范文一:饱和溶解氧浓度
?????
饱和溶解氧值(mg/L)
温度(?) 氯化物浓度(mg/L)
0 5000 10000 15000 20000 0 14.62 13.79 12.97 12.14 11.32 1 14.23 13.41 12.61 11.82 11.03 2 13.84 13.05 12.28 11.52 10.76 3 13.48 12.72 11.98 11.24 10.50 4 13.13 12.41 11.69 10.97 10.25 5 12.80 12.09 11.39 10.70 10.01 6 12.48 11.79 11.12 10.45 9.78 7 12.17 11.51 10.85 10.21 9.57 8 11.37 11.24 10.61 9.98 9.36 9 11.59 10.97 10.36 9.76 9.17 10 11.33 10.73 10.13 9.55 8.98 11 11.08 10.49 9.92 9.35 8.80 12 10.83 10.28 9.72 9.17 8.62 13 10.60 10.05 9.52 8.98 8.46 14 10.37 9.85 9.32 8.80 8.30 15 10.15 9.65 9.14 8.60 8.14 16 9.95 9.46 8.96 8.47 7.99 17 9.74 9.26 8.78 8.30 7.84 18 9.54 9.07 8.62 8.15 7.70 19 9.35 8.89 8.45 8.00 7.56 20 9.17 8.73 8.30 7.86 7.42 21 8.99 8.57 8.14 7.71 7.28 22 8.83 8.42 7.99 7.57 7.14 23 8.68 8.27 7.85 7.43 7.00 24 8.53 7.12 7.71 7.30 6.87 25 8.38 7.96 7.56 7.15 6.74 26 8.22 7.81 7.42 7.02 6.61 27 8.07 7.67 7.28 6.88 6.49 28 7.92 7.53 7.14 6.75 6.37 29 7.77 7.39 7.00 6.62 6.25 30 7.63 7.25 6.86 6.49 6.13
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范文二:提高发酵过程中溶解氧浓度的探讨
2009年第3期 总第133期 山东教育学院学报
提高发酵过程中溶解氧浓度的探讨
张海龙 张帜 刘倩
(山东教育学院生物科学与技术系, 山东济南250013)
摘要:本文介绍了发酵过程中氧传递的各种阻力, 分析了影响发酵溶氧的因素, 提出了有效改善和提高发酵过程中
溶解氧浓度的方法和途径。
关键词:发酵; 提高; 溶解氧浓度
中图分类号:T Q021. 4 文献标识码:A 文章编号:1008-2816(2009) 03-0070-03
对于好氧发酵, 溶解氧浓度是最重要的参数之一。随
着高产菌株的广泛应用和丰富培养基的采用, 发酵对氧气的要求更高。微生物呼吸和代谢活动中需要的氧气必须溶解于发酵液中才能被微生物直接利用, 5
水的气体, 在25℃, 1×10Pa 为1. 26mmol/L,0. 25mmol/L) , 氧的, 它所贮存的氧量仍然很少, 在发酵旺盛时期, 一般只能维持微生物正常呼吸15~30s, 其后微生物的呼吸就会受到抑制, 这就决定了大多数微生物深层培养时需要适当的通气条件, 才能维持一定的生产水平。实际上, 生物氧化中氧吸收的效率多数低于2%, 通常情况下常常低于1%。也就是说, 通入发酵罐约99%的无菌空气被白白浪费掉, 而大量无用空气还是引起过多泡沫的因素, 增加了发酵的染菌机会。所以如何改进通气效率提高发酵液中的溶解氧, 是发酵生产中需要很好解决的一个关键问题。1 发酵过程中的氧传递的各种阻力
