贵州铜仁自来水厂监控系统的设计与研制论文(pdf 64页).pdf

华中科技大学 硕士学位论文 贵州铜仁自来水厂监控系统的设计与研制 姓名 罗维平 申请学位级别 硕士 专业 控制工程 指导教师 盛翊智 20060427 华中科技大学硕士学位论文 摘要 生活用水是城镇居民的生命线 提供优质 高效的供水是供水企业面临的最主 要的任务 把先进的工业通信技术引入到水厂生产网络控制系统的设计中 满足对 现场数据实时采集和计算机集中监控的要求 实现全自动无人值守的控制模式 造 就高技术的供水企业 不仅具有重大的经济价值 也具有重要的社会意义 论文着重介绍以可编程控制器 P L c 和变频控制技术为核心 进行上 下位机 监控系统设计的基本概念和方法 结合贵州铜仁自来水厂 基于P L C 工业控制网络 水处理实时监控系统的工程项目 总结了在实时监控方面的理论知识和工程经验 阐述了包括自来水处理工艺 P L c 控制 变频调速 P L c 嵌入式通信系统等基本原 理 介绍了自来水厂基于P L C 的水处理实时监控系统的整体控制方案以及监控系统 的具体控制程序设计过程 针对控制要求 提出了以下位机PL I 为控制中心 利用 变频控制技术与现场总线技术构建现代化水厂生产网络控制系统的设计思想 实现了用c c L i n k 现场总线技术构建自来水厂生产网络控制系统 提高和稳定 供水质量 为企业节省硬件投资 提高企业生产效率 体现了这种新型控制网络的 合理性与先进性 结合自来水处理工艺的特点 创造性地提出了流量前馈一流动电流反馈及滤后 水浊度经验值超前调节的控制算法 并通过软件编程实现控制 大大减少了药耗 保证了优质供水 解决了加药控制这一净水工艺中的难点问题 通过采用D e p h i 7 0 编程软件自行设计的管网压力数据采集及中央管理室数据监 控程序 为用户节省了开销 取得了较好的运行效果 在完成应用性研究的过程当 中 对水处理的工艺要求与处理流程 尤其是对变频控制技术做了较为深入的探讨 通过计算机实时监控系统 企业生产管理人员可以第一时间掌握各生产现场的 在线生产数据 安全可靠的高效监控系统不仅保证了企业生产过程的顺利进行 提 高了企业的生产效率 而且保障了人身安全 最终给企业带来了巨大的经济和社会 效益 系统研发成功运行2 年来 一l 作稳定 性能良好 产生了良好的社会影响 取 得了可观的经济效益 关键词 P L c变频调速水处理药剂投加排泥除砂串行通讯 华中科技大学硕士学位论文 A b s t r a c t W a t e ri sm el i 矗出1 0 0 do fu r b a nr e s i d e n t sa n dp r o i d i n gq u a l i t ya 1 1 de m c i e n t t e r s u p p l ye n t e r p r i s e si sf k i n gt 1 1 em o s ti m p o n a n tt a s kT h ea d V a n c e dc o m m u n j c a t i o n s t e c h n o l o g yi nt 1 1 ew a t e ri n d u s t 巧p r o d u c t i o nn e t V o r kc o n t r o ls y s t e md e s j g nt om e e tt h e o n s i t ed a t ac o l l e c t i o na n dr e a l t i m ec e n t r a l i z e dp o m p u t e rm o I l i t o r i n gr e q u i r e m e m sa n d a c h i e v e f u l l y a u t o m a t i cu n r n a n n e d p l a n e s c o m r o lm o d e l c r c a t e dh i g h t e c hw a t e r e n t e l p r i s e s n o to n l yh a ss i g n i 6 c a l l t e c o n o m j cV a l u eb u ta l s oh a si m p o f t a n ts o c i a l s i g l l m c a l l c e B a s e do nap m g m m m a b l ec o I l 们l l e r P L C a I l d舶q u e n c yc o n v e r s i o nc o n 们l t e c h n o l o g ya tt h ec o r e j ti si n t r o d u c e dt ou p p c ra I l dl o w e rs p a c e sm a c l l i n ec o n t r o ls y s t e m d e s i g no ft h eb a s i cc o n c e p t sa n dI n c t l l o d so fG u i 丑l o ug ow a t e rp l 姐t B a S e do nt l l eP L C i n d l l s t r i a lc