Uvod
1. Struktura sustava automatska kontrola
2. Nadzorna kontrola
3. Kontrola rada postrojenja za tretman
Bibliografski popis
Uvod
Automatizacija biološke obrade otpadnih voda - korištenje tehničkih sredstava, ekonomskih i matematičkih metoda, sustava kontrole i upravljanja, djelomično ili potpuno oslobađanje osobe od sudjelovanja u procesima koji se odvijaju u pješčanim zamkama, primarnim i sekundarnim taložnicima, aerotankovima, oxspenksima i drugim strukturama na postrojenju za biološki tretman otpadnih voda.
Osnovni ciljevi automatizacije sustava i postrojenja za odvodnju otpadnih voda su poboljšanje kvalitete odvodnje i pročišćavanja otpadnih voda (neometano ispuštanje i prepumpavanje otpadnih voda, kvaliteta pročišćavanja otpadnih voda i dr.); smanjenje operativnih troškova; poboljšanje uvjeta rada.
Osnovna funkcija sustava i postrojenja za biološko pročišćavanje otpadnih voda je povećanje pouzdanosti postrojenja praćenjem stanja opreme i automatskom provjerom pouzdanosti informacija i stabilnosti postrojenja. Sve to doprinosi automatskoj stabilizaciji parametara tehnoloških procesa i pokazatelja kvalitete pročišćavanja otpadnih voda, brzoj reakciji na ometajuće utjecaje (promjene količine ispuštene otpadne vode, promjene kvalitete pročišćene otpadne vode). Operativno otkrivanje pridonosi lokalizaciji i otklanjanju nesreća i kvarova u radu tehnološke opreme. Osiguravanje pohrane i operativne obrade podataka te njihovo prezentiranje u što informativnijem obliku na svim razinama upravljanja; analiza podataka i razvoj kontrolnih akcija i preporuka za proizvodno osoblje koordinira upravljanje tehnološkim procesima, a automatizacija pripreme i obrade dokumenata omogućuje vam ubrzanje tijeka rada. Krajnji cilj automatizacije je povećanje učinkovitosti upravljačkih aktivnosti.
1 Struktura sustava automatskog upravljanja
Unutar svakog sustava postoje sljedeće strukture: funkcionalna, organizacijska, informacijska, programska, tehnička.
Osnova za stvaranje sustava je funkcionalna struktura, dok su ostale strukture određene samom funkcionalnom strukturom.
Svaki upravljački sustav prema funkcionalnom svojstvu dijeli se na tri podsustava:
operativni nadzor i upravljanje tehnološkim procesima;
operativno planiranje tehnoloških procesa;
· proračun tehničko-ekonomskih pokazatelja, analiza i planiranje rada sustava odvodnje.
Osim toga, podsustave je moguće podijeliti na hijerarhijske razine prema kriteriju učinkovitosti (trajanja funkcija). Grupe funkcija iste vrste iste razine kombiniraju se u blokove.
Funkcionalna struktura automatiziranog upravljačkog sustava za postrojenja za pročišćavanje prikazana je na slici 1.
Slika 1. Funkcionalna struktura automatiziranog sustava upravljanja radom uređaja za pročišćavanje otpadnih voda
2 Nadzorna kontrola
Glavni tehnološki procesi koje kontrolira i kojima upravlja dispečer na postrojenjima za biološko pročišćavanje otpadnih voda su:
· istovar pijeska iz pjeskohvata i sirovog sedimenta iz primarnih taložnika;
· stabilizacija pH vrijednosti vode koja ulazi u aerotankove na optimalnoj razini;
Ispuštanje otrovne otpadne vode u spremnik za hitne slučajeve i naknadno postupno dovođenje u aerotankove;
Ispuštanje dijela toka vode u akumulaciju ili crpljenje vode iz nje;
distribucija otpadne vode između paralelno operativnih aerotankova;
· raspodjela otpadne vode po duljini aeracijskog spremnika za dinamičku preraspodjelu radnog volumena između oksidatora i regeneratora u svrhu nakupljanja mulja i poboljšanja prosječne dnevne kvalitete pročišćene vode;
dovod zraka za održavanje optimalne koncentracije otopljenog kisika u cijelom volumenu aerotanka;
opskrba povratnim aktivnim muljem za održavanje konstantnog opterećenja mulja u smislu organske tvari;
istovar mulja iz sekundarnih taložnika;
· uklanjanje viška aktivnog mulja iz aerotankova radi održavanja njegove optimalne starosti;
· uključivanje i isključivanje pumpi i puhala kako bi se smanjila potrošnja energije za pumpanje vode, mulja, mulja i zraka.
Osim toga, sljedeći signali se prenose od kontroliranih objekata do kontrolnih centara: hitno isključivanje opreme; kršenje tehnološkog procesa; granične razine otpadnih voda u spremnicima; granična koncentracija eksplozivnih plinova u industrijski prostori; granična koncentracija klora u prostorijama sobe za kloriranje.
Ako je moguće, kontrolne sobe trebaju biti smještene u blizini tehnoloških objekata (crpne stanice, puhalice, laboratoriji itd.), Budući da se upravljačke radnje izdaju različitim elektroničkim i pneumatskim regulatorima ili izravno aktuatorima. U upravljačkim sobama bit će predviđene pomoćne prostorije (sobe za odmor, kupaonica, spremište i servisna radionica).
3 Kontrola rada postrojenja za pročišćavanje
Na temelju podataka tehnološke kontrole i kontrole procesa predviđa se raspored dotoka otpadne vode, njezina kvaliteta i raspored potrošnje energije kako bi se ukupni trošak pročišćavanja vode sveo na minimum. Kontrola i upravljanje tim procesima provodi se uz pomoć računalnog kompleksa koji radi u načinu rada savjetnika dispečera ili automatske kontrole.
Kontrola kvalitete procesa i optimizirano upravljanje njime može se osigurati mjerenjem parametara kao što su stupanj toksičnosti otpadne vode na mikroorganizme aktivnog mulja, intenzitet biooksidacije, BPK ulazne i pročišćene vode, aktivnost mulja i drugih koji se ne mogu odrediti. izravnim mjerenjem. Ovi se parametri mogu odrediti proračunom na temelju mjerenja brzine potrošnje kisika u procesnim spremnicima malog volumena s posebnim režimom opterećenja. Brzina potrošnje kisika određena je vremenom smanjenja koncentracije otopljenog kisika od maksimalne do minimalne zadane vrijednosti kada je prozračivanje isključeno ili smanjenjem koncentracije otopljenog kisika za određeno vrijeme pod istim Uvjeti. Mjerenje se provodi u cikličkoj instalaciji koja se sastoji od procesne jedinice i mikroprocesorskog kontrolera koji upravlja mjernim jedinicama i izračunava brzinu potrošnje kisika. Vrijeme jednog ciklusa mjerenja je 10-20 minuta ovisno o brzini. Tehnološka jedinica se može ugraditi na servisni most aerotanka ili aerobnog stabilizatora. Dizajn omogućuje mjeraču rad na otvorenom zimsko vrijeme. Brzina potrošnje kisika može se odrediti kontinuirano u reaktorima velikog volumena pri istosmjernoj struji. opskrba aktivnim muljem, otpadnom vodom i zrakom. Sustav je opremljen dozatorima s ravnim mlazom kapaciteta 0,5-2 i 1 sat. Jednostavnost dizajna i velika potrošnja vode osiguravaju visoku pouzdanost mjerenja u industrijskim uvjetima. Mjerači se mogu koristiti za kontinuirano praćenje organskog opterećenja. Veću točnost i osjetljivost u mjerenju brzine potrošnje kisika omogućuju manometrijski mjerni sustavi opremljeni zatvorenim reaktorima, u kojima se tlak održava dodatkom kisika. Izvor kisika je u pravilu elektrolizer kojim se upravlja pomoću impulsa ili kontinuirani sustav stabilizacija tlaka. Količina dovedenog kisika je mjera brzine kojom se troši. Mjerači ove vrste dizajnirani su za laboratorijska istraživanja i BPK mjerne sustave.
Glavna svrha ACS za opskrbu zrakom je održavanje specificiranih koncentracija otopljenog kisika u cijelom volumenu aerotanka.Stabilan rad takvih sustava može se osigurati ako se signal koristi za kontrolu ne samo mjerača kisika, već i brzina protoka otpadne vode ili brzina potrošnje kisika u jezgri aerotanka.
Regulacija sustava prozračivanja omogućuje stabilizaciju tehnološkog načina čišćenja i smanjenje prosječnih godišnjih troškova energije za 10-20%. Udio potrošnje energije za prozračivanje je 30-50% cijene biološke obrade, a specifični utrošak energije za prozračivanje varira od 0,008 do 2,3 kWh/m.
Tipični sustavi kontrole ispuštanja mulja održavaju unaprijed određenu razinu odvajanja mulja i vode. Fotosenzor na razini sučelja instaliran je na strani korita u zoni stagnacije. Kvaliteta regulacije takvih sustava može se poboljšati korištenjem ultrazvučnog indikatora razine sučelja. Viša kvaliteta pročišćene vode može se postići ako se za regulaciju koristi mjerač razine za praćenje sučelja mulj-voda.
Za stabilizaciju muljnog režima ne samo taložnika, već i cjelokupnog sustava aeracijski spremnik - crpna stanica povratnog mulja - sekundarni taložnik, potrebno je održavati zadani koeficijent recirkulacije, tj. protok ispuštenog mulja proporcionalan je protoku ulazne otpadne vode. Razina stajaćeg mulja se mjeri kako bi se posredno kontrolirala promjena indeksa mulja ili neispravnost sustava za kontrolu protoka mulja.
Kod reguliranja ispuštanja viška mulja potrebno je izračunati količinu nakupljenog mulja tijekom dana kako bi se iz sustava uklonio samo nakupljeni mulj i stabilizirala starost mulja. To osigurava visoku kvalitetu mulja i optimalnu brzinu biooksidacije. Zbog nedostatka mjerača koncentracije aktivnog mulja, ovaj problem se može riješiti pomoću mjerača količine kisika, jer brzina rasta mulja i brzina potrošnje kisika međusobno su povezane. Računalna jedinica sustava integrira količinu potrošnje kisika i količinu uklonjenog mulja te jednom dnevno korigira zadanu brzinu protoka viška mulja. Sustav se može koristiti i za kontinuirano i za periodično ispuštanje viška mulja.
Više od visoke zahtjeve na kvalitetu održavanja režima kisika zbog opasnosti od trovanja muljem pri visokim koncentracijama otopljenog kisika i oštrog smanjenja brzine čišćenja pri niskim koncentracijama. Tijekom rada oksitenkova potrebno je kontrolirati i dovod kisika i odvod ispušnih plinova. Opskrba kisikom kontrolira se ili tlakom plinske faze ili koncentracijom otopljenog kisika u jezgri. Ispuštanje ispušnih plinova regulirano je ili proporcionalno protoku otpadne vode ili prema koncentraciji kisika u pročišćenom plinu.
Bibliografski popis
1. Voronov Yu.V., Yakovlev S.V. Zbrinjavanje vode i pročišćavanje otpadnih voda / udžbenik za sveučilišta: - M .: Izdavačka kuća Udruge građevinskih sveučilišta, 2006 - 704s.
Uvod
Teorijski dio
1.1 Osnove rada pročišćivača otpadnih voda
2. Analiza suvremenih metoda pročišćavanja otpadnih voda
3. Analiza mogućnosti automatizacije procesa pročišćavanja otpadnih voda
4. Analiza postojećeg hardvera (PLC logički programabilni kontroleri) i softverskih alata
5 Zaključci o prvom poglavlju
2. Strujni krugovi
2.1 Izrada blok dijagrama razine vode za punjenje spremnika
2.2 Izrada funkcionalnog dijagrama
3 Izračun regulatornog tijela
4 Određivanje postavki regulatora. Sinteza ACS
5 Proračun parametara ugrađenog ADC-a
2.6 Zaključak o drugom poglavlju
3. Softverski dio
3.1 Izrada algoritma za funkcioniranje ACS sustava u okruženju CoDeSys
3.2 Razvoj programa u CoDeSys okruženju
3. Razvoj sučelja za vizualni prikaz mjernih informacija
4 Zaključci o trećem poglavlju
4. Organizacijski i ekonomski dio
4.1 Ekonomska učinkovitost sustava upravljanja procesima
2 Izračun glavnih troškova sustava upravljanja
3 Organizacija proizvodnih procesa
4.4 Zaključci o četvrtom dijelu
5. Sigurnost i sigurnost života okoliš
5.1 Sigurnost života
2 Zaštita okoliša
3 Zaključci o petom poglavlju
Zaključak
Bibliografija
Uvod
U svim vremenima naseljavanje ljudi i postavljanje industrijskih objekata odvijali su se u neposrednoj blizini slatkih voda za piće, higijenske, poljoprivredne i industrijske svrhe. U procesu ljudskog korištenja voda je promijenila svoja prirodna svojstva iu nekim slučajevima postala sanitarno opasna. Naknadno, s razvojem inženjerske opreme gradova i industrijskih objekata, postalo je potrebno urediti organizirane metode za preusmjeravanje tokova onečišćenih otpadnih voda kroz posebne hidrauličke strukture.
Danas je važnost slatke vode kao prirodne sirovine u stalnom porastu. Kada se koristi u svakodnevnom životu i industriji, voda je onečišćena tvarima mineralnog i organskog podrijetla. Ova voda se naziva otpadna voda.
Ovisno o podrijetlu otpadne vode, može sadržavati otrovne tvari i uzročnike raznih zaraznih bolesti. Vodoprivredni sustavi gradova i industrijskih poduzeća opremljeni su suvremenim kompleksima gravitacijskih i tlačnih cjevovoda i drugih posebnih objekata koji provode preusmjeravanje, pročišćavanje, neutralizaciju i korištenje vode i oborina. Takvi kompleksi nazivaju se sustavom odvodnje. Sustavi odvodnje također omogućuju odvodnju i pročišćavanje kišnice i otopljene vode. Izgradnja sustava odvodnje uvjetovana je potrebom osiguranja normalnih životnih uvjeta za stanovništvo gradova i naselja te očuvanja dobrog stanja prirodnog okoliša.
Industrijski razvoj i urbani rast u Europi u 19. stoljeću. Oni su doveli do izgradnje odvodnih kanala. Snažan poticaj razvoju urbanih otpadnih voda bila je epidemija kolere u Engleskoj 1818. godine. U narednim godinama u ovoj zemlji, naporima parlamenta, poduzete su mjere za zamjenu otvorenih kanala podzemnim i odobreni standardi kvalitete otpadnih voda koje se ispuštaju u vodna tijela, te organizirana biološka obrada kućnih otpadnih voda na poljima za navodnjavanje.
Godine 1898. u Moskvi je pušten u rad prvi sustav odvodnje, koji je uključivao gravitacijsku i tlačnu odvodnu mrežu, crpnu stanicu i Lublinska polja za navodnjavanje. Postala je predak najvećeg moskovskog sustava za pročišćavanje otpadnih voda u Europi.
Od posebne je važnosti razvoj moderni sustav zbrinjavanje kućnih i industrijskih otpadnih voda, čime se osigurava visok stupanj zaštite okoliša od onečišćenja. Najznačajniji rezultati postignuti su u razvoju novih tehnološka rješenja u pitanjima učinkovitog korištenja vode u sustavima otpadnih voda i pročišćavanja industrijskih otpadnih voda.
Preduvjeti za uspješno rješavanje ovih problema u izgradnji sustava odvodnje su razvoji koje provode visokokvalificirani stručnjaci koristeći najnovija dostignuća znanosti i tehnologije u području izgradnje i rekonstrukcije odvodnih mreža i uređaja za pročišćavanje.
1. Teorijski dio
1 Osnove rada pročišćivača otpadnih voda
Otpadne vode - sve vode i oborine ispuštene u vodna tijela s područja industrijskih poduzeća i naseljenih područja kroz kanalizacijski sustav ili gravitacijom, čija su svojstva narušena kao rezultat ljudske aktivnosti.
Otpadne vode se prema izvoru podrijetla mogu klasificirati na:
) Industrijske (industrijske) otpadne vode (nastale u tehnološkim procesima tijekom proizvodnje ili rudarstva) ispuštaju se industrijskom ili mješovitom kanalizacijom.
) Otpadne vode iz kućanstva (kućne i fekalne) (nastale u stambenim prostorijama, kao iu radnim prostorima kućanstva, npr. tuševi, WC) ispuštaju se kroz kućnu ili kombiniranu kanalizaciju.
) Površinska kanalizacija (podijeljena na kišnicu i otopljenu, odnosno nastalu tijekom otapanja snijega, leda, tuče), u pravilu se ispušta kroz sustav oborinske kanalizacije. Također se može nazvati "olujni odvodi".
Industrijske otpadne vode, za razliku od atmosferskih i kućnih otpadnih voda, nemaju stalan sastav i mogu se podijeliti prema:
) Sastav kontaminanata.
) Koncentracije onečišćujućih tvari.
) Svojstva zagađivača.
) kiselost.
) Toksični učinak i učinak onečišćujućih tvari na vodna tijela.
Glavna svrha pročišćavanja otpadnih voda je opskrba vodom. Vodoopskrbni sustav (naseljenog područja ili industrijskog poduzeća) mora osigurati zahvat vode iz prirodnih izvora, njezino pročišćavanje, ako je to uzrokovano zahtjevima potrošača, i opskrbu do mjesta potrošnje.
Shema vodoopskrbe: 1 - izvor vodoopskrbe, 2 - vodozahvat, 3 - crpna stanica 1. lifta, 4 - postrojenja za pročišćavanje, 5 - rezervoar čiste vode, 6 - crpna stanica 2. lifta, 7 - vodovodi, 8 - vodotoranj, 9 - mreža za razvod vode.
Za obavljanje ovih zadataka sljedeće strukture obično su uključene u vodoopskrbni sustav:
) Vodozahvati, pomoću kojih se voda prima iz prirodnih izvora.
) Vododizne konstrukcije tj crpne stanice, opskrbu vodom na mjestima njezina pročišćavanja, skladištenja ili potrošnje.
) Postrojenja za obradu vode.
) Vodovodne i vodoopskrbne mreže koje služe za transport i opskrbu vode do mjesta njezine potrošnje.
) Tornjevi i spremnici koji imaju ulogu regulacijskih i rezervnih spremnika u sustavu vodoopskrbe.
1.2 Analiza suvremenih metoda pročišćavanja otpadnih voda
Suvremene metode pročišćavanja otpadnih voda mogu se podijeliti na mehaničke, fizikalno-kemijske i biokemijske. U procesu pročišćavanja otpadnih voda nastaje mulj koji se podvrgava neutralizaciji, dezinfekciji, dehidraciji, sušenju, a moguće je i naknadno zbrinjavanje mulja. Ako je prema uvjetima za ispuštanje otpadnih voda u akumulaciju potreban viši stupanj pročišćavanja, tada se nakon postrojenja za potpuno biološko pročišćavanje otpadnih voda ugrađuju postrojenja za dubinsko pročišćavanje.
Uređaji za mehaničku obradu otpadnih voda dizajnirani su za zadržavanje neotopljenih nečistoća. Tu spadaju rešetke, sita, pijeskolovi, taložnice i filtri različitih izvedbi. Rešetke i sita namijenjeni su za zadržavanje velikih onečišćenja organskog i mineralnog podrijetla.
Pjeskolovci se koriste za odvajanje nečistoća mineralnog sastava, uglavnom pijeska. Taložni spremnici hvataju taložene i plutajuće zagađivače iz kanalizacije.
Za pročišćavanje industrijskih otpadnih voda koje sadrže specifične kontaminante koriste se strukture koje se nazivaju hvatači masti, hvatači ulja, hvatači ulja i katrana itd.
Uređaji za mehaničku obradu otpadnih voda prethodna su faza prije biološke obrade. Mehaničkim pročišćavanjem gradskih otpadnih voda moguće je zadržati do 60% neotopljenih onečišćenja.
Fizikalne i kemijske metode pročišćavanja gradskih otpadnih voda, uzimajući u obzir tehničke i ekonomske pokazatelje, koriste se vrlo rijetko. Ove se metode uglavnom koriste za pročišćavanje industrijskih otpadnih voda.
Metode fizikalne i kemijske obrade industrijskih otpadnih voda uključuju: reagensnu obradu, sorpciju, ekstrakciju, isparavanje, degazaciju, ionsku izmjenu, ozonizaciju, elektroflotaciju, kloriranje, elektrodijalizu itd.
