest.

A termelési hatékonyság az összes működő vállalkozás hatékonyságából áll. A vállalati hatékonyságot az jellemzi, hogy egy terméket vagy szolgáltatást a legalacsonyabb költséggel állítanak elő. Ez abban nyilvánul meg, hogy képes minimális költségek mellett maximális mennyiségű elfogadható minőségű terméket előállítani, és ezeket a termékeket a legalacsonyabb áron értékesíteni. Egy vállalkozás gazdasági hatékonysága a műszaki hatékonysággal ellentétben attól függ, hogy termékei mennyire felelnek meg a piaci követelményeknek és a fogyasztói igényeknek.

Az automatizált folyamatirányító rendszerek a munka termelékenységének növelésével, a termelési volumen növelésével, a termékek minőségének javításával, a tárgyi eszközök, anyagok és nyersanyagok ésszerű felhasználásával, valamint a dolgozói létszám csökkentésével biztosítják a termelés hatékonyságának növelését. Az irányítási rendszer bevezetése abban különbözik az új technológia bevezetésére irányuló hagyományos munkától, hogy lehetővé teszi a gyártási folyamat áthelyezését a fejlődés minőségileg új szakaszába, amelyet a termelés magasabb szervezettsége (rendezettsége) jellemez.

A termelésszervezés minőségi javulása az ellenőrző rendszerben feldolgozott információ mennyiségének jelentős növekedésének, feldolgozási sebességének meredek növekedésének, valamint az ellenőrzési döntések kidolgozására alkalmazottaknál bonyolultabb módszereknek és algoritmusoknak köszönhető. az automatizált folyamatirányító rendszerek bevezetése előtt.

Az ugyanazon rendszer megvalósításából származó gazdasági hatás az automatizált folyamatirányító rendszerek bevezetése előtti és utáni termelésszervezési szinttől (a technológiai folyamat stabilitásától és testreszabhatóságától (TP)) függ, azaz eltérő lehet a különböző vállalkozásoknál .

Az új technológia fejlesztésének (vagy bevezetésének) indoklása műszaki értékeléssel kezdődik, a tervezett konstrukció összehasonlításával a legjobb hazai és külföldi modellekkel. Egy új készülék vagy eszköz magas gazdasági hatékonysága a progresszív műszaki megoldások tervezésébe való beépítésével érhető el. Ezeket az ilyen típusú eszközöket jellemző műszaki és működési mutatók rendszerével fejezhetik ki. A progresszív műszaki mutatók jelentik a magas gazdasági hatékonyság elérésének alapját - ez az új technológia értékelésének végső kritériuma. Ez nem von le a technikai mutatók fontosságából a gazdasági hatékonyság értékelésekor.

Az új technológia hatékonyságának gazdasági mutatói jellemzően kevések és minden iparágra azonosak, a műszaki mutatók pedig az egyes iparágakra jellemzőek, és számuk igen nagy lehet a termékek műszaki paramétereinek átfogó jellemzése érdekében. A műszaki mutatók azt mutatják meg, hogy egy új készülék mennyiben elégíti ki a termelési vagy munkaigényt, és azt is, hogy milyen mértékben kapcsolódik más, ugyanarra a folyamatra használt vagy tervezett gépekhez.

A tervezés (vagy megvalósítás) megkezdése előtt alaposan meg kell ismerkedni az eszköz létrehozásának (megvalósításának) céljával, tanulmányozni a technológiai folyamatot, amelyben használni fogják, és világos képet kell kapni a hatókörről. az új termék által elvégzendő munkáról. Mindez tükröződjön az új gép (eszköz) termék műszaki értékelésében.

A vállalkozás tevékenységeinek értékelése során figyelembe kell venni a termelés eredményeit és költségeit. A gyakorlat azonban azt mutatja, hogy a termelési egységek pusztán költség-eredmény szemléletű mutatókkal történő értékelése nem mindig célozza meg a magas végső teljesítményeredmények elérését, a belső tartalékok felkutatását, és valójában nem járul hozzá az összhatékonyság növeléséhez.

2 Az irányítási rendszer főbb költségeinek számítása

A gépesítés és automatizálási eszközök bevezetésének gazdaságosságának meghatározásakor a következő kérdésekre kell választ kapni:

műszakilag és gazdaságilag mennyire haladóak a javasolt gépesítési és automatizálási eszközök, és el kell-e fogadni a megvalósítást;

milyen nagyságú a termelésben történő megvalósítás hatása.

A vezérlőrendszer létrehozásának fő költségei általában az Sn előtervezési és tervezési munkák költségeiből, valamint a vezérlőrendszerbe telepített speciális berendezések beszerzésének Sob költségeiből állnak. Ugyanakkor a tervezési munkák költsége a projekt kidolgozásával kapcsolatos költségeken kívül tartalmazza a szoftverfejlesztés és a vezérlőrendszer bevezetésének költségeit, valamint a berendezések költségét - a vezérlő számítógép költségén túl információk előkészítésére, továbbítására és megjelenítésére szolgáló berendezések, eszközök, amelyek költsége a technológiai berendezés azon egységeinek költsége, amelyek korszerűsítését vagy fejlesztését a folyamatirányító rendszerben - automatizált folyamatirányító rendszerben lévő berendezések működési feltételei okozzák. Az irányítási rendszer kialakításának költségein túl a vállalkozásnak a működésének költségei is felmerülnek. Így az ellenőrzési rendszer éves költségei a következők:

(30)

ahol T a működési idő; általában T = 5-7 év; - éves működési költségek, dörzsölje.

A vezérlőrendszer működési költségei:

(31)

Ahol - az ellenőrzési rendszert kiszolgáló személyzet éves béralapja, dörzsölje; - értékcsökkenési költségek és alapok díjai, dörzsölje. - rezsiköltségek (villany, víz, stb.), dörzsölje; - az anyagok és alkatrészek éves költségei, dörzsölje.

Amortizációs díjak és alapdíjak:

(32)

Ahol - az i-edik típusú felszerelés költsége, dörzsölje; - az i-edik típusú berendezés amortizációs együtthatója; - alapok levonási együtthatója.

Az ellenőrzési rendszert kiszolgáló személyzet éves béralapja:

(33)

Ahol - a kiszolgáló személyzet üzemideje évente, h; - a kiszolgáló személyzet átlagos óradíja, dörzsölje; - üzlet rezsi aránya; m′ - az irányítási rendszert és a technológiai berendezések speciális eszközeit kiszolgáló személyzet létszáma, fő.

A vezérlőrendszer költségbecslése a következő költségtételeket tartalmazza:

beruházási költségek;

a kiegészítő felszerelés költségei;

a munkások bére;

szociális szükségletekhez való hozzájárulások;

gépi idő költsége;

általános költségek.

A sosni előadók alapbérét, rubelt, a következő képlet határozza meg:

VAL VEL alapvető = T menő *t Val vel * b, (34)

ahol tс a munkanap időtartama, óra (tс = 8 óra); - 1 személyóra költsége (meghatározva, hogy a havi fizetést el kell osztani a havi ledolgozott órák számával), rubel-óra.

Az 1 személyóra átlagos költsége 75 rubel

A munkavégzés munkaintenzitása 30,8 munkanap.

VAL VEL alapvető = 30,8 * 8 * 75 = 18 480 dörzsölje. (35)

Kiegészítő fizetés Kiegészítő fizetés, rubel, az alapbér 15%-ának megfelelő összegben fogadható el.

Add = 0,15 * 18 480 = 2 772 rubel.

Szociális járulékok Sotch, rubel, az alapbér és a pótbér összegéből 26,2%

VAL VEL jelentés = 0,262* (C alapvető + C külön- ), (36)

Sotch = 0,262 * (18480 + 2772) = 5568 rubel.

Az SM anyagok költségei a következők:

C1 - a PLC-150 mikrokontroller költsége (átlagos költség 10 000 rubel);

C2 - a tápegység költsége (átlagos költség 1800 rubel);

C3 - az érzékelő berendezések költsége (átlagos költség 4000 rubel);

C4 - egy számítógép költsége (a számítógép átlagos költsége 15 000 rubel, Pentium DC E6700, GA-EG41MFT-US2H, 2 x 2 GB, 500 Gb);

C5 - egyéb kiadások (fogyóeszközök, vezetékek, rögzítések stb.);

cm = C1 + C2 + C3 + C4 + C5

C1 = 10 000 dörzsölje.

C2 = 1800 dörzsölje.

C3 = 4000 dörzsölje.

C4 = 15 000 dörzsölje.

C5 = 9000 dörzsölje.

cm = 10000+1800+4000+15000+9000= 39800 dörzsölje.

A gépi idő az az időtartam, amely alatt a gép (egység, gép stb.) a termék feldolgozására vagy mozgatására irányuló munkát végez anélkül, hogy arra közvetlen emberi befolyást gyakorolna.

A számítógépes idő költségét a következő képlet határozza meg:

VAL VEL mv = T mungóbab *C mártír , (37)

ahol Tmash a technikai eszközök használatának ideje, h;

Cmch - egy gépóra költsége, amely tartalmazza a műszaki berendezések amortizációját, a karbantartási és javítási költségeket, a villamos energia költségét, rub.-óra.

A technikai eszközök használatához szükséges idő megegyezik az előadóművész munkájának munkaintenzitásával, és 412 óra.

Egy gépóra költsége 17 rubel.

Smv = 412 * 17 = 7004 dörzsölje.

A Snak rezsiköltségei tartalmazzák a kezeléssel és karbantartással kapcsolatos összes költséget. Ebben az esetben nincsenek ilyen költségek.

Az automatizált vállalati rendszer fejlesztésének költségbecslését a 0. táblázat tartalmazza.

6. táblázat - Fejlesztési költségek

Költségtétel Összeg, dörzsölés A teljes anyagköltség százaléka 39800 54,2 Alapbér 1848025,1 Kiegészítő fizetés 27723,7 Társadalmi szükségletekhez való hozzájárulás 55687,5 Gépidő költsége 70049,5 Összesen 73624100

Így a vezérlőrendszer költsége 73 624 rubel.

56. ábra - A vezérlőrendszer alapvető költségei

3 Gyártási folyamatok szervezése

A termelési folyamatok szervezése abból áll, hogy embereket, szerszámokat és munkatárgyakat egyetlen folyamatba egyesítenek az anyagi javak előállítására, valamint biztosítják az alap-, segéd- és szolgáltatási folyamatok térben és időben ésszerű kombinációját. A termelési struktúra kialakításának egyik fő szempontja a termelési folyamat összes összetevőjének összefüggő működésének biztosítása: az előkészítő műveletek, a fő termelési folyamatok és a karbantartás. Egyes folyamatok végrehajtásának legracionálisabb szervezeti formáit és módszereit átfogóan meg kell indokolni az adott termelési és műszaki feltételekhez.

A termelési folyamat szervezésének elvei jelentik azokat a kiindulópontokat, amelyek alapján a termelési folyamatok felépítése, működtetése, fejlesztése történik.

A megkülönböztetés elve a termelési folyamat külön részekre (folyamatokra, műveletekre) történő felosztását és a vállalkozás megfelelő osztályaihoz való hozzárendelését jelenti. A differenciálás elve szemben áll a kombinálás elvével, amely egy telephelyen, műhelyen vagy termelésen belül bizonyos típusú termékek előállításához a különböző folyamatok egészének vagy egy részének egyesülését jelenti. A termék összetettségétől, a gyártási mennyiségtől és a felhasznált berendezések jellegétől függően a gyártási folyamat egy termelési egységben (műhelyben, területen) koncentrálható, vagy több egység között szétszórható.

A koncentráció elve bizonyos termelési műveletek technológiailag homogén termékek előállítására, vagy funkcionálisan homogén munkavégzésre való koncentrálását jelenti a vállalkozás különálló munkahelyére, területére, műhelyére vagy termelő létesítményére. A hasonló munka külön termelési területekre való koncentrálásának megvalósíthatóságát a következő tényezők határozzák meg: az azonos típusú berendezések alkalmazását szükségessé tevő technológiai módszerek közössége; berendezések, például megmunkáló központok képességei; bizonyos típusú termékek gyártási volumenének növelése; bizonyos típusú termékek gyártásának koncentrálásának vagy hasonló munkák elvégzésének gazdasági megvalósíthatósága.

Az arányosság elve a termelési folyamat egyes elemeinek természetes kombinációjában rejlik, amely a köztük lévő bizonyos mennyiségi viszonyban fejeződik ki. Így a termelési kapacitás arányossága feltételezi a telephelyi kapacitások vagy berendezések terhelési tényezőinek egyenlőségét. Ebben az esetben a beszerző műhelyek átbocsátása megfelel a gépészeti műhelyek nyersanyagigényének, ezen műhelyek átbocsátása pedig az összeszerelő műhely szükségleteinek a szükséges alkatrészek iránt. Ez azt jelenti, hogy minden műhelyben olyan mennyiségű felszerelést, helyet és munkaerőt kell biztosítani, amely biztosítja a vállalkozás összes részlegének normál működését. Egyrészt a fő termelés, másrészt a segéd- és szolgáltató egységek között azonos átbocsátási aránynak kell fennállnia.

4.4 Az ötödik fejezet következtetései

Ebben a fejezetben a diplomaterv feladatának megfelelően az automatizált folyamatirányító rendszerek megvalósításának gazdaságosságát határoztuk meg. A főbb rendelkezéseket is áttekintették, és kiszámították az ellenőrzési rendszer főbb költségeit.

5. Életbiztonság és környezetvédelem

1 Életbiztonság

A komplex automatizált vezérlőrendszerek kialakításakor egyre inkább gyakorlatba ültetik a rendszertervezést, melynek korai szakaszában a munkahelyi biztonság és az ergonómiai támogatás kérdései vetődnek fel, amelyek nagy tartalékokat tartalmaznak a teljes rendszer hatékonyságának és megbízhatóságának növelésére. Ennek oka az emberi tényező átfogó figyelembevétele a munkahelyen való tartózkodás során. A biztonsági intézkedések fő célja az emberi egészség védelme olyan káros tényezőktől, mint az áramütés, az elégtelen világítás, a munkahelyi zajszint emelkedése, a munkaterület megnövekedett vagy csökkentett levegőhőmérséklete, megnövekedett vagy csökkent páratartalom, fokozott vagy csökkent levegő. mobilitás. Mindez az ember-gép rendszer fejlesztése és működése során végrehajtott, jelentésben, logikában és sorrendben összefüggő eljárások és tevékenységek lebonyolításának és végrehajtásának eredményeként valósul meg. A diplomaterv témája: „Automatizált vezérlőrendszer az autómosás utáni szennyvízkezelés folyamatához az OWEN mikrokontroller szoftvermoduljának fejlesztésével”. A munkahely sajátosságaiból adódóan a vállalkozás klórral tisztítja a szennyvizet, a klór veszélyes vegyi anyag (HAS) besorolású.