o m r o ln e t w o r kr r l o n i t o r i n gs y s t e mw a t e rn a t m e n tp r o j e c t s i ts 唧su pi nt h e r e a l t i m em o n i t o 血go ft h e o r c t i c a lh o w l e d g ea I l dc n g i l l e e r i n ge x p e r i e n c e E x p o u n d e d i n c l u d i n gw a t e rt r e a t I I l e n tp r o c e s s P L Cc o n 仃O l 厅e q u e n c yc o n v e r s i o ng o v e m o r P L C a r I e m b e d d e dc o m m 砌c a t i o n ss y s t e m sa I l do m e rb a s i cp f i n c i p l e s I ti si n 订o d u c e dt ot l l e w a t e r 廿e a n e n tp l a n tb a s e do n 廿1 er e a l t 曲ec o n 仃o ls y s t e mP L Cc o n t r o lp r o g r 田姗e sa 1 1 d m eo v e r a l lm o I l i t o r i n gs y s t e mo fs p e c i f i cc o n 打o lp m c e d u r c sd e s i g p r o c e s s I nc o n t r o l r e q u i r e m e n t s t h ef o l l o w i n gs p a c e sp l a n eP L Cf o rt h ec o n n 0 lc e m e r c o n t m l t e c m o l o g y a I l dt h ew i d eu s eo ff b q u e n c yc o n V e r s i o nt e c h n 0 1 0 9 yam o d e mw a t e rp m d u c t i o nn e t w o r k c o n 臼r o ls y s t e md e s i g nc o n c e p t s I tu s e sC C L i n ki nw a t e rp l a n tp r o d u c t i o ns i t ct oa c 上1 i e 忙t e c h n o l o g y 时w o r kc o n t m l s y s t e m 锄di m p r o v e s w a t e rq u a l i t ya 1 1 d s t a b i l 匆f o re n t e r p r i s es a v 协g s h a r d w a r e i n v e s t m e n t 锄di m p r o v e se m e r p r i s ep r o d u c t i v i t y a n de m b o d i e st h i sn e wt y p eo f r a t i o n a l i 锣a I l da d v a I l c e dc o n ln e 铆o r k n l e dt ow a t e r 打e a t m e n tp r o c e S s e sw i mt h ec h a r a c t 嘶s i c sa n dc r e a t i V e l y I ti s f o u n daf o m e rf e dn o w n o wc 删tf e e d b a c ka I l df i l t e rw a t e ra f t c rt u r b i d i t ye x p e r i e n c e t h ev a l u eo fa d v a I l c er e g m a t o r yc o n 订o la l g o r i t h m s a 1 1 d 伽1 0 u 曲s o R w a r ep r 0 蹦1 1 1 1 m i n gt o a c h i e v ec o n t r 0 1 g r e a t l yr e d u c i n gd 娜gc o n s n m p t i o n t oe n s u r et h a tt h eq u a l i t yo fw a t e r s u p p ly s e m e m e n to ft h em e d i c i n et oc o n t r o lt h ew a t e rp 嘶f i c a t i o np m c e s s a l l dd i m c u l t p r o b l e m s 1 li su s e dl od 印h i 7 Op r o g r a m m i n gt o u g ht h eu s eo fs o R w a r ed e s 垃n e dt