Biološke metode pročišćavanja otpadnih voda temelje se na vitalnoj aktivnosti mikroorganizama koji mineraliziraju otopljene organske spojeve koji su izvori hrane za mikroorganizme. Objekti za biološki tretman mogu se uvjetno podijeliti u dvije vrste.
Slika 3 - Shema pročišćavanja otpadnih voda na biofilterima
Shema pročišćavanja otpadnih voda na biofilterima: 1 - rešetka; 2 - zamka za pijesak; 3 - cjevovod za uklanjanje pijeska; 4 - primarni sump; 5 - izlaz mulja; 6 - biofilter; 7 - mlaznica za prskanje; 8 - točka kloriranja; 9 - sekundarni sump; 10 - otpuštanje.
Mehanička obrada otpadnih voda može se provoditi na dva načina:
) Prvi način sastoji se u procjeđivanju vode kroz rešetke i sita, pri čemu se odvajaju čvrste čestice.
) Drugi način je taloženje vode u posebnim taložnicama, pri čemu se mineralne čestice talože na dno.
Slika 4 - Tehnološka shema uređaja za pročišćavanje s mehaničkim pročišćavanjem otpadnih voda
Tehnološka shema: 1 - otpadna voda; 2 - rešetke; 3 - zamke za pijesak; 4 - taložni spremnici; 5 - miješalice; 6 - kontaktni spremnik; 7 - otpuštanje; 8 - drobilice; 9 - pješčane platforme; 10 - digestori; 11 - kloriranje; 12 - jastučići za mulj; 13 - smeće; 14 - pulpa; 15 - pješčana pulpa; 16 - sirovi sediment; 17 - digestirani mulj; 18 - odvodna voda; 19 - klorirana voda.
Otpadne vode iz kanalizacijske mreže prvo ulaze u rešetke ili sita, gdje se filtriraju, a krupne komponente - krpe, kuhinjski otpad, papir i dr. - čuvaju se. Zadržane rešetkama i mrežama, velike komponente se vade na dezinfekciju. Procijeđene otpadne vode ulaze u pješkolovce, gdje se zadržavaju nečistoće uglavnom mineralnog podrijetla (pijesak, troska, ugljen, pepeo itd.).
1.3 Analiza mogućnosti automatizacije procesa pročišćavanja otpadnih voda
Osnovni ciljevi automatizacije sustava i postrojenja za odvodnju otpadnih voda su poboljšanje kvalitete odvodnje i pročišćavanja otpadnih voda (neometano ispuštanje i prepumpavanje otpadnih voda, kvaliteta pročišćavanja otpadnih voda i dr.), smanjenje troškova poslovanja i poboljšanje uvjeta rada.
Glavna funkcija sustava i građevina za odvodnju vode je povećati pouzdanost građevina praćenjem stanja opreme i automatskom provjerom pouzdanosti informacija i stabilnosti građevina. Sve to doprinosi automatskoj stabilizaciji parametara tehnoloških procesa i pokazatelja kvalitete pročišćavanja otpadnih voda, brzoj reakciji na ometajuće utjecaje (promjene količine ispuštene otpadne vode, promjene kvalitete pročišćene otpadne vode). Krajnji cilj automatizacije je povećanje učinkovitosti upravljačkih aktivnosti. Sustav upravljanja uređajem za pročišćavanje otpadnih voda ima sljedeće strukture: funkcionalnu; organizacijski; informativni; softver; tehničkog.
Osnova za stvaranje sustava je funkcionalna struktura, dok su ostale strukture određene samom funkcionalnom strukturom. Svaki upravljački sustav prema funkcionalnom svojstvu dijeli se na tri podsustava:
operativni nadzor i upravljanje tehnološkim procesima;
operativno planiranje tehnoloških procesa;
proračun tehničko-ekonomskih pokazatelja, analiza i planiranje rada sustava odvodnje.
Osim toga, podsustave je moguće podijeliti na hijerarhijske razine prema kriteriju učinkovitosti (trajanja funkcija). Grupe funkcija iste vrste iste razine kombiniraju se u blokove.
Slika 5 - Funkcionalna struktura sustava automatiziranog upravljanja uređajima za pročišćavanje otpadnih voda
Za poboljšanje učinkovitosti prijenosa podataka, komunikacije s kontrolnim sobama i upravljanja odvodnjom otpadnih voda, kao i procesima pročišćavanja otpadnih voda, može se preporučiti zamjena ne uvijek pouzdanog telefonskog komunikacijskog sustava s optičkim. Pritom će se većina procesa u sustavima automatskog upravljanja mrežama odvodnje, crpnim stanicama i uređajima za pročišćavanje otpadnih voda odvijati na računalu. To se odnosi i na računovodstvo, analize, kalkulacije dugoročnog planiranja i rada, kao i provedbu potrebni dokumenti za izvješćivanje o radu svih vodoprivrednih sustava i objekata.
Kako bi se osigurao nesmetan rad kanalizacijskih sustava, na temelju računovodstva i analize izvješća, moguće je provesti dugoročno planiranje, što će na kraju povećati pouzdanost cijelog kompleksa.
1.4 Analiza postojećeg hardvera (PLC programabilni logički kontroleri) i softvera
Programabilni logički kontroleri (PLC) već su desetljećima sastavni dio automatizacije postrojenja i sustava upravljanja procesima. Raspon primjena u kojima se koriste PLC-ovi je vrlo širok. Moglo bi biti kao jednostavni sustavi sustavi upravljanja rasvjetom, te sustavi za praćenje stanja okoliša u kemijskim postrojenjima. Središnja jedinica PLC-a je kontroler, kojem se dodaju komponente koje osiguravaju potrebnu funkcionalnost, a koji je programiran za obavljanje određenog zadatka.
Kontrolere proizvode kako poznati proizvođači elektronike, kao što su Siemens, Fujitsu ili Motorola, tako i tvrtke za upravljačku elektroniku, kao što je Texas Instruments Inc. Naravno, svi kontroleri razlikuju se ne samo u funkcionalnosti, već iu kombinaciji cijene i kvalitete. Budući da su Siemensovi mikrokontroleri trenutno najzastupljeniji u Europi, nalaze se kako u proizvodnim pogonima tako i na laboratorijskim štandovima, mi ćemo se odlučiti za njemačkog proizvođača.
Slika 6 - Logički modul "LOGO"
Područje primjene: upravljanje tehnološkom opremom (pumpe, ventilatori, kompresori, preše), sustavi grijanja i ventilacije, transportni sustavi, sustavi upravljanja prometom, upravljanje rasklopnom opremom itd.
Programiranje kontrolera "Siemens" - modula "LOGO! Basic" može se izvršiti s tipkovnice s prikazom informacija na ugrađenom zaslonu.
stol 1 Tehnički podaci
Napon napajanja/ulazni napon: nazivna vrijednost ~115 … 240 V AC frekvencija ~47 … 63 Hz Potrošnja energije pri naponu napajanja ~3,6 … 6,0 W / ~230 V manje od 5 V 12V Ulazna struja: niska razina, ne više od visoke razine, ne manje od ~0,03mA ~0,08mA/=0,12mADiskretni izlazi: Broj izlaza 4Galvanska izolacija DaSpajanje diskretnog ulaza kao opterećenjaMogućeAnalogni ulazi: Broj ulaza 4 (I1 i I2, I7 i I8) Raspon mjerenja=0 … 10VMaksimalni ulazni napon =28,8VKućište zaštiteIP 20Težina190g
Proces programiranja "Siemens" kontrolera svodi se na programiranje potrebnih funkcija i postavljanje postavki (kašnjenja uključivanja/isključivanja, vrijednosti brojača itd.). Za izvođenje svih ovih operacija koristi se sustav ugrađenih izbornika. Gotov program se može prepisati u memorijski modul koji se nalazi u sučelju modula "LOGO!".
Mikrokontroler "LOGO!", njemačke tvrtke "Siemens", odgovara svim tehničkim parametrima.
Razmotrite domaće mikrokontrolere. Trenutno u Rusiji nema toliko poduzeća koja se bave proizvodnjom mikrokontrolerske opreme. U ovom trenutku uspješna tvrtka specijalizirana za proizvodnju sustava za automatizaciju upravljanja je tvrtka "OWEN", koja ima na raspolaganju proizvodne pogone u regiji Tula. Od 1992. godine ova tvrtka je specijalizirana za proizvodnju mikrokontrolera i senzorske opreme.
Lider "OWEN" mikrokontrolera je serija PLC logičkih kontrolera.
Slika 7 - Izgled PLC-150
PLC-150 se može koristiti u različitim područjima - od stvaranja sustava upravljanja za objekte male i srednje veličine do izgradnje dispečerskih sustava. Primjer Automatizacija vodoopskrbnog sustava zgrade pomoću kontrolera OWEN PLC 150 i izlaznog modula OWEN MVU 8.
Slika 8 - Shema vodoopskrbe zgrade pomoću PLC-a 150
Razmotrite glavne tehničke parametre PLC-150. Opći podaci navedeni su u tablici.
Tablica 2 Opće informacije
Dizajn Unificirano kućište za montažu na DIN tračnicu (širina 35 mm), duljina 105 mm (6U), razmak priključaka 7,5 mm Stupanj zaštite kućišta IP20 Napon napajanja: PLC 150 & 22090 ... 264 V AC (nazivni napon 220 V) s frekvencijom od 47 ... 63 Hz Indikator prednje ploče 1 indikator napajanja 6 indikatora statusa digitalnih ulaza 4 indikatora statusa izlaza 1 indikator prisutnosti komunikacije s CoDeSys 1 indikator rada korisničkog programa Potrošnja energije 6 W
Resursi logičkog kontrolera PLC-150 prikazani su u tablici 3.
Tablica 3 Resursi
CPU 32&x bitni RISC&200 MHz procesor temeljen na ARM9 jezgri 9 RAM kapaciteta 8 MB CoDeSys jezgre programa i arhive stalne memorije 4 MB Retain&memory veličina 4 kV PLC vrijeme izvršenja ciklusa Minimalno 250 µs (nefiksno), tipično od 1 ms
Podaci o digitalnim ulazima dani su u tablici 4.
Tablica 4 Digitalni ulazi
Broj digitalnih ulaza6Galvanska izolacija digitalnih ulaza, skupinaSnaga izolacije digitalnih ulaza1,5 kVMaksimalna frekvencija signala primijenjenog na digitalni ulaz1 kHz uz softversku obradu 10 kHz s hardverskim brojačem i procesorom kodera
Podaci o analognim ulazima dani su u tablici 5.
Tablica 5 Analogni ulazi
Broj analognih ulaza 4 Vrste podržanih unificiranih ulaznih signala Napon 0...1 V, 0...10 V, -50...+50 mV Struja 0...5 mA, 0(4)...20 mA Otpor 0 .. .5 kOhm Tipovi podržanih senzora Toplinski otpor: TSM50M, TSP50P, TSM100M, TSP100P, TSN100N, TSM500M, TSP500P, TSN500N, TSP1000P, TSN1000N Termoparovi: TXK (L), TGK (J), TNN (N), TXA ( K), TPP (S ), CCI (R), TPR (V), TVR (A&1), TVR (A&2) Ugrađeni ADC kapacitet16 bita Unutarnji otpor analognog ulaza: u načinu mjerenja struje u načinu mjerenja napona 0.. .10 V 50 Ohm oko 10 kOhm analogni ulaz 0,5 sGranica osnovne smanjene pogreške mjerenja za analogne ulaze 0,5 % Galvanska izolacija analognih ulaza nema
Programiranje PLC-150 provodi se pomoću profesionalnog sustava za programiranje CoDeSys v.2.3.6.1 i starijih. CoDeSys je sustav za razvoj kontrolera. Kompleks se sastoji od dva glavna dijela: programskog okruženja CoDeSys i izvršnog sustava CoDeSys SP. CoDeSys radi na računalu i koristi se u pripremi programa. Programi se prevode u brzi strojni kod i preuzimaju na upravljač. CoDeSys SP radi u kontroleru, omogućuje učitavanje koda i otklanjanje pogrešaka, I/O servisiranje i druge servisne funkcije. Više od 250 poznatih tvrtki proizvodi opremu s CoDeSysom. Tisuće ljudi rade s njim svaki dan, rješavajući probleme industrijske automatizacije. CoDeSys je do danas najrašireniji IEC programski sustav na svijetu. U praksi, on sam služi kao standard i model za IEC sustave programiranja.
Sinkronizacija PLC-a s osobnim računalom provodi se pomoću "COM" porta koji se nalazi na svakom osobno računalo.
Mikrokontroler tvrtke "OWEN" domaće proizvodnje prikladan je u svim pogledima. Na njega se mogu spojiti analogni i digitalni mjerni uređaji s objedinjenim signalima. Kontroler se lako koordinira s osobnim računalom pomoću "COM" priključka, postoji mogućnost daljinskog pristupa. Moguće je uskladiti PLC-150 s programabilnim logičkim kontrolerima drugih proizvođača. PLC-150 je programiran korištenjem Controller Development System (CoDeSys), u programskom jeziku visoke razine.
5 Zaključci o prvom poglavlju
U ovom poglavlju razmotrene su osnove funkcioniranja pročišćavanja otpadnih voda, analiza suvremenih metoda pročišćavanja i mogućnosti automatizacije ovih procesa.
Izvršena je analiza postojećeg hardvera (PLC logički programabilni kontroleri) i softvera za upravljanje procesnom opremom u pročišćavanju otpadnih voda. Izvršena je analiza domaćih i stranih proizvođača mikrokontrolera.
2. Strujni krugovi
Jedna od važnih funkcija automatizacije je: automatska kontrola i upravljanje tehnološkim procesima, opremanje crpnih stanica i postrojenja za pročišćavanje, stvaranje automatiziranih radnih mjesta za sve specijalnosti i profile rada na temelju suvremenih tehnologija.
Glavna funkcija sustava i građevina za odvodnju vode je povećati pouzdanost građevina praćenjem stanja opreme i automatskom provjerom pouzdanosti informacija i stabilnosti građevina. Sve to doprinosi automatskoj stabilizaciji parametara tehnoloških procesa i pokazatelja kvalitete pročišćavanja otpadnih voda, brzoj reakciji na ometajuće utjecaje (promjene količine ispuštene otpadne vode, promjene kvalitete pročišćene otpadne vode). Krajnji cilj automatizacije je povećanje učinkovitosti upravljačkih aktivnosti.
Suvremene mreže odvodnje i crpne stanice treba po mogućnosti projektirati s upravljanjem bez stalne prisutnosti osoblja za održavanje.
1 Izrada blok dijagrama razine vode za punjenje glavne akumulacije
Strukturna shema sustav automatskog upravljanja prikazan je na slici 9:
Slika 9 - Blok dijagram
Na desnoj strani blok dijagrama je PLC-150. Desno od njega je sučelje za spajanje na lokalnu mrežu (Ethernet) za daljinski pristup kontroleru. Signal se prenosi digitalno. Preko RS-232 sučelja koordinira se s osobnim računalom. Budući da kontroler nije zahtjevan za tehničku komponentu računala, čak i slab "stroj" poput Pentiuma 4 ili sličnih modela bit će dovoljan za ispravan rad cijelog sustava u cjelini. Signal između PLC-150 i osobnog računala prenosi se digitalno.
2 Izrada funkcionalnog dijagrama
Funkcionalni dijagram sustava automatske kontrole razine vode prikazan je na slici 10.
Slika 10 funkcionalni dijagram
Parametri prijenosne funkcije objekta upravljanja
Prema projektnom zadatku imamo:
H= 3 [m] - visina cijevi.
h 0= 1,0 [m] - postavljena razina. Q n0 = 12000 [l/h]-nazivni protok. d = 1,4 [m] - promjer cijevi. Prijenosna funkcija operacijskog pojačala: (1)
Izračunajmo numeričke vrijednosti prijenosne funkcije. Površina odjeljka spremnika: (2)
Nazivni dolazni protok: (3)
Koeficijent prijenosa K: (4)
Vremenska konstanta T: (5)
Dakle, prijenosna funkcija za kontrolni objekt izgledat će ovako: (6)
Struktura sustava automatskog upravljanja prikazana je na slici 0: Slika 11 - Strukturni dijagram ACS Gdje je: Kr.o.- koeficijent prijenosa regulacijskog tijela (RO) ulaznog protoka Qpo; Kd - koeficijent prijenosa senzora razine h Wp - prijenosna funkcija automatskog regulatora Izračun pojačanja regulatora K r.o :
,
gdje - promjena dolaznog protoka; promjena stupnja otvaranja ventila (u postocima). Ovisnost ulaznog protoka o stupnju otvorenosti ventila prikazana je na slici 12: Slika 12 - Ovisnost ulaznog protoka o stupnju otvorenosti ventila Procjena pojačanja senzora razine Koeficijent prijenosa senzora razine definiran je kao omjer prirasta izlaznog parametra senzora razine i[mA] za ulazni parametar [m]. Maksimalna visina razine tekućine koju senzor razine treba mjeriti odgovara 1,5 metara, a promjena trenutnog jedinstvenog izlaznog signala senzora razine pri promjeni razine u rasponu od 0-1,5 metara odgovara 4-20 [mA ]. (7)
Opći industrijski senzori razine imaju ugrađenu funkciju izravnavanja izlaznog signala inercijalnim filtarskim linkom prvog reda s podesivom vremenskom konstantom Tf u rasponu od jedinica do desetaka sekundi. Odaberemo vremensku konstantu filtra Tf=10 s. Tada je funkcija prijenosa senzora razine: (8)
Struktura sustava upravljanja imat će oblik: Slika 13 - struktura upravljačkog sustava Pojednostavljena struktura upravljačkog sustava s numeričkim vrijednostima: Slika 14 - pojednostavljena struktura upravljačkog sustava Logaritamske amplitudno-fazne frekvencijske karakteristike nepromjenjivog dijela sustava LAFC nepromjenjivog dijela ACS-a konstruiraju se aproksimativnom metodom, koja se sastoji u činjenici da za vezu s prijenosnom funkcijom: (9)
u logaritamskoj koordinatnoj mreži do frekvencije 1 / T, gdje je T = 56 s vremenska konstanta, LAFC ima oblik ravne linije paralelne s frekvencijskom osi na razini 20 lg K = 20 lg0,43 = -7,3 dB, a za frekvencije veće od 1 /T, LAFC je ravna linija s nagibom od -20db/dec do kutne frekvencije od 1/Tf, gdje se nagib mijenja za dodatnih -20db/dec do - 40 db/dec. Kutne frekvencije: (10)
(11)
Tako imamo: Slika 15 - LAFC izvornog sustava otvorene petlje 2.3 Izračun regulatora za ulazne i izlazne troškove Napravimo izbor regulatornog tijela na temelju uvjetnog kapaciteta Cv. Izračun vrijednosti Cv provodi se prema međunarodni standard DIN EN 60534 prema sljedećoj formuli: (12)
gdje je Q - potrošnja [m 3/h], ρ - gustoća tekućina [kg/m 3], Δ p - razlika tlaka [bar] ispred ventila (P1) i iza ventila (P2) u smjeru strujanja. Zatim za regulator protoka Q n0 prema izvornim podacima: (13)
Za moguću promjenu protoka Qp u procesu automatske regulacije u odnosu na njegovu nominalnu vrijednost Qp 0maksimalna vrijednost Qp uzima se dvostruko veća od nazivne vrijednosti tj .