在深层培养中进行通气供氧时, 氧气从气泡传递至细胞内, 需要克服一系列阻力, 这些阻力包括供氧方面的阻力和耗氧方面的阻力。其中供氧方面的阻力有:气相主体到气液界面的气膜传递阻力; 气液界面的传递阻力; 从气液界面通过液膜的传递阻力; 液相主体的传递阻力。需氧方面的阻力有:细胞或细胞团表面的传递阻力; 固液界面的传递阻力; 细胞团内的传递阻力; 细胞壁的阻力; 反应阻力。氧从空气泡到达细胞的总传递阻力, 为上述各阻力之和。
各传质阻力的大小取决于气体的溶解度。如果气体在液相中的溶解度高, 则液相的传质阻力相对于气相的可忽略不计; 反之, 对于溶解度小的气体, 总传质系数K L 接近于液相传质系数k L , 此时, 总传质过程为液相中的传质过程所控制。由于氧是难溶气体, 因此K L ≈k L 。所以在稳定
收稿日期:2009—01—10
作者简介:张海龙(1979—) , 男, 山东寿光人, 讲师。
情况下, :
L (-C L ) :[mol/(m 3];
K L ———以氧浓度为推动力的总传质系数(m /s ) ;
a ———比表面积(m 2/m3) ;
3
C ———与气相氧分压相平衡的氧浓度(mol/m3) ; C L ———液相主体氧浓度(mol/m3) 。
通常K L 和a 合并作为一个项目处理, 称为容积传递系数(s -1) 。培养物处于充裕的通气状态时, C L 会逐渐接近
C ; 反之, C L 逐渐下降而趋于0, 这时氧传递速率最大, 因
[1]112-114
此将(C 3-C L ) 称为推动力。2 发酵液中的溶氧控制
好氧微生物深层培养时, 需要适量的溶解氧以维持其呼吸代谢和某些产物的合成, 氧的不足会造成代谢异常, 产量降低。而要维持一定的溶氧水平, 需要从供氧和需氧两方面着手。对于耗氧发酵, 主要考虑通过供氧来提高溶解氧的浓度, 从氧的传质方程看出, 可以通过提高氧传递的推动力(C 3-C L ) 和氧传递系数K La 来提高氧的传递效率, 从而提高发酵液的溶氧浓度。同时要有适当的工艺条件来控制需氧量, 使菌体的生长与产物形成对氧的需求量不超过设备的供氧能力。2. 1 提高氧传递推动力(C 3-C L ) 的途径
(
)
3
影响氧在溶液中饱和浓度C 3的因素包括培养基养分的丰富程度、培养温度、氧分压等。因此采用限制培养基养分、降低培养液的温度或提高发酵罐氧分压等方式可以提高C 3, 但这些方法均有较大的局限性。发酵培养基的组成和培养温度是根据已知菌种的生理特性和生物合成代谢的需要而确定的, 不能随意改变。采取提高罐压的措施固然能增加C 3, 但同时也会增加其他气体(如二氧化碳) 的浓
总第133期 71山东教育学院学报 度, 而且二氧化碳在水中的溶解度比氧高30倍, 在高的罐压下, 不利于液相中二氧化碳的排除, 从而影响菌体的生理代谢。因此, 在实际生产中, 增加罐压有一定的限度, 最好能控制在0. 1MPa 以下。此外, 对产值高、规模小的发酵在关键时刻可以通过富氧通气增加发酵罐内的氧分压, 但这种方法在大生产中既费事又不经济, 且纯氧易引起爆炸。局部氧的浓度过高还会产生新生氧O 、超氧化物基02-或羟基自由基OH -, 破坏细胞组分。2. 2 提高容积传递系数K L a 途径
从一定意义上讲, K L a 越大, 好氧生物反应器的传质性能越好。影响K L a 的因素可分为操作变量、反应液的理化性质和反应器的结构三个部分。操作变量包括温度、压力、通风量和转速(搅拌功率) 等; 发酵液的理化性质包括发酵液的粘度、表面张力、组成成分、流动状态、发酵类型等; 反应器的结构包括反应器的类型、反应器各部分尺寸的比例、空气分布器的型式等。因此, 改变容量传递系数K L a, 可以从改变上述三个方面入手, 但对于一定的发酵生产来讲, 微生物菌种和发酵液中培养基的组成是确定的, 液体的性质不能轻易改变。所以, 在生产实践中, 件和优化反应器的结构来提高K L a, 解氧浓度。2. 2. 1 , 将由分布管, 使空气与醪液充分混合, 从而增大汽液相的有效接触面积, 延长气泡在液体中的停留时间, 增加气液传质效果, 促使氧在醪液中溶解, 以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需的氧气。