op r e s s u r e n e t w o r km a J l a g e m e n td a t ac 0 1 l e c t i o na I l dc e n t r a lc o n t m lr o o md a t ap r o c e d l l r e sf o ru s e r s s a v e de x p e n s e s a n da c h i e v e db e t t e ro p e r a t i n gr e s u l t s U p o nc o m p l e t i o no ft h ep r o c e s so f a p p l i e dr e s e a r c ho nt h ep r o c e s s e sf o rd e a l i n gw i t l lt l l en o wo f w a 缸 n a n n e m p a n j c u l a r y 华中科技大学硕士学位论文 f o r 矗e q u e n c yc o n v e r s i o nc o n t r 0 1t e c h r l o I o g yh a sd o n em o r ei n d 印t hd i s c u s s i o n T h m u g hc o m p u t e rm o n i t o r i n gs y s t e m e n t e r p r i s ep m d u c t i o nm a n a g e r sc a nm a s t e rt l l e f i r s tt i m et 1 1 ep r o d u c t i o ns i t e0 1 1 l i n ep r o d u c t i o nd a 诅 S 疵 r e l i 曲l ea 1 1 de 伍c i e mm o n i t o 血g s y s t e mn o to n l ye n s u r e st h es m o o mp r o g r e s so fb u s i n e s sp r o c e s s e s i m p r o v eb u s i n e s s p r o d u c t i v i t y a l l dp r o t c c tt l l ep h y s i c a ls e c u r i 可a n d u m m a t e l y m ee n t e r p r i s el l a sb r o u g h t e n o 咖o u se c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s T h es y s t e mi ss u c c e s s m It oo p e r a t i o no f t w o 屹a r sr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n ts y s t e m 删b i l i 吼g o o dp e r f o 珊a n c e p m d u c i n gv e r yg o o ds o c i a le 腩c t s a I l da c h i e v e dr e m a r k a b l e r e s u l t s K e yw o r d s P L C f k q u e n c yc o n v e r s i o ng o v e m o r w a t e rt r e a t n l e n t p h 姗a c e u t i c a Ip u ti n m u d a 1 1 d s a n de l i m i n a t i o n s e r i a lc o m n l u n i c a t i o n s I 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果 尽我所知 除文中已经标明引用的内容外 本论文不包含任何其他个 人或集体己经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 琴锰字 日期 册6 年垆月j 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者宠全了解学校有关傈富 使用学位论文的规定 即 学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和 借阅 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密口 在 年解密后适用本授权书 本论文属于 不保密翻 请在以上方框内打 学位论文作者签名 丐准半 日期 埘年甲月砷日 指导教师签名 凄私留 日期 之声乜二年I f 月2 7 日 华中科技大学硕士学位论文 1绪论 1 1 水处理控制系统的现状及发展 现代水处理厂采用计算机控制技术日益普遍 欧美国家一些城市水处理厂己经 用计算机进行数据记录和运行过程控制 甚至实现全自动化无人值守控制模式 如 美国爱荷华水厂 在七十年代初开始研究微机自动控制水厂投加药剂 1 9 7 5 年应用 