水厂新型模块化自控设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 水厂新型模块化自控设计 摘要：指出了新型模块化集散控 制系统是将净水系统按吨位组成一个净 水模块，该模块由混合、絮凝、沉淀、 过滤 4 个工序组成；其中混合工艺由扩 散式管道混合器组成；并将消毒系统及 反冲洗系统组装在一个模块内进行处理， 大大节省了传统水厂的占地面积大的缺 点，并且有利于形成对变频供水系统、 反冲洗水泵及自动控制系统、絮凝剂制 配及自动投加系统、中央控制系统、低 压配电系统构成全自动模块化净水厂。 其对现代大型供水工程的发展，将具有 十分重要的意义。 中国论文网 /7/view-12990231.htm 关键词：模块化水厂；有序组合； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 自动控制 中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号： 16749944（2017）16018504 1 引言 集散控制系统 DCS 集中管理、 分散控制，集控制技术、通信技术、图 像显示技术及计算机技术于一体，其基 于可靠性高、实时性强、灵活度高的特 点被广泛用于钢铁、机械、电厂、制冷 空调等领域14 ，近年来逐渐推广到 水处理领域5，6 。与目前水电厂传统 净水工艺流程相比，新型模块化水厂工 艺流程具有可靠性高、系统结构简化的 特点，可以减少出错环节；还具有先进 性、灵活性、实时性和安全性，可以通 过网络通讯方式和系统组态灵活控制系 统控制工况的变化，采用密码保护，具 有很强的安全性能，在大型冷水机组中 使用，既可以节约严重缺乏的水资源， 又可以改善机组的运行特性7，8。国 内外许多学者对新型模块化控制进行了 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 研究9 11 。王蕊 12对广西乐滩水电 站进行了基于 PLC 模块化控制的自控 系统设计，研究了模块化水厂的工艺流 程以及模块化水厂对自控系统的要求， 开发并设计了模块化水厂自控系统； Lai Z13对锅炉温度 PLC 系统进行了重 新设计，对系统进行了生产数据的传输 模块和管理模块的设计，以及控制指令 模块设计；周国栋14 基于芦泾水厂实 际应用工程进行了系统设计优化，对超 滤膜短流程进行了改造，设计了新的 PLC 系统和计算机监控系统，其新的自 控系统的运行，改善了水质，提高了效 率；关贤杰15 、Critchley R F16、 Tomek L17对水厂生产过程的自动化 实现进行了优化设计，对提升泵房的自 动控制进行了现场离线和在线的调试， 对加药间和炭滤池进行双 CPU 的 PLC 程序编写，并将两种冗余方式进行了比 较； Mezzalira L18、Frey G19、蔡 建斌20对净水厂杂质水处理系统进行 研究改造，优化并设计了新型模块化 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 PLC 系统。 笔者在传统的水净化工艺的基础 上，提出了一种将净水各环节集成式一 体化净水设备，是新型模块化水厂自控 设计。针对这种新型的净水设备，在保 证饮用水水质到达国家 106 项要求的情 况下，在自控设计中提出了新的设计要 求和设计思路。 2 模型概述 图 1 为传统的水处理工艺流程。 原水经过取水泵房和输水管道进入净水 厂，然后进入管式混合器，在经过加氯 和投加混凝剂的处理之后进入絮凝池沉 淀，以此来氧化降解原水中的有机物， 之后经过过滤、加氯才算是把原水处理 成了清水，可以经过送水泵房将清水送 至城市的各个管网进行供水。 图 2 为新型模块化水厂工艺流程 示意图。新型模块化水厂工艺流程提高 了效率，改善了水质，增加了可靠性， 加强了实时性。 3 水厂整体 DCS 自动控制设计 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 3.1 设计原则 全厂计算机自控系统采用工业界 目前流行的控制模式，即开放的计算机 网络系统加上流行通用的组态软件以及 可靠通用的 PLC 模块。系统配置和功 能设计按各工艺处理阶段少人值守的原 则进行并遵循如下要求。 （1）高可靠性：选用稳定可靠 的工业控制系统产品，硬件上采用备用 冗余技术，简化系统结构，减少出错环 节。 （2）先进性：控制系统应适应 未来现场总线的技术的发展，性能价格 比高。 （3）灵活性：网络通讯方式和 系统组态灵活，扩展方便，可用性、可 维护性好。并具有开放的软件通讯协议。 （4）实时性：控制系统对工况 变化适应能力强，控制滞后时间短。 （5）安全性：控制系统采用密 码保护、程序所有人认定、程序文件/数 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 据表格保护、存储器数据文件覆盖/比较 /改写保护、通讯通道保护锁定等手段确 保控制系统安全正常运行。 3.2 设计系统思路 在自动控制和信息传输方面，中 央控制系统采用 DCS 控制方式，将各 个独立性能或功能的控制分解到各个子 系统中自行控制，各个子系统之间彼此 独立，各个子系统通过 485 总线方式将 自己的数据上传到中央控制系统，中央 控制系统将数据进行集中管理，根据数 据反馈情况协调控制各个子系统运行。 各个独立的子系统通过 485 总线 将控制请求及数据上传给中央控制系统， 中央控制系统根据各子系统的控制请求 情况，将控制请求依据净水工艺流程的 要求进行排序，依次对各子系y 发布 控制命令，协调控制各子系统的有序合 理的运行。 中央控制系统在数据的采集、传 输、通讯上采用 485 总线方式，各个子 系统通过 485 总线将自己的数据上传到 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 中央控制系统，中央控制系统将数据进 行集中管理，根据数据反馈情况协调控 制各个子系统协调运行。中央控制系统 在数据共享上采用有线网络或无线 GPRS 传输方式，将采集整理后的净水 厂系统数据信息上传至上级主管机关， 上级主管机关通过净水厂管理软件接收 数据，显示净水厂系统的运行情况，同 时可以对净水厂系统的各个控制对象实 施远程遥控。 