微生物在呼吸时, 只能利用溶解于培养基中的氧。气泡只有通过搅拌将其打碎, 均匀地溶解于培养基内, 一部分氧分子才能透过微生物细胞膜进入细胞内被利用。发酵液中的气泡愈小, 单位体积内气泡与发酵液的接触面积就愈大, 液体中的溶氧速率也愈快。溶氧大小主要是由通气量与搅拌两大因素决定的, 研究表明, 增加搅拌转速比增加通气量效果更为显著。在一定限度的通气量范围内, K L a 随通气量的增加而增加。如果超过这一限度, 搅拌器就不能有效地将空气泡分散到液体中, 而在大量空气泡中空转, 发生“过载”现象。此时叶轮不能分散空气, 气流形成大的气泡, 沿轴的周围逸出。这时搅拌功率会大大下降, K L a 也不能再增加。因此盲目增加通气量不一定就能增加溶氧, 反而会增加空气过滤器的负担和染菌的可能。当然搅拌功率也不是越大越好, 过于激烈的搅拌, 会产生很大的剪切力, 导致微生物菌种和产物的失活。另外, 搅拌功率过大, 也会导致系统运行不经济, 造成资源浪费。
()
例如在雷斯青霉发酵实验中[2]41-44, 分别通过改变通气量和搅拌速度来调节发酵时的溶解氧, 考察溶氧调控方式对转化的影响, 结果发现, 随着通气量和搅拌速度的提高, 最高转化率提高, 同时达到最高转化率的时间缩短, 但搅拌速度过高时, 转化率反而降低。发酵后期镜检发现, 此时菌球已被打碎、菌丝断裂, 可见过高的搅拌速度造成的剪切力对菌体造成了破坏, 从而影响了转化率。王方
等[3]7-10利用拟无枝酸菌ST27100转化洛伐他汀为无锡他汀的发酵实验中, 考察搅拌转速对溶氧和转化率的影响时发现, 当搅拌转速由100r/min 增至300r/min 时, 虽然搅拌剪切力逐渐增大, 但氧的供应也更充足, 使底物转化率升高, 说明在这一阶段, 溶氧起主导作用; 而搅拌转速由300r/min 增至400r/min 时, 溶氧最低保持在35%, 但是转化率反而降低, 说明在这一阶段, 供氧量已经能够满足菌体生长的需求, 但是由于强剪切作用, 使菌体受损, 造成菌体生长缓慢, 影响底物转化。2. 2. 2 通气装置的型式对发酵溶氧的影响
通气装置的作用是吹入无菌空气, 并将空气分布均匀。当通风量在0. 02~0. 5m l/s 时, 气泡的直径与空气喷口直径的1/3次方成正比, 即喷口直径愈小, 气泡直径也愈小, 氧的传质系数愈大。但实际生产中通风量均超过上述范围, 此时气泡直径与喷口直径无关, 大。、、, 、()
, [4]41-46, 此装置安装, 空气从喷嘴高速喷出, 在混合器中与在负压和卷吸作用下吸入的液体混合后以自由射流方式射入罐中液层, 上升气泡再遇搅拌器, 被再次分散后, 进入发酵罐上部空间放空。该装置使气、液两相混合物产生与机械搅拌器方向一致的径向全循环的喷射旋流运动, 其气泡直径随着通气量的增大或喷嘴推动力的增加而减小, 容积传质系数提高。2. 2. 3 搅拌器的型式对发酵溶氧的影响
发酵罐中的机械搅拌器大致可分为轴向和径向推进两种型式。在传统的发酵罐中, 经常使用的是最典型的Rusht on 涡轮, 其结构比较简单, 通常是一个圆盘上面带有六个直叶叶片, 也称为六直叶圆盘涡轮。由于圆盘的存在, 可防止气体沿轴向短路, 迫使气体进入桨叶端部的高剪切区。理论和实践都证明圆盘涡轮径流型搅拌器能对进入发酵罐的空气进行很好的分散, 所以做底层搅拌非常合适。叶轮的型式除了应用较好的箭叶、平直叶, 近年来又有新开发的半圆管式和前抛物线式等, 较典型的美国凯米尼尔(CHE M I N EER ) 公司的凹面叶盘式搅拌器CD -6, 该搅拌器具有强大的气体处理能力。据文献报道, 在高能量搅拌和高气体流率情况下, 在单位体积和气体表观速度相同的条件下, 用C D -6搅拌器比用常规的平叶盘式搅拌器传质系数可增加近一倍, 同时CD -6搅拌器比平叶盘式搅拌器处理气体的能力能提高46%。但随着现代发酵工业的进展, 发酵罐的容积越来越大。如果在一个大型发酵罐(>
3