直接数字式计算机控制自动加矾 运转一年就降低矾耗2 0 提高了管理水平 稳 定了水质 1 l 俄罗斯的莫斯科水厂和日本东京朝霞水厂等也先后采用计算机自动控制 水厂生产 取得较理想效果 2 1 3 J 由于历史和现实的原因 我国水厂自动化的总体发展水平还不高 发展也不平 衡 大中城市的水厂 特别是发达地区的大型水厂 自动化程度很高 而小城市和 城镇的水厂 特别是落后地区的小型水厂 自动化程度较低 甚至还是空白 综合来看 我国城市水处理厂自动控制系统有以下的特点和不足 1 各种类型 不同等级的控制系统和控制方式并存 2 开始大量采用可靠性高 维护简便的各种检测仪表和在线水质分析仪表 为 进 步提高水处理的自动控制水平提供了基础条件 但目前使用的大多是进口仪器 仪表 在使用和维护方面仍存在许多问题 3 水处理工艺不断的推陈出新 单元控制系统 加药絮凝沉淀系统等 逐渐开 始采用自动控制方式 各种控制理论开始得到广泛应用 4 水处理厂控制系统的监控和通讯功能在硬件和软件开发利用方法存在极大不 足 妨碍了处理过程的高效 经济运行 我国自来水厂的自动化工作虽然起步较晚 但发展很快 从六十年代简单的水 位自动控制发展到七十年代采用热工仪表和集中巡检装置 八十年代以后随着国家 工业水平的整体提高 使水厂进入了大规模的发展年代 特别是随着外资的引入 大量国外先进的自动化控制技术与设备进入我国 建成了一批全引进的水厂 使我 国水厂自动化进程大大加快 自动化水平也快速提高 3 j 4 J 1 5 J 1 2 课题的意义和应用背景 自来水对城市居民是至关重要的生活物质 自来水的质量直接影响到城市居民 华中科技大学硕士学位论文 的身体健康 日常生活和工业生产等 而且 随着我国国民经济的发展和人民生活 水平的提高 人们对自来水质量的要求也越来越高 然而 我国自来水厂大多采用人工定时巡检监控的管理模式 这种模式已不能 适应社会和居民的需要 首先 人工抄表的数据不利于数据及时汇总和形成报表 不能根据报表进行正确决策 其次 人工定时巡检 不能实时准确地进行监控 影 响自来水供水的质量 若出现了质量问题 也只能根据人工抄表的数据进行核对 由于存在人为因素 对发现问题和及时解决问题不利1 4 J 6 J 另一方面 用户的用水经常随季节 昼夜和时间的变化而相差很大 用水与供 水的不平衡集中反映在供水压力上 即用水多而供水少则压力小 用水少而供水多 则压力大 对于居民饮用水 不仅涉及自来水供水水压和流量等问题 更重要的是 要确保饮用水质量 否则 将危及到广大居民的身体健康 因此 对自来水的水质 水压和流量等数据进行现场采集和实时监控是迫切需要的 伴随自来水厂自动化技术 系统控制设备和机电仪表设备的发展 滤池自动化 投加自动化 泵站自动化和水质检测自动化技术逐步成熟 电脑应用日益普及 这 标志着自动化水厂在国内尤其是大 中型城市 己具备较好的技术环境1 6 J 经过多年 的努力 以P L c 可编程序控制器 构成的总线式监控系统已成为目前自来水处理 自动化的主流 经验证明 这样的控制系统对自来水处理工业来说是安全 可靠和 经济适用的 自来水厂监控系统的目的是在自来水厂实行全厂微机监控 监控系统具有自动 检测自来水混浊度 自来水中余氯量 入厂水量 出厂水量 自来水厂蓄水池水位 进厂水管和出厂水管阀门口打开度 水泵转速和水泵运行台数 自来水输送管道压 力 自来水出厂总流量等一些自来水厂测量必须具备的功能 对上面检测的量作出 相应的操作 比如向自来水中加氯气减少自来水的浑浊度 向自来水中加入中和剂 减少自来水中的余氯量 通过降低出厂水管阀门打开度控制自来水输送管道压力 通过降低水泵转速和水泵运行台数控制自来水厂蓄水池水位 通过控制水泵转速和 水泵运行台数来调节自来水出厂总流量 系统兼有自动报警功能 如果入厂水量超 出自来水厂处理能力 自来水输送管道压力过大等突然出现的紧急危险的问题 系 统就会发出铃声报警并自动关闭部分水泵 自来水厂通过实行全厂微机监控 提高自来水厂的自动化程度 加强了自来水 厂的应变能力 决策能力 控制能力和扩展能力 实现了水厂的科学管理与高效运 营 做到节水 节电 节约人力 物力 比传统供水方式节约成本达2 0 以 卜 这 样不仅能提高水厂的经济效益 而且还有利于合理利用水资源 减少水污染 有利 华中科技大学硕士学位论文 于保护环境和生态平衡 提高水厂的社会价值 本次工程设计就是利用现代先进的控制技术和设备 针对自来水厂混凝投加自 动控制过程进行改造设计 该设计成功集成国内外工控设备 对自来水厂的混凝投 加工艺过程提出了一套质量可靠 成本适宜的监控方案 6 通过改造 贵州铜仁自来 水厂现在己初步实现了总线式自动化监控系统 例如泵站 取水 送水 滤池 投 加等几大工序及模拟屏系统等 系统研发成功运行2 年来 工作稳定 性能良好 产生了良好的社会影响 取得了一定的经济效益 1 3 课题的研究内容 受贵州铜仁自来水公司 厂 的委托和社会之需求 根据本人所学专业的学科 性质与研究方向 以及导师的意见 我选定了科研项目 贵州铜仁自来水厂监控系 统的设计与研制 这一课题 该课题不仅具有一定的学术价值 而且具有重要的实 际应用意义 通过对国内 外净水处理厂及其计算机自动控制系统的现状和发展的比较 结 合贵州铜仁自来水公司的计算机自动控制系统设计实例和净水处理工艺的特点 本 