（机械电子工程专业论文）小型水厂单片微型计算机控制系统研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 摘要 摘要 厂、水厂自动化生产是现代水厂建设的客观要求，是提商人民生活质量。 保t 芷工农业生产的必要条件。在广大给水工作者的努力下，在引进国外先 进技术设备的条件下，我国水厂、特别是大中型水厂已经实现了自动化生 产。但是广泛分布在农村以及小城镇中的小型水厂，其自动化程度不高， 供水水质、供水水压都存在诸多问题，小型水厂控制系统自动化急待提高。 为了支持小城镇及农村经济发展和提高小城镇和农村居民的生活水平和质 量，小城镇和农村的给水自动化问题急待解决。 在各种各样控制系统应用于水厂自动化控制系统中本文首次提出用 单片机为控制核心来控制小型水厂的生产，以达到提高小型水厂控制系统 自动化程度同时设计出价格低廉、性能可靠的小型水厂控制系统的目的。 文中主要介绍了国内外水厂自动化控制现状。从软硬件两方面入手， 对小型水厂部分控制系统作了设计。硬件选用a m e l 公司的a t 8 9 c 5 1 ( 与 i n t e l 公司m c s 一5 l 系列兼容) 作为控制核心，并作了各种必要的硬件扩展 和匹配；用汇编语言作了部分控制系统程序设计。同时还对小型水厂的数 据采集与控制网络作了了设计介绍。最后，为了提高系统可靠性以及其抗 干扰能力，文中还就单片机控制系统的抗干扰措施做了设计。 在生产实践中，文中设计的小型水厂单片机控制系统是可以实现的， 是可以达到预期的目的的；在理论上，小型水厂单片微行计算机控制系统 研究也为小型水厂自动化控制系统提供了另外一种设计思路，同时，这也 是论文的创新所在。 关键词：小型水厂，控制系统，单片微型机， t 8 9 c 5 1 重庆大学硕士学位论文 摘要 s t u d y o n s i n g l e c h i pc o m p u t e r c o n t r o l s y s t e m s i nm i n i a t u r ew a t e rw o r k s a b s t r a c t a u t o m a t i cp r o d u c ew a so b j e c t i v er e q u e s i t i o ni nt h ed e v e l o p m e n to ft l e m o r d e nw a t e rw o r k s , i tw a se s s e n f i a lc o n d i t i o nt or a s et h el e v e lo f t h e p e o p l e s l i f ea n dt og u a r a n t e et h ep r o d u c eo ft h ea r g r i c u l t u r ea n di n d u s t r y u n d e rt h e s t r i v i n g o ft h e l a r g e w a t e r s u r p p l yw o r k e r s ，b yi m p o r t i n g t h ea d v a n c e d t e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t s ，a u t o m a t i cp r o d u c e h a sb e e nr e a l i z e di nw a t e rw o r k s ， s p e c i a l l yi nt h el a r g eo rm i d i u m s i z e dw a t e rw o r k s b u t 。t h ea u t o m a f i c i t yw a s n o ts e n i o r s ，a n dt h ea u t o m a t i o nn e e d e dt or a i s ei nt h em i n i a t u r ew a t e rw o r k s w i d l l yd i s t r i b u t e di nv i i i a g e sa n d s m a l lt w o n s t os u p p o r tt h ed e v e l o p m e n to f a g r o n o m ya n d $ m a l it w o n se c o n o m i c 。