Promjer provrta za dolazni protok izračunava se na sljedeći način: (14)
Slično, za odlazni tok imamo: (15)
(16)
2.4 Određivanje postavki regulatora. Sinteza ACS Konstrukcija LAFC ACS s otvorenom petljom temelji se na posljedici teorije linearnih sustava, a to je da ako LAFC sustava s otvorenom petljom (koji se sastoji od veza s minimalnom fazom) ima nagib od -20 dB / dec u području značajnih frekvencija (sektor odsječen linijama od ± 20 dB), zatim: zatvoreni ACS je stabilan; prijelazna funkcija zatvorenog ACS-a je blizu monotone; vrijeme regulacije . (17)
Struktura sustava otvorenog koda s PI regulatorom: Slika 16 - Struktura izvornog sustava s PI regulatorom Željeni LACH (L i ) najjednostavniji oblik ACS-a otvorene petlje, koji bi zadovoljio zadane pokazatelje kvalitete u zatvorenom obliku, trebao bi imati nagib LAF-a jednak -20 dB / dec u blizini značajnih frekvencija i sjecište s frekvencijskom osi na: (18)
U području asimptote niske frekvencije, za stvaranje nulte (prema TOR) statičke pogreške δ st = 0 frekvencijske karakteristike otvorenog sustava moraju odgovarati integratoru najmanje 1. reda. Tada je prirodno formirati željeni LAFC u ovom području u obliku ravne linije s nagibom od -20 dB/dec. kao nastavak Lzh iz područja bitnih frekvencija. Kako bi se implementacija ACS-a pojednostavila, visokofrekventna asimptota mora odgovarati visokofrekventnoj asimptoti nepromjenjivog dijela sustava. Stoga je željeni LAFC otvorenog sustava prikazan na slici 0: Slika 17 - Željeni LAFC otvorenog sustava Prema prihvaćenoj strukturi industrijskog ACS-a, jedini način da se LAFCH dovede do nepromjenjivog dijela L LF do L i je PI-regulator s prijenosnom funkcijom LAFC (kod K R =1)
Slika 18 - PI-regulator LAFC Slika 14 pokazuje da za u niskofrekventnom području, LAFC PI regulatora odgovara integrirajućoj vezi s negativnim faznim pomakom od -90 stupnjeva, a za frekvencijske karakteristike regulatora odgovaraju pojačalnoj vezi s nultim faznim pomakom u području značajnih frekvencija projektiranog sustava uz odgovarajući izbor vrijednosti T i .
Prihvaćamo da je integracijska konstanta regulatora jednaka vremenskoj konstanti T upravljačkog objekta, tj. T i = 56, na K R =1. Tada će LAFC otvorenog ACS-a imati oblik L 1=L LF +L pi , kvalitativno odgovara obliku L i na slici, ali s manjim dobitkom. Za usklađivanje LAFC-a dizajniranog sustava s L i potrebno je pojačanje otvorene petlje povećati za 16 dB, tj. 7 puta. Stoga su definirane postavke regulatora. Slika 19 - Sinteza ACS. Definiranje postavki regulatora Iste postavke regulatora dobivaju se ako iz L i grafički oduzmi L LF i prema vrsti LAFC-a rezultirajućeg sekvencijalnog korektora (PI regulatora), vratiti njegovu prijenosnu funkciju. Kao što se može vidjeti na slici 12 na T i \u003d T \u003d 56 s, prijenosna funkcija otvorenog sustava ima oblik , koji sadrži integrirajuću vezu. Prilikom konstruiranja LAFC-a koji odgovara W str (p) dobiti K str 0,32/7850mora brojčano odgovarati učestalosti presjeka LAF-a s osi ω na frekvenciji S -1, gdje S -1 ili K str =6,98.
S izračunatim postavkama regulatora, ACS je stabilan, ima prijelaznu funkciju blizu monotone, vrijeme upravljanja t R =56 s, statička pogreška δ sv =0.
Senzorska oprema Mjerilo 2TRM0 namijenjeno je za mjerenje temperature nositelja topline i raznih medija u rashladnim uređajima, sušionicama, pećnicama raznih namjena i drugoj tehnološkoj opremi, kao i za mjerenje drugih fizikalnih parametara (težina, tlak, vlaga itd.). Slika 20 - Mjerač 2TRM0 Klasa točnosti 0,5 (termoparovi)/0,25 (ostale vrste signala). Regulator se proizvodi u 5 vrsta kućišta: zidna H, montaža na Din-šinu D i razvodna ploča Sch1, Sch11, Sch2. Slika 21 - Funkcionalna shema uređaja OWEN 2 TPM 0. Slika 22 - Nacrt s dimenzijama mjernog uređaja Dijagram povezivanja uređaja: Na slici je prikazan dijagram priključnog bloka uređaja. Slike prikazuju dijagrame spajanja uređaja. Slika 23 - Dijagram spajanja uređaja Priključni blok uređaja. Višekanalna jedinica napajanja BP14 dizajnirana je za napajanje senzora sa stabiliziranim naponom od 24 V ili 36 V s jedinstvenim izlaznim strujnim signalom. Jedinica napajanja BP14 proizvodi se u kućištu s montažom na DIN šinu tipa D4. Slika 28 - Napajanje Glavne funkcije: Pretvaranje AC (DC) napona u stabilizirani DC u dva ili četiri neovisna kanala; Ograničenje startne struje; Prenaponska zaštita od impulsnog šuma na ulazu; Zaštita od preopterećenja, kratkog spoja i pregrijavanja; Indikacija prisutnosti napona na izlazu svakog kanala. Slika 29 - Dijagram ožičenja za dvokanalnu jedinicu napajanja BP14 Frekvencija ulaznog izmjeničnog napona 47...63 Hz. Strujni zaštitni prag (1,2...1,8) Imax. Ukupna izlazna snaga je 14W. Broj izlaznih kanala je 2 ili 4. Nazivni izlazni napon kanala je 24 ili 36 V. Slika 30 - Dimenzionalni crtež napajanja Nestabilnost izlaznog napona pri promjeni napona napajanja ±0,2% Nestabilnost izlaznog napona pri promjeni struje opterećenja od 0,1 Imax do Imax ±0,2% Raspon radne temperature -20 ... +50 °C. Koeficijent nestabilnosti izlazne temperature napon u radnom raspon temperature ± 0,025% / ° C. Dielektrična čvrstoća - ulaz - izlaz (efektivna vrijednost) 2 k. SAU-M6 je funkcionalni analog uređaja ESP-50 i ROS 301. Slika 31 - Indikator razine Slika 32 - Dijagram spajanja SAU-M6 Trokanalni pokazivač razine tekućine OWEN SAU-M6 - dizajniran za automatizaciju tehnoloških procesa povezanih s kontrolom i regulacijom razine tekućine. Slika 33 - Funkcionalni dijagram SAU-M6 SAU-M6 je funkcionalni analog uređaja ESP-50 i ROS 301. Uređaj je dostupan u zidnom kućištu tipa H. Funkcionalnost sklopke razine Tri neovisna kanala za praćenje razine tekućine u spremniku Mogućnost invertiranja načina rada bilo kojeg kanala Spajanje raznih senzora razine - konduktometrijskih, plovnih Rad s tekućinama različite električne vodljivosti: destilirana, voda iz slavine, kontaminirana voda, mlijeko i prehrambeni proizvodi (slabo kiseli, alkalni itd.) Zaštita konduktometrijskih senzora od taloženja soli na elektrodama napajanjem izmjeničnim naponom Slika 34 - Okvirni crtež Specifikacije instrumenta Nazivni napon napajanja instrumenta je 220 V, frekvencija 50 Hz. Dopuštena odstupanja napona napajanja od nazivne vrijednosti -15 ... + 10%. Potrošnja energije, ne više od 6 VA. Broj kanala za kontrolu razine - 3. Broj ugrađenih izlaznih releja - 3. Najveća dopuštena struja koju prebacuju kontakti ugrađenog releja je 4 A pri 220 V 50 Hz (cos > 0,4). Slika 35 - Diskretni I/O modul Modul diskretnih ulaza i izlaza za distribuirane sustave u RS-485 mreži (ARIES, Modbus, DCON protokoli). Modul se može koristiti u kombinaciji s programabilnim kontrolerima OWEN PLC ili dr. MDVV radi u RS-485 mreži ako u njoj postoji "master", dok sam MDVV nije "master" mreže. diskretni ulazi za spajanje kontaktnih senzora i tranzistorskih sklopki n-p-n tip. Mogućnost korištenja bilo kojeg diskretnog ulaza (maksimalna frekvencija signala - 1 kHz) Mogućnost generiranja PWM signala bilo kojim od izlaza Automatski prijenos pogona u hitni način rada u slučaju kvara na mrežnoj centrali Podrška za uobičajene protokole Modbus (ASCII, RTU), DCON, ARIES. Slika - 36 Opća shema povezivanja MDVV uređaja Slika 37 - Funkcionalni dijagram MDVV MEOF su dizajnirani za pomicanje radnih tijela zapornih i regulacijskih cjevovodnih ventila rotacijskog principa rada (kuglasti i čepni ventili, leptir ventili, prigušnice itd.) u automatskim sustavima upravljanja tehnološkim procesima u raznim industrijama u skladu s naredbom signali koji dolaze od regulacijskih ili upravljačkih uređaja . Mehanizmi se postavljaju izravno na armaturu. Slika 38 - Uređaj mehanizma MEOF Slika 39 - Dimenzije Shema ugradnje senzora Metran 100-DG 1541 pri mjerenju hidrostatskog tlaka (razine) u otvorenom spremniku: Slika 40 - Shema ugradnje senzora Princip rada senzora temelji se na korištenju piezoelektričnog efekta u heteroepitaksijalnom silicijskom filmu uzgojenom na površini monokristalne pločice od umjetnog safira. Slika 41 - Izgled uređaja Senzorski element s monokristalnom strukturom silicija na safiru osnova je svih senzorskih blokova senzora obitelji Metran. Za bolji pregled zaslona s tekućim kristalima (LCD) i za lakši pristup dvama odjeljcima elektroničkog pretvarača, potonji se može rotirati u odnosu na mjernu jedinicu iz postavljenog položaja za kut od najviše 90 ° suprotno od kazaljke na satu . Slika 42 - Shema vanjskog električnog priključka senzora: Gdje je X terminalni blok ili konektor; Rn - otpor opterećenja ili ukupni otpor svih opterećenja u sustavu upravljanja; BP - DC napajanje. 2.5 Proračun parametara ugrađenog ADC-a Izračunajmo parametre ugrađenog ADC mikrokontrolera PLC-150. Glavni parametri ADC-a trebaju uključivati maksimalni ulazni napon U max , broj bitova koda n, rezolucija ∆ i greška pretvorbe. Dubina bita ADC-a određena je formulom: Dnevnik 2N, (19) gdje je N broj diskreta (kvantnih razina); Budući da je ADC ugrađen u odabrani kontroler PLC-150, imamo n=16. Razlučivost ADC-a je ulazni napon koji odgovara jedinici najmanjeg bita izlaznog koda: (20)
gdje 2 n - 1 - maksimalna težina ulaznog koda, u = U max - U min (21)
U U max = 10V, U min = 0V, n = 16, (22)
Što je veći n, to manji i točniji izlazni kod može predstavljati ulazni napon. Vrijednost relativne rezolucije: , (23)
gdje je ∆ najmanji razlučivi korak ulaznog signala. Dakle, ∆ je najmanji razlučni korak ulaznog signala. ADC neće registrirati signal niže razine. U skladu s tim, rezolucija se poistovjećuje s osjetljivošću ADC-a. Pogreška pretvorbe ima statičku i dinamičku komponentu. Statička komponenta uključuje metodološku pogrešku kvantizacije ∆ δ do (diskretnost) i instrumentalna pogreška zbog neidealnosti elemenata pretvarača. Pogreška kvantizacije ∆ do zbog samog principa predstavljanja kontinuiranog signala kvantiziranim razinama međusobno udaljenim odabranim intervalom. Širina ovog intervala je rezolucija pretvarača. Najveća pogreška kvantizacije je polovica rezolucije, au općem slučaju: (24)
Relativna najveća pogreška kvantizacije: (25)
Instrumentalna pogreška ne smije premašiti pogrešku kvantizacije. U ovom slučaju, ukupna apsolutna statička greška jednaka je: (26)
Ukupna relativna statička greška može se definirati kao: (27)
Zatim izračunavamo razlučivost ugrađenog DAC-a mikrokontrolera PLC-150. Razlučivost DAC-a je izlazni napon koji odgovara jedinici najmanje značajne znamenke ulaznog koda: Δ=U max /(2n -1), gdje je 2 n -1 - maksimalna težina ulaznog koda. U U max = 10B, n = 10 (kapacitet znamenki ugrađenog DAC-a) izračunavamo rezoluciju DAC-a mikrokontrolera: (28)
Što je više n, to je manje Δ a točnije izlazni napon može predstavljati ulazni kod. Relativna vrijednost rezolucije DAC-a: (29
Slika 43 - Dijagram ožičenja Slika 44 - Dijagram ožičenja 2.6 Zaključak o drugom poglavlju U ovom poglavlju izrađen je strukturni i funkcionalni dijagram. Napravljen je proračun regulacijskog tijela, određivanje postavki regulatora i sinteza ACS-a. Parametri prijenosne funkcije objekta upravljanja. Odabrana senzorska oprema. Također je napravljen proračun parametara ADC i DAC ugrađenih u mikrokontroler OWEN PLC 150. 1 Razvoj algoritma za funkcioniranje SAC sustava u okruženju CoDeSys Profesionalni razvoj sustava industrijske automatizacije neraskidivo je povezan s CoDeSysom (Controller Development System). Glavna svrha CoDeSys kompleksa je razvoj aplikativnih programa na jezicima standarda IEC 61131-3. Kompleks se sastoji od dva glavna dijela: programskog okruženja CoDeSys i izvršnog sustava CoDeSys SP. CoDeSys radi na računalu i koristi se u pripremi programa. Programi se prevode u brzi strojni kod i preuzimaju na upravljač. CoDeSys SP radi u kontroleru, omogućuje učitavanje koda i otklanjanje pogrešaka, I/O servisiranje i druge servisne funkcije. Više od 250 poznatih tvrtki proizvodi opremu s CoDeSysom. Tisuće ljudi rade s njim svaki dan, rješavajući probleme industrijske automatizacije. Razvoj aplikacija softver za PLC-150, kao i za mnoge druge kontrolere, izrađuje se na osobnom računalu u okruženju CoDeSys pod Microsoft Windows. Generator koda izravno kompilira korisnički program u strojne kodove, čime se osigurava najveća izvedba kontrolera. Sustav za izvođenje i otklanjanje pogrešaka, generator koda i biblioteke funkcijskih blokova posebno su prilagođeni arhitekturi kontrolera PLC serije. Alati za otklanjanje pogrešaka uključuju pregled i uređivanje ulaza/izlaza i varijabli, izvršavanje programa u ciklusima, praćenje izvršenja programskog algoritma u grafičkom prikazu, grafičko praćenje vrijednosti varijabli tijekom vremena i događaja, grafičku vizualizaciju i simulaciju procesne opreme. Glavni prozor CoDeSys-a sastoji se od sljedećih elemenata (nalaze se odozgo prema dolje u prozoru): ) Alatna traka. Sadrži gumbe za brzi pristup naredbama izbornika. ) Organizator objekata s POU-ovima, vrstama podataka, vizualizacijama i karticama Resursi. ) Razdjelnik organizatora CoDeSys objekta i radnog prostora. ) Radni prostor, koji sadrži editor. ) Prozor s porukom. ) Statusna traka koja sadrži informacije o trenutnom stanju projekta. Alatna traka, okvir za poruke i statusna traka izborni su elementi glavnog prozora. Izbornik se nalazi na vrhu glavnog prozora. Sadrži sve CoDeSys naredbe. Izgled prozora prikazan je na slici 45. Slika 45 - Izgled prozora Gumbi na alatnoj traci omogućuju brži pristup naredbama izbornika. Naredba pozvana s gumba na alatnoj traci automatski se izvršava u aktivnom prozoru. Naredba će se izvršiti čim se otpusti pritisnuta tipka na alatnoj traci. Ako postavite pokazivač miša preko gumba alatne trake, nakon kratkog vremena vidjet ćete naziv tog gumba u opisu alata. Gumbi na alatnoj traci razlikuju se za različite CoDeSys editore. Informacije o namjeni ovih gumba možete dobiti u opisu urednika. Alatna traka se može onemogućiti, slika 46. Slika 46 - Alatna traka Opći pogled na prozor programa CoDeSys je sljedeći, slika 47. Slika 47 - Prozor programa CoDeSys Blok dijagram algoritma funkcioniranja u okruženju CoDeSys prikazan je na slici 48. Slika 48 - Blok dijagram funkcioniranja u okruženju CoDeSys Kao što je vidljivo iz blok dijagrama, nakon uključivanja mikrokontrolera u njega se učitava program, inicijaliziraju se varijable, čitaju ulazi i anketiraju moduli. Također postoji izbor između automatskog i ručnog načina rada. U ručnom načinu rada moguće je upravljati ventilom i kontrolirati MEOF. Zatim se izlazni podaci snimaju i paketi se generiraju putem serijskih sučelja. Nakon toga, algoritam ide u ciklusima da očita ulaze ili rad završava. 2 Razvoj programa u CoDeSys okruženju Pokrenite Codesys i kreirajte novi projekt na ST jeziku. Ciljna datoteka za ARM9 već je instalirana na osobnom računalu, automatski odabire potrebnu biblioteku. Uspostavljena je komunikacija s kontrolerom. reg_for_meof:VALVE_REG; (*Regulator za upravljanje PDZ*) K,b:STVARNO; (*faktori kontrolne krivulje*) tajmer_za_ventil1: TON; (*tajmer za hitno zaustavljanje*) safety_valve_rs_manual: RS;(*za ručnu kontrolu ventila*) referenca: REAL; (*podešavanje kuta rotacije PDZ*)_VAR (*prilikom podešavanja fiksiramo signal sa senzora položaja MEOF i izračunavamo vrijednostiniske i visoke, u početku pretpostavljamo da je senzor 4-20 miliampera i na 4 mA - PDZ je potpuno zatvoren (0 %), a na 20 ma - potpuno otvoreno (100%) - postavljeno u PLC konfiguraciji *)NOT auto_mode THEN (*ako nije automatski način*)_open:=manual_more; (*otvori pritiskom na gumb*)_close:=manual_less; (*zatvori pritiskom na gumb*) sigurnosni_ventil_rs_priručnik(SET:=ventil_otvoren, RESET1:=ventil_zatvoren, Q1=>sigurnosni_ventil); (*kontrola ventila za hitne slučajeve*) (*prilikom podešavanja fiksiramo signal sa senzora tlaka i izračunavamo niske i visoke vrijednosti, u početku pretpostavljamo da je senzor 4-20 miliampera i na 4 ma - spremnik je prazan (0%) , a na 20 ma - pun (100%) - konfigurira se u PLC konfiguraciji *) IF senzor_tlaka< WORD_TO_REAL(w_reference1) THEN reference:=100; END_IF; (*если уровень меньше "w_reference1", то открываем заслонку на 100%*) IF pressure_sensor> WORD_TO_REAL(w_reference1) THEN (*postavite kut rotacije - smanjite proporcionalno povećanju razine "senzora tlaka" --- kutak\u003d K * razina + b *) K:=(-100/(WORD_TO_REAL(w_reference2-w_reference1))); b:=100-K*(WORD_TO_REAL(w_reference1)); referenca:=K*senzor_tlaka+b; (*tajmer za hitnu kontrolu zaklopke*) tajmer_za_ventil1( IN:=(senzor_tlaka> WORD_TO_REAL(w_reference2)) I senzor_visoke_razine, (*stanje otvaranja ventila u nuždi*) IF tajmer_za_ventil1.Q referenca:=0; (*zatvori MEOF*) sigurnosni_ventil:=TRUE; (*otvorite ventil za hitne slučajeve*) sigurnosni_ventil:=FALSE; (*kontroler prigušnice*)_for_meof( IN_VAL:=referenca, POS:=MEOF_pozicija, DBF:=2 , (*osjetljivost regulatora*) ReversTime:=5 , (*ne više od 600 okreta*) MORE=>MEOF_otvori , LESS=>MEOF_close , FeedBackError=>);_IF; (*transformacija podataka za prikaz u scudu*) w_MEOF_position:=REAL_TO_WORD(MEOF_position);_razina:=REAL_TO_WORD (senzor_tlaka); (*indikacija načina za popunjavanje automatskih ručnih gumba*)_out:=auto_mode; (*indikacija izlaza za punjenje gumba zatvori/otvori ventil za slučaj opasnosti*)_out:=sigurnosni_ventil; 3.3 Razvoj sučelja za vizualni prikaz mjernih informacija Za razvoj sučelja vizualnog prikaza odabran je program Trace Mode 6 jer ima sve funkcije i karakteristike koje su nam potrebne: ima prilično širok raspon mogućnosti za simulaciju tehnoloških procesa na grafičkom ekranu; dostupni su svi standardni programski jezici za SCADA sustave i kontrolere; prijateljsko grafičko sučelje; prilično jednostavno povezivanje s programabilnim logičkim kontrolerom; puna verzija ovog sustava dostupna je na web stranici proizvođača. race Mode 6 dizajniran je za automatizaciju industrijskih poduzeća, energetskih objekata, pametnih zgrada, transportnih objekata, sustava za mjerenje