Ezért az egészségvédelem és a magas munkatermelékenység biztosítása érdekében meg kell vizsgálni a veszélyes és káros tényezőket a veszélyes vegyi anyagok kibocsátásának valószínűségével járó vállalkozásnál.

Veszélyes és káros tényezők veszélyes vegyszerekkel végzett munka során

A balesetek és katasztrófák sürgősségi kémiailag veszélyes anyagokkal (HAS) történő mérgezése akkor következik be, amikor a veszélyes anyagok a légző- és emésztőszerveken, a bőrön és a nyálkahártyán keresztül kerülnek a szervezetbe. Az elváltozások jellegét és súlyosságát a következő fő tényezők határozzák meg: a toxikus hatás típusa és jellege, a toxicitás mértéke, a vegyi anyagok koncentrációja az érintett objektumban (területen), valamint az emberi expozíció időpontja.

A fenti tényezők meghatározzák a léziók klinikai megnyilvánulásait is, amelyek a kezdeti időszakban lehetnek:

) irritációs jelenségek - köhögés, torok- és torokfájás, könnyezés és szemfájdalom, mellkasi fájdalom, fejfájás;

) a központi idegrendszerből (CNS) származó jelenségek fokozódása és kialakulása - fejfájás, szédülés, mérgezés és félelem érzése, hányinger, hányás, eufória állapot, mozgáskoordináció zavara, álmosság, általános letargia, apátia stb.

Védelem a veszélyes és káros tényezők ellen

A klór kibocsátásának megakadályozása érdekében a vállalkozásnak szigorúan be kell tartania a biztonsági szabályokat, utasításokat kell adnia a veszélyes anyagok kezelésére, valamint ellenőriznie kell a veszélyes anyagok bejutását.

Vészhelyzet esetére a vállalkozásnak védőfelszereléssel kell rendelkeznie. Az egyik ilyen védelmi eszköz a GP-7 gázálarc, amely a légzőrendszer, a látás és az arc védelmét szolgálja a mérgező anyagoktól, biológiai aeroszoloktól és radioaktív poroktól (AS, BA és RP).

57. ábra - GP-7 gázálarc

GP-7 gázálarc: 1 - elülső rész; 2 - szűrőabszorbeáló doboz; 3 - kötött huzat; 4 - inhalációs szelep szerelvény; 5 - kaputelefon (membrán); 6 - kilégzőszelep szerelvény; 7 - redőny; 8 - fejlemez (occipitalis lemez); 9 - elülső heveder; 10 - templomi hevederek; 11 - arcpántok; 12 - csatok; 13 - táska.

A GP-7 gázálarc az egyik legújabb és legfejlettebb lakossági gázálarc modell. Rendkívül hatékony védelmet nyújt a mérgező, radioaktív, bakteriális, sürgősségi kémiailag veszélyes anyagok (HAS) gőzei ellen. Alacsony légzési ellenállással rendelkezik, megbízható tömítést és enyhe nyomást biztosít az elülső résznek a fejre. Ennek köszönhetően 60 év felettiek, valamint tüdő- és szív- és érrendszeri betegségekben szenvedők is használhatják.

58. ábra - a GP-7 védőhatásának ideje

59. ábra - A GP-7 műszaki jellemzői

Mi a teendő klórkibocsátási baleset esetén

Veszélyes anyagokkal történt balesetről tájékoztatást kapva vegyen fel légzésvédőt, bőrvédőt (köpeny, köpeny), hagyja el a baleset helyszínét a rádió (televíziós) üzenetben jelzett irányba.

A kémiai szennyeződési zónát a szél irányára merőleges irányban kell elhagyni. Ugyanakkor kerülje az alagutak, szakadékok és mélyedések átkelését - alacsony helyeken a klór koncentrációja magasabb.

Ha a veszélyes zónát nem lehet elhagyni, maradjon a helyiségben és végezzen vészlezárást: szorosan zárja be az ablakokat, ajtókat, szellőzőnyílásokat, kéményeket, zárja le az ablakok és a keretek illesztéseinek repedéseit és menjen fel a felső emeletekre. Az épület.

60. ábra - A szennyezett zónából történő evakuálás sémája

A veszélyzóna elhagyása után vegyük le a felsőruházatot, hagyjuk kint, zuhanyozzunk le, öblítsük ki a szemünket és a nasopharynxet Mérgezési jelek jelentkezésekor: pihenjünk, igyunk meleg vizet, forduljunk orvoshoz.

Klórmérgezés jelei: éles mellkasi fájdalom, száraz köhögés, hányás, szemfájdalom, könnyezés, mozgáskoordináció elvesztése.

Személyi védőfelszerelés: minden típusú gázálarc, vízzel vagy 2%-os szódaoldattal megnedvesített gézkötés (pohár vízhez 1 teáskanál).

Sürgősségi ellátás: távolítsuk el a sérültet a veszélyzónából (csak fekve szállítjuk), vegyük le a légzést akadályozó ruházatot, igyunk sok 2%-os szódaoldatot, öblítsük ki a szemet, a gyomrot, az orrot ugyanazzal az oldattal, öblítsük ki a szemet 30-as %-os albucid oldat. Elsötétített szoba, sötét szemüveg.

5.2 Környezetvédelem

Az emberi egészség közvetlenül függ a környezettől, és elsősorban az általa fogyasztott víz minőségétől. A víz minősége befolyásolja az emberi szervezet létfontosságú funkcióit, teljesítményét és általános közérzetét. Nem véletlenül fordítanak ekkora figyelmet az ökológiára, és különösen a tiszta víz problémájára.

Fejlett technológiai fejlődésünk korában a környezet egyre szennyezettebbé válik. Különösen veszélyes az ipari vállalkozások szennyvízszennyezése.

A szennyvízben a legelterjedtebb szennyező anyagok a kőolajtermékek – az olajból, fűtőolajból, kerozinból, olajokból és azok szennyeződéseiből származó szénhidrogének azonosítatlan csoportja, amelyek magas toxicitásuk miatt az UNESCO szerint a tíz legveszélyesebb környezetszennyező közé tartoznak. A kőolajtermékek oldatban emulgeált, oldott formában lehetnek jelen, és lebegő réteget képezhetnek a felületen.

A szennyvíz kőolajtermékekkel történő szennyezésének tényezői

Az egyik környezetszennyező anyag az olajtartalmú szennyvíz. Az olajtermelés és -felhasználás minden technológiai szakaszában kialakulnak.

A környezetszennyezés megelőzése probléma megoldásának általános iránya a hulladékmentes, hulladékszegény, hulladékmentes és hulladékszegény iparágak létrehozása. E tekintetben a kőolajtermékek fogyasztók számára történő átvétele, tárolása, szállítása és elosztása során minden szükséges intézkedést meg kell tenni annak érdekében, hogy a lehető legnagyobb mértékben megelőzzék vagy minimalizálják veszteségeiket. Ezt a problémát az olaj- és kőolajtermékek olajraktárak és szivattyúállomások finomításának műszaki eszközeinek és technológiai módszereinek fejlesztésével kell megoldani. Emellett hasznos szerepet játszhatnak a különféle célú helyi gyűjtőeszközök, amelyek lehetővé teszik a kiömlött vagy kiszivárgott termékek tiszta formájának összegyűjtését, megakadályozva azok vízzel történő eltávolítását.

A fent említett eszközök korlátozott felhasználási lehetőségei mellett az olajtárolókban kőolajtermékekkel szennyezett szennyvíz keletkezik. A meglévő szabályozási dokumentumok követelményeinek megfelelően meglehetősen mély tisztításnak vetik alá őket. Az olajtartalmú vizek tisztításának technológiáját a keletkező olajtermék - vízrendszer fázisdiszperz állapota határozza meg. A kőolajtermékek vízben való viselkedése főszabály szerint a víz sűrűségéhez képest kisebb sűrűségükből és a vízben való rendkívül alacsony oldhatóságukból adódik, ami a nehéz termékek esetében nullához közeli. Ebben a tekintetben a víz kőolajtermékekből történő tisztításának fő módszerei mechanikai és fizikai-kémiai. A mechanikai módszerek közül az ülepítést, kisebb mértékben a szűrést és a centrifugálást alkalmazták leginkább. A fiziko-kémiai módszerek közül komoly figyelmet kelt az időnként mechanikai módszerek közé sorolt ​​flotáció.

Kőolajtermékekből származó szennyvíz tisztítása ülepítő tartályokkal és homokfogókkal

A homokfogókat a 200-250 mikron szemcseméretű mechanikai szennyeződések leválasztására tervezték. A mechanikai szennyeződések (homok, vízkő stb.) előzetes leválasztásának szükségességét az határozza meg, hogy homokfogók hiányában ezek a szennyeződések más tisztítóberendezésekben szabadulnak fel, és ez utóbbiak működését nehezítik.

A homokfogó működési elve a szilárd nehéz részecskék mozgási sebességének megváltoztatásán alapul egy folyadékáramlásban.

A homokcsapdákat vízszintesre osztják, amelyekben a folyadék vízszintes irányban mozog, egyenes vagy körkörös vízmozgással, függőlegesre, amelyben a folyadék függőlegesen mozog felfelé, és spirális (transzlációs-forgó) vízmozgással rendelkező homokcsapdákra. . Ez utóbbiak a csavarmozgás létrehozásának módjától függően tangenciálisra és levegősre vannak osztva.

A legegyszerűbb vízszintes homokfogók háromszög vagy trapéz keresztmetszetű tartályok. A homokfogók mélysége 0,25-1 m, bennük a vízmozgás sebessége nem haladja meg a 0,3 m/s-ot. A körkörös vízmozgással rendelkező homokfogók kerek, kúpos alakú tartály formájában készülnek, a szennyvíz áramlására szolgáló perifériás tálcával. Az iszapot egy kúpos fenékbe gyűjtik, ahonnan feldolgozásra vagy ártalmatlanításra küldik. 7000 m3/nap áramlási sebességig használható. A függőleges homokcsapdák négyszögletes vagy kerek alakúak, amelyekben a szennyvíz függőleges felfelé áramlással, 0,05 m/s sebességgel mozog.

A homokfogó kialakítását a szennyvíz mennyiségétől és a lebegőanyag-koncentrációtól függően választják ki. A leggyakrabban használt vízszintes homokfogók. Az olajtelepek tapasztalataiból az következik, hogy a vízszintes homokfogókat legalább 2-3 naponta egyszer meg kell tisztítani. A homokfogók tisztításához általában hordozható vagy álló hidraulikus liftet használnak.

Az ülepítés a legegyszerűbb és leggyakrabban használt módszer a szennyvízből a durván szétszórt szennyeződések leválasztására, amelyek gravitációs erő hatására az ülepítő tartály alján ülepednek, vagy annak felszínére úsznak.

Az olajszállító vállalkozások (olajtelepek, olajszivattyúállomások) különféle ülepítő tartályokkal vannak felszerelve a víz olajból és olajtermékekből történő összegyűjtésére és tisztítására. Erre a célra általában szabványos acél vagy vasbeton tartályokat használnak, amelyek a szennyvíztisztítás technológiai sémájától függően tároló tartály, ülepítő vagy puffertartály üzemmódban működhetnek.

A technológiai folyamat alapján az olajraktárakból és olajszivattyútelepekről a szennyezett víz egyenetlenül áramlik a tisztítóberendezésekbe. A tisztítótelepek szennyezett víz egyenletesebb ellátása érdekében puffertartályokat használnak, amelyek vízelosztó és olajgyűjtő berendezésekkel, szennyvíz- és olajellátó és -elvezető csövekkel, szintmérővel, légzőkészülékkel stb. Mivel a vízben lévő olaj három halmazállapotú (könnyen, nehezen szétválasztható és oldható), a puffertartályban könnyen és részben nehezen szétválasztható olaj lebeg a víz felszínére. Ezekben a tartályokban a könnyen leválasztható olajok 90-95%-a válik le. Ennek érdekében a tisztítótelepi körbe két vagy több puffertartályt telepítenek, amelyek időszakosan működnek: töltés, ülepítés, szivattyúzás. A tartály térfogatát a feltöltési, szivattyúzási és ülepítési idő alapján választjuk ki, az ülepítési időt 6-tól 24 óráig vesszük, így a puffertartályok (ülepítő tartályok) nemcsak a szennyvíz egyenetlen ellátását simítják ki a tisztítóberendezésekbe. , hanem jelentősen csökkenti az olaj koncentrációját a vízben.

A leülepedett víz tartályból való kiszivattyúzása előtt először eltávolítják a lebegő olajat és a kicsapódott üledéket, majd a tisztított vizet kiszivattyúzzák. Az üledék eltávolításához a perforált csövek vízelvezetését a tartály aljára szerelik fel.

A dinamikus ülepítő tartályok sajátossága, hogy a folyadék mozgása során a vízben lévő szennyeződéseket leválasztják.

A dinamikus ülepítő tartályokban vagy a folyamatos ülepítő tartályokban a folyadék vízszintes vagy függőleges irányban mozog, ezért az ülepítő tartályokat függőleges és vízszintesre osztják.

A függőleges ülepítő tartály egy hengeres vagy négyzet alakú (síkbeli) tartály, kúpos fenekével az ülepítő üledék könnyű összegyűjtése és szivattyúzása érdekében. A víz mozgása egy függőleges ülepítő tartályban alulról felfelé történik (a részecskék ülepedésére).

A vízszintes ülepítő 1,5-4 m magas, 3-6 m széles és legfeljebb 48 m hosszú négyszögletes (tervben) tartály, melynek aljára lehullott hordalékot speciális kaparókkal a gödörbe mozgatják, majd onnan eltávolítják. hidraulikus felvonóval, szivattyúkkal vagy egyéb eszközökkel. A lebegő szennyeződéseket kaparók és keresztirányú tálcák segítségével távolítják el, amelyek egy bizonyos szintre vannak telepítve.

A befogott terméktől függően a vízszintes ülepítőtartályok homokfogókra, olajfogókra, fűtőolajfogókra, benzinfogókra, zsírfogókra stb. Az olajcsapdák egyes típusai a 0. ábrán láthatók.

61. ábra - Olajcsapdák

A sugárirányú, kerek alakú ülepítő tartályokban a víz a középpontból a perem felé halad, vagy fordítva. A szennyvíztisztításra használt nagykapacitású radiális ülepítő tartályok átmérője 100 m, mélysége 5 m.