t or a i s et h el e v e lo f t h er e s i d e t a t t h e a u t o m a t i cq u e s t i o i l sn e e d e dt os o l v e i nt h ep r o c e s so f a u t o m a t i c al o to f c o n 廿0 1 s y s t e m s 啪u s e d i no r d e r t oe l d 讶n c e a u t o m a t i e i t ya n d t od e s i g nl o w p r i c e a n d r e l i a b l ec o n t r o ls y s t e m si nt h em i n i a t u r ew a t e rw o r k s ，t h es i n g l e - c h i pc o m p u t e r c o n t r o ls y s t e m sw 弱a d o p t e dt oc o n 仃o lt h ew o r ki nt h em i n i a t u r ew a t e rw o r k s a u t o m a t i cc o u t r o lp r e s e n to ft h ew a t e rw o r k sw a si n t r o d u c e di no u r c o u n t r ya n d o v e r s e a s p a r to f t h ec o n t r o ls y s t e m s 梳d e s i g n e di nt h em i n i a t u r e w a t e rw o i k sf r o mh a r d w a r ea n ds o f i 、) 峨i nt h ea s p e c to f h a r d w a r e , t h ek e y c e n l r a l e o n t r o lu n i t w 鹊t h e a t 8 9 c 5 l ( c o m 倒i b l e w i t h t h e m c s 5 1s e r i e s m a d e b y h t e lc o 、m a d e b ya l m e l c o a n do t h e r r n a t e h i n g a s s o t i a l i o n sw e t e d e s i g n e d i nt h ea s p e c to f s o f t w a r e , t h ea s s e l l l b l et op r o g r a ma l lt h em o n i t e ra n dc o n t r o i p r o c e s s i n g f i n a l l y ，t h ea n t i - i n t e r f e r e n c et e c h n o l o g yw e r ed e s g n e di no r d e rt o i m p r o v er e l i a b l i t ya n d a n t i i n t e r f e n c eo f s y s t e m s 1 1 硷s i n g l ec h i pc o m p u t e rc o n t r o ls y s t e m sd e s i g n e do fm i n i a t u r ew a t e r w o r k si nt h ep a p e rc o u l db er e a l i z e dp r a c t i c a l l y , t h ea n t i c i p a n to b j 。c tc o u l db e a t m i n e d t 1 1 es t u d y o f t h es i n g l ec h i p c o m p u t e r c o n t r o ls y s t e m so f f e r e da n o t h e r w a yt od e s i g n t h ea u t o m a t i o n a lc o n t r o l s y s t e mo fm i m a m r ew a t e rw o r k s t h e o r e t i c a l l y , a tt h es a l n et i m e ，i tw a s t h ei n n o v a t i o no f t h i sp a p e r k e yw o r d s ：m i n i a t u r e w a t e r w o r k s , c o n t r o l - s y s t e m s , s i n g l e - c h i pc o m p u t e r , a t 8 9 c 5 1 霞庆大学硕士学位论文 绪论 1绪论 1 1 国内外水厂控制自动化概述儿”1 随着科技进步，随着我国现代化的进程，高科技、高技术已开始深入 各个领域，自来水厂生产的智能化、自动化问题在生产实践中也越来越得 到重视。 自来水厂关系到千家万户。其重要性是不言而喻的。我国自来水厂的 水质、水量、水压、供水安全、能耗、药耗等问题都急待采用计算机智能 控制技术，用以分析进水水质的变化、自适应地调整投药量和供水水压， 协调各处理工艺的配合关系，以达到最优水质、最低的能耗和药耗；根据 用户对水量的需求的变化，通过对管网和泵站的智能调控，获得最佳供水 水量和水压的效果。 目前，法国、奥地利、日、美等发达国家在自来水厂净水工艺和供水 管网方面的先进水平是采用计算机智能控制技术，对原水进行预处理和自 来水进行深度处理，获得优质水质和制水的高效率、低能耗。