课题主要进行以下几个方面的研究工作 1 对国内 外典型净水处理厂的工艺及其计算机自动控制系统的现状和发展进 行全面系统的分析与比较 总结出适合我国国情的净水处理厂自动控制系统的发展 方向 2 以贵州铜仁自来水厂为例 结合源水的水质特点 水厂的功用及建设地点的 地理状况等诸多方面 详细探讨适合该水厂计算机自动控制的系统的总体设计思想 和现场调试工作 保证该水厂得以最安全 最优化的运行 3 针对贵州铜仁自来水厂的用途 工艺特点和生产环境 特别研究了源水泵站 及水厂加药部分的自动控制设计 1 4 课题的设计目标和设计思想 1 4 1 设计目标 自来水厂监控系统的目的是在自来水厂实行全厂微机监控 利用该系统改善自 来水饮用水的质量 自来水厂的控制效率及发展和解决问题的能力 监控系统具有 自动监控自来水混浊度 自来水中余氯量 污泥量 入厂水量 出厂水量 自来水 厂蓄水池水位 进厂水管和出厂水管阀门口打开度 水泵转速和水泵运行台数 自 华中科技大学硕士学位论文 柬水输送管道压力和自来水出厂总流量等控制参量 并对这些参量进行控制 比如 向自来水中加氯气减少自来水的浑浊度 保证自来水的质量 向自来水中加入中和 剂减少自来水中的余氯量 以免影响城市居民的身体健康 通过降低出厂水管阀门 打丌度控制自来水输送管道压力 通过降低水泵转速和水泵运行台数控制自来水厂 蓄水池水位 防止备用自来水不够用 通过降低水泵转速和水泵运行台数控制自来 水出厂总流量 自来水厂通过实行全厂微机监控 加强了自来水厂的应变能力 决 策能力 控制能力和扩展能力 提高了城镇居民的生活质量 为工业发展和经济建 设提供了强有力的支持 提高了自来水厂的管理水平 可以更加合理地使用有限的 水资源 同时 系统兼有自动报警功能 如果入厂水量超出自来水厂处理能力 自 来水输送管道压力过大等突然出现的紧急危险的问题 系统就会发出铃声报警 并 自动关闭部分水泵 总控制室的微机 能显示沉砂池 沉淀池 反应池 滤池与液压阀配套的电磁 阀和不锈钢挡板开关的工作情况及故障情况 能对全厂进行集中管理与分散控制 1 4 2 设计思想 为了实现高质量 低消耗和稳定可靠的运行 系统采用了现代先进的控制技术 和计算机技术 从而构成计算机监督 控制和管理系统 使系统优化运行 可编程序控制器 P L c 和计算机的应用 是水厂自动化的特征 现在国内多采 用三种控制系统 s c A D A D c s 和P L c P c 其中P L c P c 控制模式比较流行 采 用这种思想可实现总线式控制 系统稳定性能好 开发 操作简便 4 6 本系统采用P L c P c 的设计思想 构成P L c P c 模式的控制系统 将水处理工 艺中全部工艺参数从采样处理到调节过程全由微机实现三级监控 三级管理模式即 企业管理级 过程监控级和现场控制级 1 现场控制级 现场控制级主要由现场总线设备和控制网段构成 采用智能化仪表使现场设备 都具有数字计算和通信能力 实现厂构成底层控制网和闭环通信网络 因此关键是 解决智能化现场设备智能仪表问题 4 I 2 过程监控级 过程监控级主要由工作站组成 监控站需要执行对控制系统的监控 报警 维 护及人机交互等功能 核心是完成好工艺过程控制 水厂的工艺过程控制 除加药 加氯控制外 其余大部分为按时间顺序或逻辑顺序的控制 3 企业管理级 企业管理级由服务器和客户机组成 用于集成企业的各种信息 实现与现场总 4 华中科技大学硕士学位论文 线的连接 完成管理 决策和商务应用的各种功能 这一级最关键的问题是构成监 管控一体化网络 现场总线以其传输速率高 兼容性强 编址灵活方便 网络管理功能完善等优 点而受到重视 又以其廉价 高速 简易和方便的特性被引入到工业控制底层中 水厂控制系统采用P L C P C 的设计思想 构成P I C P C 模式控制系统 对水处理的 整个过程进行实时检测 监督和控制 达到降低系统运行成本 保证自来水供水质 量 实现少人 无人值守等目标 P L C 软件实现一些简单的控制算法 数据采集 与 上位机通讯 控制指令下发和现场控制掣6 华中科技大学硕士学位论文 2 水处理的工艺流程及系统控制要求 2 1净水的水质标准和控制指标 水质标准是用水对象f 包括饮用和工业用水等1 所要求的各项水质参数应达到的 指标和限制 不同用水对象 要求的水质标准不同 随着科学技术的进步和水源污 染日益严重 水质标准总是在不断修改和补充之中 生活饮用水水质与人类健康和 生活使用直接相关 我国颁布实施了 生活饮用水卫生标准 l 在我国 生活饮用水卫生标准 中所列的水质项目可分成以下几类 一类属于 感官性状方面的要求 如水的色度 浊度 臭和味以及肉眼可见物等 二类是对人 体健康有益但不希望过量的化学物资 如水中钠 钾 钙 铁 锌 镁 氯等是人 体必需的化学元素 但含量过多 往往会对生活使用产生种种不良影响 第三类是 对人体健康无益但一般情况下毒性也很低的物质 如挥发酚类 阴离子合成洗涤剂 等 第四类是有毒物质 如砷 硒 汞 福 氰化物和氯仿等 7 8 叭 2 2自来水厂水处理的工艺流程 为了达到净水的水质标准和控制指标 自来水厂必须按一定的水处理工艺流程 生产自来水 给水生产系统俗称水厂 按水处理工艺流程 可将水厂生产系统划分 为取水系统 净水系统和送水系统三大部分 6 详见图2 1 投加系统 净水系统送水系统 l 混凝剂 液 