energije itd. Razmjer automatiziranih sustava stvorenih u Trace Modeu može biti bilo koji - od samostalnih kontrolnih kontrolera i radnih stanica operatera, do geografski distribuiranih kontrolnih sustava, uključujući desetke kontrolera koji razmjenjuju podatke koristeći različite komunikacije - lokalne mreže, intranet/internet, serijske sabirnice na bazi na RS-232/485, iznajmljenim i komutiranim telefonskim linijama, radio kanalu i GSM mrežama. Integrirano razvojno okruženje projekta u programu Trace Mode prikazano je na slici 49. Slika 49 - Integrirano okruženje Trag razvoja Način rada 6 Navigator projekta omogućuje vam brzu navigaciju između podstavki projekta. Kada prijeđete pokazivačem iznad jedne od stavki, pojavljuje se komentar koji vam omogućuje razumijevanje sadržaja. Slika 50 - Navigator projekta Mnemotehnička shema projekta spremnika prvog stupnja pročišćavanja otpadnih voda prikazana je na slici 0. Ona uključuje: Upravljačka ploča (mogućnost odabira načina upravljanja, mogućnost podešavanja amortizera); Prikaz kuta zakreta PDZ; Indikacija razine vode u spremniku; Resetiranje u hitnim slučajevima (u slučaju prelijevanja vode u spremniku); Grafikon praćenja podataka o mjerenju (status razine vode i položaj zaklopke prikazani su na grafikonu). Slika 51 - Mnemotehnički dijagram spremnika Stvarni kut rotacije prigušivača (0-100%) prikazan je ispod polja "PDZ Position", što vam omogućuje točnije praćenje informacija o mjerenju. Slika 52 - Položaj PDZ Strelice s lijeve strane spremnika mijenjaju boju iz sive u zelenu kada se aktiviraju izlazi PLC-a (signal iz ACS-a), tj. Ako je strelica zelena, tada je razina vode viša od senzora. Klizač na skali je indikator razine (prema senzoru tlaka mjerača) (0-100%). Slika 53 - Indikator razine Upravljanje se može provesti na dva načina: ) Automatski. Kada se odabere način rada, boja odgovarajućeg gumba mijenja se iz sive u zelenu i taj način rada postaje aktivan za korištenje. Gumbi "Otvori" i "Zatvori" koriste se za upravljanje ventilima u ručnom načinu rada. NA automatski način rada moguće je postaviti zadatke, o kojima će ovisiti kut rotacije PDZ. Desno od polja "zadatak 1" upisuje se razina u spremniku pri kojoj će se kut zakreta PDZ-a početi smanjivati. Desno od polja "zadatak 2" upisuje se razina u spremniku pri kojoj će se PDZ potpuno zatvoriti. U slučaju mogućeg prelijevanja vode automatski radi i ventil za slučaj opasnosti. Ventil za hitne slučajeve otvara se kada je razina prekoračena iznad "zadatka 2" i kada se senzor gornje razine (ACS) aktivira na 10 sekundi. Slika 54 - Hitno resetiranje Za jednostavno praćenje podataka o mjerenju, status razine vode i položaj zaklopke prikazani su na grafikonu. Plava linija prikazuje razinu vode u spremniku, a crvena linija prikazuje položaj zaklopke. Slika 55 - Grafikon razine i položaja zaklopke 4 Zaključci o trećem poglavlju U trećem poglavlju izrađen je razvoj algoritma za funkcioniranje sustava u okruženju CoDeSys, izgrađena blok dijagrama funkcioniranja sustava, te programski modul za unos/izlaz informacija u sustav upravljanja procesima. je razvijen. Također je razvijeno sučelje za vizualni prikaz mjernih informacija korištenjem programa Trace Mode 6 za sustav automatskog upravljanja. 4. Organizacijsko – ekonomski dio 1 Ekonomska učinkovitost sustava upravljanja procesima Ekonomska učinkovitost - djelotvornost gospodarskog sustava, izražena u odnosu na korisne konačne rezultate njegova funkcioniranja prema utrošenim resursima. Učinkovitost proizvodnje je zbroj učinkovitosti svih operativnih poduzeća. Učinkovitost poduzeća karakterizira proizvodnja dobara ili usluga uz najniže troškove. Izražava se u njegovoj sposobnosti da proizvede maksimalnu količinu proizvoda prihvatljive kvalitete minimalni trošak i prodati te proizvode po najnižoj cijeni. Ekonomska učinkovitost poduzeća, za razliku od tehničke učinkovitosti, ovisi o tome koliko njegovi proizvodi zadovoljavaju zahtjeve tržišta i zahtjeve potrošača. Automatizirani sustavi upravljanja procesima osiguravaju povećanje učinkovitosti proizvodnje povećanjem produktivnosti rada, povećanjem obujma proizvodnje, poboljšanjem kvalitete proizvoda, racionalnim korištenjem dugotrajne imovine, materijala i sirovina i smanjenjem broja zaposlenih u poduzeću. Implementacija SU razlikuje se od običan posao o uvođenju nove tehnologije utoliko što omogućuje prijenos proizvodnog procesa na kvalitativno novi stupanj razvoja, koji karakterizira viša organiziranost (sređenost) proizvodnje. Kvalitativno poboljšanje u organizaciji proizvodnje posljedica je značajnog povećanja količine informacija koje se obrađuju u sustavu upravljanja, naglog povećanja brzine njihove obrade i upotrebe složenijih metoda i algoritama za razvoj kontrolnih odluka od onih korišten prije uvođenja sustava upravljanja procesima. Ekonomski učinak koji se postiže uvođenjem istog sustava ovisi o razini organizacije proizvodnje (stabilnost i usklađenost tehnološkog procesa (TP)) prije i nakon uvođenja sustava upravljanja procesima, tj. može biti različit za različite poduzeća. Opravdanost razvoja (ili implementacije) nove tehnologije počinje tehničkom procjenom usporedbom projektirane konstrukcije s najboljim postojećim domaćim i stranim uzorcima. Visoka ekonomska učinkovitost novog instrumenta ili uređaja postiže se postavljanjem progresivnih tehničkih rješenja u njegov projekt. Oni se mogu izraziti sustavom tehničkih i operativnih pokazatelja koji karakteriziraju ove vrste uređaj. Progresivni tehnički pokazatelji osnova su za postizanje visoke ekonomske učinkovitosti - konačni kriterij za ocjenu nove tehnologije. To ne umanjuje važnost tehničkih pokazatelja u ocjeni ekonomske učinkovitosti. Obično ekonomski pokazatelji Učinkovitost nove tehnologije je malobrojna i ista za sve industrije, a tehnički pokazatelji su specifični za svaku industriju i njihov broj može biti vrlo velik kako bi se sveobuhvatno karakterizirali tehnički parametri proizvoda. Tehnički pokazatelji otkrivaju u kojoj mjeri novi uređaj zadovoljava potrebu za rezultatom ili radom, a također i u kojoj je mjeri povezan s drugim strojevima koji se koriste ili su dizajnirani za isti proces. Prije nego što se pristupi projektiranju (odnosno implementaciji), potrebno je temeljito i sveobuhvatno upoznati se sa svrhom za koju se uređaj izrađuje (implementira), proučiti tehnološki proces u kojem će se koristiti, te dobiti jasnu predodžbu o opseg posla koji će novi proizvod obaviti. Sve se to treba odraziti na tehnička procjena novi stroj (uređaj) proizvod. Ocjenjivanje poduzeća treba uzeti u obzir rezultate i troškove proizvodnje. Međutim, praksa pokazuje da procjena proizvodnih veza samo uz pomoć pokazatelja troškovno-rezultatnog pristupa ne usmjerava ih uvijek na postizanje visokih konačnih rezultata rada, pronalaženje unutarnjih rezervi, te zapravo ne pridonosi poboljšanju ukupne učinkovitosti. 2 Izračun glavnih troškova sustava upravljanja Pri utvrđivanju ekonomske učinkovitosti uvođenja sredstava mehanizacije i automatizacije treba dobiti odgovore na sljedeća pitanja: koliko su tehnički i ekonomski napredna predložena sredstva mehanizacije i automatizacije i treba li ih prihvatiti za implementaciju; kolika je veličina učinka od uvođenja u proizvodnju. Glavni troškovi za izradu sustava upravljanja sastoje se, u pravilu, od troškova predprojektnih i projektnih radova Sn i troškova Sb za kupnju posebne opreme ugrađene u sustav upravljanja. Istovremeno, trošak projektantski rad Osim troškova vezanih uz izradu projekta, uključuju troškove razvoja softvera i implementacije CS-a, au cijenu opreme - osim troškova upravljačke računalne opreme, uređaja za pripremu, prijenos i prikaz informacija. , trošak onih čvorova tehnološke opreme, čija je modernizacija ili razvoj uzrokovana radnim uvjetima opreme u TP - APCS sustavu. Osim troškova stvaranja sustava upravljanja, poduzeće snosi i troškove njegova rada. Dakle, godišnji troškovi CS-a: (30)
gdje je T vrijeme rada; obično T = 5 - 7 godina; - godišnji operativni troškovi, rub. Operativni troškovi za CS: (31)
gdje - godišnji fond plaće osoblje koje služi sustavu upravljanja, rub.; - amortizacija i plaćanje sredstava, rub.; - troškovi za komunalije(struja, voda, itd.), rub.; - godišnji troškovi materijala i komponenti, rub. Troškovi amortizacije i naknade za sredstva: (32)
gdje - trošak opreme i-tog tipa, rub.; - koeficijent amortizacije za i-tu vrstu opreme; - koeficijent odbitka za sredstva. Godišnji platni spisak za osoblje koje služi SU: (33)
gdje - vrijeme rada osoblja za održavanje godišnje, h; - srednji satnica uslužno osoblje, rub.; - koeficijent općih troškova trgovine; m′ - broj osoblja koje opslužuje sustav upravljanja i specijalizirane uređaje tehnološke opreme osoblja, ljudi. Troškovnik za sustav upravljanja uključuje sljedeće stavke rashoda: trošak osnovne opreme; trošak dodatne opreme; plaće radnika; odbici za socijalne potrebe; trošak strojnog vremena; režije. Osnovna plaća Sosn izvođača, rubalja, određena je formulom: IZ glavni = T Oh *t S * b, (34) gdje je tc duljina radnog dana, h (ts \u003d 8 h); - trošak 1 sata po osobi (određuje se dijeljenjem mjesečne plaće s brojem sati koje treba odraditi mjesečno), rub-sat . Prosječna cijena 1 osobe po satu je 75 rubalja Intenzitet rada je 30,8 čovjek-dana. IZ glavni \u003d 30,8 * 8 * 75 \u003d 18480 rubalja. (35) Dodatna plaća Sdop, rub, prihvaća se u iznosu od 15% osnovne plaće. Sdop \u003d 0,15 * 18 480 \u003d 2772 rubalja. Socijalni doprinosi Sotch, RUB, obračunavaju se od zbroja osnovne i dodatne plaće u iznosu od 26,2% IZ otch \u003d 0,262 * (C glavni + C dodatni ), (36)
Sotch \u003d 0,262 * (18480 + 2772) \u003d 5568 rubalja. Troškovi materijala Cm su: C1 - cijena mikrokontrolera PLC-150 (prosječna cijena je 10.000 rubalja); C2 - trošak napajanja (prosječni trošak je 1800 rubalja); C3 - trošak senzorske opreme (prosječni trošak je 4000 rubalja); C4 - cijena računala (prosječna cijena računala je 15 000 rubalja, Pentium DC E6700, GA-EG41MFT-US2H, 2 x 2 GB, 500 Gb); S5 - ostali troškovi ( potrošni materijal, žice, spojnice itd.); Cm = C1 + C2 + C3 + C4 + C5 C1 \u003d 10000 rubalja. C2 \u003d 1800 rubalja. C3 \u003d 4000 rubalja. C4 = 15 000 rubalja. C5 \u003d 9000 rubalja. Cm \u003d 10000 + 1800 + 4000 + 15000 + 9000 \u003d 39800 rubalja. Strojno vrijeme je razdoblje tijekom kojeg stroj (agregat, alatni stroj i sl.) obavlja rad na obradi ili premještanju proizvoda bez izravnog utjecaja čovjeka na njega. Trošak strojnog vremena određuje se formulom: IZ mv = T kaša * C mučenik , (37)
gdje je Tmash - vrijeme korištenja tehničkih sredstava, h; Tsmch - trošak strojnog sata, koji uključuje amortizaciju tehničke opreme, troškove održavanja i popravka, troškove električne energije, rub. Vrijeme korištenja tehničkih sredstava jednako je intenzitetu rada izvođača i iznosi 412 sati. Cijena strojnog sata Tsmch je 17 rubalja. Smv \u003d 412 * 17 \u003d 7004 rubalja. Režijski troškovi Snacka uključuju sve troškove povezane s upravljanjem i održavanjem. U ovom slučaju takvih troškova nema. Procjena troškova za razvoj automatiziranog poslovnog sustava prikazana je u tablici 0. Tablica 6 - Troškovi razvoja Stavka rashodaIznos, rub.Postotak ukupnih troškova materijala39800 54,2Osnovna plaća1848025,1Dodatna plaća27723,7Odbici za socijalne potrebe55687,5Troškovi strojnog vremena70049,5Ukupno73624100 Dakle, troškovi za sustav upravljanja iznose 73.624 rubalja. Slika 56 - Glavni troškovi za sustav upravljanja 3 Organizacija proizvodnih procesa Organizacija proizvodnih procesa sastoji se u spajanju ljudi, alata i predmeta rada u jedinstveni proces proizvodnje materijalnih dobara, kao iu osiguravanju racionalne kombinacije u prostoru i vremenu glavnih, pomoćnih i uslužnih procesa. Jedan od glavnih aspekata formiranja proizvodne strukture je osigurati međusobno povezano funkcioniranje svih komponenti proces proizvodnje: pripremne operacije, glavni proizvodni procesi, Održavanje. Potrebno je svestrano obrazložiti najracionalnije za konkretne proizvodno-tehničke uvjete organizacijski oblici te metode za provedbu pojedinih procesa. Načela organizacije proizvodnog procesa polazišta su na temelju kojih se provodi izgradnja, rad i razvoj proizvodnih procesa. Načelo diferencijacije uključuje podjelu proizvodnog procesa na zasebne dijelove (procese, operacije) i njihovu dodjelu odgovarajućim odjelima poduzeća. Načelu diferencijacije suprotstavlja se načelo kombiniranja, što znači objedinjavanje svih ili dijela raznolikih procesa izrade pojedinih vrsta proizvoda unutar istog područja, radionice ili proizvodnje. Ovisno o složenosti proizvoda, obujmu proizvodnje, prirodi korištene opreme, proizvodni proces može biti koncentriran u bilo kojoj proizvodnoj jedinici (radionici, odjelu) ili raspršen na nekoliko jedinica. Načelo koncentracije podrazumijeva koncentraciju određenih proizvodnih operacija za izradu tehnološki jednorodnih proizvoda ili obavljanje funkcionalno homogenih poslova u zasebnim radnim mjestima, pogonima, radionicama ili proizvodnim pogonima poduzeća. Izvedivost koncentracije sličnog rada u odvojenim područjima proizvodnje posljedica je sljedećih čimbenika: sličnosti tehnoloških metoda koje zahtijevaju upotrebu opreme iste vrste; mogućnosti opreme, kao što su obradni centri; povećanje proizvodnje određene vrste proizvodi; ekonomska izvedivost koncentriranja proizvodnje određenih vrsta proizvoda ili obavljanja sličnih poslova. Načelo proporcionalnosti leži u pravilnoj kombinaciji pojedinih elemenata proizvodnog procesa, koja se izražava u određenom njihovom međusobnom kvantitativnom omjeru. Dakle, proporcionalnost u smislu proizvodnog kapaciteta podrazumijeva jednakost u kapacitetima sekcija ili faktorima opterećenja opreme. U ovom slučaju, propusnost radionica za nabavu odgovara potrebi za prazninama. mehaničarske radionice, a propusnost ovih trgovina - potrebe montažne radnje u potrebnim detaljima. To podrazumijeva zahtjev da svaka radionica ima opremu, prostor, radna snaga u takvoj količini koja bi osigurala normalan rad svih odjela poduzeća. Isti omjer protoka treba postojati između glavne proizvodnje, s jedne strane, i pomoćnih i uslužnih jedinica, s druge strane. 4.4 Zaključak o petom poglavlju U ovom poglavlju, sukladno zadatku za diplomski rad, utvrđena je ekonomska učinkovitost implementacije sustava upravljanja procesima. Također su razmotrene glavne odredbe te je napravljen izračun glavnih troškova za sustav upravljanja. 5. Sigurnost života i zaštita okoliša 1 Sigurnost života Pri stvaranju složenih automatiziranih sustava upravljanja sve se više prakticira projektiranje sustava, u čijim se ranim fazama postavljaju pitanja sigurnosti i ergonomije radnog mjesta, prepuna velikih rezervi za poboljšanje učinkovitosti i pouzdanosti cijelog sustava. To je zbog sveobuhvatnog razmatranja ljudskog faktora u procesu njegovog boravka na radnom mjestu. Glavni cilj sigurnosnih mjera je zaštita zdravlja ljudi od štetnih čimbenika, kao što su električni udar, nedovoljna rasvjeta, povećana buka na radnom mjestu, povišena ili smanjena temperatura zraka u radnom prostoru, povećana ili smanjena vlažnost zraka, povećana ili smanjena pokretljivost zraka. . Sve se to postiže kao rezultat provođenja i provedbe kompleksa postupaka i aktivnosti međusobno povezanih smislom, logikom i slijedom, koji se provode tijekom razvoja sustava čovjek-stroj i tijekom njegova djelovanja. Tema diplomskog rada je "Automatizirani sustav upravljanja procesom pročišćavanja otpadnih voda nakon autopraonice s razvojem programskog modula za mikrokontroler OWEN". Zbog specifičnosti ovog radnog mjesta tvrtka provodi pročišćavanje otpadnih voda klorom, a klor je klasificiran kao hitna kemijski opasna tvar (AHOV). Stoga, kako bi se osiguralo zdravlje i visoke performanse rada, potrebno je istražiti opasne i štetnih faktora kada radite u poduzeću s vjerojatnošću opasnih emisija. Opasni i štetni čimbenici pri radu s opasnim kemikalijama Otrovanja hitnim kemijski opasnim tvarima (AHOV) tijekom nesreća i katastrofa nastaju kada AHOV dospije u organizam preko dišnih i probavnih organa, kože i sluznica. Prirodu i težinu lezija određuju sljedeći glavni čimbenici: vrsta i priroda toksičnog učinka, stupanj toksičnosti, koncentracija kemikalija u zahvaćenom objektu (teritoriju) i trajanje izloženosti ljudi. Gore navedeni čimbenici također će odrediti kliničke manifestacije lezija, koje u početnom razdoblju mogu biti: ) manifestacije iritacije - kašalj, bol u grlu i grlobolja, suzenje i bol u očima, bol u prsima, glavobolja; ) porast i razvoj pojava iz središnjeg živčanog sustava (SŽS) - glavobolja, vrtoglavica, osjećaj opijenosti i straha, mučnina, povraćanje, stanje euforije, poremećaj koordinacije pokreta, pospanost, opća letargija, apatija i dr. Zaštita od opasnih i štetnih čimbenika Kako bi se spriječilo ispuštanje klora, tvrtka mora strogo poštivati sigurnosna pravila, uputiti pri rukovanju opasnim kemikalijama i kontrolirati ulazak opasnih tvari. Tvrtka mora imati zaštitnu opremu u slučaju opasnosti. Jedno od takvih sredstava zaštite je plinska maska GP-7, koja je namijenjena za zaštitu dišnih organa, vida i lica čovjeka od otrovnih tvari, bioloških aerosola i radioaktivne prašine (OV, BA i RP). Slika 57 - Plinska maska GP-7 Plinska maska GP-7: 1 - prednji dio; 2 - kutija za filtriranje i upijanje; 3 - pleteni poklopac; 4 - sklop ventila za udisanje; 5 - interkom (membrana); 6 - sklop ekspiracijskog ventila; 7 - obturator; 8 - traka za glavu (okcipitalna ploča); 9 - prednji remen; 10 - temporalne trake; 11 - trake za obraze; 12 - kopče; 13 - torba. Plinska maska GP-7 jedna je od najnovijih i najpopularnijih savršeni modeli plinske maske za stanovništvo. Pruža vrlo učinkovitu zaštitu od para otrovnih, radioaktivnih, bakterijskih, kemijski opasnih tvari u hitnim slučajevima (AHOV). Ima nizak otpor pri disanju, osigurava pouzdano brtvljenje i mali pritisak prednjeg dijela na glavu. Zahvaljujući tome mogu ga koristiti osobe starije od 60 godina te oboljeli od plućnih i kardiovaskularnih bolesti. Slika 58 - Vrijeme zaštitnog djelovanja GP-7 Slika 59 - Specifikacije GP-7 Postupci u slučaju akcidenta s klorom Pri primitku obavijesti o nesreći s opasnim kemikalijama nositi zaštitu dišnog sustava, zaštitu kože (ogrtač, pelerina), napustiti područje nesreće u smjeru navedenom u radio (televizijskoj) poruci. Napustiti zonu kemijske kontaminacije treba biti u smjeru okomitom na smjer vjetra. Pritom izbjegavajte prolazak kroz tunele, provalije i udubine - u nižim mjestima koncentracija klora je veća. Ako je nemoguće napustiti opasnu zonu, ostanite u zatvorenom prostoru i izvršite hitno brtvljenje: dobro zatvorite prozore, vrata, ventilacijske otvore, dimnjake, zatvorite pukotine na prozorima i na spojevima okvira i popnite se na gornje katove zgrade. Slika 60 - Shema evakuacije iz zone infekcije Nakon napuštanja opasnog područja skinuti gornju odjeću, ostaviti je vani, istuširati se, isprati oči i nazofarinks.U slučaju pojave znakova trovanja: odmor, toplo piće, konzultirati liječnika. Znakovi trovanja klorom: jaka bol u prsima, suhi kašalj, povraćanje, bol u očima, suzenje, poremećena koordinacija pokreta. Osobna zaštitna oprema: plinske maske svih vrsta, zavoj od gaze navlažen vodom ili 2% otopinom sode (1 čajna žličica na čašu vode). Hitna pomoć: unesrećenog izvaditi iz opasne zone (prijevoz samo u ležećem položaju), osloboditi ga od odjeće koja ometa disanje, popiti puno 2% otopine sode, istom otopinom isprati oči, želudac, nos, u oči - 30% otopina albucida. Zamračivanje sobe, tamne naočale. 