如奥地利的 g s p 公司、e l i n 公司以及法国的t e 公司都是在水厂自动化控制系统方面处 于世界领先水平，也是目前我国水厂智能化进程中引进设备和技术的主要 合作伙伴。 我国已经有些大中城市的水厂用巨额外汇购买了外国计算机智能控 制先进技术和设备，但是由于技术保密，很难获得其软件、接口、传感等 关键性控制技术。 借鉴国外的先进技术，研究适合我国国情的水厂智能控制体系已经迫 在眉睫。 1 2 我国水厂自动化控制发展概况d 1 嘲嘲蛳m 1 与其他系统自动化一样，我国给水行业的发展也经历了由简单到复 杂，由手动到半自动再到自动的过程。6 0 年代前，基本凭手动操作；7 0 年代，由于新的科学技术的应用与推广，使我国在净水技术、自动化给水 方面有了很大的发展，一些水厂开始对运行参数进行循检记录，应用微机 进行控制，推广自动投药等新技术。在短短3 0 几年里，水厂自动化在我国 取得了长足的进步，到目前为止，基本上各大中城市都建成了自己的自动 或半自动的水厂。特别是一些城市，在引进了国外技术和设备后，并结合 国产技术和设备，建立起了真正意义上的自动化水厂。比如：江苏南通狼 山水厂，利用奥地利政府贷款，引进奥地利s g p 公司、e l i n 公司的技术、 设备，于1 9 8 7 年1 2 月动工1 9 9 0 年l o 月竣工，建成日供水3 0 万m 3 的自 重庆大学硕士学位论文绪论 m 3 的自动化水厂，工程总金额5 2 2 5 奥先令( 折合当时人民币1 5 0 0 万元) ； 四川内江第二自来水厂，也是利用外国政府贷款，引进技术设备，于1 9 9 2 年动工，1 9 9 7 年竣工，日产水量1 0 万m 3 ，总投资1 3 亿人民币；吉林市 二水厂扩建工程水厂扩建工程供水能力为1 2 万m 3 ，d ，其控制系统采用法 国t e l e c a n i q u e 公司集散控制系统，扩建工程于1 9 9 6 年6 月动工，1 9 9 8 年 7 月竣工，总投资21 亿人民币。但是，在国内水厂自动化建设过程中走 的基本都是引进这一捷径，直接引进国外先进技术和设备，当然可以迅速 提高我国水厂自动化程度，但是，正如前面所说，其存在各种各样的弊端， 引进，终究不是长久之计。值得欣慰的是，人们已经意识到这种引进途径 的弊端，在水厂建设过程中，不管从技术还是设备都加大了国产技术和设 备的所占比例，已经开始有意识有目的地加大国产技术和设备的投入，笔 者认为，现阶段，我们仍然离不开引进这条路，但是其重点已不再是全盘 引进，在引进的基础上，加大国产化将是给水工作者重中之重的任务，也 是我们给水行业工作者努力的方向。 1 3 水厂自动化控制方式 2 】 6 】 8 】e 1 0 】 4 1 】 4 2 】 现在，水厂自动化控制方式概括起来主要有p c + 工控机、p c + p l c 等 方式，其控制原理如下： 1 3 1 p c + 工控机方式 一4 p a 一3 p a - - 1 2 p a 一i p a 一 图1 1 狼山才x - 控制系统原理图1 6 f i g u r e l 1p r i n c i p l e g r a p h o f t h e c o n t r o l - s y s t e m s o f l e l a n g s a n w a t e r w o r k s n 该控制方式如南通狼山水厂所采用，四套工控机分别设置、在四个现 重庆大学硕士学位论文1 绪论 场：一级泵站、中心控制室、加药间、加氯间。实现以下控制： 中心控制室( i p a ) ：对总降变电所、二级泵站的运行进行检测控制； 一级泵站( 2 p a ) ：对一级泵站、污水泵站的运行进行检测控制： 加药间( 3 p a ) ：对投加三氯化铁和斜管沉淀池的运行进行检测控制； 加氯间( 4 p a ) ：对移动冲洗滤罩滤池运行以加氯进行检测控制。 两台p c 机安装在中心控制室，并行地对整个水厂进行检测遥控，数 据出路、运行分析和报表打印。控制原理图见图1 1 。 1 3 2p c + p l c ( 或p l c + p c ) 方式 吉林市二水厂采用的是p c + p l c 方式控制，和狼山水厂一样，吉林 市二水厂自动化控制系统由中心控制站和若干现场监控子站及通讯网络构 成，是由计算机( p c ) 和可编程逻辑控制器( p l c ) 组成的集散控制系 统( 如图1 2 ) ，是实现过程控制和信息管理自动化相结合的管控体化的 综合集成系统。其特点是可以实现生产过程的“集中管理，分散控制” 的功能，系统运行可靠度高，能实现中心控制站、监控子站和现场手动操 作的分级控制，模块化结构，扩展灵活，结构开放组网能力强。 机 图1 2 吉林市二水厂控制系统原理图h - i f i g u r c l 2 p r i n c i p l e g r a p h o f t h e c o n t m ls y s t e m s o f n l es e c o n d w a t e r w o f l c s l 4 q 海口市米铺水厂则是采用p l c + p c 控制系统，将水处理中全部工艺 参数采样处理调节过程全由微机实现三级监控：现场手动控制、各子站p l c 独立控制、中控室集中监控，由此构成集中监视、分散控制系统。