消毒剂 液I j 莉系虽 1 铝 碱铝 聚 氯 氯胺 早 l 丙烯酰胺等 臭氧等l l 取水头部H 取水泵站牛陶垦查垫卜匪亘量酗斗臣堕叵 圃一 送水泵站I 图2 1 水处理系统结构框图 水厂的取 送水系统的基本构成是取 j 羞水泵站 泵站主要通过离心泵组来实现其 功能 取水泵站用于把源水抽引进入水厂的净水系统中处理 源水按地理条件一般 分为地表水和地下水两大类 地表水包括江 河水和水库水等 地下水则如井水等 本文是针对以地表水为水源的水厂工艺过程进行讨论 而送水系统 送水泵站 则 是把净化后得到的自来水加压 通过管网系统送到千家万户 净水处理系统是水厂 华中科技大学硕士学位论文 的核心部分 由净水构筑物及各种投加系统组成 综合来看 水质处理工艺包括投 药 混合 反应 沉淀 过滤和消毒等常规处理 要求对入厂源水完成絮凝 过滤 排泥除砂和消毒等加工工艺 9 1 1 0 自来水厂水处理工艺流程如下图2 2 所示 图2 2自来水J 水处理工艺流程图 首先通过引水系统引入源水 然后投加混凝剂 明矾 与源水混合之后进入反 应池 待源水中的杂质和混凝剂充分反应后 再分别进入沉淀池和滤池 将生成的 颗粒杂质沉淀进行过滤 并且在投加前后分别加入氯和氨水进行消毒 同时为了保 证水的P H 值保持在水解作用所需的有效范围内 还要投加烧碱对偏酸性水质进行中 和 经过上述处理后 最后合乎卫生标准的自来水才能输送给用户使用 系统主要 的被控参数是自来水的浊度 出水的余氯量和P H 值 被控参数的标准值是浊度小于 O 5 N r u 余氯量为1 3 1 8 1 5 2 o m L P H 值为7 左右 7 1 1 l 2 2 1混合工艺 水厂混合工艺的主导仍然是水泵混合 管式静态混合器混合 机械混合和跌水 混合等 水泵混合效果好 不消耗能量 不需设混合装置 且能适应于大 中 小 型水处理 管式静态混合器混合能使混合单元分割 改向并形成旋涡 以达到药剂 均匀分散于源水中的目的 机械混合方式的搅拌器速度可根据进水流量和浊度变化 所要求的混合值而调节 以使混合效果达到最佳 跌水混合型式构造简单 混合效 果好 能适应大 中 小型水处理厂 10 1 综上所述 考虑混合工艺本身和铜仁自来水厂的特点及用户要求 选择水泵混 合方式较为合适 2 2 2 絮凝工艺 目前我国水处理 所采用的工艺为隔板絮凝池 机械絮凝池 折板絮凝池 网 格絮凝池以及组合絮凝池等 不同形式絮凝池的组合运用是我国水处理工艺的一大 特色 无论对于何种絮凝池 成功设计的关键在于根据絮凝体成长的要求将整个絮 华中科技大学硕士学位论文 凝阶段所消耗的能量进行合理分配 实践证明 不同形式的絮凝池串联使用 可取 长补短 充分发挥每一种絮凝池的优点 提高混凝效果 降低工程造价 絮凝控制技术是净水处理的重要环节 如果控制不好 既不能达到预定的水质 要求 又导致药剂的浪费 目前投药控制己由多参数控制向单因子控制方向发展 因为单因子控制不要求建立较复杂的数学模型 连续检测传感器单一 管理维护方 便 采用流动电流投药控制系统和絮凝控制在线检测仪 经试验分析 源水浊度在 1 0 5 0 0 0 N 1 u 变化 水量变化范围最低为1 0 最高达1 0 0 时应用该技术收到良 好的混凝效果 平均节约药剂1 5 3 0 证明该技术是成功的 1 l 1 2 混凝包括凝聚与絮凝两种过程 铝盐的水解产物兼有凝聚和絮凝作用的特性 水中胶粒能强烈吸附水解与聚合反应的各种产物 被吸附的带正电荷的多核络离子 能够压缩双电层 降低互电位 使胶体问最大排斥势能降低 从而使胶粒脱稳 这 些都属于凝聚作用 但如一个多核聚合物为两个或两个以上的胶粒所共同吸附 则 这个聚合物就能将多个胶体粘结架桥 这属于絮凝作用 絮凝作用的扩大就逐步形 成絮凝体 也称矾花 从而完成整个混凝过程 把能起凝聚与絮凝作用的药剂通称 为混凝剂 l 自来水厂所投加的混凝剂主要是明矾 硫酸铝 和聚合铝等铝盐混凝 剂 2 2 3 沉淀工艺 目前我国采用最为广泛的沉淀池是平流沉淀池和斜管沉淀池 1 3 经过絮凝处理 的源水 絮凝体己充分结大 当水流进入平流沉淀池之后 水中的絮凝颗粒一方面 随水流向前运动 一方面在重力作用下下沉 具有临界沉速v 0 的颗粒恰好在到达平 流沉淀池的末端沉到池底 而沉速大于V 0 的颗粒在到达平流沉淀池术端以前就己沉 到池底 沉速小于V 0 的颗粒则不能沉到池底而随水流带出池外 沉到池底的颗粒定 期或不定期排出池外 从而使水得以澄清 平流沉淀池设计的关键在于均匀布水 均匀集水和排泥彻底与方便 均匀布水是指在平流沉淀池进口断面上流速分布要均 匀 由于絮凝沉淀池的出口大多为一股或二股水流 要在比较短的距离和时间内过 渡到沉淀池进口断面上流速分布比较均匀实属不易 为此 絮凝池出口最好能分成 流量大小比较均匀的多股水流在平流沉淀池宽度和深度上均匀分靠 平流沉淀池的 优点是构造简单 管理方便 出水水质好 且能抗冲击负荷 对斜管沉淀池 经过 絮凝处理的原水经过斜管底部的配水区进入斜管 在斜管中 依靠斜管的高效沉淀 性能使得水中的大颗粒絮凝体分离山来 然后沿斜管滑落至池底部 而后采用穿孔 管 污泥斗 刮泥机或吸泥机排至池外 斜管沉淀池占地面积小 沉淀效率高 出 水水质好 1 5 l 华中科技大学硕士学位论文 2 2 4 过滤工艺 我困目前全部采用快滤 主要池型有普通快滤池 双阀滤池 