5.2 Zaštita okoliša Zdravlje čovjeka izravno ovisi o okolišu, a prvenstveno o kvaliteti vode koju pije. Kvaliteta vode utječe na vitalnu aktivnost ljudskog tijela, njegovu učinkovitost i opću dobrobit. Ne bez razloga, toliko se pažnje posvećuje okolišu, a posebno problemu čiste vode. U našem vremenu razvoja tehnički napredak okoliš postaje sve zagađeniji. Posebno je opasno onečišćenje otpadnih voda od strane industrijskih poduzeća. Najrasprostranjeniji zagađivači otpadnih voda su naftni derivati - neidentificirana skupina ugljikovodika nafte, loživog ulja, kerozina, ulja i njihovih nečistoća, koji su zbog svoje visoke toksičnosti, prema UNESCO-u, među deset najopasnijih onečišćivača okoliša. Naftni proizvodi mogu biti u otopinama u emulgiranom, otopljenom obliku i stvarati plutajući sloj na površini. Čimbenici onečišćenja otpadnih voda naftnim derivatima Jedan od zagađivača okoliša su zauljene otpadne vode. Nastaju u svim tehnološkim fazama proizvodnje i korištenja nafte. Opći smjer rješavanja problema sprječavanja onečišćenja okoliša je stvaranje bezotpadnih, niskootpadnih, neodvodnih i niskoodvodnih industrija. S tim u vezi, prilikom preuzimanja, skladištenja, prijevoza i izdavanja naftnih derivata potrošačima moraju se poduzeti sve potrebne mjere da se njihovi gubici spriječe ili u najvećoj mogućoj mjeri smanje. Ovaj zadatak treba riješiti usavršavanjem tehničkih sredstava i tehnoloških metoda prerade nafte i naftnih derivata u skladištima nafte i crpnim stanicama. Uz to, lokalni uređaji za prikupljanje za različite namjene mogu igrati korisnu ulogu, omogućujući vam prikupljanje izlijevanja ili curenja proizvoda u čistom obliku, sprječavajući njihovo uklanjanje vodom. Uz ograničene mogućnosti korištenja navedenih sredstava, skladišta nafte stvaraju otpadne vode onečišćene naftnim derivatima. U skladu sa zahtjevima postojećih regulatornih dokumenata, podliježu prilično dubokom čišćenju. Tehnologija pročišćavanja voda koje sadrže naftu određena je fazno-disperznim stanjem nastalog sustava naftni produkt – voda. Ponašanje naftnih derivata u vodi posljedica je, u pravilu, njihove manje gustoće u usporedbi s gustoćom vode i izrazito niske topljivosti u vodi, koja je za teške stupnjeve blizu nule. S tim u vezi, glavne metode pročišćavanja vode od naftnih derivata su mehaničke i fizikalno-kemijske. Iz mehaničke metode taloženje je našlo najveću primjenu, u manjoj mjeri - filtracija i centrifugiranje. Iz fizikalne i kemijske metode ozbiljnu pozornost privlači flotacija, koja se ponekad naziva mehaničkim metodama. Pročišćavanje otpadnih voda od naftnih derivata taložnicima i pjeskolovima Pjeskolovci su dizajnirani za odvajanje mehaničkih nečistoća veličine čestica od 200-250 mikrona. Potreba za preliminarnim odvajanjem mehaničkih nečistoća (pijesak, kamenac, itd.) je zbog činjenice da se u nedostatku pješčanih zamki te nečistoće ispuštaju u druge objekte za obradu i time kompliciraju rad potonjih. Princip rada pješčane zamke temelji se na promjeni brzine kretanja čvrstih teških čestica u struji tekućine. Pjeskolovke dijelimo na horizontalne, kod kojih se tekućina giba vodoravno, uz pravocrtno ili kružno kretanje vode, okomite, kod kojih se tekućina kreće okomito prema gore, i pjeskolovke s vijčanim (translacijsko-rotacijskim) kretanjem vode. . Potonji, ovisno o načinu stvaranja spiralnog kretanja, dijele se na tangencijalne i prozračne. Najjednostavniji vodoravni pjeskolovci su spremnici s trokutastim ili trapezoidnim presjekom. Dubina pješčanih zamki je 0,25-1 m. Brzina kretanja vode u njima ne prelazi 0,3 m / s. Pjeskolovke s kružnim kretanjem vode izrađuju se u obliku okruglog spremnika stožastog oblika s obodnom koritom za protok otpadne vode. Mulj se sakuplja u stožastom dnu, odakle se šalje na preradu ili odlaganje. Koriste se pri protoku do 7000 m3/dan. Vertikalni pjeskolov je pravokutnog ili okruglog oblika, u kojem se otpadna voda kreće okomitim uzlaznim tokom brzinom od 0,05 m/s. Dizajn pješčane zamke odabire se ovisno o količini otpadnih voda, koncentraciji suspendiranih krutih tvari. Najčešće korišteni vodoravni pješčani lovci. Iz iskustva rezervoarskih farmi proizlazi da se vodoravni pješčani lovci moraju čistiti najmanje jednom svaka 2-3 dana. Za čišćenje pješčanika obično se koristi prijenosno ili stacionarno hidraulično dizalo. Taloženje je najjednostavniji i najčešće korišteni način odvajanja grubo raspršenih nečistoća iz otpadnih voda koje se pod djelovanjem gravitacijske sile talože na dnu korita ili plutaju na njegovoj površini. Poduzeća za transport nafte (skladišta nafte, crpne stanice za naftu) opremljena su raznim taložnim spremnicima za prikupljanje i pročišćavanje vode od nafte i naftnih derivata. U tu svrhu obično se koriste standardni čelični ili armiranobetonski spremnici koji mogu raditi u režimu spremnika, taložnika ili međuspremnika, ovisno o tehnološkoj shemi pročišćavanja otpadnih voda. Na temelju tehnološkog procesa onečišćene vode cisterni i naftnih crpnih stanica neravnomjerno se dovode u postrojenja za pročišćavanje. Za ravnomjerniji dovod onečišćene vode u uređaj za pročišćavanje koriste se međuspremnici koji su opremljeni uređajima za razvod vode i prikupljanje ulja, cijevima za dovod i odvod otpadnih voda i ulja, mjeračem razine, opremom za disanje i dr. Budući da je nafta u vodi u tri stanja (lako, teško odvojivo i otopljeno), jednom u međuspremniku lako i djelomično teško odvojivo ulje ispliva na površinu vode. U ovim se spremnicima izdvaja do 90-95% lako odvojivih ulja. Da biste to učinili, dva ili više međuspremnika ugrađeni su u shemu postrojenja za pročišćavanje, koji rade periodički: punjenje, taloženje, ispumpavanje. Volumen spremnika bira se na temelju vremena punjenja, ispumpavanja i taloženja, a vrijeme taloženja se uzima od 6 do 24 sata.vode. Prije ispumpavanja istaložene vode iz spremnika prvo se uklanja ulje koje je isplivalo na površinu i ispali talog, nakon čega se ispumpava pročišćena voda. Za uklanjanje taloga na dnu spremnika uređena je drenaža iz perforiranih cijevi. Posebnost dinamičkih taložnika je odvajanje nečistoća u vodi tijekom kretanja tekućine. U dinamičkim taložnicima ili kontinuiranim taložnicima tekućina se kreće u vodoravnom ili okomitom smjeru, stoga se taložnici dijele na okomite i horizontalne. Vertikalni taložnik je cilindrični ili kvadratni (u smislu) spremnik sa stožastim dnom za jednostavno prikupljanje i pumpanje taložnog mulja. Kretanje vode u vertikalnom sumpu događa se odozdo prema gore (za taloženje čestica). Vodoravni rezervoar je pravokutni spremnik (u tlocrtu) visine 1,5-4 m, širine 3-6 m i duljine do 48 m. Plutajuće nečistoće uklanjaju se pomoću strugala i poprečnih posuda postavljenih na određenoj razini. Ovisno o produktu koji se hvata, horizontalni taložnici se dijele na hvatače pijeska, hvatače ulja, hvatače lož ulja, hvatače goriva, hvatače masti itd. Neke vrste hvatača ulja prikazane su na slici 0. Slika 61 - Hvatači ulja U radijalnim taložnicima okruglog oblika voda se kreće od središta prema periferiji ili obrnuto. Radijalni taložnici velikog kapaciteta koji se koriste za pročišćavanje otpadnih voda imaju promjer do 100 m i dubinu do 5 m. Radijalni taložnici sa središnjim dovodom otpadne vode imaju povećane dotoke, što dovodi do manje učinkovitog korištenja značajnog dijela volumena taložnika u odnosu na radijalne taložnike s perifernim dovodom otpadne vode i odvodom pročišćene vode u središtu. Što je veća visina korita, potrebno je više vremena da čestica ispliva na površinu vode. A to je, pak, povezano s povećanjem duljine korita. Posljedično, teško je intenzivirati proces taloženja u konvencionalnim hvatačima ulja. S povećanjem veličine taložnika pogoršavaju se hidrodinamičke karakteristike taloženja. Što je sloj tekućine tanji, to se brže odvija proces penjanja (slijeganja), uz sve ostale uvjete. Ova situacija dovela je do stvaranja tankoslojnih taložnika, koji se prema izvedbi mogu podijeliti na cjevaste i pločaste. Radni element cjevastog taložnika je cijev promjera 2,5-5 cm i duljine oko 1 m. Duljina ovisi o karakteristikama onečišćenja i hidrodinamičkim parametrima protoka. Cijevasti taložnici koriste se s malim (10) i velikim (do 60) nagibom cijevi. Taložnice s malim nagibom cijevi rade na periodičnom ciklusu: bistrenje vode i ispiranje cijevi. Svrsishodno je koristiti ove taložnike za bistrenje otpadnih voda s malom količinom mehaničkih nečistoća. Učinkovitost bistrenja je 80-85%. U strmo nagnutim cijevnim taložnicima, raspored cijevi uzrokuje klizanje taloga niz cijevi, te stoga nema potrebe za njihovim ispiranjem. Trajanje rada taložnika praktički ne ovisi o promjeru cijevi, već se povećava s povećanjem njihove duljine. Standardni cjevasti blokovi izrađeni su od polivinilne ili polistirenske plastike. Obično se koriste blokovi duljine oko 3 m, širine 0,75 m i visine 0,5 m. Veličina cjevastog elementa u poprečnom presjeku je 5x5 cm. Dizajn ovih blokova omogućuje vam montiranje dijelova od njih za bilo koji kapacitet; sekcije ili pojedinačni blokovi mogu se lako ugraditi u vertikalne ili horizontalne taložnike. Pločasti taložnici sastoje se od niza paralelnih ploča između kojih se kreće tekućina. Ovisno o smjeru kretanja vode i istaloženog (na površini) taloga, taložnice se dijele na protočne, u kojima se smjerovi kretanja vode i taloga podudaraju; protustruja, u kojoj se voda i sediment kreću jedni prema drugima; križ, u kojem se voda kreće okomito na smjer kretanja sedimenta. Najčešće korišteni pločasti protustrujni taložnici. Slika 62 - Sabirnici Prednosti cijevnih i pločastih taložnika su njihova ekonomičnost zbog malog volumena zgrade, mogućnost korištenja plastike koja je lakša od metala i ne korodira u agresivnim sredinama. Uobičajeni nedostatak tankoslojnih taložnika je potreba za stvaranjem spremnika za prethodno odvajanje lako odvojivih čestica ulja i velikih ugrušaka ulja, kamenca, pijeska itd. Ugrušci nemaju uzgon, njihov promjer može doseći 10-15 cm na dubini od nekoliko centimetara. Takvi ugrušci vrlo brzo onesposobe tankoslojne taložnike. Ako su neke od ploča ili cijevi začepljene takvim ugrušcima, tada će se protok tekućine povećati u ostatku. Ova situacija će dovesti do pogoršanja performansi korita. Shematski dijagrami taložnika prikazani su na slici 0. 5.3 Zaključci o petom poglavlju U ovom dijelu razmatrana su glavna pitanja sigurnosti života i zaštite okoliša. Analiza opasnog i štetnog faktori proizvodnje. Proveden je i razvoj zaštitnih mjera za ispuštanje klora. Osim toga, u ovom poglavlju razmatrane su glavne zadaće zaštite okoliša, te je predložena ugradnja horizontalnog taložnika za pročišćavanje otpadnih voda od naftnih derivata. Zaključak U ovom diplomskom projektu razvijen je programski dio za sustav automatskog upravljanja pročišćavanjem otpadnih voda nakon autopraonice. Razmotrene su osnove funkcioniranja i suvremeni načini pročišćavanja otpadnih voda. Kao i mogućnost automatizacije tih procesa. Izvršena je analiza postojećeg hardvera (logički programabilni PLC kontroleri) i softvera za sustave upravljanja. Razvijen je hardverski dio upravljačkog sustava za upravljanje procesom pročišćavanja otpadnih voda autopraonica. Razvijen je algoritam za funkcioniranje sustava u okruženju CoDeSys. Sučelje za vizualni prikaz razvijeno je u okruženju Trace Mode 6. Bibliografija automatizacija obrade otpadnih voda 1. Predavanja na kolegijima "Elektronika" i "Tehnička mjerenja i uređaji". Kharitonov V.I. 2. "Upravljanje tehničkim sustavima" Kharitonov V.I., Bunko E.B., K.I. Meša, E.G. Muračev. 3. "Elektronika" Savelov N.S., Lachin V.I. Tehnička dokumentacija za autopraonicu MGUP "Mosvodokanal". Zhuromsky V.M. Tečaj predavanja iz kolegija "Tehnička sredstva" Kazinik E.M. - Smjernice za provedbu organizacijskog i ekonomskog dijela - Moskva, izdavačka kuća MSTU MAMI, 2006. - 36p. Sandulyak A.V., Sharipova N.N., Smirnova E.E. - Smjernice za provedbu odjeljka "sigurnost života i zaštita okoliša" - Moskva, izdavačka kuća MSTU MAMI, 2008. - 22str. Tehnička dokumentacija MGUP "Mosvodokanal" Stakhov - Pročišćavanje zauljenih otpadnih voda iz poduzeća koja skladište i transportiraju naftne derivate - Leningrad Nedra. Resursi web stranice http://www.owen.ru.
Epov A.N. CH. tehnički stručnjak
Kanunnikova M.A. kand. tehn. znanosti,
ravnatelj smjera „Vodovod
i zbrinjavanje vode "LLC "Domkopstroy"
Najsloženiji sustav upravljanja u pročišćavanju otpadnih voda je upravljanje biološkim uređajima za pročišćavanje s uklanjanjem dušika i fosfora. Za razliku od početka uvođenja ovih tehnologija u Rusiji sredinom kasnih 90-ih, sada za implementaciju ovog sustava postoji širok izbor pouzdanih senzora i kontrolera koji vam omogućuju implementaciju gotovo svake ideje za automatizaciju upravljanja procesima. Zahvaljujući suvremenoj opremi, glavni problemi u stvaranju sustava upravljanja procesom biološke obrade sa zajedničkim uklanjanjem dušika i fosfora uvelike su riješeni. S druge strane, određivanje konfiguracije sustava upravljanja procesima za takve tehnologije u projektantskoj praksi još uvijek predstavlja problem i predmet zajedničkog stvaralaštva projektanta-tehnologa, projektanta sustava upravljanja procesima i stručnjaka naručitelja. Odluka o konfiguraciji i obujmu sustava upravljanja procesima za suvremene biološke objekte za obradu donosi se pojedinačno za svaki pojedini projekt. Analiza projekta pokazuje da su upravljački sustavi projektirani s pretjeranom složenošću i nedovoljno opreme za podršku procesu.
U prvim izdanjima SNiP-a za tehnologije usvojene tih godina, postojale su osnovne preporuke o volumenu i konfiguraciji APCS sustava. Naravno, sada su značajno zastarjeli za automatizaciju procesa biorafiniranja. Je li moguće odrediti tipični sastav sustava upravljanja procesima za moderne uređaje za pročišćavanje otpadnih voda i time izbjeći pogreške već u početnoj fazi razvoja projekta? U inozemnoj praksi za implementaciju takvih rješenja koristi se iskustvo desetaka operativnih stanica. Takav pristup zahtijeva značajna ulaganja u znanstvene analize rada uređaja za pročišćavanje s biološkim uklanjanjem dušika i fosfora. U Rusiji je broj objekata izgrađenih modernim tehnologijama biotretmana znatno manji nego u Europi i nizu drugih zemalja. Ne postoje ciljana sredstva za proučavanje njihova rada, što nas tjera da tražimo druge načine za iznalaženje optimalnih rješenja.
Najbolja opcija za realizaciju takvih zadataka je matematičko modeliranje procesa pročišćavanja otpadnih voda i sustav upravljanja procesima. Korištenje ove metode projektiranja temeljene na programskom paketu GPS-X za zajednički rad sustava automatizacije i uređaja za pročišćavanje u provedbi projekata omogućuje detaljan razvoj sustava, smanjuje vrijeme puštanja u rad i povećava učinkovitost sustav kontrole procesa. Ovo je najprogresivnije učinkovita metoda, pomoću kojeg možete analizirati performanse i dostatnost predloženih rješenja, odrediti položaj senzora pomoću simulacijskog modela, odabrati najbolju opciju za krug i postaviti algoritam upravljanja.
Matematičko modeliranje naširoko se koristi u Rusiji posljednjih 10 godina. Koristeći programski paket GPS-X uz sudjelovanje autora, obavljen je rad na projektiranju i analizi rada više od 20 uređaja za pročišćavanje otpadnih voda ukupnog kapaciteta više od 6 milijuna m3/dan.
Akumulirano iskustvo u primjeni ovih metoda za proračun konstrukcija korištenjem matematičko modeliranje a analiza njegovih rezultata omogućuje određivanje sastava i preferiranih kontrolnih shema za procese biološke obrade i obrade mulja.
Svrha, način i osnovna pravila upravljanja
Prilikom razvijanja standardna rješenja Sustavi kontrole procesa biološke obrade trebali bi odvojiti ciljeve upravljanja i metode provedbe.
Svrha upravljanja je održavanje određenog pokazatelja na zadanoj razini ili unutar zadanog raspona. Cilj je diktiran biologijom procesa, zahtjevima za pročišćenom vodom i njezinom ekonomičnošću.
Način implementacije - kako i gdje mjeriti zadanu vrijednost, te koje tehnološke utjecaje podržavati. Metoda je određena dizajnom procesa.