全厂控 重庆大学硕士学位论文1 绪论 制系统由泵站控制中心m c c l 、滤站控制中心m c c 2 、加药加氯控制中 心m c c 3 、中控室、模拟屏p l c 4 组成。控制原理图见图1 3 。 【司1 ih q ，j 、， 工l p ，月、掣l 用、t 司 f i g u r e l 1p r i n c i p l e g r a p h o f t h e c o n t r o ls y s t e m s o f t h e m i p u w a t e r w o r k s 【4 2 j 1 4 小型水厂控制系统设计思路【1 7 】 纵观国内水厂只能化建设进程中，中大规模水厂居多，而国家2 0 0 0 年给水规划中规定的第四类水厂也即日产水量在1 0 万吨以下的小型水厂 几乎没有涉及。但是随着我国经济的发展，随着乡镇企业的蓬勃发展，城 乡生活水平的提高，中小型水厂建设日渐增多。日产水量在5 万m 3 以下， 特别是日产2 万一、1 万m 3 、5 千m 3 、2 千m 3 更呈发展势头。 目前，小型水厂自动化程度不高，操作主要靠手动，容易产生误动 作，影响水厂出水水质。为了在小型水厂中也能得到优质水，这就需要提 高小型水厂的自动化程度。但是我们又不能像大中型水厂那样靠引进国外 设备来提高其自动化程度，因为其昂贵的成本是小型水厂所不能承受的。 这就期待我们开发一种价格低廉、性能可靠的小型水厂自动控制系统。 小城镇及农村给水问题亟待解决。鉴于小城镇及农村居民的分散性， 我们不可能建立中大规模的水厂集中供水，而只能建立小型水厂分散供 水。 在小型水厂中由于产水量小，所以水厂供水、水处理工艺设备也较少，我 们可以开发一种面向设备的控制系统，去控制单独的设备，然后再组成网 络由中心p c 集中控制，而不是像大中型水厂那样以一套设备去控制一个 分区模块。这样就可以用一个很小的控胄4 系统去控制套设备，从而达到 降低水厂成本的目的。 本文拟打算用单片机为核心控制系统来控制设备。单片机因其集成 重庆大学硕士学位论文 绪论 仪表、数据采集、家用电器等诸多领域得到广泛的应用。 本论文主要涉及控制系统包括：一级泵房水泵控制系统、加药控制系 统、沉淀池刮泥控制系统、加氯控制系统、滤池运行控制系统等 1 5 论文研究目的及内容 本文研究的目的是研究开发我国智能型小型水厂的控制系统，研制适 合我国国情的小型水厂控制计算机软件及传感、检测、接口等控制技术。 加强对小型水厂的自动化控制，这不仅能减轻劳动强度，提高操作的 方便、灵活，更主要的是可获得更好的水质、更合理的水量供应和供水水 压，实现低能耗、低药耗，提高自来水厂的总体效率，降低水厂建设投资 成本，研制我国自己的计算机控制系统与引进国外技术相比可节约投资 5 0 。 论文主要研究内容：研究智能控制系统的输入输出接口电路设计，传 感器及信号检测技术和执行机构的研制，进行软硬件设计，利用单片机和 p c 机实现对水厂运行进行监测控制，并能实现声、光报警。利用微机对水 厂进行监测控制，实现无人管理等先进智能水厂。 1 6 论文研究创新和特色 本文针对国内水厂智能化进程中多是引进国外技术，花费大量的外汇 而又不能很好的得到其软件、接口、传感等关键性控制技术这一现状，借 鉴国外的先进技术，研究适合我国国情的计算机智能控制体系。本文首次 尝试了采用了单片微型机算机为核心的控制技术、信号检测技术以及通信 技术，实现对水厂运行的监测控制，实现小型水厂的自动化控制，从而达 到水厂源水及挣水供应最优化，达到节能和降低劳动强度的目的。 本章小结 本章主要论述了国内外水厂自动化控制概况以及国内水厂自动化控制 发展概况，提出了小型水厂的自动化控制系统的设计思路，介绍了本论文 研究的目的以及内容、创新和特色。 重庆大学硕士学位论文 2 小型水厂自动控制系统 2 小型水厂自动控制系统 2 1 小型水厂的主要要求和特点 4 3 4 33 中小型水厂大多用于小城镇或乡镇企业。具有供水量小、投资有限、 场地狭窄、上马快、周期短等特点。具体表现为： 1 ) 处理构筑物要求技术先进、安全可靠、效率高投资省。核心是在 保证水量水质的前提下，尽量节省投资，确保社会效益，而更重经济效益。 2 ) 布置紧凑、占地少、节约用地。 3 ) 管理集中、操作简便、运行费用低。 4 ) 上马快，建设周期短。 2 2 小型水厂自动化控制系统概述1 】 2 3 3 3 6 3 8 】 e l 1 0 3 1 7 】 自来水厂的自动化控制，不仅能减轻劳动强度，提高操作的方便、灵 活性，更主要的是可获得更好的水质、更合理的水量供应和供水水压，实 现低能耗、低药耗，提高自来水厂的总体效率，降低水厂建设投资成本。 研制我国自己的计算机控制系统与引进国外技术相比可节约投资5 0 。 本章打算对小型水厂的控制系统设计思路做一个简要概述。 由于小型水厂水处理工艺设备比较少，控制也不如大中型水厂复杂， 本文不打算采用目前大中型水厂所采用的模块控制，而是采用对设备的控 制，这样，整个水厂控制就可以分为一下几个控制系统及其控制功能： 中心控制室。设两台p c 机并行对水厂进行检测控制，一台p c 机用 作数据处理、运行分析和报表打印。