模块化净水厂整体系统的全自动 控制采用基于 485 总线的 DCS 分散控 制方式，各个子系统内部的过程控制采 用闭环控制方式。 上级主管信息中心与净水厂中央 控制系统、中央控制系统与净水控制主 站系统、中央控制系统与其他控制系统 （一级提水控制系统、二级供水控制系 统、反冲洗控制系统、消毒控制系统等） 、净水控制主站系统与净水控制从站系 统之间的控制采用了 DCS 分散控制方 式的 485 总线技术。 6谓 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 华， 朱开东， 张浩. 萧山水厂自控系 统的设计J. 中国给水排水， 2002， 18（3）：6668. 7田建辉 . 唐家水厂自控系统的 设计特点J. 中国给水排水， 2001， 17（2）：4042. 8张星 . 水厂加氯系统的控制研 究D. 沈阳：东北大学， 2011. 9皮朗 . 水厂自动化供水系统的 优化设计D. 成都：电子科技大学， 2014. 10The Method Selecting Type of PLC in Controlling System，Proceedings of the 8th International Symposium on Test and Measurement（ Volume 5） ， 2009，299301 11Neamtu O. Motion Control with Fuzzy Logic in an High Speed PLC SystemJ. Journal of Electrical & Electronics Engineering， 2008， 1（1）：219. 12王蕊 . 基于 PLC 的模块化水 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 厂自控系统设计D. 天津：天津大学， 2012. 13Lai Z. The Application of PLC in the Auto-control System of Chemical Makeup Water Treatment of BoilerJ. Computer & Information Science， 2009（2）. 14周国栋 . 水厂超滤膜短流程 工艺中自控系统的设计与应用D. 镇江： 江苏大学， 2010. 15关贤杰， 程润钿， 谭钧红. 开平市南楼水厂自动控制系统的实施J. 中国给水排水， 2010， 26（10）： 97100. 16Critchley R F， Smith E O， Pettit P. Automatic Coagulation Control at Water-Treatment Plants in the North-West Region of EnglandJ. Water & Environment Journal， 2007， 4（6）： 535543. 17Tomek L， Trivedi K. Analyses using stochastic reward -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 netsJ.Software Fault Tolerance. 1994（11）. 18Mezzalira L. Real-time systemsJ. Journal of Systems Architecture， 1996， 42（67）： 387390. 19Frey G， Litz L. Formal methods in PLC programmingCIEEE International Conference on Systems， Man， and Cybernetics. IEEE， 2000：24312436. 20蔡建斌 . 水质深度处理中关 键 PLC 技术与应用 D. 上海：华东理 工大学， 2014. Characteristics onThe New Type of Modular Design of Waterworks Automation Yan Lei， Li Zhen （Shan Dong Survey and Design Institute of Water Conservancy， Jinan， Shangdong 250013， China） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 Abstract： The water purification system is composed of a water purification moduleaccording to tonnage.The module is composed of four parts： mixing， flocculation， sedimentation and filtration.The mixing process is composed of diffusion type pipeline mixer. The disinfection system and backwash system areassembled in a module for processing， which saves the area of traditional water treatment plant.It is also conducive to the formation of automatic modular waterworkswith various systems， such as variable frequency water supply system， a backwashing water pump and automatic control system， the flocculant preparation and automatic dosing system， central contro