100m ) 中采用全径向流搅拌器组合, 圆盘就会把罐内发酵液分成以其为界的上下多个循环区, 虽然罐内安装的挡板能够帮助液体形成一定的二次循环流, 但通常情况下, 区间混合时间为区内混合时间的10倍以上, 结果使全罐的混合变得更加困难。另外. 圆盘涡轮浆的叶轮区剪切作用最强, 在叶轮附近形成富氧区, 溶氧水平超过菌体呼吸频率所需
(
)
72 张海龙等:提高发酵过程中溶解氧浓度的探讨 2009年第3期
氧气; 而在循环区, 一方面由于主体循环差, 氧浓度低; 另一方面由于循环区内发酵液流速低, 气泡聚并现象严重, 气液接触的表面积降低, 造成菌体的供氧不足。
相对于径流式搅拌器, 轴流式搅拌器不存在分区循环, 罐内主体循环良好, 提高了循环区发酵液流速, 抑制了循环气泡的聚并。另外, 虽然轴流式搅拌器的最大剪切速率比圆盘涡轮浆小, 但在整个搅拌罐内的平均剪切速率却比圆盘涡轮浆高出两倍以上, 剪切温和, 能更好的保护菌种和代谢产物, 同时也减少功率消耗, 起到节能降耗的目的。其中最有代表性的轴流搅拌器是美国莱宁(L I GHT N I N ) 公司开发的A -310搅拌器、A -315搅拌器, 美国凯米尼尔公司的HE -3搅拌器, 美国费城(PH I L ADE LPH I A ) 搅拌设备公司的LS 和HS 两个产品系列, 法国豪斑(ROB I N ) 公司的HP M 搅拌器等。这些新型轴流搅拌器消耗的功率低, 并且由于其轴流特性, 可以产生较大的体积循环, 具有节能、高效、造价低廉且易于大型化的特点。
由于轴流搅拌器的轴流特性, 轴流搅拌器组成的搅拌系统能够提供较高的宏观液流, 改善搅拌效果。但是仅仅由轴流搅拌器组成的搅拌系统形成微观液流的能力较差求, 因此选用径-拌系统中, 器的功率因数, , 可以将更多的搅拌功率集中用于底层搅拌器, 从而底层搅拌器可以选用较大的直径, 提高底层搅拌的气-液分散能力。由于上面各层轴流搅拌器的大循环量的作用, 气体会多次被带回轴流搅拌器中央, 再被上面的轴流搅拌器接力似地向下送回到底层搅拌器, 并被再次分散。气体在离开发酵液之前, 会多次在罐中上下往返运动, 因此气体在发酵液中有更多的停留时间, 也就是说, 有更长的气-液传质时间。纯径流搅拌器系统不能实现富氧区、富营养区和富菌群区的“三区重合”。在这种情况下, 发酵罐下部发酵液中营养成分不足, 影响代谢过程; 上部发酵液则因为菌群浓度不够而影响了氧的利用。这种情况会导致发酵液中的溶氧浓度偏高, 从而减小了溶氧浓度与饱和氧浓度的浓度差, 即减小了气-液传质的推动力。而在轴-径流搅拌器组合系统中, 在轴流搅拌器自上而下的大循环量连续泵送流体的作用
下, 由罐顶部加入的营养成分被迅速送到底部, 罐内的流动死区基本上被消除, 加速了耗氧代谢的速度。从而使局部的溶氧富集现象得到克服, 确保气-液传质推动力比较大。轴-径流组合搅拌系统在气液相界面更新和避免发生气泡聚并方面的能力也比较强。因为轴流搅拌器能够提供远大于径流搅拌器的液体循环流量和循环次数, 这样可以使气-液相界面的液相侧得到更快的更新, 从而获得更大的传质推动力; 另外还可以将被粉碎了的气泡更快的疏散开, 避免因局部气泡过多, 碰撞而发生再次聚并, 从而确保较大的气相面积存在。这两个因素都有利于气-液传质过程。
除此以外, 培养基溶解氧的多少还取决于发酵罐的高径比、液层高度、搅拌叶直径大小等。同样容积的发酵罐, 高径比大的溶解氧高, 液层深的溶解氧高, 装档板的比只装列管的溶解氧高, 搅拌叶直径大的溶解氧高。罐的高径比H /D,氧速率、。3 , 长期以, 而忽视了对。很多生物生产的成功实例表、设备的改进能在很大程度上提高产品的质量和产量, 进而提高整个生产过程的经济效益。溶氧是发酵生产中的一个关键因素, 通过通风和搅拌能够改善培养基质中的溶解氧, 但都有一定的限制。改进生物反应器的结构是提高发酵液中溶氧水平的有效途径, 需要不断地试验, 然后放大到工业化生产。参考文献:
[1] 贾士儒. 生物反应工程原理[M].北京:科学出版社, 2004. [2] 段少军, 杜连祥, 高艳玲等. 雷斯青霉15a 一羟基化左旋乙基
甾烯双酮的发酵工艺优化[J ].化学与与生物工程, 2008, 25
(3) .