中心控制室还对配电房、二级泵站的 工作进行检测控制。 一级泵站水泵运行控制系统。对一级泵站水泵的启停进行检测控制， 并把一级泵站运行参数上传中心控制室。 加药控制系统。对加药设备进行检测控制，并把加药设备运行参数上 传中心控制室。 排泥设备控制系统。对沉淀池运行进行检测控制，进行定时或者在指 令控制下进行排泥操作，并把排泥设备运行参数上传中心控制室。 加氯设备控制系统。对水厂加氯量进行检测控制，并把加氯设备运行 参数上传中心控制室。 无阀滤池控制系统。对滤池运行进行检测控制，并把滤池运行参数上 传中心控制室。 6 重堡奎堂堡主兰堡堡茎 ! ! ：型查 鱼塾丝型墨丝 2 3 水厂控制方案的主要内容1 1 扭3 3 1 6 3 m l n 1 训 2 3 1 取水控制系统 为了尽量减少小型水厂生产成本，取水尽量根据当地水源条件采用自 流取水。如没有地形条件可以利用则必须建设一级泵站为水厂供应源水。 一级泵站源水水泵的控制规则： ( 1 ) 清水池水位低于下限时必须有一台水泵运行： ( 2 ) 清水池水位未达上限警戒水位，至少保持一台水泵运行； ( 3 ) 一级泵站出水量超过在用沉淀池的最大负荷时，减少一台水泵运 行，以保证沉淀池出水水质； ( 4 ) 每次增开水泵时，以运行累积台时少的泵投入运行；减少运行泵 时，以运行累积台时多的泵先行停止运行。 水泵开停控制： 当开泵指令发出后，首先辨别清水池水位高低，以决定是否需要启动 真空泵。水位超过规定值，水泵则直接启动。并打开对应的出水电磁阀。 若水位低于规定值，应打开对应的抽气电磁阀，启动真空泵。当真空发生 器发出信号，说明引水成功，关闭电磁阀，启动水泵，打开对用出水电动 蝶阀。水泵若未能按程序动作，则报警。水泵电机发生故障，自动停泵。 并发出故障信号。同时，备用泵自行投入运行。 接到关泵指令，先关闭对应出水电动蝶阀，水泵再停止运转。每次增 开水泵时，以运行累计台时少的泵投入运行；减少水泵运行时，则以运行 累计台时多的泵停止运行。 2 3 2 加药控制系统 冲溶三氯化铁： 固体三氯化铁称重后，由人工倒入冲溶池然后由键盘向计算机输入三 氯化铁的重量。这时控制系统发出指令，将压力水电磁阀打开，开始冲溶 三氯化铁，药液流入贮液池。计算机按输入冲溶浓度( 一般在3 0 以上) 和投入的三氯化铁重量，计算出稀释量，待流量计达到计算的稀释量时， 则发出指令，关闭压力水电磁阀。然后打开搅拌空气电磁阀，搅拌3 分钟 后关闭空气电磁阀。冲溶完毕，并输入计算机待用。 配制药液； 投加三氯化铁溶液的溶液池共有两只，一用一备。当在用的溶液池液 位达到下限时，则关闭出流电磁阀，停止工作。同时备用溶液池出流电磁 重庆大学硕士学位论文 2 小型水厂自动控制系统 阀打开，投入使用。 根据计算机指令，打开与需要配液的溶液池所对应的贮液池出流电磁 阀向该溶液池补充药液。计算机根据已置入的药液实际浓度、投加溶液浓 度、溶液池容积，计算出补充的液位值，当池内液位达到该值时，关闭贮 液池出流电磁阀，然后打开压力水电磁阀，搅拌空气电磁阀，搅拌3 分钟， 完成配液工作。两只溶液池交替循环互为备用。贮液池、溶液池非正常的 液位，均会报警。 加药控制： 本文小型水厂主要只针对农村及小城镇，由于这些地方污染相对很轻 微，因此相对来讲水质较好。因此影响加药量的因素也少。主要因素是流 量和浊度。 加药前馈控制采用按流量正比例投加，对照设定的沉淀池出水浊度标 准值( 0 - - - 7 0 n t u 可调) ，来调整实际投加量，当沉淀池出水浊度超过设定 的标准值时，则报警。 2 3 3 沉淀池排泥系统运行控制 沉淀池排泥方式有人工排泥、多斗底重力排泥、穿孔排泥和机械排泥 四种形式。由于人工排泥劳动强度大，又要停止生产，所以现在已很少采 用。目前，应用最多的是多斗底重力排泥。 小型水厂中，设计重力排泥斗3 个，控制条件是按时排泥和检测排泥 斗积沉泥厚度为指令排泥。而停止排泥条件是检测排泥管中水浊度低于设 定值( 小于l o o n t u ) 既关闭排泥阀。 2 3 4 重力式无阀滤池的控制。1 重力式无阀滤池由于其进水、出水、反冲洗及排水都不用阀门，运行完 全自动化，而且控制简单可靠，在小型水厂中得到广泛的应用。 滤池工作主要是过滤与反冲洗，滤池需要进行反冲洗的条件是： ( 1 )滤后过滤阻力超过了给定值； ( 2 ) 滤池运行超过了给定的过滤时间； ( 3 ) 滤后水浊度超过了允许值。 2 3 5 加氯系统控制1 供氯系统的控制： 6 只氯瓶分为两组，每组3 只氯瓶并联使用。1 组在用1 组备用。当在 用氯瓶液氯用完时，氯压下降，在用氯瓶电磁阀关闭，发出氯瓶用完信号。 同时，备用氯瓶电磁阀打开，投入运行。如氯瓶、加氯问漏氯。则发出声 重庆犬学硕士学位论文 2 小型水厂自动控制系统 光报警。同时，引风机启动，将漏出的氯气送到清水池，由池内流动的水 将其吸收。 滤后加氯控制和出厂水余氯反馈加氯： 滤后加氯按滤池出水量正比例前馈投加。并按设置的滤后余氯控制反 馈调节。为了防止原水水质变化引起出厂水余氯变化，可以采取出厂水余 氯设定值( 0 5 1 5p p m 可调) ，来调整滤后余氯控制的办法，以达到无 论原水水质怎样变化，出厂余氯均能保持在一个稳定的数值上。 