A központi szennyvízbevezetéssel ellátott radiális ülepítő tartályok bemeneti sebessége megnövekedett, ami az ülepítőtérfogat jelentős részének kevésbé hatékony kihasználását okozza a perifériás szennyvízbevezetéssel és a központban tisztított víz elvezetéssel rendelkező radiális ülepítő tartályokhoz képest.

Minél nagyobb az ülepítő tartály magassága, annál tovább tart, amíg egy részecske a víz felszínére úszik. Ez pedig az olajteknő hosszának növekedésével jár. Következésképpen a hagyományos kivitelű olajcsapdákban nehéz fokozni az ülepedési folyamatot. Az ülepítő tartályok méretének növekedésével az ülepítés hidrodinamikai jellemzői romlanak. Minél vékonyabb a folyadékréteg, annál gyorsabban megy végbe a felemelkedés (ülepedés) folyamata, minden más változatlanság mellett. Ez a helyzet vékonyrétegű ülepítő tartályok létrehozásához vezetett, amelyek tervezésük szerint cső- és lemezesre oszthatók.

A csőszerű ülepítő tartály munkaeleme egy 2,5-5 cm átmérőjű, körülbelül 1 m hosszúságú cső, melynek hossza a szennyezés jellemzőitől és az áramlás hidrodinamikai paramétereitől függ. Kis (10) és nagy (legfeljebb 60) csőhajlású csőszerű ülepítő tartályokat használnak.

Az alacsony csőhajlású ülepítő tartályok periodikus ciklusban működnek: víztisztítás és a csövek mosása. Célszerű ezeket az ülepítő tartályokat használni a kis mennyiségű mechanikai szennyeződést tartalmazó szennyvíz tisztítására. A világítás hatékonysága 80-85%.

A meredek ferdeségű cső alakú ülepítő tartályokban a csövek elrendezése miatt az üledék lecsúszik a csöveken, ezért nincs szükség az öblítésre.

Az ülepítő tartályok működési ideje gyakorlatilag nem függ a csövek átmérőjétől, hanem hosszukkal növekszik.

A szabványos csőblokkok polivinil vagy polisztirol műanyagból készülnek. Jellemzően kb. 3 m hosszúságú, 0,75 m szélességű és 0,5 m magasságú tömböket használnak A cső alakú elem keresztmetszete 5x5 cm Ezeknek a tömböknek a kialakítása lehetővé teszi a szakaszok összeszerelését bármilyen kapacitásra; szakaszok vagy egyes blokkok könnyen beépíthetők függőleges vagy vízszintes ülepítő tartályokba.

A lemezes ülepítő tartályok párhuzamos lemezekből állnak, amelyek között folyadék mozog. A víz és a lerakódott (lebegtetett) üledék mozgási irányától függően az ülepítőtartályokat közvetlen áramlásúakra osztják, amelyekben a víz és az üledék mozgási iránya egybeesik; ellenáram, amelyben a víz és az üledék egymás felé halad; kereszt, amelyben a víz az üledék mozgásának irányára merőlegesen mozog. A lemezes ellenáramú ülepítő tartályok a legszélesebb körben használtak.

62. ábra - Ültetőtartályok

A cső- és lemezes ülepítő tartályok előnye a kis építési térfogat miatti költséghatékonyság, a fémnél könnyebb, agresszív környezetben nem korrodáló műanyagok felhasználásának lehetősége.

A vékonyrétegű ülepítő tartályok általános hátránya, hogy egy tartályt kell létrehozni a könnyen leválasztható olajrészecskék és nagyméretű olaj-, vízkő-, homok- stb. rögök előzetes elkülönítésére. Az alvadékok felhajtóereje nulla, átmérőjük elérheti a 10-15 cm-t. több centiméter mélységgel. Az ilyen vérrögök nagyon gyorsan károsítják a vékonyrétegű ülepítő tartályokat. Ha a lemezek vagy csövek egy része eltömődött ilyen rögökkel, akkor a többiben a folyadékáramlás megnő. Ez a helyzet az olajteknő működésének romlásához vezet. Az ülepítő tartályok sematikus diagramja a 0. ábrán látható.

5.3 Következtetések az ötödik fejezethez

Ez a rész az életbiztonság és a környezetvédelem főbb kérdéseit tárgyalta. Elvégezték a veszélyes és káros termelési tényezők elemzését. Védelmi intézkedéseket is kidolgoztak a klór kibocsátására. Ezen túlmenően ez a fejezet megvizsgálta a környezetvédelem fő feladatait, és javasolta egy vízszintes ülepítő tartály telepítését a szennyvíz kőolajtermékektől való tisztítására.

Következtetés

Ebben a diplomatervben egy szoftverkomponenst fejlesztettek ki az autómosás utáni szennyvízkezelés automatikus vezérlőrendszeréhez.

Áttekintették a szennyvíztisztítás működési alapjait és korszerű módszereit. Valamint ezen folyamatok automatizálásának lehetősége. Meglévő hardver (logikailag programozható PLC vezérlők) és vezérlőrendszerek szoftverének elemzése készült.

Kidolgozásra került az autómosó szennyvízkezelési folyamatát vezérlő vezérlőrendszer hardvere.

Kidolgozásra került a rendszer CoDeSys környezetben való működésének algoritmusa. A Trace Mode 6 környezetben vizuális megjelenítési felületet fejlesztettek ki.

Bibliográfia

automatizálás szennyvízkezelés

1. Előadások az „Elektronika” és „Műszaki mérések és műszerek” kurzusokon. Kharitonov V.I.

2. „Technikai rendszerek kezelése” Kharitonov V.I., Bunko E.B., K.I. Mesha, E.G. Murachev.

3. "Elektronika" Savelov N.S., Lachin V.I.

Az MGUP "Mosvodokanal" autómosó műszaki dokumentációja.

Zhuromsky V.M. Előadások tanfolyam a "Műszaki eszközök" kurzusról

Kazinik E.M. - Módszertani utasítások a szervezési és gazdasági rész megvalósításához - Moszkva, MSTU MAMI kiadó, 2006. - 36 p.

Sandulyak A.V., Sharipova N.N., Smirnova E.E. - Módszertani utasítások az „életbiztonság és környezetvédelem” szakasz megvalósításához - Moszkva, MSTU MAMI kiadó, 2008. - 22 p.

Műszaki dokumentáció MGUP "Mosvodokanal"

Stakhov - Az olajtermékek tárolására és szállítására szolgáló vállalkozások olajos szennyvízének kezelése - Leningrád Nedra.

Weboldal forrásai: http://www.owen.ru.

Jelenleg jelentős számú technológiai séma létezik a biológiai tisztítási folyamathoz, amelyek mindegyike különbözik a levegőztetési szakaszok számától, az eleveniszap regeneráció jelenlététől vagy hiányától, a szennyvíz és az iszap szerkezetekbe való bejuttatásának módjaitól, a tisztítás mértékétől. stb. Minden szerkezettípust a normál működés saját mutatói jellemeznek, és egyéni megközelítést igényel az automatizált vezérlőrendszer tervezése.

Az automatizált vezérlőrendszer felépítéséhez felhasználható hatások a következők:

A visszatérő iszap áramlási sebességének szabályozása az eleveniszap koncentrációjának fenntartása érdekében a levegőztető tartályban;

A levegőáramlás szabályozása oly módon, hogy a levegőztető tartály teljes térfogatában az oldott oxigén adott koncentrációja megmaradjon;

A rendszerből eltávolított eleveniszap áramlási sebességének szabályozása az iszap állandó korának fenntartása érdekében;

A levegőztető tartály és a regenerátor térfogatarányának megváltoztatása (a teljes térfogat állandóságának megőrzése mellett) az optimális iszapregeneráció érdekében;

A bejövő szennyvízáram elosztása párhuzamosan üzemelő levegőztető tartályok között;

A levegőztető tartályba belépő víz optimális pH-értékének fenntartása

Az ülepítő tartályokból kibocsátott iszap áramlásának szabályozása a bennük lévő optimális iszapszint fenntartása és az iszapkeverék áramlási sebességétől, a tisztított ülepített víz zavarosságától, valamint az iszapindextől függően történő változtatása érdekében.

A hagyományos automatizált vezérlőrendszerek olyan algoritmikus modelleket használnak, amelyek összekapcsolják a vezérlési műveleteket a bemeneti adatokkal (vagy azok változásával). A hagyományos szabályozási módszerek hátránya a biológiai szennyvíztisztítás folyamatával kapcsolatban a megalkotott matematikai modellek sokdimenziós és összetettsége, a kezdeti információk alacsony pontossága és hiányossága, valamint a szabályozási kritérium kétértelműsége. Másrészt a biológiai szennyvíztisztító telep üzemeltetése során felmerülő helyzetek gyakran lehetővé teszik olyan formális érvelési módszerek alkalmazását az ellenőrzés során, amelyek közel állnak a humán szakértő természetes gondolkodásmódjához. A biológiai kezelés szabályozási problémáinál lényegesen hatékonyabbak lehetnek, mint a hagyományos szabályozási rendszerek, különösen a rendszerkövetelmények és a környezeti feltételek változásával a fejlesztési és módosítási idő és költség tekintetében, ami kritikus tényező a technológia folyamatos fejlesztése, ill. egységteljesítmény növelése biológiai kezelés. A kezelt létesítmény jellegzetessége, hogy a tisztítóállomás képes a technológiai séma módosítására és a berendezés összetételének megváltoztatására. Ez a körülmény növeli a nyitottság, kilátások és szabványosítás követelményeit a létrehozott rendszerrel szemben. A szennyvíztisztítás minőségi normáinak változásai, a tisztító létesítmények kapacitásának növelése vagy új szabályozási paraméterek kiegészítése a hagyományos automatizált vezérlőrendszer matematikai modelljeinek teljes átdolgozását teszi szükségessé, míg egy szakértői rendszerben már csak a szabályok módosítása, ill. újakat.

Emellett a biológiai kezelés irányítása során gyakran adódnak problémás helyzetek, amelyek leküzdéséhez számos szakértő tapasztalatát, normatív, műszaki, referencia és szabályozási információkat kell felhasználni, amelyek nem mindig állnak rendelkezésre az üzemeltető számára. A kezelőlétesítmények működésének irányítása a kezelőlétesítmények állapotának és működésének sajátosságaihoz kapcsolódó összetett feladat. A gyakorlatban a szennyvízkezeléssel kapcsolatos döntéseket hozó szennyvíztisztító telepi technológus a következő problémákkal szembesül:

Döntéshozatali paraméterek hiánya a korlátozott időtartalék és a speciális laboratóriumi vizsgálatok magas költsége miatt;

A döntéshozatalhoz szükséges természetes nyelvi utasítások hiányossága és pontatlansága;

Elégtelen elméleti ismeretek a szennyvízkezelési folyamatról, és nem vették figyelembe egy adott tisztítómű működési jellemzőit.

A szennyvízkezelés folyamata a rendszer késleltetett válaszüzemmódjában történik, és sok bemeneti jeltől függ. Ezek a jelek heterogének, eltérő frekvencián érkeznek, és egy részük feldolgozása időt, valamint speciális laboratóriumi körülményeket és drága reagenseket igényel. A szennyvíztisztító telepek működése részben számos élő szervezet tevékenységének köszönhető, amelyek reakciói a bemeneti paraméterek hatására specifikusak és kölcsönösen függenek egymástól. A szennyvízkezelést végző organizmuskomplexumok létezésének optimális feltételeit nagyon nehéz kiválasztani, mivel ezek a komplexek a szennyvíz összetételétől függően változnak. A tápanyagok koncentrációjának szabályozása, a környezet pH-értékének és hőmérsékletének megfelelő tartományban tartása nemcsak a mikroorganizmusok fejlődésére, hanem az utóbbiak víztisztítási biokémiai aktivitására is pozitív hatással van. A levegőztető tartályokban a mikroorganizmusok működésének optimális feltételeinek kiválasztásához automatizált vezérlőrendszereket alkalmaznak, amelyek matematikai modelleken alapulnak (1.2. táblázat). Az ilyen rendszereknek számos hátránya van. Jól működnek, ha a tisztítómű normál üzemben van, és rosszul alkalmazhatók rendellenes működés esetén.

Problémahelyzetek felmerülésekor természetesen szakértők tudására, tapasztalatára van szükség, az egyenletmegoldó szimulációs modellek és programok kidolgozása pedig nyilvánvalóan nem elegendő. Szükség van az évek során felhalmozott szubjektív információk, valamint a kezelőhelyek működése során felhalmozott hiányos adatok, objektív információk felhasználására.

A mesterséges intelligencia módszerek és eszközök alkalmazása új lehetőségeket kínál a szennyvíztisztító telepek kezelésének problémáinak megoldására. A mesterséges intelligencián alapuló szakértői rendszereknek ideális esetben olyan hatékonysággal kell rendelkezniük az informális problémák megoldásában, amelyek összehasonlíthatók az emberi problémákkal, vagy azt felülmúlják. Mindenesetre a szakértői rendszer kevesebbet „tud”, mint egy humán szakértő, de az a gondosság, amellyel ezt a tudást alkalmazzák, kompenzálja korlátait. Jelenleg külföldön számos szakértői rendszer (ES) működik, amelyeket szennyvízkezelésre használnak (1.3. táblázat).

Az 1.3. táblázat példáit elemezve meg kell jegyezni, hogy az integrált háztartási szennyvíztisztító rendszer elemét képező biológiai tisztítóegység vezérléséhez a legcélszerűbb szabályalapú rendszert alkalmazni.