[3] 王方, 诸葛斌, 方慧英等. 拟无枝酸菌ST2710转化洛伐他汀
为无锡他汀的发酵工艺的初步研究[J ].食品与发酵工业,
2008, 34(10) .
[4] 杨瑞, 周肇义, 蒋述曾. 新型高效射流搅拌发酵罐的开发和
应用[J ].食品与发酵工业, 1999, 25(5) .
Study on How to I ncrea se Concen tra ti on of
Solved O xygen i n Ferm en t a ti on
Zhang Hail ong Zhang Zhi L iu Q ian
(Depart m ent of B i ol ogical Sciences and B i otechnol ogy, Shandong I nstitute of Educati on, J inan 250013, China )
Abstract:The text intr oduced oxygen transfer in fer mentati on, and p r obed that how t o i m p r ove and increase the concentrati on of the diss olved oxygen by analyzing the fact ors affecting the diss olved oxygen . Key words:Fer mentati on; I m p r ove; D iss olved oxygen
范文三:污水处理曝气过程中溶解氧浓度智能控制系统
and Products
高新技术
污水处理曝气过程中溶解氧浓度智能控制系统
李素康
1
陈金勇
2
甄然
2
王开拓
2
(1. 石家庄市佳信电气有限公司,河北石家庄0500801; 2. 河北科技大学电气工程学院,河北石家庄050018)
摘
要:基于城市生活污水问题,开展活性污泥法溶解氧浓度的智能控制研究。从污水处理的工艺流程出发,利用PLC 与现
场总线相结合建立自动化污水处理系统,采用PLC 控制器为核心的自动污水处理系统,利用现场总线实现与中控室PC 机
实时通信的功能,控制溶解氧浓度维持恒定,提高污水处理的效率,促进污水处理系统智能控制、动态监控等多方
面的全面发展。
关键词:PLC ;现场总线;智能控制;动态监控中图分类号:R12文献标识码:A 城市生活污水的治理程度与水环境的保护和合理利用息息相关,加强城市生活污水的治理是我国改善并保护水资源、促进社会持续稳定发展的重要举措。目前,活性污泥法是城市生活污水处理过程中使用极为普遍的方法之一,它具有处理废水效率高、效果好,而且处理后的水质良好的特点。在活性污泥法处理污水的过程中,核心的装置就是曝气池,而曝气池内溶解氧的浓度不是越大越好,它的高低不仅会影响废水中有机物的去除程度,而且也会涉及到运行的成本以及出水的效
则对果。若能控制溶解氧浓度维持恒定,
处理过程的控制以及减少运行过程的能量消耗具有非常重要的价值。而且混合液
形象的展现整个里溶解氧浓度能够快速、
废水处理过程的进行情况,如果池内的氧浓度太多或者太少,都将严重破坏微生物的生长环境,因此,如何构造恰当的控制器来确保曝气池内溶解氧的浓度是及其
有价值的。
1活性污泥法的主要流程
活性污泥方法控制系统的整套设备包括:曝气池、二沉池、污泥回流以及排除几个主要部分,活性污泥法的重要构成装置包括曝气池以及二次沉淀池。曝气池内包含待净
附着在活性污泥上化的废水、
的微生物,并且需通过鼓风机确保池内的溶解氧含量,鼓风也可以实现微生物与废水的
由于活性污泥上附均匀混合。
着的微生物属于好氧菌,所以
图1曝气池溶解氧浓度控制系统硬件组成方框图
在充足的氧气下,这些微生物
通过复杂的生物化学反应来去除废水中内,以确保曝气池装置里充足的微生物浓
度,多余的部分则排放处理。的各类有机物,反应充分后,在二沉池进
2控制系统的基本组成行固液分离,上层是处理干净的清水,下
根据曝气池控制系统对被控变量溶层则是活性污泥,一部分回流到曝气池
5.2加强对原料氯含量检测频次
对原料的杂质分析进行跟踪监测,因现预处理是常压直馏石脑油直供,故应增加采样化验频次。抓住源头,提早作出相
当脱氯剂的计算氯容接近应的工艺改变。
脱氯剂的穿透氯容时及时更换脱氯剂。还应在预加氢产物分离罐(V-102)水包出口增加pH值在线监测仪。
5.3增设在线腐蚀监测系
在易发生腐蚀部位增设在线腐蚀检测系统,目前炼油行业的腐蚀监测方法以
中石化、中电感和pH监测为主,中石油、