无阀滤池 移动 罩滤池 虹吸滤池和v 型滤池等 1 5 1 6 M 如同平流沉淀池 普通快滤池也是一种传统的工艺 普通快滤池具有工作稳定 可靠和出水水质好的优点 特别是采用大阻力配水系统 能保证反冲洗时配水均匀 因而单格滤池可做得较大 故可建成大 中小型各种规模的滤他 缺点是阀门多 管道较复杂 1 7 18 1 1 1 讲 首先 v 型滤池采用的是均质滤料 均粒径滤料 不均匀系数很小 此举能大大 提高滤料层的孔隙率 使滤速得以提高 过滤周期延长 且水质好 另外 v 型滤 池采用气水反冲洗技术 滤池反冲洗时滤料层不膨胀或微膨胀 从而避免了由于水 力分选作用使得整个滤料层的粒径变得上细下粗 该种滤池的缺点是控制系统复杂 造价较高 1 8 19 1 2 2 5 消毒工艺 水的消毒方法很多 包括氯及氯化物消毒 臭氧消毒 紫外线消毒及某些重金 属离子消毒等 氯消毒经济有效 使用方便 应用历史最久也最为广泛 水处理过 程中的加氯量由需氯量和余氯两个部分组成 需氯量是指用于灭活水中微生物 氧 化有机物和还原性物质等所消耗的部分 余氯是指为了抑制水中残余病原微生物的 再度繁殖 维持管网中这种灭菌环境而需要的少量剩余氯 水厂中的加氯消毒因投 加地点的不同一般分为前加氯和后加氯 所谓的前后是相对于过滤工艺而言 前加 氯是指在投加混凝剂的同时加氯 可氧化水中的有机物 提高混凝效果 例如 用 硫酸亚铁作为混凝剂的水厂 可以同时加氯 将亚铁氧化成三价铁 促进硫酸亚铁 的凝聚作用 亦称为滤前氯化或预氯化 前加氯还能防止水厂内各类构筑物中滋生 青苔和延长氯氨消毒的接触时间 以节省加氯量 2 0 1 臭氧是在现场用空气或纯氧通过臭氧发生器高压放电产生的 臭氧发生器是臭 氧生产系统的核心设备 由臭氧发生器出来的臭氧进入接触池与待处理水充分混合 在水中投入臭氧进行消毒或氧化通称臭氧化 由于臭氧在水中不稳定 易消失 故 在臭氧消毒后 往往仍需投加少量的氯 二氧化氯或氯胺以维持水中具有剩余的消 毒剂 臭氧作为唯一消毒剂的极少 当前 臭氧作为氧化剂以去除水中有机污染物 更为广泛 因此 臭氧既是消毒剂 又是氧化能力很强的氧化剂 臭氧作为消毒剂 或氧化剂的主要优点是不会产生三卤甲烷等副产物 其杀菌和氧化能力均比氯强 但近年来有关臭氧化的副作用也引起人们关注 目前通常把臭氧与粒状活性炭联用 华中科技大学硕士学位论文 一方面可避免上述副作用产生 同时也改善了活性炭吸附条件 1 2 2 2 3 水处理系统的控制要求 自来水厂水处理工程要求监控系统具有自动监控自来水混浊度 自来水中余氯 量 污泥量 入厂水量 出厂水量 自来水厂蓄水池水位 进厂水管和出厂水管阀 门口打开度 水泵转速和水泵运行台数 自来水输送管道压力和自来水出厂总流量 等控制参量 为了保证水厂安全生产 实现现代化科学管理 提高水厂的经济效益和社会效 益 必须实现水厂控制系统生产过程的自动化 水厂的自动控制系统应达到如下几 个方面的要求 1 整个自动控制系统具有在线和离线自诊断功能 可在线或离线自检出系统软 件 模块和电源故障 其硬件诊断能定位到模块 软件诊断能自动给出故障性质及 部位 并提供相应的软件诊断工具 在线运行时 当诊断出故障 能自动闭锁控制 出口 并能按照系统原设定的程序进行故障处理 2 整个自动控制系统能连续检测水厂的各种工艺参数 并能根据这些参数进行 自动控制 协调供需之间 系统各组成部分之间 各水处理构筑物之间的联系 以 便使各种设备与设施得到充分利用 同时 自动控制系统能依据检测到的参数与系 统设定值进行比较 能及时自我调整 从而保证水处理质量 2 1 J 2 2 1 3 日常运行时 自动控制系统能依据检测到的水质参数进行药剂的合理使用 依据压力信号调节水泵的合理运行等 使管理工作更加科学化 以达到节约药耗和 电耗 实现经济运行的目的 4 自动控制系统能在高温 噪声 恶臭和腐蚀等恶劣的环境中稳定运行 5 自动控制系统能对工艺参数进行连续记录和调节 并能按设定的要求进行各 种报表的打印 能自动记录事故前后各项参数的变化 以供正确分析与诊断 2 3 1 系统各组成部分的具体控制要求 贵州铜仁自来水厂自动化控制系统是一个具有中央监视和调度功能 数字化 分布式数据采集 分层数据传输的集测 控 管为一体的系统 主要由系统主站 P L C 现场站 通讯系统及工艺过程检测仪表四部分组成 1 系统主站 系统主站由二台监控工作站 一台报表管理计算机 打印机 一台彩色喷墨打 印机和一台黑白激光打印机组成 经C C L i n k 现场总线与各P L c 现场站交换数据 华中科技大学硕士学位论文 采集各种机电设备运行信息及工艺信息 来控制机电设备 3 8 1 4 系统主站是整个工程的控制中心 应满足联机事务处理应用的需要 采用客户 服务器 c l i e n t s e r v e r 的体系结构 主站具有友好的汉化图形人机界面 采用模块 化设计 具有开放式的软件和通讯接口 极易与外系统通讯 要求设在滤池控制室的微机 能显示沉砂池 沉淀池 反应池与液压阀配套的 电磁阀和不锈钢挡板开关的工作情况及故障情况 故障对象包括 四通阀 行程开 关等 监控微机除有污泥探测仪输入排泥信号外 还应该有人工输入排泥信号按程 序排泥 设在中央主控室的微机 要求能监视各工艺池的工作状态和控制情况 当 电磁阀 挡板行程丌关出现故障时 在显示屏上能分别闪动显示故障点 