1.2. táblázat – A klasszikus védekezés modelljei a biológiai tisztítótelepeken

Név	Alkalmazási példa	Felszerelés	A modellek hátrányai	A modellek előnyei
Korreláció	A vízjellemzők közötti kapcsolatok és kölcsönhatások megállapítása	Tisztítótelepek	A nagyszámú külső tényező jelenléte, a mikroorganizmusok kölcsönös hatása, a szubsztrátummal való kölcsönhatás nehézségeket okoz a rendszer leírására szolgáló megfelelő modell kiválasztásában. A modelleket nehéz kidolgozni, gyakran pontatlanok, és túlságosan leegyszerűsítik a valóságot. A szimulációs modellezés nem működik ismeretlen vagy nem modellezett helyzetekben. Kvalitatív adatok nem használhatók numerikus vezérlési modellekhez. Az adatok pontatlanok vagy hiányoznak, a szenzorok hibás információt produkálnak vagy hiányoznak, nem minden nap elemzik a modellezéshez szükséges összes jellemzőt, ami befolyásolja a modellek pontosságát. A beáramló víz jellemzői nagyon változóak és ellenőrizhetetlenek. Az adatok beszerzésének késése a hosszadalmas laboratóriumi vizsgálatok és analitikai számítások miatt.	A szennyvíztisztító telepek viselkedésének értékelése egy adott fejlesztési forgatókönyvre (üzemi feltételek és a bejövő víz jellemzői) és egyes tisztítási folyamatok lehetséges kimeneteleinek közép- és hosszú távú előrejelzése A szennyezőanyag eltávolítás hatékonyságának javítása Az áramfogyasztás, a vegyi reagensek és a kezelő létesítmények fenntartási költségeinek csökkentése Alternatívák kidolgozása a meglévő szennyvíztisztító telepek utólagos felszerelésére
Adaptív algoritmus	A szükséges oxigénszint fenntartása a levegőztető tartályban	Aerotank
Pragmatikus modellek Alapvető modellek	A baktériumok szaporodása és a szubsztrátfogyasztás	Aerotank
Szimulációs modellek Statisztikai szintézis	A szennyvíztisztító telepi állapotok alakulásának modellezése	Tisztítótelepek
Klaszterezés	Az érzékelő adatok osztályozása	Tisztítótelepek
Stokes törvénye	Lerakódási modellezés	Homok csapda
Guzman görbe	Szilárdanyag-lerakódás szimulációja
Optimalizálási módszer	Az iszapkezelés optimalizálása	Elsődleges, másodlagos ülepítő tartályok
Determinisztikus, prediktív modellek	Csapadék	Elsődleges, másodlagos ülepítő tartályok
Teljesítménygörbék és sztochasztikus modellek	Az ülepítőtartály viselkedésének előrejelzése	Elsődleges, másodlagos ülepítő tartályok

1.3. táblázat - Szennyvíztisztító telepekhez kifejlesztett mesterséges intelligencia eszközök

Név . Fejlesztő	A tudás reprezentációja	Főbb funkciók és jellemzők	Hibák
Valós idejű ES. (Baeza, J)		A kezelő létesítmények működésének szabályozása. A szennyvízkezelési folyamat irányítása az interneten keresztül.	Szabály alapú rendszerek: Ne tanulj munka közben Nehézségek a forrásadatokból való tudás és tapasztalat kinyerésének folyamatában Előrelátásra képtelen, területüket a múltban előre meghatározott helyzetek korlátozzák. Esetalapú rendszerek: A precedensek indexelésének problémája a tudásbázisban; Hatékony eljárás megszervezése a legközelebbi precedensek felkutatására; Képzés, alkalmazkodási szabályok kialakítása; A már nem releváns precedensek eltávolítása. Előzmények és szabályok: A rendszermodulok szintaktikai és szemantikai integrációja nincs
ES a kezelő létesítmények állapotának meghatározására. (Riano) 4]		A kezelőlétesítmények állapotának azonosítására szolgáló szabályok automatikus létrehozására szolgáló rendszer.
ES a szennyvíztisztító telepek ellenőrzésére. (Yang)		Szakértői rendszer a szennyvíztisztító telepek vízkezelési szakaszainak meghatározására
ES az operációs rendszer vezérléséhez (Wiese, J., Stahl, A., Hansen, J.)	Precedensek	Szakértői rendszer káros mikroorganizmusok azonosítására eleveniszapos rendszerben
ES a vízszennyezés okozta károk csökkentése érdekében. (Észak-Karolinai Egyetem)	precedensek	A lehetséges hatások felmérése a nem pontszerű szennyezőforrások kezelésében a vízgyűjtőn a felhasználói információk és döntések alapján.
Valós idejű ES a szennyvíztisztító telep ellenőrzéséhez (Sanchez-Marre)	precedensek	PPR szennyvíztisztító telepek monitorozására, integrált ellenőrzésére és kezelésére. Keretstruktúrába egyesül: tanulás, érvelés, ismeretszerzés, megosztott döntéshozatal. A következtetési szabályok részben az adatokat és a szakértői ismereteket modellezik. A precedens alapú rendszer az empirikus tudást modellezi.
Az eleveniszapos rendszer vezérlése. (Comas, J.)	precedensek	Az eleveniszapos rendszer felügyeleti és vezérlőrendszere a biológiai tisztítótelepeken. A mag és a fő modulok fejlesztése egy objektum-orientált shell alapján történik, amely megvalósítja a következtetési mechanizmust. Kezeli az adatgyűjtést, adatbázist, szabályrendszert és precedenst.

Az ellenőrzési problémák közvetlen biológiai kezelőegységen történő megoldásának legjellemzőbb formája a termelési modell alapján felépített szakértői rendszerek, ahol a tudást „ha-akkor” szabályok összessége reprezentálja. Egy ilyen szakértői rendszer fő előnye az információk egyszerű feltöltése, módosítása és törlése, valamint a logikai következtetési mechanizmus egyszerűsége. Az 1.1. ábrán bemutatott szakértői rendszer struktúrájának rendezéséhez szükséges a technológiai információkat a tudásbázis működését leíró döntési struktúrává alakítani, majd a kiválasztott szoftverhéj alapján egy programot készíteni. a szakértői rendszer működéséhez.

Ez lesz a disszertáció célja: a biológiai szennyvíztisztító egység vezérlésére szolgáló szakértői rendszerek alkalmazásának elméleti kutatási tapasztalatait és gyakorlati megoldásait egy adott tisztítási folyamathoz adaptálni, figyelembe véve a tervezési paramétereket és az egyedi technológiai sémát. ezeknek a kezelő létesítményeknek a tervezése során elfogadott. Valamint egy teljes értékű folyamatautomatizálási rendszer kialakítása és a megvalósításhoz szükséges technikai eszközök kiválasztása.

1.1. ábra – A szennyvízkezelési folyamat irányítási szerkezete

Epov A.N. Ch. technikai specialista

Kanunnikova M.A. Ph.D. tech. tudományok,
vízellátási igazgató
és vízelvezetés" LLC "Domkopstroy"

A szennyvíztisztítás legösszetettebb szabályozási rendszere a nitrogén- és foszforeltávolító bioremediációs létesítmények kezelése. Ellentétben azzal, hogy ezek a technológiák a 90-es évek közepén Oroszországban elkezdődtek, most ennek a rendszernek a megvalósításához megbízható érzékelők és vezérlők széles választéka áll rendelkezésre, amelyek lehetővé teszik szinte bármilyen ötlet megvalósítását a folyamatvezérlés automatizálására. A modern berendezéseknek köszönhetően a nitrogén és foszfor kombinált eltávolításával végzett biológiai tisztítási folyamat szabályozási rendszereinek létrehozásával kapcsolatos fő problémák nagyrészt megoldódtak. Másrészt az automatizált folyamatirányító rendszer konfigurációjának meghatározása az ilyen technológiákhoz a tervezési gyakorlatban továbbra is probléma és közös kreativitás tárgya a tervező-technológus, az automatizált vezérlőrendszer tervezője és a megrendelő szakemberei között. A modern biológiai tisztítóberendezések folyamatirányító rendszerének konfigurációjáról és mennyiségéről minden konkrét projekt esetében egyedi döntés születik. A projektek elemzése azt mutatja, hogy az irányítási rendszereket túlzottan bonyolultan és a technológiai folyamat támogatásához nem elegendő felszereléssel tervezték.

Az SNiP korai kiadásaiban az ezekben az években elfogadott technológiákhoz alapvető ajánlások voltak az automatizált folyamatvezérlő rendszerek mennyiségére és konfigurációjára vonatkozóan. Természetesen mára jelentősen elavultak a biofinomítói folyamatok automatizálásában. Meg lehet-e határozni a modern szennyvíztisztító telepek automatizált folyamatirányító rendszerének szabványos összetételét, és ezzel elkerülni a hibákat már a projektfejlesztés kezdeti szakaszában? A külföldi gyakorlatban több tucat működő állomás tapasztalatát használják fel az ilyen döntések végrehajtására. Ez a megközelítés jelentős befektetést igényel a tudományos elemzésbe, amikor a szennyvíztisztító telepeket a nitrogén és a foszfor biológiai eltávolításával üzemeltetik. Oroszországban a modern biofinomítói technológiákkal épített létesítmények száma lényegesen kevesebb, mint Európában és számos más országban. Munkájuk tanulmányozására nincs célzott finanszírozás, ami arra kényszerít bennünket, hogy más utakat keressünk az optimális megoldások kidolgozására.

Az ilyen feladatok megvalósítására a legjobb megoldás a szennyvízkezelési folyamatok matematikai modellezése és az automatizált folyamatirányító rendszerek. A GPS-X szoftvercsomagon alapuló tervezési módszer alkalmazása az automatizálási rendszer és a szennyvíztisztító telep létesítményeinek közös üzemeltetésére projektek megvalósítása során lehetővé teszi a rendszer részletes fejlesztését, csökkenti az üzembe helyezési időt és növeli a folyamatirányító rendszer teljesítményét. . Ez a legprogresszívebb és leghatékonyabb módszer, amellyel elemezheti a javasolt megoldások teljesítményét és elegendőségét, szimulációs modell segítségével meghatározhatja az érzékelők elhelyezését, kiválaszthatja az optimális áramköri lehetőséget és felállíthat egy vezérlő algoritmust.

A matematikai modellezést széles körben alkalmazták Oroszországban az elmúlt 10 évben. A GPS-X szoftvercsomag segítségével, a szerzők közreműködésével több mint 20, összesen több mint 6 millió m3/nap kapacitású szennyvíztisztító telep működésének tervezésére és elemzésére került sor.

Ezen módszerek matematikai modellezéssel történő szerkezetszámítási módszereinek alkalmazásában felhalmozott tapasztalat és az eredmények elemzése lehetővé teszi számunkra, hogy meghatározzuk a biológiai tisztítási és iszapkezelési folyamatok összetételét és előnyben részesített szabályozási sémáit.

A gazdálkodás célja, módja és alapvető szabályai

A biológiai kezelés folyamatirányító rendszerének szabványos megoldásainak kidolgozásakor el kell különíteni a kezelési célokat és a megvalósítási módszereket.

A menedzsment célja, hogy egy adott mutatót egy adott szinten vagy egy adott tartományban tartson. A célt az eljárás biológiája, a tisztított vízzel szemben támasztott követelmények és gazdaságossága szabja meg.

A megvalósítás módja az, hogy egy adott értéket hogyan és hol kell mérni, milyen technológiai hatásokat támogatni. A módszert a folyamat tervezése határozza meg.

A kombinált biológiai nitrogén- és foszforeltávolítási folyamat támogatására vonatkozó alapvető gazdálkodási célkitűzéseket a 2002-es biológiai foszforeltávolító üzem tervezési és üzemeltetési útmutatója teljes mértékben megfogalmazta. Ezeket az ajánlásokat használták alapul a nitrogén és foszfor biológiai eltávolításával működő állomások vezérlőrendszereinek matematikai modellezéséhez. Az elkészült modellezési munka elemzése lehetővé teszi azoknak az alapvető szabályoknak a meghatározását, amelyek betartása biztosítja a konfigurációban optimális folyamatirányító rendszerek előállítását.

1. szabály – a stabil foszforeltávolításhoz a nitrogéneltávolítási folyamat szabályozása szükséges. Ellenőrzési célok:

védi az anaerob zónát a nitrátoktól;

a nitrát-nitrogént lehetőleg távolítsa el, biztosítva a kombinált denitrifikációt és foszfátmentesítést.

Ez a szabály azon alapul, hogy a foszfátot felhalmozódó mikroorganizmusok (PAO) és heterotrófok anaerob és anoxikus körülmények között könnyen oxidálható szerves anyagokat használnak fel.

A könnyen oxidálódó szerves anyagok és a polifoszfát kötések energiájának anaerob és anoxikus körülmények között történő felhasználásának biokémiájáról a modern matematikai modellekben használt modern elképzeléseket az 1. ábra mutatja be. 1.

A fermentálható, könnyen oxidálható anyagok (oldott bio-oxidálható KOI) anaerob körülmények között hidrolizálódnak, így illékony zsírsavak (VFA) keletkeznek, míg a fakultatív aerob mikroorganizmusok hidrolízis és savanyítás révén szaporodnak. A hidrolízis eredményeként keletkező és vízben jelen lévő VFA-kat (acetát és propionát) a FAO belső tápanyagtartalék felhalmozására használja fel PHA biopolimerek formájában. A használt VFA-k és a tárolt szubsztrátok oxidációs fokának kiegyensúlyozására glikogént használnak. Energiaforrásként - makroenergetikai kötések polifoszfátokban. Ebben a folyamatban maximális VFA kerül felhasználásra, maximális PHA halmozódik fel, és maximális polifoszfát szabadul fel.

A nitritekben és nitrátokban kötött oxigén jelenlétében az erjeszthető szerves anyagokat és a VFA egy részét a heterotróf mikroorganizmusok felhasználják a denitrifikáció során. A FAO mikroorganizmusok a VFA-kkal is kölcsönhatásba lépnek, de a glikogén és polifoszfát energia felhasználása helyett a VFA-k egy része kötött oxigén segítségével oxidálódik.

Ennek eredményeként a tárolt biopolimerek FAO mikroorganizmusok általi felhalmozódása és a foszfor felszabadulása az anaerob zónában élesen csökken. Emiatt jelentősen csökken a foszfor eltávolításának hatékonysága - kevesebb szubsztrát jut a FAO növekedéséhez oxigén jelenlétében, és nincs szükség a polifoszfátok koncentrációjának helyreállítására a sejtekben.

A nitrátok és nitritek az anaerob zónába kerülésekor először az anoxikus állapotokra jellemző folyamatok, majd a kötött oxigén koncentrációjának minimálisra csökkenésével az anaerob körülményekre jellemző folyamatok következnek be. Így a tárolt biopolimerek felhalmozódásának hatékonysága és a foszfor felszabadulása a bejövő könnyen oxidálódó tömegaránytól függ.
anyagok és a bejövő kötött oxigén tömege.

Ezt jól megerősítik a jakutszki városi szennyvíztisztító telepek vizsgálata és modellezése során nyert adatok (2. ábra). A beérkező kötött oxigén tömege arányos a nitrátkoncentrációval a denitrifikációs zóna végén, ahonnan az iszap visszakerül az anaerob zónába. Az anaerob zónába belépő nitrátok koncentrációjának kb. 1 mg/l-re való korlátozása lehetővé teszi, hogy magas foszforfelszabadulást érjünk el benne. Azt is meg kell jegyezni, hogy erre a szintre a denitrifikáció a folyamat sebességének csökkentése nélkül megy végbe.

2. szabály - a tisztított víz minőség-ellenőrzése az ammónia-nitrogén koncentrációja szerint történik. A nitrifikáció szabályozásához optimális oxigénviszonyokra és iszapkorra van szükség.