海油所属炼油厂,设备腐蚀监测的覆盖率已经很高,基于设备腐蚀特点,以常减压的腐蚀监测为必须,适当在催化、重整,乃至全厂的腐蚀监测系统也已经有较大普
在线腐蚀检测系统的增设可以尽快掌及。
握易腐蚀部位设备均匀腐蚀或局部腐蚀情况,及早在工艺上作出改变。
5.4对多次腐蚀堵塞的设备增加副线便于不停工处理问题
可对易腐蚀设备增加副线,在发生腐蚀或铵盐阻塞时可切出处理。在空冷器出常的生产运行管理中应认真做好以下几
入口增加阀门,其中一台出问题可切除系个方面的工作:(1)加强对原料油及补充统之外进行处理。此举可保证装置长周期氢中氯化物的检测。(2)加强对装置易腐运行。蚀部位的在线检测。(3)密切关注产物分
5.5可对易铵盐结晶设备定期进行压离罐中酸性水的pH值,以便调整注水量。差检测(4)加强日常设备巡检维护,及时发现问
可定期对设备出入口进行压差检测,题及时处理,避免事故进一步扩大。
参考文献检测出设备压降,通过比较前后数据或与
设计值对比判断此设备铵盐结晶严重程[1]王智. 连续重整装置预处理系统的腐蚀度。与防护[J].石油化工腐蚀与防护,2005.
5.6保持精细平稳操作[2]林昊健. 胜利炼油厂600kt/a连续重整装严格遵守操作规程,在设计参数下和置预处理系统腐蚀[J].齐鲁石油化工,2004. 工艺卡片指导下进行装置开停工操作和[3]朱文胜. 连续重整装置预处理系统的腐正常温度、蚀失效分析[J].管道技术与设备,压力等工艺指标的调整。保证2005. 装置平稳操作,减少操作波动,对设备安全运行意义重大。
结语
预处理系统的腐蚀是炼油企业经常遇到的问题,处理和防护不好将严重影响装置的安全和平稳生产。这除了在设计阶段应考虑并采取相应措施,也取决于操作及管理人员的技术水平和业务素质。在日
-28-
中国新技术新产品
高新技术
解氧浓度的控制要求,该控制系统由以下硬件组合而成:研华工控机、西门子
溶解氧浓度检测仪(DOS7-300系列PLC、
仪)、提升泵、回流泵、西门子420变频器、鼓风机等组成,全局构成装置如下图1所示。
3智能算法实现
通过先进的智能控制算法改善控制效果,是当前通用的方法,但是如何将智能控制算法应用于实际的污水处理系统是需要解决的重要任务之一。由于PLC梯形图编程繁琐,且内存有限,如果利用PLC的梯形图编程来实现滑模控制算法是很困难的;同样,由于组态王的计算能
China New 图2滑模控制算法实现流程图
力不够强大,且调试不方便,若借助组态王来完成智能控制及其仿真是不现实的。MATLAB软件拥有强大的计算功能,且易于程序的编写、调试、修改及仿真,故利用MATLAB实现智能控制算法是很容易的。但MATLAB和组态王之间不能直接传递数据,需要由DDE来完成。其控制过程详见图2。
在本曝气池自动控制实验系统中,现场采集的溶解氧浓度信号先传给S7300PLC,由PLC再传给组态王,然后利用DDE通讯将其传给MATLAB,MATLAB计算完成后,将滑模控制器的输出值回传给组态王,经由组态王传给PLC,再由PLC控制变频器,进而控制鼓风机实现对溶解氧浓度的控制。
3.1DDE在MATLAB中的应用当MATLAB作为客户端时,需用到几个特定的DDE函数,具体如下:
(1)初始化:channel=ddeinit(‘VIEW’,‘TAGNAME’);
(2)建立链接:rc=ddeadv(channel,item,callback,upmtx,format,timeout);在这里:callback代表的是item中数据改变时程序将调用执行的控制子函数;upmtx用于存储接收的数据,当设置它是非空时说明建立的是热链,否则建立的就是温链;format指的是数据格式;timeout代表的是时间,单位为毫秒;
(3)请求数据:data=ddereq(channel,
item,format,timeout);
(4)发送数据:rc=ddepoke(channel,i-tem,data,format,timeout);
(5)释放链接:rc=ddeunadv(channel,item,format,timeout);
(6)链接终止:rc=ddeterm(channel)。3.2组态王里DDE设备的建立
由于组态王支持DDE通讯,故可以达到同MATLAB实时互换数据的目的。在组态王里建立DDE设备的具体步骤如下所述:打开组态王,在工程浏览器界面点击“设备”,然后再选中下一级“DDE”,在
“新建”的图标,然后对其双右边会出现
击,即会显示一个配置向导的窗口,然后单击“DDE”,点下一步,弹出逻辑名称