2 3 6 二级泵站的控制 水泵调度由水厂中心控制室通过计算机进行操作。当出厂水压大幅度 ( o 1 0 o 1 5 l p a ) 下降时，表明出厂输水总管爆裂，应立郾关闭对应的闸 阀和水泵。如发生突然停电故障，恢复供电时，二级泵站所有水泵锁定， 然后再逐台启动，直到恢复到停电前的水泵运行台数。 本文将对一级泵站水泵运行控制系统、加药控制系统、沉淀池排泥控 制系统、加氯设备控制系统以及无阀滤池控制系统进行设计。 本章小结 在本章中，对小型水厂各部分控制系统设计思路作了简要介绍，主要 包括一级泵站原水水泵的控制、加药系统、沉淀池运行控制、加氯控制、 重力式无阎滤池的控制、二级泵站的控制，为后面章节控制系统设计提供 了蓝本。 藁庆大学硕士学位论文3 小型水厂控制系统、搜计 3 小型水厂控制系统设计 在本章中，将对小型水厂控制系统中的一级泵站、投药系统、沉淀池 排泥运行、加氯系统以及重力式无阀滤池运行的自动控传4 系统进行设计。 3 1 一级泵站控制系统设计 3 1 1 一级泵站进水管路布置嘲 小型水厂一级泵站采用了三台( 其中一台备用) 容量相同的水泵以及 两条进水管路的布置，见图3 1 。在每条进水管路上装设一个闸阀1 ，在公 共进水管上装设两个闸阀2 ，在每台水泵附近各装设一个闸阀3 。当两个闸 阀2 都关闭时，水分别由两条进水管引向水泵h i 和h 。其他情况运转时( h 。 和h 。或h 。和h 。) ，则要开启两个闸阀2 中的一个。如果闸阀i 中有一个要 修理，则一条进水管将供两台水泵进水。 图3 1 一级泵站进水管路布置 f i g u r e l1t h ei n f l o w m gp i p i n ga n m l g m e n t o f t h ef i r s tp u m ps t a t i o i l 一级泵站水泵启停组合为：一台泵工作( h 。、 k 或h 3 ) ：两台泵工作( h 和h ：、 k 和心、h i 和h 3 ) ：三台泵同时工作( 这种情况应该很少出现) 。 3 1 2 一级泵站系统控制要求1 一级泵站原水水泵的控制规则： ( 1 ) 清水池水位低于下限时必须有一台水泵运行： ( 2 ) 清水池水位未达上限警戒水位，至少保持一台水泵运行： 1 0 重庆大学硕士学位论文 3 小型水厂控制系统设计 ( 3 )一级泵站出水量超过在用沉淀池的最大负荷时，减少一台水泵 运行，以保证沉淀池出水水质； ( 4 )每次增开水泵时，以运行累积台时少的泵投入运行：减少运行 泵时，以运行累积台时多的泵先行停止运行。 根据上述，系统要求采取的参数包括：清水池水位、一级泵站出水 量以及水泵的工作和停泵时间。 3 1 3 一级泵站系统控制算法设计”儿” 系统控制算法主要有： ( 1 ) 主程序。包括程序初始化：通讯波特率初始化、串行口初始化、数 据采集以及处理控制。 ( 2 ) 数据采集子程序。在主程序控制下对清水池水位、一级泵站出水量 以及水泵的工作和停泵时间进行采集及存储。 ( 3 ) 数据处理子程序。对所采集的数据进行处理，以确定泵的启动或停 止 ( 4 ) 与中控室主机通讯子程序。向中控室传输一级泵站运行参数、故障 参数并接受来自中控室的控制指令 3 2 投药控制系统设计 投药控制系统功能主要包括药液配制与投加。 3 2 1 配制混凝剂 ( 1 ) 冲溶三氯化铁“” 固体三氯化铁称重后由人工倒入冲溶池然后用键盘向控制系统输入 三氯化铁和冲溶后的配制浓度。这时控制系统发出指令，将压力水电磁阀 打开，开始冲溶三氯化铁。冲溶后的三氯化铁药液进入贮液池。待压力水 流量达到控锖0 系统按公式计算的稀释量时，控制系统发出指令，关闭压力 水电磁阀，同时打开搅拌空气电磁阀，用空气搅拌3 分钟后关闭，则冲溶 完毕。再由化验室测定冲溶后的三氯化铁浓度输入计算机待用。 ( 2 ) 配制药液 溶液池配液时，当一只溶液池液位达到下限时，则关闭出流电磁阀， 停止工作。同时另一只溶液池出流电磁阀打开，投入使用。根据开关指令， 打开与需要配液溶液池所对应的贮液池出流电磁阀，向该溶液池补充药液， 当池内液位达到控制系统计算出的补充液位时，关闭贮液池出流电磁阀。 打开压力水电磁阀，稀释配制溶液池的液位达到上限为止。然后再打开搅 拌空气电磁阀，搅拌3 分钟，完成配液工作。 重庆大学硕士学位论文 3 小型水厂控制系统设计 32 2 投药控制 投药采用两个调节系统组成，首先按流量正比例投加，然后根据沉淀 水浊度反馈调节，以保持沉淀水浊度保持在设定范围之内。 3 3 沉淀池排泥运行控制系统设计1 沉淀池排泥方式有人工排泥、多斗底重力排泥、穿孑嘣 泥和机械排泥 四种形式。由于人工排泥劳动强度大，又要停止生产，所以现在已很少采 用。目前，应用最多的是多斗底重力排泥。本系统中也采用重力多斗排泥。 控制条件是定时排泥和指令排泥。排泥周期定为2 4 小时( 可调) ，检测排 泥斗积沉泥厚度为指令排泥。控制系统的设计如下。 3 3 1 控制系统硬件设计删“” 系统硬件结构如图3 2 所示，它由a t 8 9 c 5 1 、6 11 6 r o m 存储器、m a x 4 8 5 、 7 4 l s 3 7 3 、a d c 0 8 0 9 等组成。