Az oldott oxigén és az ammónium-nitrogén koncentrációja a szerves és szervetlen inhibitorokkal együtt döntően befolyásolja a nitrifikáló mikroorganizmusok szaporodási sebességét a nitrifikáció első és második fázisában egyaránt.
Az oldott oxigén koncentrációjának monitorozása a legáltalánosabb paraméter a folyamatirányító rendszerek kialakításánál. Ellenőrzési célok:

biztosítsa a szükséges tisztítási mélységet a BOD és az ammónium-nitrogén tekintetében;

ne pazarolja az energiát a levegőztetésre.

Az oldott oxigén optimális koncentrációját a nitrifikációs folyamathoz szakirodalmi adatokból és kísérletileg is meghatároztuk - 1. ábra. 3. Az oxigénkoncentráció optimális fölé emelése minden esetben nem vezet a nitrifikáció javulásához, csak túlzott levegőfogyasztást okoz.

Az iszap kora kulcsfontosságú tényező a biológiai nitrogén- és foszforeltávolító létesítmények minden tervezési módszerében és a létesítmények üzemeltetésében.

A modern modellek az iszap korának következő mutatóit különböztetik meg:

Az iszap aerob kora - ez az érték határozza meg az első és a második fázis nitrifikációs mikroorganizmusainak megengedett növekedési sebességét.
Ez az aerob körülmények között keletkező iszap tömegének a szerkezetekből eltávolított iszap tömegéhez viszonyított aránya. A nitritekre vonatkozó szigorú szabványosítás hiányában 1 mg/l ammónium-nitrogén koncentrációnál alacsonyabb életkori értékeket fogadunk el. A mélyebb nitrifikáció eléréséhez magasabb iszapéletkor értékeket fogadnak el. Az iszap korának növekedése vagy csökkenése a lefolyó hőmérsékletének változásával és a nitrifikációt gátló anyagok jelenlétével is összefügg. ábrán. A 4. ábrán látható az iszap aerob korának a hőmérséklettől való függése a teljes nitrifikáció során, valamint az iszap kora, amely szükséges a nitrifikációs folyamat megkezdéséhez a levegőztető tartályokban.

Az iszap anaerob kora felelős az anaerob körülmények között előforduló hidrolízist és savasodást okozó mikroorganizmusok növekedéséért. Attól függően, hogy az anaerob zónában további VFA-kat kell beszerezni, az anaerob iszap életkora 1-3 nap. Ez az anaerob zónában lévő iszap tömegének az eltávolított iszap teljes tömegéhez viszonyított aránya.

Az iszap általános életkora meghatározza a biocenózisban a biomassza fajok arányát és az iszap önoxidációjának mélységét. Az iszap teljes korát a levegőztető tartály összes zónájában (anaerob, anoxikus és aerob) lévő iszap tömegének a növekedéssel eltávolított iszap tömegéhez viszonyított arányaként határozzuk meg. Minden esetben van egy optimális iszapkor a folyamatban. Az iszap összkorának csökkentése nem teszi lehetővé az iszap optimális aerob és anaerob korának elérését és a denitrifikációs folyamatok végrehajtását. Az életkor növekedése az iszapautolízis folyamatok kialakulásához és a foszforeltávolítás hatékonyságának csökkenéséhez vezet (5. és 6. ábra).

A vezetési célok prioritása

Mivel egy adott üzem működése során a figyelembe vett szabályozási célok ütközhetnek egymással, ezért a szabályozási rendszer kialakításakor prioritásokat kell meghatározni.

Az irányítási célok prioritása az ábrán látható. 7, és a következőképpen magyarázható:

. a nitrifikáció helyreállítása a nitrifikáló anyagok növekedésével jár, és akár két hétig is eltarthat. Az irányítási rendszer intézkedései semmilyen körülmények között nem vezethetnek a nitrifikáló mikroorganizmusok elvesztéséhez. A külföldi gyakorlatban, beleértve az ATV levegőztető tartályok kiszámítására vonatkozó ajánlásokat is kedvezőtlen körülmények között (például a szennyvíz hőmérsékletének szezonális csökkenése esetén), javasolt biztosítani a levegőztető tartályok aerob térfogatának növelését a denitrifikációs zóna miatt;
. a denitrifikáció helyreállítása az enzimrendszer átstrukturálódásával jár, és néhány perctől (átváltás egy másik enzimre a légzési láncban) több óráig tart (enzimszintézis). Figyelembe kell venni, hogy ha a denitrifikáció megszakad, vagy az idő nem elegendő, a tisztított vízben megnő a nitrátok koncentrációja.
A tisztított víz nitrogén- és nitrátkoncentrációja technológiailag csak speciális utókezelő létesítmények jelenlétében szabályozható. Ezért, ha szükséges, kedvezőtlen körülmények között lehetőség van a levegőztető tartály anaerob zónájának egy részének vagy egészének denitrifikációra történő felhasználására;
. a foszfor eltávolításának helyreállítása mind az enzimrendszer átstrukturálásával, mind a FAO növekedésével kapcsolatos. A folyamat helyreállítása néhány perctől (átkapcsolás az enzimrendszerben) egy napig tart (a PAO koncentrációjának növekedése a biocenózisban). A foszforkoncentráció a reagenssel könnyen beállítható mind a biológiai kezelés szakaszában, mind az utókezelés során, így a foszfátmentesítés hatékonyságának átmeneti csökkenése a reagens adagolásának szabályozása során nem vezet a tisztított víz minőségének romlásához.

Kontroll megvalósítási módszerek

Nézzük meg, milyen módszerekkel valósítható meg a kitűzött célokat elérő szabályozási rendszer egy UCT eljárást alkalmazó biológiai szennyvíztisztítási séma példáján!

ábrán. A 8. ábra az UCT folyamat vázlatos diagramját mutatja a legteljesebb megvalósításában, beleértve egy anaerob zónát, egy anoxikus zónát, egy változó rezsimű zónát (különféle körülmények tarthatók fenn - aerob, anoxikus vagy periodikus levegőztetés), egy aerob zónát és egy másodlagos ülepítő tartály. Az első cél a nitrogén-nitrátok (és nitritek) Q2CNO3 tömegének korlátozása, hogy az lényegesen kisebb legyen, mint a beérkező Q1C1 szerves anyag tömege. A fő probléma ebben az esetben az a kérdés, hogyan mérjük ezt az arányt. Itt első pillantásra két lehetőség kínálkozik:
1) Mérje meg a beáramló nitrogén, nitrátok és oldott szerves anyagok vagy oldott biológiailag oxidálható anyagok koncentrációját! Ennek a megközelítésnek a megvalósításához két áramlási sebesség, a nitrát-nitrogén-koncentráció és az oldott szervesanyag-koncentráció mérésére lesz szükség kémiai vagy biokémiai módszerekkel. Egy ilyen mérés lehetséges, de a rendszer meglehetősen bonyolult és drága lesz.
2) Mivel korlátozzuk a nitrogén és a nitrátok hatását, mérjük meg koncentrációjukat az anaerob zónában. Itt figyelembe kell venni, hogy a nitrát nitrogén alacsony koncentrációja esetén korlátozó tényező a denitrifikációs folyamatban (elektronakceptorként, hasonlóan az oxigénhez aerob folyamatokban). Következésképpen a nitrátok maradék nitrogénkoncentrációja megfelel a Monod-egyenletnek. Azok. alacsony nitrogénkoncentrációnál a nitrátok gyakorlatilag nem távolíthatók el a reakciósebesség csökkenése miatt. Ennek eredményeként az anaerob zónában a nitrát nitrogén alacsony koncentrációja (a modellezési eredmények szerint - kevesebb, mint 0,1 mg/l) két lehetőség közül választhat:
. alacsony koncentrációt értek el az anaerob zónába kerülő nitrogén-nitrátok kis tömege miatt;
. az alacsony koncentrációt a nitrogén és a nitrátok anaerob környezetben történő eltávolításának eredményeként érik el.

Így a mérés érzéketlen lesz.

A biológiai foszforeltávolító telepek tervezésére és üzemeltetésére vonatkozó útmutató megjegyezte, hogy a nitrogéneltávolítás monitorozása során az egyik hasznos mérés az Eh redoxpotenciál mérése. Az Eh értékét (állandó pH mellett) az oldatban lévő oxidálószerek és redukálószerek egyensúlya határozza meg, pl. az elektronok befogadásának vagy adományozásának képessége, valamint az oxidálószer és a redukálószer jellege. Az Eh értéke jelentősen csökken, ha az oxidálószerek a következő sorrendben változnak - oldott oxigén - nitritek és nitrátok - szulfátok. Így az Eh szenzor alkalmazása lehetővé teszi a nitritek és nitrátok szerepének az anaerob zónában lezajló folyamatokban való értékelését, az oxidálószer és a szerves anyag arányát.

Ezért az Eh használata az anaerob zóna szabályozására meglehetősen egyszerű és megbízható módszer.

Az Eh optimális értékének megőrzése érdekében a vizsgált technológiában lehetőség van a Q2 áramlási sebesség és a nitrátok CNO3 koncentrációjának szabályozására.

Az áramlásszabályozás egyszerűen egy szivattyú használatával valósítható meg frekvenciaszabályozókkal, és általában minden UCT-alapú folyamatban használatos, azonban ez befolyásolja a szabályozási tartományt (±30%-ra korlátozva). Kevésbé irracionális az újrahasznosítás áramlási sebességének csökkentése, mivel ez ellentmond az újrahasznosítás fő feladatának - az eleveniszapos anaerob zónába való ellátásának. Növelni sem praktikus, hiszen az áramlási sebesség növekedésével nemcsak a szállított iszap tömege nő, hanem az anaerob zónában töltött idő is csökken.

A CNO3-nitrátok koncentrációjának szabályozására több lehetőség is kínálkozik. Az első lehetőség a bejövő nitrogén tömegének szabályozása a denitrifikációs recycle Q4CNO3 kimenetében a Q4 áramlási sebességének változtatásával. Ez a szabályozási elv a legkönnyebben megvalósítható - a nitrátkoncentrációt közvetlenül a denitrifikációs zóna végén mérik, a szivattyút pedig egy frekvenciaszabályozó szabályozza. Ennek az újrahasznosításnak a szabályozását a legtöbb nitrogén-eltávolító és kombinált nitrogén- és foszfor-eltávolító rendszer alkalmazza. Ennek az újrahasznosításnak a szabályozását technikailag korlátozzák a szivattyú és a frekvenciaszabályozó együttes működésének lehetőségei, technológiailag pedig a tisztított vízben a kívánt nitrátkoncentráció elérése.

Hasonlóképpen, a bejövő nitrogén Q3CNO3kimenet tömege szabályozható a Q3 áramlási sebességének változtatásával. Ez a fajta szabályozás bonyolultabb, mivel a visszatérő iszap áramlását általában nem szivattyú, hanem a visszatérő iszapkamrák gátak szabályozzák, és a szivattyút másodlagosan a tartályban lévő szint szabályozza. Ezenkívül az ilyen típusú szabályozást technikailag korlátozza az iszap szintjének növelése a LeSL másodlagos ülepítő tartályban (lásd a 8. ábrát), miközben csökkenti a recirkulációs áramlási sebességet. Az ilyen szabályozást a MUCT4 eljárás alapján kialakított technológiai sémák alkalmazzák - külön zóna kijelölésével a visszatérő iszap denitrifikálására. Ebben az esetben kívánatos ellenőrizni az iszap szintjét a másodlagos ülepítő tartályokban.

Egy másik lehetőség a denitrifikáló (Q3 + Q4)∙CNO3 kimenetbe belépő nitrogén tömegének szabályozására a tisztított víz nitrát-nitrogénkoncentrációjának szabályozása. Ezt a szabályozási módszert rendszerint a denitrifikációs recycle áramlási sebességének szabályozásával együtt alkalmazzák változó rezsimű zónák jelenlétében. A Qair1 légáramlási sebesség a nitri-denitrifikáció szabályozására szolgál változó üzemmódú zónákban.

Az oldott oxigén koncentrációjának az egyidejű nitrid-denitrifikáció szintjére történő csökkentése vagy a levegőellátás időszakos kikapcsolása mindig az ammónium-nitrogén NH4 koncentrációjának visszajelzésével történik, hogy a nitrifikációs folyamat ne szakadjon meg. Ebben az esetben módosítani kell az aerob életkor számítását.

Az időszakos levegőztetésű zónákban az aerob életkor kiszámítása a következőképpen történik:

ahol TA/TD a levegőztetés és a denitrifikációs idő aránya;
W a levegőztető tartály zóna térfogata, m3;
ai - iszapdózis, g/l;
ar az iszap dózisa a visszatérő iszapban, g/l;
qi - felesleges iszap fogyasztása, m3/nap.

„Carousel” típusú levegőztető tartályok

Egyes projektekben „körhinta” keverési elvű levegőztető tartályokat használnak a nitri-denitrifikációs folyamat megszervezésére. Ebben az esetben a szabályozás megszervezésénél két alapvetően eltérő esetet kell megkülönböztetni.

Az első eset egy „rövid körhinta” (9. ábra). Ha a levegőztető rendszerből való kilépésnél az oldott oxigén koncentrációja a nitrifikációs folyamat szempontjából optimális, akkor a levegőztető rendszer kilépéséből a visszatérőbe történő áramlás során az oldott oxigén koncentrációjának nincs ideje. hogy a denitrifikációs folyamatok szintjére csökkenjen. Ebben az esetben igaz:

ahol L a levegőztető rendszer végétől az elejéig tartó futás hossza (m), v a víz mozgásának sebessége a „körhinta”-ban (m/s), CO2 a koncentráció
oxigén a levegőztető rendszer után (mg/l), OUR - átlagos oxigénfogyasztás mértéke (mgO2/g DM per másodperc), ai - iszapdózis (g/l).
Az oxigénveszteség átlagos utazási távolsága 50 m.
Az ilyen szerkezetek optimálisan működnek periodikus levegőztetés üzemmódban, amelyet oldott oxigén és ammónium nitrogén érzékelők vezérelnek. A levegőellátás be- és kikapcsolása az ammónium-nitrogén koncentráció alapján történik.

Alapvetően más eset a „hosszú körhinta” (L/v››CO2 / (OUR∙ai), amikor az utazási idő lehetővé teszi az oxigén denitrifikációs optimumra csökkentését és a denitrifikációs zóna térbeli kiemelését a „körhinta”-ban. (10. ábra).