“MATLAB”后,对话框,输入连接对象名
单击下一步,需要输入服务程序名“Matlab”以及话题名“Engine”,同时选择的数据交换方式是标准的Windows项目交换,单击下一步即可完成MAT-LAB设备的定义。
3.3智能控制算法的编程实现
此部分要实现的功能就是现场采集到的曝气池内溶解氧浓度的值与智能控制算法的控制器输出值之间的交换,即通过溶解氧检测仪将采集到的信号传递给S7300PLC,PLC通过A/D转换后,再将信号传递给组态王,组态王通过与MATLAB的DDE通讯,将信号传递给MATLAB中的智能控制算法,智能控制器在MATLAB中运算后,将结果传给组态王,组态王再将结果传给PLC,经过D/A转换后,再将控制器的输出结果送给执行器,本实验的执行器是西门子420变频器,变频器依据相应的控制规律,再控制鼓风机,进而实现对曝气池内溶解氧浓度的控制。
在MATLAB软件中创建新的m文件,首先编写DDE初始化函数以及控制函数,DDE初始化成功后,则可运行调试主程序,现将主要的几条命令语句介绍如下:
functionu=control(RY1);此命令是用来定义一个控制函数,其中u指的是滑模控制器的输出值,RY1指的是由组态王传来的曝气池内溶解氧的浓度值,control为控制函数的名称。
x3(i)=ddereq(channel,‘S7300.DB.54’);此命令是将“S7300.DB.54”中的变量值传给变量x3(i),其中channel指的是初始化时的通道号。
u=control(RY1);此命令是用来实现滑模控制算法的,由于此控制算法程序的编写比较繁琐,故特意将此控制算法单独编为子函数,当主函数中索取的溶解氧浓
度值变化的时候,主函数自动调用子函
数,完成滑模控制的算法。此子函数也可以拓展为其他的高级控制算法。
rc=ddepoke(channel,‘S7300.M32’,u);此命令是将滑模控制器的输出值回传给组态王中相应的变量对应的设备.寄存器S7300.M32,通过PLC再传给变频器,进而控制鼓风机。
rc=ddeterm(channel);此命令用来实现DDE通讯的结束。
结语
本章首先阐述了自动控制系统的构成以及各部分在整个控制系统中所起的作用;其次是整个控制系统的硬件构成与软件设计,其中硬件构成涉及到PLC控制系统及功能模块,最后的核心是控制算法的实现,而智能控制算法的实现是通过动态数据通讯DDE来实现的,利用组态王进行现场实时数据采集、工艺流程图展现、绘制实时趋势曲线等,然后将现场采集的溶解氧浓度值由DDE通讯技术传递给MATLAB中已编好的m文件,进而达到控制曝气池内溶解氧浓度的目的。实现了溶解氧浓度的控制,提高污水处理的效率,促进了污水处理系统智能控制、动态监控等多方面的全面发展。
参考文献
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基金资助:河北省自然基金,项目编号:F2012208075;河北省教育厅青年基金,项目编号:Z2010136
中国新技术新产品-29-
范文四:污水处理曝气过程中溶解氧浓度智能控制系统
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污水处理曝气过程中溶解氧浓度智能控制系统
作者:李素康 陈金勇 甄然 王开拓
来源:《中国新技术新产品》2013年第14期
摘 要:基于城市生活污水问题,开展活性污泥法溶解氧浓度的智能控制研究。从污水处理的工艺流程出发,利用PLC 与现场总线相结合建立自动化污水处理系统,采用PLC 控制器为核心的自动污水处理系统,利用现场总线实现与中控室PC 机实时通信的功能,控制溶解氧浓度维持恒定,提高污水处理的效率,促进污水处理系统智能控制、动态监控等多方面的全面发展。
关键词:PLC ; 现场总线; 智能控制; 动态监控
中图分类号:R12 文献标识码:A
城市生活污水的治理程度与水环境的保护和合理利用息息相关,加强城市生活污水的治理是我国改善并保护水资源、促进社会持续稳定发展的重要举措。目前,活性污泥法是城市生活污水处理过程中使用极为普遍的方法之一,它具有处理废水效率高、效果好,而且处理后的水质良好的特点。在活性污泥法处理污水的过程中,核心的装置就是曝气池,而曝气池内溶解氧的浓度不是越大越好,它的高低不仅会影响废水中有机物的去除程度,而且也会涉及到运行的成本以及出水的效果。若能控制溶解氧浓度维持恒定,则对处理过程的控制以及减少运行过程的能量消耗具有非常重要的价值。而且混合液里溶解氧浓度能够快速、形象的展现整个废水处理过程的进行情况,如果池内的氧浓度太多或者太少,都将严重破坏微生物的生长环境,因此,如何构造恰当的控制器来确保曝气池内溶解氧的浓度是及其有价值的。