Glavni ciljevi upravljanja za podršku kobiološkom procesu uklanjanja dušika i fosfora u potpunosti su artikulirani 2002. godine u priručniku za dizajn i rad postrojenja za biološko uklanjanje fosfora. Ove preporuke korištene su kao osnova za matematičko modeliranje sustava kontrole biljaka s biološkim uklanjanjem dušika i fosfora. Analiza obavljenog rada na modeliranju omogućuje utvrđivanje osnovnih pravila čije poštivanje osigurava dobivanje optimalne konfiguracije sustava upravljanja procesima.
Pravilo broj 1 - za stabilno uklanjanje fosfora potrebna je kontrola procesa uklanjanja dušika. Ciljevi kontrole:
zaštititi anaerobnu zonu od ulaska nitrata;
ukloniti nitratni dušik što je više moguće, osiguravajući denitrifikaciju i defosfataciju zglobova.
U srži ovo pravilo utvrđeno je korištenje organske tvari koja se lako oksidira od strane mikroorganizama koji akumuliraju fosfate (FAO) i heterotrofa u anaerobnim i anoksičnim uvjetima.
Suvremene ideje o biokemiji procesa iskorištavanja lako oksidirajuće organske tvari i energije polifosfatnih veza u anaerobnim i anoksičnim uvjetima, korištene u suvremenim matematičkim modelima, prikazane su na slici 1. jedan.
Fermentirajuće lako oksidirajuće tvari (otopljeni biooksidirajući COD) hidroliziraju se u anaerobnim uvjetima uz proizvodnju hlapljivih masnih kiselina (HMK), a dolazi do rasta fakultativnih aerobnih mikroorganizama hidrolize i acidifikacije. VFA proizvedene kao rezultat hidrolize i prisutne u vodi (acetat i propionat) FAO koristi za akumuliranje unutarnje rezerve hranjivih tvari u obliku PHA biopolimera. Glikogen se koristi za uravnoteženje oksidacijskog stanja iskorištenih VFA i pohranjenih supstrata. Kao izvor energije - makroenergetske veze u polifosfatima. U tom procesu koristi se najviše VFA, akumulira se najviše PHA, a oslobađa se najviše polifosfata.
Uz prisutnost vezanog kisika u nitritima i nitratima, fermentabilne organske tvari i dio VFA koriste heterotrofni mikroorganizmi u procesu denitrifikacije. FAO mikroorganizmi također stupaju u interakciju s VFA, ali umjesto korištenja glikogena i energije polifosfata, dio VFA se oksidira pomoću vezanog kisika.
Kao rezultat toga, akumulacija pohranjenih biopolimera od strane FAO mikroorganizama i otpuštanje fosfora u anaerobnoj zoni su oštro smanjeni. Zbog toga se značajno smanjuje učinkovitost uklanjanja fosfora - manje je supstrata za rast FAO u prisutnosti kisika i nema potrebe obnavljati koncentraciju polifosfata u njihovim stanicama.
Dolaskom nitrata i nitrita u anaerobnu zonu najprije se javljaju procesi karakteristični za anoksična stanja, a zatim, kada se koncentracija vezanog kisika smanji na minimum, nastaju procesi karakteristični za anaerobne uvjete. Dakle, učinkovitost akumulacije pohranjenih biopolimera i oslobađanje fosfora ovisi o omjeru mase ulaznog lako oksidiranog
tvari i masa nadolazećeg vezanog kisika.
To dobro potvrđuju podaci dobiveni tijekom istraživanja i modeliranja gradskih uređaja za pročišćavanje otpadnih voda u Jakutsku (slika 2). Masa nadolazećeg vezanog kisika proporcionalna je koncentraciji nitrata na kraju denitrifikacijske zone, odakle se mulj reciklira u anaerobnu zonu. Ograničavanje koncentracije nitrata koji ulaze u anaerobnu zonu na razini od oko 1 mg/l omogućuje postizanje visokog otpuštanja fosfora u njoj. Također treba napomenuti da se denitrifikacija do ove razine odvija bez smanjenja brzine procesa.
Pravilo broj 2 - kontrola kvalitete pročišćene vode provodi se prema koncentraciji amonijevog dušika. Za kontrolu nitrifikacije potreban je optimalan režim kisika i starost mulja.
Koncentracija otopljenog kisika i koncentracija amonijevog dušika, uz organske i anorganske inhibitore, odlučujuće utječu na brzinu rasta nitrifikacijskih mikroorganizama prve i druge faze nitrifikacije.
Regulacija koncentracije otopljenog kisika je najčešći parametar u izgradnji sustava upravljanja procesima. Ciljevi kontrole:
osigurati potrebnu dubinu pročišćavanja u smislu BPK i amonijevog dušika;
izbjegavajte rasipanje energije na prozračivanje.
Optimalna koncentracija otopljenog kisika za proces nitrifikacije određena je iz literature i eksperimentalno - sl. 3. U svim slučajevima povećanje koncentracije kisika iznad optimalne ne dovodi do poboljšanja nitrifikacije, već samo uzrokuje prekomjernu potrošnju zraka.
Starost mulja ključni je čimbenik u svim postupcima projektiranja građevina s biološkim uklanjanjem dušika i fosfora te u radu građevina.
U modernim modelima razlikuju se sljedeći pokazatelji starosti mulja:
Aerobna starost mulja, ova vrijednost određuje dopuštene stope rasta nitrifikacijskih mikroorganizama prve i druge faze. 
Definira se kao omjer mase mulja u aerobnim uvjetima i mase mulja uklonjenog iz postrojenja. Manje dobne vrijednosti prihvaćaju se pri koncentracijama amonijevog dušika od 1 mg/l u nedostatku stroge norme za nitrite. Da bi se postigla dublja nitrifikacija, prihvaćaju se velike vrijednosti starosti mulja. Također, povećanje ili smanjenje starosti mulja povezano je s promjenom temperature otjecanja i prisutnošću inhibitora nitrifikacije. Na sl. Na slici 4 prikazana je ovisnost aerobne starosti mulja o temperaturi tijekom potpune nitrifikacije, kao i starost mulja potrebna za pokretanje procesa nitrifikacije u aerospremnicima.
Anaerobna starost mulja odgovorna je za rast mikroorganizama hidrolize i acidifikacije koji se javljaju u anaerobnim uvjetima. Ovisno o potrebi dobivanja dodatnih VFA u anaerobnoj zoni, starost anaerobnog mulja je od 1 do 3 dana. Definira se kao omjer mase mulja u anaerobnoj zoni prema ukupnoj masi ispuštenog mulja.
Ukupna starost mulja određuje omjer vrsta biomase u biocenozi i dubinu samooksidacije mulja. Ukupna starost mulja definira se kao omjer mase mulja u svim zonama aeracijskog spremnika (anaerobna, anoksična i aerobna) prema masi mulja uklonjenog s povećanjem. U svakom slučaju postoji optimalna starost mulja u procesu. Smanjenje ukupne starosti mulja ne omogućuje postizanje optimalne aerobne i anaerobne starosti mulja i procesa denitrifikacije. Povećanje starosti dovodi do razvoja procesa autolize mulja i smanjenja učinkovitosti uklanjanja fosfora (Sl. 5 i Sl. 6).
Prioritet ciljeva upravljanja
Budući da razmatrani ciljevi upravljanja mogu biti u sukobu jedni s drugima tijekom rada pojedinog postrojenja, potrebno je odrediti prioritete prilikom projektiranja sustava upravljanja.
Prioritet ciljeva upravljanja prikazan je na sl. 7 i objašnjeno na sljedeći način: 
. oporavak nitrifikacije povezan je s rastom nitrifikatora i može trajati do dva tjedna. Radnje sustava upravljanja ni u kojem slučaju ne smiju dovesti do gubitka nitrificirajućih mikroorganizama. U stranoj praksi, uključujući preporuke za proračun ATV aerotankova u nepovoljnim uvjetima (na primjer, sezonski pad temperature otpadnih voda), preporučuje se predvidjeti mogućnost povećanja aerobnog volumena aerotankova zbog zone denitrifikacije. ;
. obnova denitrifikacije povezana je s restrukturiranjem enzimatskog sustava i traje od nekoliko minuta (prebacivanje na drugi enzim u dišnom lancu) do nekoliko sati (sinteza enzima). Treba uzeti u obzir da se u slučaju kršenja ili nedovoljnog vremena denitrifikacije povećava koncentracija nitrata u pročišćenoj vodi.
Koncentracija dušikovih nitrata u pročišćenoj vodi može se tehnološki prilagoditi samo ako postoje posebni uređaji za naknadnu obradu. Stoga je, ako je potrebno, dopušteno pod nepovoljnim uvjetima koristiti dio ili cijelu anaerobnu zonu aerotanka za denitrifikaciju;
. obnova uklanjanja fosfora povezana je i s preuređivanjem enzimatskog sustava i s rastom FAO. Obnavljanje procesa traje od nekoliko minuta (prebacivanje enzimatskog sustava) do jednog dana (povećanje koncentracije FAO u biocenozi). Koncentracija fosfora se lako podešava reagensom kako u fazi biološke obrade tako i tijekom naknadne obrade, tako da privremeni gubitak učinkovitosti defosforiranja pri kontroli doziranja reagensa ne dovodi do pogoršanja kvalitete pročišćene vode.
Metode provedbe upravljanja
Razmotrimo koje se metode mogu koristiti za implementaciju sustava upravljanja koji rješava postavljene ciljeve, koristeći primjer sheme biološke obrade otpadnih voda pomoću UCT procesa. 
Na sl. Slika 8 je shematski dijagram UCT procesa u njegovoj najpotpunijoj implementaciji, uključujući anaerobnu zonu, anoksičnu zonu, zonu promjenjivog režima (može se podržati raznim uvjetima- aerobna, anoksična ili periodična aeracija), aerobna zona i sekundarni taložnik. Prvi cilj je ograničiti masu dušika nitrata (i nitrita) Q2CNO3 tako da bude značajno manja od mase ulazne organske tvari Q1C1. Glavni problem u ovom slučaju je pitanje kako izmjeriti taj omjer. Ovdje na prvi pogled postoje dvije mogućnosti:
1) Izmjerite koncentracije ulaznih dušikovih nitrata i otopljenih organskih ili otopljenih biooksidirajućih tvari. Za provedbu ovog pristupa bit će potrebno mjeriti dva protoka, koncentraciju nitratnog dušika i koncentraciju otopljenih organskih tvari kemijskim ili biokemijskim metodama. Takvo mjerenje je moguće, ali će se sustav pokazati prilično složenim i skupim.
2) Budući da ograničavamo utjecaj dušikovih nitrata - izmjerite njihovu koncentraciju u anaerobnoj zoni. Ovdje treba uzeti u obzir da je nitratni dušik pri niskim koncentracijama ograničavajući čimbenik u procesu denitrifikacije (kao akceptor elektrona, slično kisiku u aerobnim procesima). Stoga će koncentracija zaostalog dušika u nitratima slijediti Monodovu jednadžbu. Oni. pri niskim koncentracijama dušika nitrati se praktički ne uklanjaju zbog smanjenja brzine reakcije. Kao rezultat toga, pri niskim koncentracijama (prema rezultatima modeliranja - manje od 0,1 mg/l) nitratnog dušika u anaerobnoj zoni moguće su dvije mogućnosti:
. niska koncentracija se postiže kao rezultat male mase nitratnog dušika koji ulazi u anaerobnu zonu;
. najniža koncentracija postignuta kao rezultat uklanjanja nitratnog dušika u anaerobnom.
Stoga će mjerenje biti neosjetljivo.
Priručnik za dizajn i rad postrojenja za biološko uklanjanje fosfora navodi da je, u praćenju uklanjanja dušika, jedno korisno mjerenje mjerenje redoks potencijala, Eh. Vrijednost Eh (pri konstantnom pH) određena je ravnotežom oksidirajućih i redukcijskih sredstava u otopini, tj. sposobnost prihvaćanja ili doniranja elektrona, kao i prirodu oksidacijskog i redukcijskog sredstva. Vrijednost Eh značajno opada pri izmjeni oksidansa sljedećim redom - otopljeni kisik - nitriti i nitrati - sulfati. Dakle, korištenje Eh senzora omogućuje procjenu uloge nitrita i nitrata u procesima koji se odvijaju u anaerobnoj zoni, te omjer oksidirajućeg sredstva i organske tvari.
Stoga je uporaba Eh za kontrolu anaerobne zone prilično jednostavna i pouzdana metoda.
Kako bi se održala optimalna vrijednost Eh, u razmatranoj tehnologiji moguće je kontrolirati potrošnju Q2 i koncentraciju nitrata CNO3.
Kontrola protoka provodi se vrlo jednostavno korištenjem crpke koja koristi frekventne regulatore i općenito se koristi u svim shemama s procesima koji se temelje na UCT-u, međutim to utječe na regulacijski raspon (ograničen na ± 30 %). Neracionalno je manje smanjivati količinu reciklirane potrošnje, jer je to u suprotnosti s glavnom zadaćom ovog recikliranja - opskrbom aktivnog mulja u anaerobnu zonu. Također je nepraktično povećavati više, jer s povećanjem protoka ne samo da se povećava masa isporučenog mulja, već se smanjuje i vrijeme provedeno u anaerobnoj zoni.
Kako bi se kontrolirala koncentracija CNO3 nitrata, postoji nekoliko mogućnosti. Prva opcija je kontrolirati masu ulaznog dušika u denitrifikacijskom recikliranom izlazu Q4CNO3 promjenom brzine protoka Q4. Ovaj princip upravljanja je najlakši za implementaciju - koncentracija nitrata mjeri se izravno na kraju denitrifikacijske zone, a pumpom upravlja frekvencijski regulator. Upravljanje ovim recikliranjem koristi se u većini shema s uklanjanjem dušika i kombiniranim uklanjanjem dušika i fosfora. Regulacija ovog reciklaža tehnički je ograničena mogućnošću zajedničkog rada crpke i regulatora frekvencije, a tehnološki - postizanjem potrebne koncentracije nitrata u pročišćenoj vodi.
Slično, masa ulaznog dušika Q3CNO3 na izlazu može se kontrolirati promjenom brzine protoka Q3. Ovakav način upravljanja je složeniji, jer se protok povratnog mulja u pravilu ne regulira pumpom, već pregradama na povratnim muljnim komorama, a pumpa se sekundarno regulira razinom u spremniku. Također, ova vrsta regulacije je tehnički ograničena povećanjem razine mulja u LeSL sekundarnom taložniku (vidi sl. 8) uz smanjenje potrošnje recikliranja. Ovaj propis se odnosi na tehnološke sheme ah, stvoren na temelju procesa MUCT4 - s izdvajanjem zasebne zone za denitrifikaciju povratnog mulja. Istovremeno je poželjno pratiti razinu stajaćeg mulja u sekundarnim taložnicima.
Druga opcija za kontrolu mase dušika koji ulazi u izlaz denitrifikatora (Q3 + Q4)∙CNO3 je kontrola koncentracije nitratnog dušika u tretiranoj vodi. Ova metoda regulacije obično se koristi zajedno s regulacijom brzine protoka denitrifikacijskog ciklusa, u prisutnosti zona s promjenjivim režimom. Za kontrolu nitri-denitrifikacije u zonama s promjenjivim režimom koristi se protok zraka Qair1.
Smanjenje koncentracije otopljenog kisika do razine istodobne nitri-denitrifikacije ili periodičkog prekida dovoda zraka uvijek se odvija uz povratnu informaciju o koncentraciji amonijevog dušika NH4, kako se ne bi remetio proces nitrifikacije. U ovom slučaju potrebno je izvršiti dopunu izračuna aerobne dobi.
Za zone s povremenom aeracijom, aerobna dob izračunava se kao: 
gdje je TA/TD omjer vremena aeracije i denitrifikacije;
W je volumen zone aerotanka, m3;
ai - doza mulja, g/l;
ar - doza mulja u povratnom mulju, g/l;
qi - potrošnja viška mulja, m3/dan.
Aerotankovi tipa "vrtuljak".
U nekim se projektima za organizaciju procesa nitri-denitrifikacije koriste aerotankovi s principom miješanja "vrtuljak". U ovom slučaju pri organiziranju regulacije treba razlikovati dva bitno različita slučaja.
Prvi slučaj je "kratki vrtuljak" (slika 9). Ako se na izlazu iz aeracijskog sustava održava koncentracija otopljenog kisika koja je optimalna za proces nitrifikacije, tada se tijekom protoka od izlaza iz aeracijskog sustava do povratka koncentracija otopljenog kisika nema vremena smanjiti. do razine procesa denitrifikacije. U ovom slučaju, pošteno je: 
gdje je L duljina puta od kraja do početka aeracijskog sustava (m), v brzina kretanja vode u "vrtuljku" (m/s), CO2 koncentracija
kisika nakon sustava za prozračivanje (mg/l), OUR - prosječna brzina potrošnje kisika (mgO2/g DM u sekundi), ai - doza mulja (g/l).
Prosječna duljina trčanja za gubitak kisika je 50 m.
Takve strukture optimalno rade u režimu periodične aeracije, koja je kontrolirana senzorima otopljenog kisika i amonijevog dušika. U skladu s koncentracijom amonijevog dušika uključuje se / isključuje dovod zraka.
Temeljno drugačiji slučaj je „dugi vrtuljak” (L/v››CO2 / (OUR∙ai), kada vrijeme putovanja omogućuje smanjenje kisika na denitrifikacijski optimum i isticanje denitrifikacijske zone u prostoru u „vrtuljku” (sl. 10).
U ovom slučaju moguće je regulirati duljinu denitrifikacijske zone, tj. urediti zonu s promjenjivim režimom u "vrtuljku". Zonom promjenjivog načina rada upravlja se prema općem principu - uključivanje / isključivanje dovoda zraka Qair1 provodi se prema senzoru amonijevog dušika. Kada je sustav prozračivanja uključen, koncentracija kisika se održava na optimumu nitrifikacije prema O2(1) senzoru za kisik. Dovod zraka u dio vrtuljka, koji je uvijek aerobni, vrši O2(2) senzor kisika koji se nalazi na kraju aerobne zone i osigurava početak procesa denitrifikacije na mjestu dovoda protoka.
Održavanje koncentracije otopljenog kisika u aeriranim zonama
Održavanje koncentracije otopljenog kisika u aeriranim zonama može se odvijati pomoću različitih algoritama.
Pogledajmo pobliže njihove prednosti i nedostatke.
Izravna regulacija protoka zraka prikazana je na sl. jedanaest. 
Ovo je regulacijski algoritam koji je najlakši implementirati. Takvu regulaciju moguće je provesti izravno iz ugrađenih regulatora uređaja za određivanje koncentracije otopljenog kisika. Ova metoda ima sljedeća ograničenja:
. Ne postoji zaštita za minimalnu brzinu protoka zraka - kada se brzina protoka smanji, minimalni intenzitet prozračivanja može biti narušen stratifikacijom smjese mulja i taloženjem mulja na dno spremnika za prozračivanje.
. Nema zaštite za maksimalni protok zraka - s povećanjem protoka zraka moguća su dugotrajna preopterećenja sustava za prozračivanje.
. Nema povratnih informacija o amonijskom dušiku.
Ova metoda se preporuča za dodatnu regulaciju protoka zraka u pojedinim zonama prozračivanja po dužini spremnika za prozračivanje, nije primjenjiva za zone s promjenjivim režimom i pri regulaciji cijelog sustava prozračivanja pomoću ventila na glavnom zrakovodu, jer može dovesti do kršenja tehnologije čišćenja i smanjenja vijeka trajanja sustava za prozračivanje.
Druga metoda upravljanja je jednostupanjski algoritam upravljanja protokom zraka (slika 12). U tom slučaju se na temelju rezultata usporedbe zadane i trenutne koncentracije kisika izračunava nova vrijednost protoka zraka koju održava zaklopka pomoću mjerača protoka.
Takav regulacijski algoritam je mnogo pouzdaniji i glavni je prihvaćen za regulaciju protoka zraka, uključujući jednu zaklopku na glavnom zračnom kanalu.
U tom slučaju moguće je održavati i minimalni i maksimalni protok zraka, osiguravajući minimalni intenzitet prozračivanja i sprječavajući preopterećenje sustava za prozračivanje. Ne postoji veza samo s koncentracijom amonijevog dušika.
Ako je potrebno koristiti signal senzora amonijevog dušika, koristi se najsloženiji dvostupanjski algoritam upravljanja (slika 13).