6 1 1 6 r o m 存储检测参数；m s m 5 8 3 2 臼历时钟芯 片为检测滤池冲洗间隔时问提供时间基准；m a x 4 8 5 为单片机系统与中控室 通讯用。3 个重力排泥斗设置3 个排泥阀，以p i o p 1 2 作为排泥阀启动 开关，它们为高电平时启动排泥，打开排泥阀排泥，它们为低电平时停止 排泥，关闭排泥阀。p 1 4 p 1 6 为积泥高度检测口，用光电传感器来检测 积泥高度，当积泥还未达到规定高度，光电传感器输出信号经过放大以高 电平输入控制口：当积泥达到排泥高度，积泥阻断光传感器接收光，光传 感器输出低电平信号，被控制口接受。当控制系统检测到控制口为低电平 时，表明积泥厚度已经达到排口己条件，则打开相应排泥阀进行排泥。排泥 停止条件为排泥管中水的浊度低于规定值( 设计初定于i o o n t u 可调) ，则停 止排泥。 3 3 2 控制系统软件设计”“町o ” 该软件只包括主程序、读时间子程序、浊度检测子程序、排泥子程序 以及通讯子程序，本节只对主程序、时间读取子程序和排泥子程序做设计。 摊泥系统主程序设计清单： o r 60 0 0 0 h r e s e t ：a j m pm i n o r 60 0 2 3 h ：串行中断入口 a j 舻t r x；跳转入串行中断子程序 o r go l o o h m a i n ：c i ，rr s o 里堕查堂堡主兰垡堡苎 ! 尘型查 丝型墨丝堡生 h_s计一p目蓉口1唇算葛甍_o_ph。lo妒甚享蛰暑o【iar盖i。口蓦 霞尉隧撩_坚器铡嚣糍n匝 qnh蚤m 重庆大学硕士学位论文 3 小型7 j ( ；- 控n 系统设计 c l rr s l m o vs c o n ，# 8 0 t m o vp c o n ，# 8 0 t s e7 r be a s e t be s m o vr 3 ，# d a t a l f f h 3 v r 4 ，8 d a t a 2 l c a l lt i ! ll l c a l lt i m e 2 l l c a l lt i m e 3 1 l o o p ：j bp 1 4l o o p l u o a l lo i d ( ) n g l l 0 0 p 1 ：姗vr 4 ， d a t j bp 1 5l 0 0 p 2 l c a l lq i d o n g 2 l 册p 2 ：t d o vr 4 ，# d a t a j bp 1 6l o o p 3 l c a l lq i d o n g 3 l ( ) 0 p 3 ：l c l ld a t a l “m l ld t 2 u m l ld a t a 3 e n d l 矧 泥斗数据处理子程序： d a t a l ：l c a l lt i 溉2 1 狮va 4 5 1 t m o v r 6 ，4 0 h c l rc s u b ba r 6 j 1 3p s w 7 ，n e x t l m o va ，4 5 h c l rc a d 9a ，# 2 4 s u b ba ，r 6 n e x t l ：c l rc s u b ba ，# d a t a l j - bp s w 7 ，n e x t l 2 ：选择寄存器0 区 ：串行口为方式2 ；波特率为f o s c 3 2 ；开c p u 中断 ：允许串行口中断 ；设置排泥周期 设排泥水管中水允许浊度值 ；p 1 4 为低，启动排泥 ；设排泥水管中水允许浊度值 ；p 1 5 为低，启动排泥 ；设排泥水管中水允许浊度值 ；p 1 6 为低，启动排 ：调1 # 排泥斗排泥处理子程序 ；调2 # 捧泥斗排泥处理子程序 ；调3 # 排泥斗排泥处理子程序 ；第二次读出时间大于第一次读时间 ：第二次读出时间小于第一次读时间 ；时间调整 ；与设定值比较 ：沉淀池工作时间高于设定值 1 4 重庆大学硕士学位论文 3 小型水厂控制系统设计 n o p a j m p n e x t l 3 n e x t l 2 ：l c a l lo i d o n g l n e x t l 3 ：n o p r e t 1 # 排泥斗排泥子程序 n o p n o p q i d o n g l ：s e t bp 1 0 l c a l ld e l a y 2 l c a l lz h u o d u m o vr 4 ，# d a t a t i m e 2 1 ： c l rc s u b br 4 。a j bp s w 7 ，o i d o n g i u 认l lt i m e l l r e t l c a l lr e a d t i m e l _ l o vr 6 。2 0 h 硝) va ，2 1 h s w a pa n la ，r 6 m o vr 6 。a h 1 0 v4 0 h ，r 6 n o p n o p n o p r e t u n a l lr e a d t i m e l m o vr 7 ，2 0 h 哟va 2 1 h s w a pa a n la ，r 7 m o vr 7 。