Ebben az esetben lehetőség van a denitrifikációs zóna hosszának szabályozására, pl. változtatható módú területet rendezzen el egy „körhinta”-ban. A változtatható üzemmódú zóna vezérlése az általános elv szerint történik - a Qair1 levegőellátás be- és kikapcsolása ammónium-nitrogén-érzékelővel történik. Amikor a levegőztető rendszer be van kapcsolva, az oxigénkoncentráció az O2(1) oxigénérzékelő szerint a nitrifikációs optimumban marad. A körhinta mindig aerob részébe az aerob zóna végén elhelyezett O2(2) oxigénérzékelőn keresztül jut a levegő, amely biztosítja a denitrifikációs folyamat megindulását a szennyvíz betáplálási pontján.

Az oldott oxigén koncentrációjának fenntartása a levegőztetett területeken

Az oldott oxigén koncentrációjának fenntartása a levegőztetett zónákban különböző algoritmusok segítségével történhet.
Nézzük meg közelebbről előnyeiket és hátrányaikat.
A közvetlen légáramlás szabályozása az ábrán látható. tizenegy.
Ez a legkönnyebben megvalósítható szabályozási algoritmus. Az ilyen szabályozás közvetlenül végrehajtható az oldott oxigén koncentrációját mérő készülékek beépített vezérlőiről. Ennek a módszernek a következő korlátai vannak:
. Nincs védelem a minimális légáramlásra - ha az áramlási sebességet csökkentjük, a levegőztetés minimális intenzitása sérülhet az iszapkeverék rétegződésével és az iszap lehullásával a levegőztető tartály aljára.
. Nincs védelem a maximális légáramlás ellen - a légáramlás növekedésével a levegőztető rendszer hosszú távú túlterhelése lehetséges.
. Az ammónium-nitrogénről nincs visszajelzés.

Ez a módszer az egyes levegőztetett zónák légáramlásának további szabályozására javasolt a levegőztető tartály hosszában; nem alkalmazható változó üzemmódú zónákban és a teljes levegőztető rendszer szabályozásánál a fő légcsatornán lévő szeleppel, mivel a tisztítási technológia megsértéséhez és a levegőztető rendszer élettartamának csökkenéséhez vezethet.

A második szabályozási módszer egy egyfokozatú légáramlás szabályozási algoritmus (12. ábra). Ebben az esetben a megadott és az aktuális oxigénkoncentráció összehasonlításának eredménye alapján a légáramlás új értéke kerül kiszámításra, amelyet a szelep az áramlásmérő szerint tart fenn.

Ez a szabályozási algoritmus sokkal megbízhatóbb, és a fő légáramlás szabályozására alkalmazott algoritmus, beleértve egy csappantyút a fő légcsatornán.

Ebben az esetben lehetséges a minimális és maximális légáramlás fenntartása, biztosítva a minimális levegőztetés intenzitását és megakadályozva a levegőztető rendszer túlterhelését. Csak az ammónium-nitrogén koncentrációjával nincs összefüggés.

Ha ammónium-nitrogén érzékelő jelét kell használni, akkor a legbonyolultabb kétlépcsős vezérlési algoritmust alkalmazzuk (13. ábra).

Ebben az esetben a légáramlás előző elv szerinti szabályozása mellett az ammónium-nitrogén koncentráció mérési eredményei alapján hozzáadjuk az oldott oxigén „beállítási pontjának” módosítását. Ez a legbonyolultabb vezérlési algoritmus, és a műszerezés szempontjából a legdrágább. Változó rezsimű területeken javasolt a legmélyebb denitrifikáció elérése érdekében az ammónia-nitrogén-tisztítás minőségének megőrzése mellett.

Az iszap korának szabályozása

Az iszap korának kezelése lassú folyamat, amelyet elvileg akár automatizálási rendszerrel, akár kezelővel végezhet. Az életkor fenntartása során a legfontosabb a modellezés során kiszámított úgynevezett „dinamikus iszapkor” - a számított kornak megfelelő utolsó időintervallum átlagértéke. Sok üzemi állomáson nem vagy helytelenül végzik el az iszap korának ellenőrzését, mivel a növekedés meghatározását különféle (gyakran elavult) képletekkel számítják ki.

Az iszap koncentrációja a másodlagos ülepítő tartályokból származó iszap újrahasznosításában a tömegmérleg alapján kiszámítható:

Azoknál a létesítményeknél, ahol az összes eleveniszapot a levegőztető tartály fejéhez vezetik, az aktuális iszapéletkor a következőképpen számítható ki:

ahol SAt az iszap teljes kora, Wat a levegőztető tartály teljes térfogata, Qi a felesleges iszap fogyasztása, Ri az iszap recirkulációs együtthatója.

Ha van anaerob zóna, ahol az iszapot a denitrifikációs zónából táplálják be, akkor abban az iszap dózisa kisebb, és az anaerob zónába való recirkulációs együtthatótól függ. Ebben az esetben az iszap dózisát az anaerob részben számítják ki:

ahol: aan az iszap dózisa a szerkezet anaerob részében, ai az iszap dózisa az anoxikus és aerob zónában, Ra az anaerob zónába történő recirkulációs együttható.

Ezután az iszap teljes kora az ilyen szerkezetekben:

Ez a korszámítási módszer csak a költségértékeket veszi figyelembe, és sokkal könnyebben megvalósítható a vezérlés automatizálása során.

Példa egy szennyvíztisztító telep szabályozási rendszerére

Végezetül megvizsgálunk egy UCT eljárást alkalmazó két folyosói levegőztető tartály szabályozási sémáját, amelyet a leírt elvek alapján fejlesztettek ki Kirov város szennyvíztisztító telepeire (14. ábra).

Az anaerob zónába belépő nitrátok tömegének korlátozása az anaerob zónába történő recirkulációs áramlás szabályozásával érhető el az Eh érzékelővel és a denitrifikációs recycling szabályozásával a NO3 nitrát nitrogén érzékelővel a denitrifikációs zónában. Gondoskodik az NO3 „beállítási pont” automatikus szabályozásáról, ha az Eh-értékek adott tartományát nem lehet elérni az újrakeringetés anaerob zónába állításával. Ahhoz, hogy az anaerob zónát denitrifikálóként használhassa kedvezőtlen körülmények között, az üzemeltetőnek magasabb Еh „alapjelet” kell bevezetnie.

Az oldott oxigén koncentrációjának általános szabályozása kétlépcsős elven történik az O2-oxigén-érzékelőtől és a Qair légáramlásmérőtől a légcsatornán lévő közös szelep segítségével. Az állandó oxigénkoncentráció elérését a levegőztető tartály hosszában a levegőztetők sűrűségének változtatásával biztosítjuk. Mivel az aerob zóna elején az áramlási sebesség ingadozása egy adott koncentráció fenntartása mellett kevésbé hangsúlyos, a levegő áramlási sebességének beállításához ebben a zónában egy egyfokozatú szabályozási elvet alkalmaznak egy további oxigénérzékelővel.

Az iszap életkorának kiszámítása az áramlási sebességek mérésével a leírt elv szerint automatikusan történik. A kibocsátott iszap tömegét és az optimális kort a kezelőnek kell beállítania.

következtetéseket

A matematikai modellezés alkalmazása lehetővé teszi a nitrogén és foszfor biológiai eltávolításával rendelkező levegőztető tartályok automatikus vezérlőrendszereinek tervezésének alapelvei meghatározását.

A foszfor eltávolítási folyamat szabályozásához minimálisra kell csökkenteni a recirkulációs áramlásokkal az anaerob zónába belépő nitrátok hatását, amelyhez a recirkulációs áramlásokban a nitrát nitrogén tömegét szabályozzák. Az anaerob zónába belépő nitrát-nitrogén tömegének szabályozásának fő módszere a denitrifikációs folyamat szabályozása a recirkulációs áramlási sebesség változtatásával.
és oxigén rezsim a változó rezsimű területeken.

Az anaerob zónában ésszerű oxidációs-redukciós potenciálérzékelővel figyelni a folyamatot.

A nitrifikációs folyamat fenntartása érdekében ellenőrizni kell az iszap oxigénellátását és aerob korát.

A rendszer kiépítésénél a következő prioritásokat kell betartani: a nitrifikációs folyamat fenntartása, a denitrifikációs folyamat fenntartása, és csak ezután - biológiai foszfor eltávolítás.

Bevezetés

1. Automatikus vezérlőrendszerek felépítése

2. Kiszállítás ellenőrzése

3. A kezelő létesítmények működésének figyelemmel kísérése

Bibliográfia

Bevezetés

Biológiai szennyvíztisztítás automatizálása - műszaki eszközök, gazdasági és matematikai módszerek, irányítási és irányítási rendszerek alkalmazása, részben vagy teljesen felszabadítva az embereket a homokcsapdákban, elsődleges és másodlagos ülepítő tartályokban, levegőztető tartályokban, ökörtartályokban és egyéb folyamatokban való részvételtől szerkezetek egy biológiai tisztítótelepen Szennyvíz.

A szennyvízrendszerek és szerkezetek automatizálásának fő céljai a vízelvezetés és a szennyvíztisztítás minőségének javítása (a szennyvíz zavartalan elvezetése és szivattyúzása, a szennyvíztisztítás minősége stb.); a működési költségek csökkentése; munkakörülmények javítása.

A biológiai szennyvíztisztítást szolgáló rendszerek és szerkezetek fő funkciója a szerkezetek megbízhatóságának növelése a berendezések állapotának figyelésével, valamint az információ megbízhatóságának és a szerkezetek stabilitásának automatikus ellenőrzésével. Mindez hozzájárul a szennyvíztisztítás technológiai folyamatparamétereinek és minőségi mutatóinak automatikus stabilizálásához, a zavaró hatásokra való gyors reagáláshoz (a kibocsátott szennyvíz mennyiségének változása, a tisztított szennyvíz minőségének változása). A gyors észlelés hozzájárul a technológiai berendezések működésében előforduló balesetek és meghibásodások lokalizálásához és kiküszöböléséhez. Az adatok tárolásának, gyors feldolgozásának és leginformatívabb formában történő bemutatásának biztosítása a vezetés minden szintjén; az adatelemzés és az ellenőrzési intézkedések és a gyártó személyzetnek szóló ajánlások kidolgozása koordinálja a technológiai folyamatok irányítását, a dokumentum-előkészítés és -feldolgozás automatizálása pedig lehetővé teszi a dokumentumáramlás felgyorsítását. Az automatizálás végső célja az irányítási tevékenységek hatékonyságának növelése.

1 Automatikus vezérlőrendszerek felépítése

Minden rendszeren belül a következő struktúrák vannak: funkcionális, szervezeti, információs, szoftveres, műszaki.

A rendszer létrehozásának alapja a funkcionális struktúra, míg a többi struktúrát maga a funkcionális struktúra határozza meg.

Funkcionalitásuk alapján minden vezérlőrendszer három alrendszerre oszlik:

· technológiai folyamatok operatív ellenőrzése és irányítása;

· technológiai folyamatok operatív tervezése;

· műszaki-gazdasági mutatók számítása, a vízelvezető rendszer elemzése, tervezése.

Emellett az alrendszerek a hatékonyság (a funkciók időtartama) kritériuma szerint hierarchikus szintekre oszthatók. Az azonos szintű, hasonló funkciók csoportjait blokkokba egyesítjük.

A kezelőlétesítményeket működtető automatizált vezérlőrendszer funkcionális felépítése az 1. ábrán látható.

1. ábra Szennyvíztisztító telepek automatizált vezérlőrendszerének funkcionális felépítése

2 Kiszállítási vezérlés

A biológiai szennyvíztisztító telepeken a diszpécser által irányított és irányított fő technológiai folyamatok:

· homok kiürítése homokcsapdákból és nyers üledék az elsődleges ülepítő tartályokból;

· a levegőztető tartályokba kerülő víz pH-értékének stabilizálása optimális szinten;

· a mérgező szennyvíz vésztartályba ürítése, majd fokozatos bejuttatása a levegőztető tartályokba;

· a vízáram egy részének a tárolótartályba ürítése vagy vízszivattyúzása onnan;

· a szennyvíz elosztása a párhuzamosan működő levegőztető tartályok között;

· a szennyvíz elosztása a levegőztető tartály hosszában a munkatérfogat dinamikus újraelosztása érdekében az oxidálószer és a regenerátor között az iszap felhalmozódása és a tisztított víz átlagos napi minőségének növelése érdekében;

· levegőellátás az oldott oxigén optimális koncentrációjának fenntartásához a levegőztető tartály teljes térfogatában;

· eleveniszap visszajuttatása az iszap állandó szervesanyag-terhelésének fenntartásához;

· iszap kiürítése másodlagos ülepítő tartályokból;

· a felesleges eleveniszap eltávolítása a levegőztető tartályokból az optimális kor megtartása érdekében;

· a szivattyúk és fúvók be- és kikapcsolása a víz, iszap, üledék és levegő szivattyúzásával kapcsolatos energiaköltségek minimalizálása érdekében.

Ezenkívül a következő jeleket továbbítják a vezérelt objektumoktól a vezérlőközpontokba: berendezések vészleállítása; a technológiai folyamat megzavarása; maximális szennyvízszint a tartályokban; a robbanásveszélyes gázok maximális koncentrációja a termelő helyiségekben; maximális klórkoncentráció a klórozó üzem helyiségeiben.

A vezérlőtermek helyiségeit lehetőleg technológiai építmények (szivattyúállomások, fúvóállomások, laboratóriumok stb.) közelében kell elhelyezni, mivel a vezérlési műveletek különféle elektronikus és pneumatikus szabályozókra vagy közvetlenül a hajtóművekre vonatkoznak. A vezérlő helyiségek kisegítő helyiségeket (pihenők, fürdőszobák, tároló helyiségek és javítóműhelyek) biztosítanak.

3 A kezelő létesítmények működésének figyelemmel kísérése

A technológiai szabályozási és folyamatszabályozási adatok alapján a szennyvíz áramlási ütemezése, minőségi és energiafogyasztási ütemezése várhatóan minimalizálja a vízkezelés összköltségét. Ezen folyamatok felügyelete és irányítása diszpécser tanácsadó vagy automatikus vezérlés üzemmódban működő számítógépes rendszerrel történik.

