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图1为本系统的硬件配置图。本系统共由三个主站和48个子站构成,三个主站都具有以太网通信功能,并自成一个大环网。每个主站下分别连接有16个子站,这16个子站自成为一个小环网。为了后续描述方便,我们将三个主站和48个子站分别作了编号和区域划分命名。具体分为1号主站和其下的16个子站,我们将其称为超滤1系列,其内16个子站我们将其按廊道号一一对应成为1至16号子站。2号主站及其下的16个子站称为超滤2系列,同理其子站编号为17至32号子站。3号主站及其下的16个子站称为超滤3系列,同理其子站编号为33至48号子站与超滤的33号至48号廊道设备一一对应。
每个子站是具有以太网口的,且每个系列的16个子站从地理位置来讲,距离较近,因此系统中采用4组阀岛子站共用一个交换机。交换机与交换机之间采用光纤链接。阀岛与交换机之间采用双绞线链接。超滤系统上位机监控系统位于大环网中,可对整个超滤系统进行监控。
3、超滤污水处理控制系统
本系统从控制功能上将分为进水控制、产水及酸碱清洗控制、水锤及其他附属控制三部分。
3.1进水控制
进水控制需要实现将集水池中的水注入超滤膜中。但是在注入过程中,考虑到超滤膜丝的耐压性,因此应使用恒压的方式向超滤膜注水。集水池作为一个缓冲来水的容器,有一定的水量承载能力,但是不能进行大量未为承载,只能应变小水量的变化,因此在控制中需要考虑到来水量的变化对集水池冲击的同时,还应充分考虑超滤膜的处理水量的能力问题。
本系统每个系列由8台进水泵,分别需要采用恒压进水的方式。压力的设定与产水的流量是一一对应,此参数由碧水源超滤膜的性能决定,可根据其产品说明书中查询参数对照表。在正常运行过程中,集水池的液位应保持在一个安全的液位范围内。但是集水池的来水量随着每天人们生活排水量决定,而排水量又与人们的日常生活习惯有关。
二十四小时平均进水量趋势图如图2所示,从图可以看出,在早上7点左右进水量逐渐增大,当到达十一点左右到达第一次峰值。这是由于人们早上用水量增大,通常情况下早上七点左右为用水高峰,而通过管网的延时,导致进水量在十点左右到达高峰。同样的十三点和第二天零点分别是两次进水高峰。第三次高峰段的延长是由于这段时间人们生活所致,例如晚饭时间用水及洗澡时间的用水等造成水量的持续高峰。
针对于每天用水高峰,我们可以在水处理进水控制部分实时调节处理量参数来解决,但是过于频繁的调节水处理量参数对于整个膜系统会有较大的影响。第一,过于频繁调节水处理量参数会导致超滤膜所受压力频繁变化,而且由于过于频繁压力变化会存在较多的尖峰,这些压力峰值容易对超滤膜产生压力冲击,不利于膜的寿命。第二,频繁调节水处理量参数容易导致其他附属设备的频繁调整,影响整个系统的稳定性,而且也会削减其附属设备的寿命。但是不去按照来水量去调整水处理量很容易造成集水池外溢或处理不及时相关连带后果。因此进水控制方面既要去满足自适应进水量去控制进水,又不能过于频繁的操作水处理量参数。
基于以上问题,我们提出了一种自适应梯阶进水的控制方法,此方法既可以满足根据来水量的变化对水处理参数进行调整,又不会频繁的调整水处理参数,进而可以根据来水量大小对产水量的大小进行自动调整,最终实现根据自适应来水量的产水功能。
我们假设t时刻来水流量为Fi(t),集水池的液位就为L(t),S为集水池的底面积,膜进水量Fo(t),ΔL_i(t)为来水液位增量,L_(t-1)(t)为t-1时的液位,ΔL_o(t)为超滤系统处理产量对业务液位增量。可得知:
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