a m o v4 5 h ，r 7 r e t ：启动排泥 ：延时2 分钟 ；调排泥管水浊度测定子程序 ；检测值与允许值比较 ；检测值高于设定值，继续排泥 读取时间 ；b c d 码制转换 ；高半字节与低半字节交换 重庆大学硕士学位论文3 小型水厂控制系统设计 3 # 排泥斗数据处理子程序： d a t a 3 ：l c a l lt i 把2 3 m o va 。6 5 h m o vr 6 ，6 0 h c l rc s u b ba r 6 j bp s w 7 ，n e x t 3 m o va ，6 5 h c l rc a d da 。# 2 4 s u b ba 。r 6 n e x t 3 ：c l rc s u b ba ，# d a t a 3 j 1 3 p s w 7 ，n e x t 3 2 n o p a j m p n e x t 3 3 n e x t 3 2 ：l j a l lq i d o n g 3 n e x t 3 3 ：n o p a j 肝l o o p 3 # 排泥斗排泥子程序： n o p n o p q i d ( ) n g l ：s e t bp i 2 u n a l ld e l y 2 u 。 l lz 删0 d u 旧vr 4 。# i ) a t a c l rc s u b br 4 ，a j bp s w 7 ，q i d o n g l j c a l lt i 陋3 l r e t t i 慨1 3 ：l c a l lr 队d t i 眦1 1 0 vr 6 ，2 0 h l 的va ，2 1 1 1 s 再a pa n la ，r 6 ；第二次读出时间大于第一次读时间 ；第二次读出时间小于第一次读时间 ；时间调整 ；与设定值比较 ；沉淀池工作时间高于设定值 ；否则，重新读取时间 ；启动排泥 ：延时2 分钟 ；调排泥管水浊度测定子程序 ；检测值与允许值比较 ；检测值高于设定值，继续排泥 ；读取时间 ；b c d 码制转换 ：高半字节与低半字节交换 1 6 重丛查堂堡主兰垡堡苎 ! ! ：型查 堡型墨堑垡堕 m o vr 6 ，a m o v6 0 h ，r 6 n o p n o p n o p r e t t i “皿2 3 ：l c a l lr e a d t i 哐1 m o vr 7 ，2 0 h m o va ，2 l h s w a pa a n la ，r 7 椭0 vr 7 ，a m o v6 5 h ，r 7 r e t 读时间予程序： o r gl o o o h r e a d t i m e l ：m o vd p t r ，# 7 0 0 3 h m o va ，# 9 0 h m o v x d p t r ，a s e t br s o c l rr s i m o vr o ，抖8 4 h m o vr l 。# 2 0 h m o vr 2 ，# 2 m o vd p t r ，# 7 0 0 1 h m o va ，r l m o v x d p t r ， l c a l ld e l a y l5 0 m o va ，# 4 0 h o r la ，r l 聃d v x d p t r 。a n o p n o p n o p n o p ；指向8 2 5 5 控制口 设置a 口为输入，b 口为输出 ：选择寄存器l 区 设置5 8 3 2 寄存器首址及h o l d 有效 设置内存起始单元 设置读时间次数为2 指向b 口 ：令h o l d 有效 ：调用1 5 0 u s 延时子程序 ；设置r d 信号 ；r d ，h o l d 合成 ；令r d ，h o l d 有效 ：延时8 u s 1 7 重庆大学硕士学位论文 3 小型水厂控制系统设计 t i m r 图3 3 读时问操作予程序框图 f i g u r e 33s u b p r o e d u md i g r a mo f r a a d i n g t i m e i 舢p ：i l i o va ，r 1：取时间寄存器地址 o r la ，# 4 0 h；和r d ，h o l d 信号合成 m o v x d p t r ，a；输出到b 口 n o p ：延时 n o p n o p n o p d e cd p l ：指向a 口 1 8 重庆大学硕士学位论文 3 小型水厂控制系统设计 m o v x ， d p t r a n la ，o f i t m o v r l ，a i n cr o n cr l i n cd p l d j n z r 2 ，l o o p m va ，t t o o h m o v x d p t r ，a r e t 延时子程序： d e l y i5 0 ： o e l a y 2 ：i ：读出时间值 ：屏蔽无效位 ：存入内存 ：修改地址 ；指向b 口 ；次数未到，循环 ：令r d ，h o l d 无效 2 # 、排泥斗排泥程序清单：( 略) 排泥管中水浊度检测子程序清单：( 略) 3 4 加氯控制系统设计隅嘲嘲嘲 加氯是水处理过程中为保证水质所不可缺少的重要环节，而正确选用 先进可靠的加氯设备，又是保证液氯消毒时的安全和正确计量的关键。本 文本着安全可靠、便于控制的目的，借用了狼山水厂加氯设备，加氯系统 图见图3 4 。 3 4 1 加氯