A folyamat minőségi ellenőrzése és optimalizált irányítása olyan paraméterek mérésével biztosítható, mint a szennyvíz toxicitás mértéke az eleveniszap mikroorganizmusaira, a biooxidáció intenzitása, a bejövő és tisztított víz BOI-ja, az iszapaktivitás és egyéb, nem meghatározható paraméterek. közvetlen méréssel. Ezeket a paramétereket speciális terhelésű kistérfogatú technológiai tartályokban az oxigénfogyasztás mértékének mérésén alapuló számítással lehet meghatározni. Az oxigénfogyasztás mértékét az oldott oxigén koncentrációjának a maximálisról a minimálisra meghatározott értékre való csökkenésének ideje határozza meg, amikor a levegőztetést kikapcsolják, vagy az oldott oxigén koncentrációjának csökkenése egy adott idő alatt, azonos körülmények között. A mérés ciklikus telepítésben történik, amely egy technológiai egységből és egy mikroprocesszoros vezérlőből áll, amely vezérli a mérőelemeket és kiszámítja az oxigénfogyasztás mértékét. Egy mérési ciklus ideje sebességtől függően 10-20 perc. A technológiai egység levegőztető tartály vagy aerob stabilizátor szervizhídjára szerelhető. A kialakítás biztosítja, hogy a mérő télen a szabadban is működjön. Az oxigénfogyasztás mértéke nagy térfogatú reaktorokban állandó értéken folyamatosan meghatározható. eleveniszap, szennyvíz és levegő ellátása. A rendszer 0,5-2 és 1 órás kapacitású lapos jet adagolókkal van felszerelve. A tervezés egyszerűsége és a nagy vízáramlási sebesség biztosítja a mérések nagy megbízhatóságát ipari körülmények között. A mérők segítségével folyamatosan nyomon követhető a szerves terhelés. Az oxigénfogyasztás mértékének mérésénél nagyobb pontosságot és érzékenységet biztosítanak a zárt reaktorokkal felszerelt manometrikus mérőrendszerek, amelyekben a nyomást oxigén hozzáadásával tartják fenn. Az oxigénforrás általában egy elektrolizátor, amelyet impulzusos vagy folyamatos nyomásstabilizáló rendszer vezérel. A szállított oxigén mennyisége az elfogyasztás mértékének mértéke. Az ilyen típusú mérőket laboratóriumi kutatásokhoz és BOD-mérőrendszerekhez szánják.

A levegőellátó vezérlőrendszer fő célja az oldott oxigén meghatározott koncentrációjának fenntartása a levegőztető tartály teljes térfogatában, amelyek stabil működése akkor biztosítható, ha nem csak oxigénmérő jelét használjuk a szabályozáshoz, hanem az is. a szennyvíz áramlási sebessége vagy az oxigénfogyasztás mértéke a levegőztető tartály aktív zónájában.

A levegőztető rendszerek szabályozása lehetővé teszi a technológiai tisztítási rendszer stabilizálását és az átlagos éves energiaköltségek 10-20%-os csökkentését. A levegőztetésre fordított energiafelhasználás aránya a biológiai kezelés költségének 30-50%-a, a levegőztetés fajlagos energiafogyasztása 0,008-2,3 kWh/m között változik.

A tipikus iszapkibocsátást szabályozó rendszerek egy előre meghatározott iszap-víz határfelületet tartanak fenn. Az interfész szintű fotoszenzor az ülepítő tartály oldalára van felszerelve a pangó zónában. Az ilyen rendszerek szabályozásának minősége javítható ultrahangos interfész szintérzékelő alkalmazásával. Jobb minőségű tisztított víz érhető el, ha a szabályozáshoz az iszap-víz határfelület nyomkövető szintmérőjét használjuk.

Az iszaprendszer stabilizálása érdekében nemcsak az ülepítő tartályokban, hanem a levegőztető tartály - visszatérő iszapszivattyú állomás - másodlagos ülepítő tartály teljes rendszerében is szükséges egy adott recirkulációs együttható betartása, vagyis hogy a kiürített áramlási sebesség iszap arányos a bejövő szennyvíz áramlási sebességével. Az iszap állóképességének mérése az iszapmutató változásának vagy az iszapkeverék áramlásszabályozó rendszerének hibás működésének közvetett figyelemmel kísérésére szolgál.

A felesleges iszap kibocsátásának szabályozása során a napközben megnőtt iszap mennyiségével kell számolni, hogy csak a megtermelt iszapot távolítsuk el a rendszerből, és stabilizáljuk az iszap korát. Ez biztosítja az iszap kiváló minőségét és az optimális biooxidációs arányt. Az eleveniszap koncentráció mérők hiánya miatt ez a probléma oxigénfogyasztási sebességmérőkkel megoldható, mert az iszapnövekedés üteme és az oxigénfogyasztás mértéke egymással összefügg. A rendszer számítási egysége integrálja az oxigénfogyasztás mennyiségét és az eltávolított iszap mennyiségét, és naponta egyszer beállítja a megadott felesleges iszapfogyasztást. A rendszer a felesleges iszap folyamatos és időszakos kiürítésére is használható.

Az oxitartályokban magasabb követelményeket támasztanak az oxigénrendszer fenntartásának minőségével szemben az iszapmérgezés veszélye miatt magas oldott oxigénkoncentráció esetén, és a tisztítási sebesség erőteljes csökkenése miatt alacsony koncentrációknál. Az oxigéntartályok üzemeltetésekor mind az oxigénellátást, mind a füstgázok kibocsátását ellenőrizni kell. Az oxigénellátást vagy a gázfázis nyomása, vagy a magban lévő oldott oxigén koncentrációja szabályozza. A füstgázok kibocsátását vagy a szennyvíz áramlási sebességével arányosan, vagy a kezelt gáz oxigénkoncentrációja szerint szabályozzák.

Bibliográfia

1. Voronov Yu.V., Yakovlev S.V. Vízelvezetés és szennyvízkezelés / Egyetemi tankönyv: – M.: Építőipari Egyetemek Szövetségének Kiadója, 2006 – 704 p.

1

Az ipari szennyvíz fenolos vegyületektől való tisztításának folyamatának hatékony kezelése (a Bisphenol-A példájával) fejlett oxidációs folyamatok (UV-sugárzás, λ = 365 nm, H2O2, FeCl3) segítségével, amely egy exponenciális modell a fenolvegyületek koncentrációjának csökkentésére, a Statistica szoftverkörnyezetben azonosított . A modell instabil paramétereinek stabilizálása érdekében az A.N. Tikhonov, a „gerinc-regressziós” eljárást hajtották végre. Az eredményül kapott szabályos modell, amely megállapítja a fenolos vegyületek bomlási fokának vizes környezetben fizikai-kémiai tényezők hatására (foto-Fenton reagens) a folyamat paramétereitől való függését, statisztikailag szignifikáns (R2 = 0,9995), és jobb prediktív tulajdonságokkal rendelkezik. mint a legkisebb négyzetek módszerével azonosított modell. A MathCad rendszerben a fenolvegyületek koncentrációjának Lagrange szorzómódszerrel történő csökkentésére rendszeresített modellt alkalmazva meghatároztuk a FeCl3, H2O2 fajlagos optimális fogyasztási szintjeit, biztosítva a szennyvíz fenolos vegyületek koncentrációjának a megengedett maximális szintre való csökkentését.

szabályozás

helytelen problémák

modellezés

szennyvíz

javított oxidációs folyamatok

1. Vuchkov I., Boyadzhieva L., Solakov E. Alkalmazott lineáris regressziós elemzés. – M.: Pénzügy és Statisztika, 1987. 240 p.

2. Draper N., Smith G. Alkalmazott regressziós elemzés. – M.: Williams Kiadó, 2007. – 912 p.

3. Eliseeva I.I. Ökonometria. – M.: Yurayt Kiadó, 2014. – 449 p.

4. Karmazinov F.V., Kostyuchenko S.V., Kudrjavcev N.N., Khramenkov S.V. Ultraibolya technológiák a modern világban: monográfia. – Dolgoprudny: „Intellektus” Kiadó, 2012. – 392 p.

5. Moiseev N.N., Ivanilov Yu.P., Stolyarova E.M. Optimalizálási módszerek. – M.: Nauka, 1978. – 352 p.

6. Rabek Ya. Kísérleti módszerek a fotokémiában és a fotofizikában: T. 2. – M.: Mir, 1985. – 544 p.

7. Szokolov A.V., Tokarev V.V. Az optimális megoldások módszerei. 2 kötetben T.1. Általános rendelkezések. Matematikai programozás. – M.: Fizmatlit, 2010. – 564 p.

8. Szokolov E.M., Sheinkman L.E., Dergunov D.V. Tanulmány a fenolvegyületek koncentrációjának csökkentéséről vízi környezetben matematikai modellezéssel // Az Orosz Tudományos Akadémia Déli Tudományos Központjának közleménye. – 2013. – T. 9., 2. sz. – P. 23–31.

9. Szokolov E.M., Sheinkman L.E., Dergunov D.V. A fenolos vegyületek lebomlásának nemlineáris kinetikája vízi környezetben // Fundamental Research. – 2014. – 9. sz., 12. rész – P. 2677–2681.

10. Sterligova A.N. Készletgazdálkodás az ellátási láncokban. – M.: INFRA-M, 2009. – 430 p.

11. Sychev A.Ya., Isak V.G. Vasvegyületek és az O2, H2O2 aktiválásának és a szerves szubsztrátok oxidációjának homogén katalízisének mechanizmusai // A kémia fejlődése. – 1995. – 64. szám (12). – 1183–1209.

12. Tikhonov A.N., Arsenin V.Ya. A rosszul feltett problémák megoldásának módszerei. – M.: Nauka, 1979. – 285 p.

13. Tyihonov A.N. A rosszul feltett problémák rendszeresítéséről // A Szovjetunió Tudományos Akadémia jelentései. – 1963. – 153. sz. (1). – P. 45–52.

14. Tyihonov A.N. Rosszul feltett problémák megoldása és a rendszeresítési módszer // A Szovjetunió Tudományos Akadémia jelentései. – 1963. – 151. sz. (3). – 501–504.

15. Tyihonov A.N., Ufimcev M.V. A kísérleti eredmények statisztikai feldolgozása. – M.: Moszkvai Állami Egyetemi Kiadó, 1988. – 174 p.

17. Marta I. Litter, Natalia Quici Photochemical Advanced Oxidation Processes for Water and Wastewater Treatment // Recent Patents on Engineering. – 2010. – évf. 4, 3. sz. – P. 217–241.

18. Xiangxuan Liu, Jiantao Liang, Xuanjun Wang A formaldehid lebomlásának kinetikája és reakcióútvonalai UV-Fenton módszerrel // Vízkörnyezetkutatás. – 2011. – évf. 83., 5. sz. – P. 418–426.

Számos iparág (vegyipar, gyógyszeripar, kohászati, cellulóz- és papíripar, bányászat stb.) szennyvizei jelentősen hozzájárulnak a felszíni és felszín alatti víztestek fenolos és nehezen oxidálható szerves vegyületekkel való szennyezéséhez. A fenol potenciálisan veszélyes, rákkeltő anyag, amely már alacsony koncentrációban is jelentős egészségügyi problémát jelent.

A fejlett oxidációs folyamatok (AOP) fontos szerepet játszanak a szennyvízben található szerves anyagok lebontásában, széles koncentráció-tartományban. Az AOP folyamatok során hidroxil gyökök keletkeznek, amelyek erős oxidálószerek, amelyek szerves anyagok széles skáláját képesek mineralizálni. A hidroxilgyök nagy redoxpotenciállal rendelkezik (E0 = 2,80 V), és gyakorlatilag minden szerves vegyületcsoporttal képes reagálni. Az oxidáló hidroxil gyökök a foto-Fenton folyamat eredményeként fotolízissel indíthatók el.

A szennyvizek fenolos vegyületekből történő tisztítása fejlett oxidációs folyamatokkal főként fotokémiai reaktorokban történik. A fotokémiai reaktorok olyan berendezések, amelyekben fotokémiai reakciókat hajtanak végre. De nem csak átalakulások mennek végbe bennük, hanem kísérő tömeg- és hőátadási folyamatok, a közeg intenzív mozgása is. A tisztítási folyamat hatékonysága és biztonsága nagymértékben függ a reaktor típusának, kialakításának és működési módjának helyes megválasztásától.

Amikor fotoreaktorokat használnak különféle alkalmazott problémák megoldására, nagy mennyiségű reagenst kell hatékony besugárzásnak kitenni.

A fotokémiai kezelési modul fontos eleme a helyi kezelő létesítmények általános rendszerében a reagensek, a FeCl 3 katalizátor és a hidrogén-peroxid H 2 O 2 adagolórendszere.

A reaktorok stabil működéséhez és a szerves vegyületek mineralizációjának hatékonyságának növeléséhez szükséges a tisztítási folyamat optimalizálása a reaktorba bevezetett reagensek optimális dózisának meghatározása érdekében. Az optimalizálás alapja lehet a reagensek raktározási költségeinek minimalizálása, figyelembe véve a tisztítási folyamat környezetvédelmi szabályozását. A szerves szennyezőanyag koncentrációjának a folyamat paramétereitől (reagensek koncentrációjától és az UV besugárzás idejétől) való függés függvénye, amelyet a fenolos vegyület koncentrációjának megengedett legnagyobb értéke korlátoz, környezeti szabályozóként működhet. A koncentrációfüggvény meghatározása az AOP folyamat kísérleti adatainak statisztikai elemzése alapján történik a legkisebb négyzetek módszerével (LSM).

Gyakran hibásan vetik fel a regressziós egyenlet paramétereinek a legkisebb négyzetek módszerével történő meghatározásának problémáját, és az eredményül kapott egyenlet felhasználása egy optimalizálási feladat megoldása során a reagensek optimális dózisának meghatározásához nem megfelelő eredményekhez vezethet.

A munka célja tehát, hogy regulációs módszereket alkalmazzunk egy fenolos vegyület koncentrációjának a fotokémiai tisztítási folyamat paramétereitől való függésének stabil modelljének megalkotására, valamint a hidrogén-peroxid és a vas (III) felhasználásának optimális szintjének azonosítására. kloridot, miközben minimalizálja a reagensek költségeit.

Matematikai modell felépítése egy fenolos vegyület koncentrációjának csökkenésének az AOP folyamat paramétereitől való függésére hidrogén-peroxid, vas(III)-klorid és 365 nm hullámhosszú ultraibolya sugárzás együttes hatására fenolra. szennyezőanyag vízi környezetben a kémiai reagensek felhasználási szintjének azonosítására vonatkozó optimalizálási probléma megoldása érdekében, fenolos vegyületeket (biszfenol-A, BPA) tartalmazó modelloldatok kísérleti vizsgálata folyadék- és gázkromatográfiával. Az optimális kísérleti tervezés során az UV sugárzás és az oxidálószerek hatását a szerves szennyező anyagok bomlási szintjére értékeltük különböző BPA - x1 koncentrációknál (50 μg/l, 100 μg/l); hidrogén-peroxid H 2 O 2 - x2 (100 mg/l; 200 mg/l) és aktivátor - vas(III)-klorid FeCl 3 (1; 2 g/l) - x3. Egy BPA-t, hidrogén-peroxidot és FeCl 3-at tartalmazó modelloldatot 2 órán át UV sugárzásnak tesszük ki (besugárzási idő t - x4). A besugárzás után 1 és 2 órával mintákat vettünk, és megmértük a BPA maradék koncentrációját (y). A méréseket LC-MS/MS folyadékkromatográffal végeztük. A BPA fotodegradáció során keletkező felezési idejű termékeket GS-MS gázkromatográf segítségével határoztuk meg.