U tom slučaju se regulaciji protoka zraka prema prethodnom principu pridodaje promjena "setpoint" za otopljeni kisik na temelju rezultata mjerenja koncentracije amonijevog dušika. Ovo je najsloženiji algoritam upravljanja i najskuplji u smislu instrumentacije. Preporuča se koristiti u zonama s promjenjivim režimom kako bi se postigla najdublja denitrifikacija uz održavanje kvalitete pročišćavanja amonijevim dušikom.
Upravljanje starošću mulja
Upravljanje starenjem mulja spor je proces koji u načelu može provoditi i sustav automatizacije i operater. Kod održavanja starosti najvažnija je takozvana “dinamička starost mulja” izračunata u simulaciji - prosječna vrijednost za zadnji vremenski interval koja odgovara vrijednosti izračunate starosti. Na mnogim radnim stanicama kontrola starosti mulja se ne provodi ili se provodi pogrešno, budući da se prirast izračunava pomoću raznih formula (često zastarjelih).
Koncentracija mulja u reciklaži mulja iz sekundarnih taložnika na temelju bilance mase može se izračunati:
Za strukture u kojima se sav aktivni mulj dovodi do glave aerotankova, trenutna vrijednost starosti mulja može se izračunati na sljedeći način: 
gdje je SAt ukupna starost mulja, Wat ukupni volumen aerotanka, Qi potrošnja viška mulja, Ri koeficijent recirkulacije mulja.
U prisustvu anaerobne zone, gdje se mulj dovodi iz denitrifikacijske zone, doza mulja u njoj je manja i ovisi o koeficijentu recirkulacije u anaerobnu zonu. U ovom slučaju izračunava se doza mulja u anaerobnom dijelu: 
gdje je: aan doza mulja u anaerobnom dijelu građevine, ai doza mulja u anoksičnoj i aerobnoj zoni, Ra koeficijent recirkulacije u anaerobnu zonu.
Tada je ukupna starost mulja u takvim strukturama:
Ova metoda izračunavanja starosti uzima u obzir samo vrijednosti troškova i mnogo je lakše implementirati pri automatizaciji kontrole.
Primjer sheme upravljanja za uređaj za pročišćavanje otpadnih voda
Zaključno, razmotrimo upravljačku shemu za dva linijska aeracijska spremnika pomoću UCT procesa, razvijenu korištenjem opisanih načela za postrojenja za pročišćavanje u gradu Kirovu (slika 14).
Ograničenje mase nitrata koji ulaze u anaerobnu zonu postiže se kontrolom brzine protoka recikla u anaerobnu zonu pomoću Eh senzora i regulacijom denitrifikacijskog ciklusa pomoću NO3 senzora nitratnog dušika u denitrifikacijskoj zoni. Automatska regulacija NO3 "zadane vrijednosti" predviđena je ako je nemoguće postići navedeni raspon vrijednosti Eh regulacijom reciklaže u anaerobnu zonu. Za korištenje anaerobne zone kao denitrifikatora u nepovoljnim uvjetima, operater osigurava uvođenje više "zadane vrijednosti" Eh.
Opća regulacija koncentracije otopljenog kisika odvija se prema dvostupanjskom principu od O2 senzora za kisik i Qair mjerača protoka zraka zajedničkom zaklopkom na zračnom kanalu. Postizanje konstantne koncentracije kisika po duljini aerotanka osigurava se promjenom gustoće rasporeda aeratora. Budući da su fluktuacije protoka na početku aerobne zone manje izražene pri održavanju zadane koncentracije, za korekciju protoka zraka u ovoj zoni koristi se jednostupanjski princip upravljanja s dodatnim senzorom za kisik.
Proračun starosti mulja odvija se automatski prema opisanom principu mjerenjem protoka. Prilagodbu težine uklonjenog mulja i optimalnu starost mora izvršiti operater.
zaključke
Korištenje matematičkog modeliranja omogućuje određivanje osnovnih principa projektiranja sustava automatskog upravljanja aerotankovima s biološkim uklanjanjem dušika i fosfora.
Za kontrolu procesa uklanjanja fosfora potrebno je minimizirati učinak nitrata koji ulaze u anaerobnu zonu recirkulacijskim tokovima, za što se kontrolira masa nitratnog dušika u recirkulacijskim tokovima. Glavna metoda za kontrolu mase nitratnog dušika koji ulazi u anaerobnu zonu je kontrola procesa denitrifikacije promjenom troškova recirkulacije.
te režim kisika u zonama s promjenjivim režimom.
Racionalno je kontrolirati proces u anaerobnoj zoni pomoću senzora redoks potencijala.
Za održavanje procesa nitrifikacije potrebno je kontrolirati režim kisika i aerobnu starost mulja.
Pri izgradnji sustava treba voditi računa o sljedećim prioritetima: očuvanje procesa nitrifikacije, očuvanje procesa denitrifikacije, a tek onda - biološko uklanjanje fosfora.
Trenutno postoji značajan broj tehnoloških shema za proces biološke obrade, od kojih se svaka razlikuje po broju stupnjeva aeracije, prisutnosti ili odsutnosti regeneracije aktivnog mulja, metodama uvođenja otpadnih voda i povratnog mulja u objekte, stupnju tretman itd. Svaka vrsta objekata karakterizira svoje normalne pokazatelje rada i zahtijeva individualni pristup projektiranju automatiziranog sustava upravljanja.
Utjecaji koji se mogu koristiti za izgradnju automatiziranog upravljačkog sustava su sljedeći:
Upravljanje protokom povratnog mulja radi održavanja koncentracije aktivnog mulja u aerotanku;
Kontrola protoka zraka na takav način da se održava određena koncentracija otopljenog kisika u cijelom volumenu aerotanka;
Kontrola brzine protoka aktivnog mulja uklonjenog iz sustava kako bi se održala konstantna starost mulja;
Promjena omjera volumena aerotanka i regeneratora (uz održavanje konstantnosti njihovog ukupnog volumena) kako bi se optimizirala regeneracija mulja;
Raspodjela protoka dolazne otpadne vode između paralelnih aerotankova;
Održavanje optimalne pH vrijednosti vode koja ulazi u aerotank
Upravljanje protokom mulja koji se ispušta iz taložnika kako bi se održala optimalna razina mulja u njima i mijenjala ovisno o koncentraciji i brzini protoka smjese mulja, zamućenosti pročišćene taložene vode, kao i mulja indeks.
U tradicionalnim automatiziranim sustavima upravljanja koriste se algoritamski modeli koji povezuju upravljačko djelovanje s ulaznim podacima (ili njihovom promjenom). Nedostatak tradicionalnih metoda upravljanja u odnosu na proces biološke obrade otpadnih voda je višedimenzionalnost i složenost izrađenih matematičkih modela uz nisku točnost i nepotpunost početnih informacija te dvosmislenost kriterija upravljanja. S druge strane, situacije koje nastaju tijekom rada uređaja za biološki pročišćivač otpadnih voda često dopuštaju korištenje formalnih metoda razmišljanja za upravljanje koje su bliske prirodnom tijeku razmišljanja čovjeka stručnjaka. Za zadatke upravljanja biološkom obradom oni mogu biti značajno učinkovitiji od tradicionalnih automatiziranih sustava upravljanja, posebno u smislu vremena i troškova razvoja i modifikacije kako se zahtjevi sustava i vanjski uvjeti mijenjaju, što je iznimno važan čimbenik u svjetlu stalnog poboljšanja tehnologija i povećanje produktivnosti jedinice.biološka obrada. Karakteristična značajka kontroliranog objekta je sposobnost uređaja za pročišćavanje da ispravi tehnološku shemu i promijeni sastav opreme. Ova okolnost povećava zahtjeve za otvorenošću, perspektivom i standardizacijom sustava koji se stvara. Promjene standarda kvalitete pročišćavanja otpadnih voda, povećanje kapaciteta pročistača ili dodavanje novih parametara upravljanja zahtijevat će potpunu preradu matematičkih modela tradicionalnog automatiziranog sustava upravljanja, dok će u ekspertnom sustavu biti dovoljno samo prilagoditi pravila ili dodajte nove.
Osim toga, u procesu upravljanja biološkom obradom često se javljaju problematične situacije za čije prevladavanje je potrebno koristiti iskustvo brojnih stručnjaka, regulatorne, tehničke, referentne i zakonske informacije, koje ne moraju uvijek biti dostupne operateru. Upravljanje radom uređaja za pročišćavanje složena je zadaća povezana s osobitostima stanja i funkcioniranja uređaja za pročišćavanje. U praksi se tehnolog uređaja za pročišćavanje otpadnih voda, koji donosi odluke o upravljanju pročišćavanjem otpadnih voda, susreće sa sljedećim problemima:
Nedostatak parametara za donošenje odluka zbog ograničenog vremena i visokih troškova specijaliziranih laboratorijskih analiza;
Nepotpunost, netočnost uputa prirodnog jezika za donošenje odluka;
Nedovoljno teorijsko znanje o procesu upravljanja pročišćavanjem otpadnih voda i nesagledavanje značajki funkcioniranja pojedinog uređaja za pročišćavanje.
Proces pročišćavanja otpadnih voda odvija se u režimu odgode reakcije sustava i ovisi o mnogim ulaznim signalima. Ti su signali heterogeni, pristižu u različitim intervalima, a neki od njih zahtijevaju vrijeme za obradu, posebne laboratorijske uvjete i skupe reagense. Ustroji za pročišćavanje otpadnih voda djelomično funkcioniraju zahvaljujući aktivnosti različitih živih organizama čije su reakcije na utjecaj ulaznih parametara specifične i međusobno ovisne. Optimalne uvjete za postojanje kompleksa organizama koji provode pročišćavanje otpadnih voda vrlo je teško odabrati zbog varijabilnosti tih kompleksa ovisno o sastavu otpadnih voda. Regulacija koncentracije biogenih elemenata, održavanje pH medija i temperature u željenom rasponu pozitivno utječu ne samo na razvoj mikroorganizama, već i na biokemijsku aktivnost potonjih u pročišćavanju vode. Za odabir optimalnih uvjeta za funkcioniranje mikroorganizama u aerotankovima koriste se automatizirani sustavi upravljanja koji se temelje na matematičkim modelima (tablica 1.2). Takvi sustavi imaju brojne nedostatke. Oni dobro rade kada postrojenje za pročišćavanje radi normalno, a slabo su primjenjivi u slučaju hitnog rada.
Naravno, kada se pojave problemske situacije potrebno je znanje i iskustvo stručnjaka, a izrada simulacijskih modela i programa za rješavanje jednadžbi očito nije dovoljna. Postoji potreba za korištenjem subjektivnih informacija prikupljenih godinama, kao i nepotpunih podataka i objektivnih informacija prikupljenih tijekom rada postrojenja za pročišćavanje.
Korištenje metoda i sredstava umjetne inteligencije pruža nove mogućnosti rješavanja problema upravljanja uređajima za pročišćavanje otpadnih voda. Ekspertni sustavi temeljeni na umjetnoj inteligenciji, u idealnom slučaju, trebali bi imati razinu učinkovitosti u rješavanju neformaliziranih zadataka koja je usporediva ili veća od ljudske. U svakom slučaju, ekspertni sustav "zna" manje od ljudskog stručnjaka, ali pažnja s kojom se to znanje primjenjuje nadoknađuje njegova ograničenja. Trenutno postoji niz ekspertnih sustava (ES) koji se koriste u inozemstvu za pročišćavanje otpadnih voda (tablica 1.3).
Analizirajući primjere iz tablice 1.3, treba napomenuti da za kontrolu jedinice za biološki tretman, koja je element integrirani sustav Za pročišćavanje kućnih otpadnih voda najprikladnije je koristiti sustav temeljen na pravilima.
Tablica 1.2 - Modeli klasične kontrole na biološkim pročišćivačima
|
Ime |
Primjer primjene |
Oprema |
Nedostaci modela |
Prednosti modela |
|
poveznica |
Uspostavljanje međusobnih veza i međuovisnosti između karakteristika vode |
Postrojenje za obradu otpadnih voda |
Prisutnost velikog broja vanjskih čimbenika, međusobni utjecaj mikroorganizama i interakcija sa supstratom otežava izbor adekvatnog modela za opisivanje sustava. Modele je teško razviti, često su netočni i previše pojednostavljuju stvarnost. Simulacija ne radi s nepoznatim ili nesimuliranim situacijama. Kvalitativni podaci ne mogu se koristiti za model numeričke kontrole. Podaci su netočni ili nedostaju, senzori daju pogrešne informacije ili nedostaju, ne analiziraju se svaki dan sve karakteristike potrebne za modeliranje, što utječe na točnost modela. Karakteristike ulazne vode vrlo su promjenjive i nekontrolirane. Kašnjenje u dobivanju podataka zbog dugotrajnih laboratorijskih analiza i analitičkih izračuna. |
Procjena ponašanja uređaja za pročišćavanje kao odgovor na određeni scenarij razvoja (radni uvjeti i karakteristike ulazne vode) i prognoza za srednje i dugo razdoblje mogućih ishoda uz određene radnje u procesu pročišćavanja Poboljšanje učinkovitosti uklanjanja onečišćenja Smanjenje potrošnje električne energije, kemikalija i troškova održavanja postrojenja za pročišćavanje Razvoj alternativa za naknadno opremanje postojećih uređaja za pročišćavanje otpadnih voda |
|
Adaptivni algoritam |
Za održavanje potrebne razine kisika u aerotanku |
Aerotank |
||
|
Pragmatični modeli Osnovni modeli |
Rast bakterija i potrošnja supstrata |
Aerotank |
||
|
simulacijski modeli Statistička sinteza |
Modeliranje evolucije stanja postrojenja za pročišćavanje |
Postrojenje za obradu otpadnih voda |
||
|
Grupiranje |
Klasifikacija podataka iz senzora |
Postrojenje za obradu otpadnih voda |
||
|
Stokesov zakon |
Modeliranje taloženja |
zamka za pijesak |
||
|
Guzmanova krivulja |
Modeliranje čvrstog taloženja | |||
|
Metoda optimizacije |
Optimizacija rukovanja muljem |
Primarni, sekundarni taložnici |
||
|
Deterministički, prediktivni modeli |
taloženje |
Primarni, sekundarni taložnici |
||
|
Krivulje performansi i stohastički modeli |
Predviđanje ponašanja taložnika |
Primarni, sekundarni taložnici |
Tablica 1.3 - Alati umjetne inteligencije razvijeni za uređaje za pročišćavanje otpadnih voda
|
Ime . Developer |
Zastupljenost znanja |
Ključne značajke i specifikacije |
Mane |
|
ES u stvarnom vremenu. (Baeza,J) |
Regulacija rada postrojenja za pročišćavanje. Upravljanje procesom pročišćavanja otpadnih voda putem Interneta. |
Sustavi temeljeni na pravilima: Nije obučen na poslu Poteškoće s procesom izvlačenja znanja i iskustva iz izvornih podataka Nesposobni za predviđanje, njihov je opseg ograničen na unaprijed određene situacije iz prošlosti. Sustavi temeljeni na slučajevima: Problem indeksiranja presedana u bazi znanja; Organizacija učinkovite procedure za traženje najbližih presedana; Trening, formiranje pravila prilagodbe; Uklanjanje zastarjelih slučajeva. Presedani i pravila: Ne postoji sintaktička i semantička integracija modula sustava |
|
|
ES za utvrđivanje stanja objekata za pročišćavanje. (Riano) 4] |
Sustav automatskog generiranja pravila za identifikaciju stanja postrojenja za pročišćavanje. |
||
|
ES za upravljanje postrojenjima za pročišćavanje (Yang) |
Ekspertni sustav za određivanje redoslijeda stupnjeva pročišćavanja vode na uređajima za pročišćavanje otpadnih voda |
||
|
ES za kontrolu OS-a (Wiese, J., Stahl, A., Hansen, J.) |
presedani |
Ekspertni sustav za detekciju štetnih mikroorganizama u sustavu aktivnog mulja |
|
|
ES za smanjenje štete od onečišćenja vode. (Sveučilište Sjeverne Karoline) |
presedani |
Procjena potencijalnih utjecaja za upravljanje difuznim izvorima onečišćenja u riječnom slivu na temelju unosa i odluka korisnika. |
|
|
ES u stvarnom vremenu za upravljanje postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda, (Sanchez-Marre) |
presedani |
PPR tijekom praćenja, integrirani nadzor i upravljanje radom postrojenja za pročišćavanje. Kombinira u strukturu okvira: učenje, razmišljanje, stjecanje znanja, distribuirano donošenje odluka. Pravila zaključivanja djelomično modeliraju podatke i stručnost. Sustav na presedanima modelira empirijsko znanje. |
|
|
Upravljanje sustavom aktivnog mulja. (Comas, J.) |
presedani |
Sustav nadzora i upravljanja sustavom aktivnog mulja u postrojenjima za biološki tretman. Jezgra i glavni moduli razvijeni su na temelju objektno orijentirane ljuske koja implementira mehanizam zaključivanja. Upravlja prikupljanjem podataka, bazom podataka, sustavom pravila i presedana. |
Najkarakterističniji oblik rješavanja problema upravljanja samom jedinicom za biološki tretman su ekspertni sustavi izgrađeni na temelju proizvodnog modela, gdje je znanje predstavljeno skupom pravila tipa „ako-onda“. Glavne prednosti ovakvog ekspertnog sustava su jednostavnost nadopunjavanja, modificiranja i poništavanja informacija te jednostavnost mehanizma zaključivanja. Da bi se organizirala struktura ekspertnog sustava, prikazana na slici 1.1, potrebno je tehnološke informacije pretvoriti u strukturu odlučivanja koja opisuje rad baze znanja, a zatim, na temelju odabrane programske ljuske, izraditi program rada ekspertnog sustava.
To će biti i cilj ovog diplomskog rada: prilagoditi iskustva teorijskih istraživanja i praktična rješenja u području korištenja ekspertnih sustava za upravljanje biološkom jedinicom za pročišćavanje otpadnih voda specifičnom procesu pročišćavanja, uzimajući u obzir projektirane parametre i usvojene u projektu. pojedinačne tehnološke sheme ovih pročistača. Kao i stvaranje punopravnog sustava automatizacije procesa i izbor tehničkih sredstava za njegovu implementaciju.
Slika 1.1 - Struktura upravljanja procesom pročišćavanja otpadnih voda
1Za učinkovito upravljanje procesom pročišćavanja industrijskih otpadnih voda od fenolnih spojeva (na primjeru Bisfenola-A) korištenjem poboljšanih oksidativnih procesa (UV zračenje, λ = 365 nm, H2O2, FeCl3), eksponencijalni model smanjenja koncentracije fenolnih spojeva, identificiran u softverskom okruženju Statistica, predlaže se. Kako bi se stabilizirali nestabilni parametri modela, ideja A.N. Tihonova, proveden je postupak "grebenske regresije". Dobiveni regularizirani model, koji utvrđuje ovisnost stupnja razgradnje fenolnih spojeva u vodenom mediju pod djelovanjem fizikalno-kemijskih čimbenika (foto-Fentonov reagens) o parametrima procesa, statistički je značajan (R2 = 0,9995) i ima poboljšanu prediktivnost svojstva nego model identificiran metodom najmanjih kvadrata. Korištenjem regulariziranog modela smanjenja koncentracije fenolnih spojeva metodom Lagrange multiplikatora u sustavu MathCad određene su specifične optimalne razine potrošnje FeCl3, H2O2, čime je osigurano smanjenje koncentracije fenolnih spojeva u otpadnoj vodi do maksimalno dopuštene razine.
regulacija
netočni zadaci
modeliranje
otpadne vode
napredni procesi oksidacije
1. Vuchkov I., Boyadzhieva L., Solakov E. Primijenjena linearna regresijska analiza. - M.: Financije i statistika, 1987. 240 str.
2. Draper N., Smith G. Primijenjena regresijska analiza. – M.: Izdavačka kuća Williams, 2007. – 912 str.
3. Eliseeva I.I. Ekonometrija. – M.: Izdavačka kuća Yurayt, 2014. – 449 str.
4. Karmazinov F.V., Kostyuchenko S.V., Kudryavtsev N.N., Khramenkov S.V. Ultraljubičaste tehnologije u suvremenom svijetu: monografija. - Dolgoprudny: Izdavačka kuća "Intelekt", 2012. - 392 str.
5. Moiseev N.N., Ivanilov Yu.P., Stolyarova E.M. Metode optimizacije. – M.: Nauka, 1978. – 352 str.
6. Rabek Ya. Eksperimentalne metode u fotokemiji i fotofizici: T. 2. - M.: Mir, 1985. - 544 str.
7. Sokolov A.V., Tokarev V.V. Metode optimalnih rješenja. U 2 sveska T.1. Opće odredbe. Matematičko programiranje. – M.: Fizmatlit, 2010. – 564 str.