同时进行 声音报警6 0 秒 如工作人员未提取信号 应每隔1 0 分钟作一次声音报警 提示时 间为5 秒 此外 对二台微型监控机 P c 机 还要求能用鼠标点击观察每个P L c 控制柜上 的电源电压 工作控制电压 工作电流指示和电源指示灯信号等 监控微机还要求具有记录和存储功能 具体如下 1 每次按程序运行的时间 如每一个排泥周期 自动加矾周期等 2 一年按程序运行的总次数 3 每年出现故障的总次数 要按时间记录和存储下来 只要程序工作 微机都能够按以上三条给打印机一个自动打印信号 使打印机 工作 在监控微机的显示屏上 能够同时显示净水工艺流程中的各个环节 选择其 中某一加工环节放大 可对其进行实时监控 动态显示有关参数 能准确发现故障 迅速排除故障 实现现代化的管理 2 P L C 现场站 P L c 现场站主要完成对所属设备的数据采集及设备的控制 并向系统主站传送 所采集的数据信息和报告各现场站的运行情况 接收系统主站指令 实现远程遥控 和就地控制等功能 控制层由各P L C 现场站及c C n k 现场总线构成 负责对整个水厂设备的启 停控制及仪表信号的采集 通过P L c 处理器 对各种开关量和模拟量进行处理 来 完成水厂全部控制功能 控制层P L c 现场站采用主 从站方式 实现集散控制 整个 系统具有良好的稳定性和可靠的操作性能 3 9 P L c 现场站 沉淀池等 工作流程 沉砂池 沉淀池的污泥探测仪 共4 个 产生排污信号 2 4 v 直流电压 传输给P l C 控制柜 P L C 按编程的控制顺序逐个接 通继电器 由继电器的触点控制液压阀 每个液压阀开启 关闭时间为3 0 6 0 秒 华中科技大学硕士学位论文 运行途中如遇单个或几个排泥阀出现故障不能运行 应按原程序顺序继续进行 直 至这一个排泥周期完毕 返回信号 当阀门开启工作后 排出物冲动每根排泥管排泥口上安装的不锈钢 挡板和行程丌关 产生电信号返回各P L C 作为监视信号 如排泥程序工作期间遇停电 则来电时延续停电前的工作程序 本项目的被控对象可分为一线和二线 两线间没有逻辑联系 各自独立工作 且两线控制要求完全一致 按照水处理工艺 可划分为以下五个P L C 现场站系统 即 调压站 取水站 引水渠道1 反应池 投烧碱 单因子取样 沉淀池 排泥除 砂 滤池 后投氯 投氨 清水池及送水站 浊度检测等 各P L C 现场站功能及 控制要求如下 1 源水泵站 根据设置在取水口的水位计和设置在源水泵站的流量计及压力变送器所测参数 调整源水泵的启停台数 监控源水泵工作状态 进行变频调节 3 8 J 3 9 2 絮凝沉淀 反应沉淀部分控制对象主要为刮泥和排泥装置 通过软件设置可实现依据浊度 和周期排泥 对絮凝池气动排泥阀进行实时控制 以达到稳定出水水质的目的 A 沉砂池控制要求 如图2 3 所示为沉砂池阀门分布示意图 每根排泥管上安装了4 个排泥阀 以圆 圈表示 在每根排泥管的管口安装了用于检测的不锈钢挡板和行程开关f 用椭圆圈表 示1 每个排泥阀由一个液压阀推动 控制电0 j 多廷砭 9 江9 廷 弼 路只要控制液压阀即可控制排泥阀的开或0 j 至 囊劲 丑9 江弼 关 例如 液压阀1 得电 排泥阀1 打开 0 j 匝 口9 受9 沮弼 泥沙和水从排泥管冲出 冲开不锈钢档板1 O j 多廷 E 扫9 江9 廷殛耋口9 行程开关1 压合a 行程开关1 的闭合 说明0 j 至 丑9 丑9 延 曼工玲 排泥阀1 工作正常 否则液压阀1 得电 行0 j D 瓷9 江D 迈 曼Z 固 程丌关1 未压合 说明排泥阀1 或液压阀1 O 至 江D 江9 廷豇曼日 有故障 此时应报警 按程序工作 图2 3 沉砂池阀门分布示意图 P L c 接收到污泥探测仪送来的开关信号 起动排泥程序 首先打开排泥阀1 排 泥3 0 秒到6 0 秒后 关闭排泥阀1 打开排泥阀2 行程开关2 将被压合 再经3 0 到6 0 秒的排泥 关闭排泥阀2 打开排泥阀3 按图示阀门号的次序依次逐个 华中科技大学硕士学位论文 打开排泥阀 直至第5 6 号排泥阀工作结束排泥程序也结束 过程中如遇某号阀门得 电 所对应的行程开关没有压合 该排泥阀组件故障 一方面应报警 另一方面排 泥工作继续进行直至排泥程序结束 排泥程序的起动可以有三个途径 1 污泥探测信号 2 电柜起动按钮 3 电脑上 用鼠标起动 结束排泥程序的途径也有四个 1 排泥程序结束自然结束 2 电柜停止按钮结束 3 鼠标结束 除自然结束外 其它方法结束的 非正常结束 系统将记忆停止前正在 工作的阀门号 下次起动将从该阀门开始 依次排泥 非正常结束一般只在系统调 试 检修时用 调试时用鼠标还可以使其复位 复位后下次程序排泥将从1 号阀开 始 排泥时间 程序工作时 每个阀门的排泥时间从3 0 秒到6 0 秒之间可以用鼠标 调节 调定后将作为以后每个阀门工作时间的默认值 单阀工作 单阀工作有两种方式 其一是 在P L C 输出点并联一个手动按钮 该按钮为自锁带等的轻触型按钮 当按下某个阀门的手动控制按钮时 阀门得电工作 按钮上的指示灯也工作 同时 当泥沙和水排出冲开排泥管口的不锈钢档板 并压合相应的行程开关时 行程开关 指示灯工作以便调试 当再次按下该按钮时 该按钮复位 阀门失电 其二是 用鼠标操作 工作状态均在电脑上显示 B 沉淀池控制要求 沉淀池站控