A foto-Fenton eljárás (Fe2+/H2O2/hν) megvalósítása során a szerves szennyező anyagok savas környezetben, pH = 3-on történő mineralizációjára Fe(OH) 2+ komplex képződik:

Fe 2+ + H 2 O 2 → Fe 3+ + OH ● + OH − ;

Fe 3+ + H 2 O → Fe(OH) 2+ + H +.

UV besugárzás hatására a komplex bomláson megy keresztül, melynek eredményeként az OH● ​​gyök és a Fe 2+ ion képződik:

2+ + hν → Fe 2+ + OH ● .

A foto-Fenton folyamat makroszintű kvantitatív leírása a vízi környezetben lévő szerves szennyező anyagok lebontására vonatkozóan a következő modellel írható le:

ahol 0 a szerves szennyező anyag kezdeti koncentrációja; 0, 0 - a vas(II)-ionokat és hidrogén-peroxidot tartalmazó aktivátor kezdeti koncentrációi; k a reakciósebesség állandó; r - reakciósebesség; α, β, γ - anyagok reakciórendjei.

Amikor matematikai modellt készítünk a fenolos vegyület koncentrációjának csökkenésének a fotokémiai tisztítási folyamat tényezőitől való függésére a „foto-Fenton” reagens részvételével, lineáris vagy csökkenthető modellekből indulunk ki. egy megfelelő transzformáció segítségével lineáris együtthatókba, amely általános formában a következő módon írható fel:

ahol fi(x1, x2, …, xm) faktorok (regresszorok) tetszőleges függvényei; β1, β2,…, βk - modell együtthatók; ε a kísérleti hiba.

A tömeghatás törvénye alapján a fenolos vegyület koncentrációjának a folyamattényezőktől való függése matematikailag a következő kifejezéssel ábrázolható:

ahol η a maradék BPA koncentráció szintje t időpontban, mg/l; x1 - BPA kezdeti koncentrációja, mg/l; x2 - hidrogén-peroxid koncentrációja, mg/l; x3 - vas(III)-klorid koncentrációja, g/l; x4 - tisztítási folyamat ideje, h; β1, β2, β3, β4, β5 - modell paraméterei.

Az együtthatók nemlineárisan lépnek be a (2) modellbe, de ha a logaritmusokat a természetes bázisra, a (2) egyenlet jobb és bal oldalára linearizáljuk, megkapjuk

ahol az (1)

Ezzel a transzformációval azonban egy véletlenszerű zavar (kísérleti hiba) multiplikatívan lép be a modellbe, és lognormális eloszlású, azaz. , és a logaritmusok felvétele után ez adja

Linearizálás és új változók bevezetése után a (2) kifejezés a formát ölti

ahol az X1, X2, X3, X4 prediktorváltozók és az Y válasz logaritmikus függvények:

Y = lny, X1 = lnx1,

X 2 = lnx 2, X 3 = lnx 3, X 4 = lnx 4;

b0, b1, b2, b3, b4 - modell paraméterei.

Jellemzően adatfeldolgozási problémáknál a kísérleti mátrix és a válaszvektor pontatlanul ismert, pl. hibákkal, és a regressziós együtthatók legkisebb négyzetek módszerével történő meghatározásának problémája instabil a forrásadatok hibáival szemben. Ha az FTF információs mátrix rosszul kondicionált (F a regresszor mátrix), az OLS becslések általában instabilok. Az információs mátrix rossz feltételrendszerének leküzdése érdekében javasolták a rendszeresítés gondolatát, amelyet A.N. Tikhonova.

A regressziós problémák megoldásával kapcsolatban az A.N. Tyihonovot A.E. Hoerlom mint „gerinc-regressziós” eljárás. Ha a ridge regressziós módszert használjuk az OLS becslések stabilizálására (amelyet b = (FTF)-1FTY határoz meg, akkor a regularizálás magában foglalja néhány pozitív τ szám (regularizációs paraméter) hozzáadását az FTF mátrix átlós elemeihez.

Hoerl, Kennard és Beldwin javasolta a τ regularizációs paraméter kiválasztását a következőképpen:

ahol m a paraméterek száma (a szabad tag nélkül) az eredeti regressziós modellben; SSe az eredeti regressziós modellből kapott maradék négyzetösszeg, a multikollinearitás kiigazítása nélkül; b* - regressziós együtthatók oszlopvektora, a képlettel transzformálva

,

ahol bj az Xj változó paramétere az eredeti regressziós modellben, amelyet az OLS határoz meg; - a j-edik független változó átlagértéke.

A τ értékének kiválasztása után a szabályos regressziós paraméterek becslésének képlete a következő lesz

ahol I az identitásmátrix; F - regresszor mátrix; Y a függő változó értékeinek vektora.

A (4) képlettel meghatározott regularizációs paraméter értéke τ = 1,371·10-4.

A fenolos vegyület koncentrációjának csökkentésére a Statistica rendszerbe épített, az (5) képletet figyelembe vevő, szabályosított modell a formában mutatható be.

ahol C ost és C BPA a fenolos szennyező anyag maradék és kezdeti koncentrációja, mg/l; - hidrogén-peroxid koncentrációja, mg/l; CA - vas(III)-klorid koncentrációja, g/l; t - idő, h.

A determinációs együttható R 2 = 0,9995, Fisher-kritérium F = 5348,417 kritikus értéket meghaladó értékei (F cr (0,01, 4,11) = 5,67) jellemzik a szabályozott modell megfelelőségét a kísérleti eredményekhez szignifikancia szint α = 0,1.

A víztisztításhoz szükséges kémiai reagensek (FeCl 3, H 2 O 2) koncentrációinak optimális fajlagos értékeinek meghatározása a minimális fajlagos költségszint elérése mellett a (7-) formájú nemlineáris (konvex) programozási probléma. 9):

(8)

ahol f a kémiai reagenskészlethez kapcsolódó pénzügyi források függvénye f = Z(c2, c3); gi a fenolos vegyület koncentrációjának csökkentésének függvénye a vízi környezetben a fizikai-kémiai tisztítási folyamat során, g = Költség(c1, c2, c3, t) (korlátozó függvény); x1, x2,…, xn - folyamatparaméterek; x1 a fenolos vegyület kezdeti koncentrációja, x1 = c1, mg/l; x2 és x3 – a hidrogén-peroxid és a vas(III)-klorid koncentrációja, rendre x2 = c2, mg/l, x3 = c3, g/l; t - idő, h; bi - egy fenolos vegyület legnagyobb megengedett koncentrációja (MPC), mg/l.

A hidrogén-peroxid és vas(III)-klorid ellátásához kapcsolódó kétnómenklatúrás költségmodellt reprezentáló pénzügyi források függvénye a Wilson-képlet figyelembevételével a következőképpen ábrázolható:

(10)

ahol Z(c2, c3) - az állományhoz kapcsolódó fajlagos összköltség, dörzsölje; A - egy általános szállítás fajlagos rezsiköltsége, dörzsölje; c2 - hidrogén-peroxid fajlagos fogyasztása, mg/l; c3 - vas-klorid fajlagos fogyasztása, g/l; I1, I2 - specifikus tarifák a hidrogén-peroxid és a vas(III)-klorid tárolási költségeire, dörzsölje. m1, m2 - a termékár egy hidrogén-peroxid, illetve vas(III)-klorid rendelés teljesítésének költségeihez köthető részesedése; i1, i2 - a termék árának a hidrogén-peroxid, illetve vas(III)-klorid készlet fenntartási költségéhez köthető részesedése; k2, k3 - a hidrogén-peroxid (RUB/mg), illetve a vas(III)-klorid (RUB/g) egységnyi beszerzési ára.

A (7)-(9) rendszer megoldásához a λ1, λ2, …, λm változók halmazát vezetjük be, amelyeket Lagrange-szorzóknak nevezünk, hogy a Lagrange-függvényt képezzék:

,

parciális deriváltokat találunk, és egy n + m egyenletrendszert veszünk figyelembe

(11)

n + m ismeretlennel x1, x2, ..., xn; λ1, λ2, ..., λm. A (11) egyenletrendszer bármely megoldása meghatároz egy feltételesen stacionárius pontot, ahol az f(x1, x2, ..., xn) függvény szélsőértéke előfordulhat. Ha a Kuhn – Tucker feltételek (12.1)-(12.6) teljesülnek, akkor a pont a Lagrange függvény nyeregpontja, azaz. a (7)-(9) feladat megtalált megoldása optimális:

Az ipari szennyvíz fenolos vegyületektől való tisztításának folyamatához szükséges optimális paraméterek meghatározásának problémáját a víz fenolmentesítéséhez szükséges jelenlegi fajlagos költségek minimális szintjének elérése mellett a következő kiindulási adatokkal oldottuk meg: a fenolos szennyezőanyag kezdeti koncentrációja a szennyvízben 0,006 mg /l (6 MAC); a technológiai folyamat által meghatározott tisztítási idő 5 nap (120 óra); a szennyezőanyag megengedett legnagyobb koncentrációja 0,001 mg/l (b = 0,001); az egységnyi készlet fajlagos beszerzési ára a hidrogén-peroxid esetében 24,5·10 -6 rub./mg (k2 = 24,5 × 10 -6), a vas(III)-kloridé 37,5·10 -3 rub./g (k3 = 37,5·). 10 ‒3); a termék árából a hidrogén-peroxid és vas-klorid készlet fenntartási költségéhez köthető részarány 10% (i = 0,1), illetve 12% (i = 0,12); a termék árából a hidrogén-peroxid és vas-klorid rendelés teljesítésének költségeihez köthető részarány 5% (m1 = 0,05), illetve 7% (m2 = 0,07).

A (7)-(9) feladat megoldásával a MathCad rendszerben megkapjuk az X* pontot koordinátákkal

(с2*, с3*, λ*) = (6,361∙103; 5,694; 1,346·10 4),

amelyekben a Kuhn-Tucker (12.1)-(12.6) feltételek teljesülnek. A megvalósítható megoldások régiójába tartozik egy pont, ahol teljesül a Slater-féle szabályossági feltétel:

Költség(c2°, c3°) = Költség (10 3 ,1) = -7,22 · 10 -9< 0.

A feltételesen stacionárius pont típusát a Sylvester-kritériumnak megfelelően határoztuk meg a Lagrange-függvény Hess-mátrixával kapcsolatban:

A Sylvester-kritériumnak megfelelően az L mátrix nem pozitív vagy nem negatív határozott (félig határozott) (Δ 1 = 4,772 · 10 -8 ≥ 0; Δ 2 = 6,639 · 10 -9 ≥ 0; Δ 3 = ‒5,042 · 10 -17 ≤ 0).

A Kuhn-Tucker feltételek teljesüléséből, a Slater-regularitásból és a Lagrange-függvény Hess-mátrixának előjel-determinitásának vizsgálata alapján egy feltételesen stacionárius pontban az következik, hogy a pont (6,361∙10 3; 5,694; 1,346 ·10 4) a Lagrange-függvény nyeregpontja, azaz. (7)-(9) feladat optimális megoldása.

Így ahhoz, hogy az ipari szennyvíz fenolszintjét 0,006 mg/l-ről (6 MPC) a maximálisra (0,001 mg/l) csökkentsük, 1,545 rubel/l fajlagos jelenlegi költségekre lesz szükség. A fajlagos költségnek ez az értéke minimális, ha a tisztítási folyamat során a hidrogén-peroxid 6,361·10 3 mg/l és a vas(III)-klorid 5,694 g/l optimális fajlagos felhasználási szintjét alkalmazzuk.

A Lagrange-szorzó módszert alkalmazva műszaki és gazdasági feltételekre (c 1 = 0,006 mg/l; t = 120 óra; b = 10 -3 mg/l; k 2 = 24,5 10 -6 rub./mg, k 3 = 37 ). 5·10 -3 dörzsölő/g; i 1 = 10%, i 2 = 12%; m 1 = 5%, m2 = 7%) az oxidálószerként használt összetevők optimális fajlagos értékeinek meghatározásának problémája. A fotokatalitikus bomlási folyamat az ipari szennyvízben lévő fenolos vegyületet oldotta meg az MPC szintig.

Az azonosított regularizált matematikai modell, amely a fenolos vegyület vízi környezetben történő koncentrációja csökkenésének mértékének a fotokémiai tisztítási folyamat paramétereitől való függését állapítja meg, jobb prediktív tulajdonságokkal rendelkezik, mint a legkisebb négyzetek módszerével meghatározott modell. A kapott, Lagrange-szorzó módszerrel szabályosított matematikai modell segítségével matematikai programozási feladatot oldottak meg a kémiai reagensek (FeCl 3, H 2 O 2) optimális fajlagos felhasználási szintjeire vonatkozó becslések meghatározására, amelyek stabil megoldások.

A fotokémiai tisztítási folyamat optimális paramétereinek legalizálással történő meghatározásának megfontolt megközelítése biztosítja a fenolos vegyületekből származó szennyvíztisztítás hatékony kezelését.

Ellenőrzők:

Yashin A.A., a műszaki tudományok doktora, a biológiai tudományok doktora, a Tulai Állami Egyetem Orvosi Intézetének Általános Patológiai Tanszékének professzora;

Korotkova A.A., a biológiai tudományok doktora, professzor, a Tulai Állami Pedagógiai Egyetem Bioökológiai és Turizmus Tanszékének vezetője. L.N. Tolsztoj", Tula.

A mű 2015. február 16-án érkezett meg a szerkesztőhöz.

Bibliográfiai link

Sheinkman L.E., Dergunov D.V., Savinova L.N. FENOL SZENNYEZŐ ANYAGOK IPARI SZENNYVÍZEK FOTOKÉMIAI KEZELÉSÉNEK FOLYAMATÁNAK AZONOSÍTÁSA SZABÁLYOZÁSI MÓDSZEREKKEL // Fundamental Research. – 2015. – 4. sz. – P. 174-179;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37143 (hozzáférés dátuma: 2019.09.17.). Figyelmébe ajánljuk a Természettudományi Akadémia kiadója által kiadott folyóiratokat