8. Sokolov E.M., Sheinkman L.E., Dergunov D.V. Studija smanjenja koncentracije fenolnih spojeva u vodenom okolišu pomoću matematičkog modeliranja // Vestnik Yuzhnogo znanstveni centar RAN. - 2013. - V. 9, br. 2. - S. 23–31.
9. Sokolov E.M., Sheinkman L.E., Dergunov D.V. Nelinearna kinetika razgradnje fenolnih spojeva u vodenom okolišu // Temeljna istraživanja. - 2014. - br. 9, dio 12. - S. 2677–2681.
10. Sterligova A.N. Upravljanje zalihama u opskrbnim lancima. – M.: INFRA-M, 2009. – 430 str.
11. Sychev A.Ya., Isak V.G. Spojevi željeza i mehanizmi homogene katalize aktivacije O2, H2O2 i oksidacije organskih supstrata // Ruska kemija. - 1995. - br. 64 (12). - S. 1183-1209.
12. Tikhonov A.N., Arsenin V.Ya. Metode rješavanja pogrešno postavljenih problema. – M.: Nauka, 1979. – 285 str.
13. Tihonov A.N. O regularizaciji pogrešno postavljenih problema // Doklady AN SSSR. - 1963. - br. 153(1). – Str. 45–52.
14. Tihonov A.N. Rješenje pogrešno postavljenih problema i metoda regularizacije // Doklady AN SSSR. - 1963. - br. 151(3). - S. 501-504.
15. Tikhonov A.N., Ufimtsev M.V. Statistička obrada eksperimentalnih rezultata. - M.: Izdavačka kuća Moskovskog državnog sveučilišta, 1988. - 174 str.
17. Marta I. Litter, Natalia Quici Napredni fotokemijski oksidacijski procesi za pročišćavanje vode i otpadnih voda // Nedavni patenti u inženjerstvu. - 2010. - Vol. 4, br. 3. - Str. 217-241.
18. Xiangxuan Liu, Jiantao Liang, Xuanjun Wang Kinetika i reakcijski putovi razgradnje formaldehida uporabom UV-Fenton metode // Water Environment Research. - 2011. - Vol. 83, br. 5. - Str. 418-426.
Otpadne vode iz brojnih industrija (kemijske, farmaceutske, metalurške, celulozno-papirne, rudarske itd.) značajno doprinose onečišćenju površinskih i podzemnih vodnih tijela fenolnim i teško oksidirajućim organskim spojevima. Fenol je potencijalno opasna, kancerogena tvar koja već u niskim koncentracijama predstavlja značajan medicinski problem.
Napredni oksidacijski procesi (AOP) igraju važnu ulogu u razgradnji organske tvari sadržane u otpadnoj vodi u širokom rasponu koncentracija. AOP procesi stvaraju hidroksilne radikale, koji su jaki oksidacijski agensi sposobni mineralizirati širok raspon organskih tvari. Hidroksilni radikal ima visok redoks potencijal (E0 = 2,80 V) i sposoban je reagirati s gotovo svim klasama organskih spojeva. Oksidirajući hidroksilni radikali mogu se pokrenuti fotolizom kao rezultat foto-Fentonovog procesa.
Pročišćavanje otpadnih voda od fenolnih spojeva pomoću naprednih oksidacijskih procesa odvija se uglavnom u fotokemijskim reaktorima. Fotokemijski reaktori su uređaji u kojima se odvijaju fotokemijske reakcije. Ali u njima se ne odvijaju samo transformacije, već i popratni procesi prijenosa mase i topline te intenzivno kretanje medija. Učinkovitost i sigurnost procesa čišćenja u najvećoj mjeri ovisi o pravilnom izboru tipa reaktora, njegovoj konstrukciji i načinu rada.
Pri korištenju fotoreaktora za rješavanje raznih primijenjenih problema, u njima se moraju učinkovito ozračiti velike količine reagensa.
Važan element modula fotokemijskog pročišćavanja u zajednički sustav lokalni uređaji za pročišćavanje je sustav doziranja reagensa, katalizatora FeCl 3 i vodikovog peroksida H 2 O 2 .
Za stabilan rad reaktora i povećanje učinkovitosti mineralizacije organskih spojeva potrebno je optimizirati proces pročišćavanja kako bi se odredile optimalne doze reagensa koji se unose u reaktor. Optimizacija se može temeljiti na smanjenju troškova potrebnih za provedbu opskrbe reagensima, uzimajući u obzir ekološko upravljanje procesom čišćenja. Funkcija ovisnosti koncentracije organske onečišćujuće tvari o parametrima procesa (koncentracije reagensa i vrijeme UV zračenja), ograničena maksimalnom dopuštenom vrijednošću koncentracije fenolnog spoja, može djelovati kao ekološki regulator. . Funkcija koncentracije određena je na temelju statističke analize eksperimentalnih podataka procesa AOR metodom najmanjih kvadrata (LSM).
Često je problem određivanja parametara regresijske jednadžbe metodom najmanjih kvadrata netočno formuliran, a korištenje dobivene jednadžbe u rješavanju optimizacijskog problema određivanja optimalnih doza reagensa može dovesti do neadekvatnih rezultata.
Stoga je cilj ovog rada primjenom metoda regularizacije izgraditi stabilan model ovisnosti koncentracije fenolnog spoja o parametrima procesa fotokemijskog pročišćavanja i identificirati optimalne razine potrošnje vodikovog peroksida i željezovog (III) klorida. dok je trošak reagensa minimaliziran.
Za gradnju matematički model ovisnost smanjenja koncentracije fenolnog spoja o parametrima AOP procesa pod kombiniranim djelovanjem vodikovog peroksida, željezovog (III) klorida i ultraljubičastog zračenja na valnoj duljini od 365 nm na fenolnu onečišćujuću tvar u vodenom okolišu kako bi Za rješavanje problema optimizacije za određivanje razina potrošnje kemijskih reagensa provedena su eksperimentalna istraživanja na modelnim otopinama koje sadrže fenolne spojeve (bisfenol-A, BPA), primjenom tekućinske i plinske kromatografije. Pri provođenju optimalnog planiranja pokusa procijenjen je utjecaj UV zračenja i oksidacijskih sredstava na stupanj razgradnje organskog polutanta pri različitim koncentracijama BPA - x1 (50 µg/l, 100 µg/l); vodikov peroksid H 2 O 2 - x2 (100 mg / l; 200 mg / l) i aktivator - željezov klorid (III) FeCl 3 (1; 2 g / l) - x3. Modelna otopina koja je sadržavala BPA, vodikov peroksid i FeCl 3 bila je izložena UV zračenju 2 sata (vrijeme zračenja t - x4). Uzorci su uzeti 1 i 2 sata nakon ozračivanja i izmjerena je rezidualna koncentracija BPA (y). Mjerenja su provedena LC-MS/MS tekućinskim kromatografom. Produkti poluživota tijekom fotorazgradnje BPA određeni su plinskim kromatografom GS-MS.
Pri provedbi foto-Fentonovog procesa (Fe2+/N2O2/hν) za mineralizaciju organskih polutanata u kiselom mediju pri pH = 3 nastaje kompleks Fe(OH) 2+:
Fe 2+ + H 2 O 2 → Fe 3+ + OH ● + OH - ;
Fe 3+ + H 2 O → Fe (OH) 2+ + H +.
Pod djelovanjem UV zračenja, kompleks se razgrađuje, što rezultira stvaranjem OH ● radikala i Fe 2+ iona:
2+ + hν → Fe 2+ + OH ● .
Kvantitativni opis foto-Fentonovog procesa na makro razini, u odnosu na razgradnju organskog onečišćivača u vodenom okolišu, može se opisati modelom:
gdje je 0 - početna koncentracija organske onečišćujuće tvari; 0 , 0 - početne koncentracije aktivatora koji sadrži ione željeza (II), odnosno vodikov peroksid; k je konstanta brzine reakcije; r je brzina reakcije; α, β, γ - redovi reakcija po tvarima.
Pri izradi matematičkog modela ovisnosti smanjenja koncentracije fenolnog spoja, o čimbenicima fotokemijskog procesa pročišćavanja uz sudjelovanje "foto-Fenton" reagensa, poći ćemo od linearnih modela ili modela koji se mogu reducirati na linearne u smislu koeficijenata pomoću odgovarajuće transformacije, koja se može napisati u općem obliku na sljedeći način:
gdje su fi(x1, x2, …, xm) proizvoljne funkcije faktora (regresora); β1, β2,…, βk - koeficijenti modela; ε - pogreška eksperimenta.
Na temelju zakona djelovanja mase, ovisnost koncentracije fenolnog spoja o faktorima procesa može se matematički prikazati sljedećim izrazom:
gdje je η razina rezidualne koncentracije BPA u trenutku t, mg/l; x1 - početna koncentracija VPA, mg/l; x2 - koncentracija vodikovog peroksida, mg/l; x3 je koncentracija željezovog (III) klorida, g/l; x4 - vrijeme procesa čišćenja, h; β1, β2, β3, β4, β5 - parametri modela.
Koeficijenti u modelu (2) su nelinearni, ali kada se lineariziraju uzimanjem logaritma u prirodnoj bazi, desnom i lijevom dijelu jednadžbe (2), dobivamo
gdje je prema (1)
Međutim, takvom transformacijom slučajna perturbacija (eksperimentalna pogreška) multiplikativno ulazi u model i ima lognormalnu distribuciju, tj. , a nakon uzimanja logaritma ovo daje
Nakon linearizacije i uvođenja novih varijabli izraz (2) poprima oblik
gdje su prediktorske varijable X1, X2, X3, X4 i odgovor Y logaritamske funkcije:
Y = lny, X1 = lnx1,
X 2 \u003d lnx 2, X 3 \u003d lnx 3, X 4 \u003d lnx 4;
b0, b1, b2, b3, b4 - parametri modela.
Obično, u problemima obrade podataka, matrica eksperimenta i vektor odgovora su netočno poznati, tj. s pogreškama, a zadatak određivanja regresijskih koeficijenata metodom najmanjih kvadrata nestabilan je na pogreške u izvornim podacima. Kada je FTF informacijska matrica (F je regresorska matrica) loše uvjetovana, OLS procjene obično su nestabilne. Da bi se prevladala loša uvjetovanost informacijske matrice, predložena je ideja regularizacije, opravdana u djelima A.N. Tihonov.
Primijenjena na rješavanje problema regresije, ideja o regularizaciji A.N. Tihonova je tumačio A.E. Hoerl kao postupak "grebenske regresije". Kada se koristi metoda "grebenske regresije" za stabilizaciju procjena najmanjih kvadrata (definiranih s b = (FTF)-1FTY), regulacija je povezana s dodavanjem nekog pozitivnog broja τ (parametar regulacije) dijagonalnim elementima FTF matrice.
Odabir parametra regularizacije τ Hoerl, Kennard i Beldwin predložili su da se izvrši na sljedeći način:
gdje je m broj parametara (bez slobodnog člana) u izvornom regresijskom modelu; SSe je rezidualni zbroj kvadrata dobiven iz izvornog regresijskog modela bez prilagođavanja multikolinearnosti; b* - vektor stupca regresijskih koeficijenata, transformiran formulom
,
gdje je bj parametar za varijablu Xj u izvornom regresijskom modelu, određen najmanjim kvadratima; - prosječno j-ta vrijednost neovisna varijabla.
Nakon odabira vrijednosti τ, formula za procjenu parametara regularizirane regresije izgledat će ovako
gdje je I matrica identiteta; F - matrica regresora; Y - vektor vrijednosti zavisne varijable.
Vrijednost parametra regulacije, određena formulom (4), poprima vrijednost jednaku τ = 1,371 10-4.
Regulirani model za smanjenje koncentracije fenolnog spoja, izgrađen u sustavu Statistica, uzimajući u obzir formulu (5), može se predstaviti kao
gdje su Cost i C BPA rezidualne i početne koncentracije fenolnog zagađivača, mg/l; - koncentracija vodikovog peroksida, mg/l; SA - koncentracija željezovog (III) klorida, g/l; t - vrijeme, h.
Vrijednosti koeficijenta determinacije, R 2 = 0,9995, Fisherov kriterij F = 5348,417, iznad kritične vrijednosti (F cr (0,01; 4,11) = 5,67), karakteriziraju primjerenost regulariziranog modela prema eksperimentalnim rezultatima na razina značajnosti α = 0,1.
Određivanje optimalnih specifičnih vrijednosti koncentracija kemijskih reagensa (FeCl 3 , H 2 O 2) potrebnih za pročišćavanje vode, kada se postigne minimalna specifična razina troškova, nelinearni je (konveksni) problem programiranja oblika (7-9):
(8)
gdje je f funkcija financijskih sredstava povezanih sa zalihama kemikalija f = Z(c2, c3); gi je funkcija smanjenja koncentracije fenolnog spoja u vodenom okolišu u procesu fizičko-kemijskog pročišćavanja, g = Cost(s1, c2, c3, t) (limitirajuća funkcija); x1, x2,…, xn - parametri procesa; x1 je početna koncentracija fenolnog spoja, x1 = c1, mg/l; x2 i x3 su koncentracije vodikovog peroksida i željezovog (III) klorida, odnosno x2 = c2, mg/l, x3 = c3, g/l; t - vrijeme, h; bi najveća dopuštena koncentracija fenolnog spoja (MDK), mg/l.
Funkcija financijskih sredstava, koja predstavlja dvostavni model troškova povezanih sa zalihama vodikovog peroksida i željezovog (III) klorida, uzimajući u obzir Wilsonovu formulu, može se prikazati kao
(10)
gdje Z(c2, c3) - specifični ukupni troškovi povezani sa zalihama, rub.; A - specifični opći troškovi jedne opće isporuke, rub.; c2 - specifična potrošnja vodikovog peroksida, mg/l; c3 - specifična potrošnja željeznog klorida, g/l; I1, I2 - specifične tarife za troškove skladištenja vodikovog peroksida i željeznog (III) klorida, rub.; m1, m2 - udio u cijeni proizvoda koji se može pripisati trošku ispunjenja jedne narudžbe za vodikov peroksid, odnosno željezov (III) klorid; i1, i2 - udio cijene proizvoda koji se može pripisati trošku održavanja zaliha vodikovog peroksida, odnosno željezovog (III) klorida; k2, k3 - specifična nabavna cijena jedinice zaliha vodikovog peroksida (rublja/mg) odnosno željeznog klorida (III) (rublja/g).
Za rješavanje sustava (7)-(9) uvodi se skup varijabli λ1, λ2, …, λm, nazvanih Lagrangeovi multiplikatori, koji čine Lagrangeovu funkciju:
,
naći parcijalne derivacije i i razmotriti sustav od n + m jednadžbi
(11)
s n + m nepoznanica x1, x2, ..., xn; λ1, λ2, ..., λm. Svako rješenje sustava jednadžbi (11) određuje uvjetno stacionarnu točku u kojoj se može dogoditi ekstrem funkcije f(x1, x2, ..., xn). Ako su ispunjeni Kuhn-Tuckerovi uvjeti (12.1)-(12.6), točka je sjedište Lagrangeove funkcije, tj. pronađeno rješenje problema (7)-(9) je optimalno:
Zadatak identifikacije optimalnih parametara procesa pročišćavanja industrijskih otpadnih voda od fenolnih spojeva uz postizanje minimalne razine tekućih jediničnih troškova potrebnih za defenolizaciju vode riješen je sa sljedećim početnim podacima: početna koncentracija fenolnog polutanta u otpadnoj vodi je 0,006 mg/l (6 MPC); vrijeme čišćenja određeno tehnološkim procesom - 5 dana (120 sati); najveća dopuštena koncentracija onečišćujuće tvari 0,001 mg/l (b = 0,001); jedinična nabavna cijena za vodikov peroksid 24,5 10 ‒6 rubalja/mg (k2 = 24,5 10 ‒6), za željezov (III) klorid 37,5 10 ‒3 rubalja/g (k3 = 37,5 10 – 3); udio cijene proizvoda koji se može pripisati troškovima održavanja zaliha vodikovog peroksida i željeznog klorida je 10% (i = 0,1) odnosno 12% (i = 0,12); udio cijene proizvoda koji se može pripisati trošku ispunjenja narudžbe za vodikov peroksid i feri-klorid je 5% (m1 = 0,05) odnosno 7% (m2 = 0,07).
Rješavanjem problema (7)-(9) u sustavu MathCad dobivamo točku X* s koordinatama
(s2*, s3*, λ*) = (6,361∙103; 5,694; 1,346 10 4),
u kojem su zadovoljeni Kuhn-Tuckerovi uvjeti (12.1)-(12.6). Postoji točka koja pripada području izvodljivih rješenja u kojoj je zadovoljen Slaterov uvjet regularnosti:
Sost(c2°, c3°) = Sost (10 3 ,1) = - 7,22 10 -9< 0.
Tip uvjetno stacionarne točke određen je prema Sylvesterovom kriteriju u odnosu na Hessianovu matricu Lagrangeove funkcije:
U skladu sa Sylvesterovim kriterijem, matrica L nije ni pozitivno ni negativno određena (poluodređena) (Δ 1 = 4,772 10 -8 ≥ 0; Δ 2 = 6,639 10 -9 ≥ 0; Δ 3 = ‒5,042 10 -17 ≤ 0).
Iz ispunjenosti Kuhn-Tuckerovih uvjeta, Slaterove regularnosti, a na temelju proučavanja predznakoodređenosti Hessove matrice Lagrangeove funkcije u uvjetno stacionarnoj točki, slijedi da je točka (6,361∙10 3; 5,694; 1.346 10 4) je sjedište Lagrangeove funkcije, tj. optimalno rješenje problema (7)-(9).
Dakle, za smanjenje razine fenola u industrijskim otpadnim vodama s 0,006 mg/l (6 MPC) na maksimalno dopušteno (0,001 mg/l), bit će potrebni specifični tekući troškovi od 1,545 rubalja/l. Ova vrijednost specifičnih troškova je minimalna kada se u procesu pročišćavanja koriste optimalne specifične razine potrošnje vodikovog peroksida 6,361·10 3 mg/l i željezovog (III) klorida 5,694 g/l.
Korištenje metode Lagrange multiplikatora za tehničke i ekonomske uvjete (c 1 = 0,006 mg / l; t = 120 h; b = 10 -3 mg / l; k 2 = 24,5 10 -6 rubalja / mg, k 3 \u003d 37 ,5 10 -3 rub./g; i 1 = 10%, i 2 = 12%; m 1 = 5%, m2 = 7%) fenolni spoj sadržan u industrijskim otpadnim vodama do razine MPC.
Identificirani regularizirani matematički model, koji utvrđuje ovisnost razine smanjenja koncentracije fenolnog spoja u vodenom mediju o parametrima procesa fotokemijskog pročišćavanja, ima bolja prediktivna svojstva od modela određenog metodom najmanjih kvadrata. Korištenjem dobivenog regulariziranog matematičkog modela metodom Lagrangeovih množitelja rješava se problem matematičkog programiranja za određivanje procjena optimalnih specifičnih utrošaka kemijskih reagensa (FeCl 3 , H 2 O 2 ), koji su stabilne otopine.
Razmotreni pristup utvrđivanju optimalnih parametara procesa fotokemijskog pročišćavanja pomoću regularizacije omogućit će pružanje učinkovito upravljanje pročišćavanje otpadnih voda od fenolnih spojeva.
Recenzenti:
Yashin A.A., doktor tehničkih znanosti, doktor bioloških znanosti, profesor Odjela za opću patologiju, Medicinski institut, Tula Državno sveučilište", Tula;
Korotkova A.A., doktor bioloških znanosti, profesor, voditelj Odsjeka za bioekologiju i turizam Državnog pedagoškog sveučilišta u Tuli. L.N. Tolstoj, Tula.
Rad je u uredništvo zaprimljen 16.02.2015.
Bibliografska poveznica
Sheinkman L.E., Dergunov D.V., Savinova L.N. IDENTIFIKACIJA PARAMETARA FOTOKEMIJSKE PROČIŠĆENJA INDUSTRIJSKIH OTPADNIH VODA OD FENOLNIH ONEČIŠĆIVANJA METODAMA REGULARIZACIJE // Fundamental Research. - 2015. - Broj 4. - Str. 174-179;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37143 (datum pristupa: 17.09.2019.). Predstavljamo vam časopise koje izdaje izdavačka kuća "Academy of Natural History"