1活性污泥法的主要流程
活性污泥方法控制系统的整套设备包括:曝气池、二沉池、污泥回流以及排除几个主要部分,活性污泥法的重要构成装置包括曝气池以及二次沉淀池。曝气池内包含待净化的废水、附着在活性污泥上的微生物,并且需通过鼓风机确保池内的溶解氧含量,鼓风也可以实现微生物与废水的均匀混合。由于活性污泥上附着的微生物属于好氧菌,所以在充足的氧气下,这些微生物通过复杂的生物化学反应来去除废水中的各类有机物,反应充分后,在二沉池进行固液分离,上层是处理干净的清水,下层则是活性污泥,一部分回流到曝气池内,以确保曝气池装置里充足的微生物浓度,多余的部分则排放处理。
2 控制系统的基本组成
范文五:空气中的溶解氧
空气中的溶解氧
一个大气压下(101.3kPa)的水饱和空气
中,氧气的溶解度
氧气的溶解度, mg/L 温度,?
温度? 盐度0 9.0 18.0 27.0 36.0
0 14.6 13.73 12.89 12.11 11.37
1.0 14.22 13.36 12.55 11.79 11.08
2.0 13.83 13.00 12.22 11.49 10.80
3.0 13.46 12.66 11.91 11.20 10.54
4.0 13.11 12.34 11.61 10.93 10.28
5.0 12.77 12.03 11.33 10.66 10.04
6.0 12.45 11.73 11.05 10.41 9.81
7.0 12.14 11.44 10.79 10.17 9.58
8.0 11.84 11.17 10.54 9.94 9.37
9.0 11.56 10.91 10.29 9.71 9.16
10.0 11.29 10.66 10.06 9.50 8.97
11.0 11.03 10.42 9.84 9.29 8.78
12.0 10.78 10.19 9.63 9.09 8.59
13.0 10.54 9.96 9.42 8.90 8.42
14.0 10.31 9.75 9.22 8.72 8.25
15.0 10.08 9.54 9.03 8.55 8.09
16.0 9.87 9.35 8.85 8.38 7.93
17.0 9.67 9.15 8.67 8.21 7.78
18.0 9.47 8.97 8.50 8.05 7.63
19.0 9.28 8.79 8.34 7.90 7.49
20.0 9.09 8.62 8.18 7.75 7.35
21.0 8.92 8.46 8.02 7.61 7.22
22.0 8.74 8.30 7.88 7.47 7.09
23.0 8.58 8.14 7.73 7.34 6.97
24.0 8.42 8.00 7.59 7.21 6.85
25.0 8.26 7.85 7.46 7.09 6.73
26.0 8.11 7.71 7.33 6.97 6.62
27.0 7.97 7.58 7.20 6.85 6.51
28.0 7.83 7.45 7.08 6.73 6.40
29.0 7.69 7.32 6.96 6.62 6.30
30.0 7.56 7.20 6.85 6.52 6.20
31.0 7.43 7.07 6.74 6.41 6.10
32.0 7.31 6.96 6.63 6.31 6.01
33.0 7.18 6.84 6.52 6.21 5.92
34.0 7.07 6.73 6.42 6.11 5.83
35.0 6.95 6.63 6.32 6.02 5.74
36.0 6.84 6.52 6.22 5.93 5.65
37.0 6.73 6.42 6.12 5.84 5.57
38.0 6.62 6.32 6.03 5.75 5.48
39.0 6.52 6.22 5.93 5.66 5.40
40.0 6.41 6.12 5.84 5.58 5.32
41.0 6.31 6.03 5.75 5.50 5.25
42.0 6.21 5.94 5.67 5.41 5.17
43.0 6.12 5.84 5.58 5.33 5.09
44.0 6.02 5.75 5.50 5.25 5.02
45.0 5.93 5.67 5.42 5.18 4.95