水厂新型模块化自控设计

1、    水厂新型模块化自控设计    严蕾+李珍摘要：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。关键词：模块化水厂；有序组合；自动控制：tu99：a：16749944（2017）16018

2、5041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研究911。王蕊1

3、2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

4、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

5、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

6、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

7、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，依次对各子系統发布控制命令，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

8、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。endprint4控制方式设计4.1功能及控制水平模块化净水厂自动化系统的每个子系统都具有自动运行的功能，在控制性能上有了进一步优化，功能进行了加强。采用一对一控制法，控制针对性强，其控制效果比同一等级下相当水平的传统控制方式

9、要好，节能较明显，安全性能也有很大的提高及保证。4.2入水系统设计图3为入水系统设计流程图。由图3分析可知，模块化净水厂系统的入水系统的控制方式可分为手动、自动控制。手动状态下，可以根据实际需要处理要求，手动调节入水流量控制器，使每台设备的入水量达到需要量即可。自动状态下，入水系统会自动根据净水系统的工作情况需要，流量在线检测仪表返回的流量信息，确定每台净水设备的入水流量。入水控制系统根据控制软件程序设定程序控制入水流量调节阀构件，达到系统自动设定的入水量。4.3自动变频供水系统图4为变频控制供水示意图，图5为plc和变频控制原理图。由图4和图5可以看出，变频供水系统采用全自动双闭环控制原理，

10、通过变频器对工频50hz平滑调节，实现对水泵的平滑无级调速，从而实现供水量的恒压变流量供水。本控制控制主变量为供水管网压力，此变量通过远传压力检测仪表时时对管网压力检测，并返回压力模拟信号，与变频供水系统内部智能主控制单元可编程控制器实际设定压力值进行时时比较，比较计算结果，由变频供水系统内部智能主控制单元可编程控制器对变频器输出控制调速信号，实现通过对变频器的调速来调整水泵的转速，从而调节供水压力和流量的大小。本系统采集的管网流量、水池液位为本系统的运行辅助信号，管网流量的采集，可以返回到变频供水系统内部智能主控制单元可编程控制器进行时时计算，分析瞬时供水流量，累计天/月/年总供水量，进而把

11、结果传输到上位中央控制微机，进行显示。采集的水池液位信号，为本系统运行的前提信号，即为水位保护信号：水池无水或液位达不到设定可供水液位，本系统自动停止运行，当水池有水即液位达到可供水要求，本系统会进行供水。4.4净水系统主、从站系统控制方式为：全自动，单元净水模块工艺的全自动控制。单元净水模块运行的主要工艺流程为：净水过程和反冲洗过程两部分。其中根据反冲洗对象不同又将反冲洗过程划分为三部分：单独反冲洗石英砂滤料、单独反冲洗活性炭填料及同时反冲洗石英砂及活性炭。4.4.1模块化净水控制从站设计针对模块化净水厂中的净水系统的特点多个标准化的单元净水模块的组合，进行净水控制系统的设计，采用一对一的模

12、块化控制观念即单台控制设备控制单台单元净水模块，有利于实现控制系统的标准化、通用性及一致性。控制单台单元净水模块的控制设备称其为：模块化净水控制从站。净水控制从站能独立完成对单元净水模块设备的全自动直接控制。模块化净水控制从站采集的主要数据：流量脉冲信号，水头损失信号，入水阀开到位/关到位，气浮设备启动/停止，出水阀开到位/关到位，反洗阀开到位/关到位，各组排泥阀开到位/关到位，各排污阀开到位/关到位，加药泵工作状态输入，加药泵故障状态输入，入水阀模式选择（电动阀或调节阀），加药泵模式选择（直接启动或变频控制），调节阀开度输入，变频器频率输入。控制信号有：入水阀控制，气浮设备控制，各排污阀控制

13、，反冲洗阀控制，各出水阀控制，各组排泥阀控制，直启加药泵工作，变频加药泵工作。4.4.2模块化净水控制主站设计由于模块化净水厂中的净水系统是由多个标准化的单元净水模块的组合，而每个单元净水模块配置一套模块化净水控制从站完成单体设备的净水处理过程控制，为使多台单元净水模块的模块化净水控制从站有机的协调运行，运用了模块化净水控制主站系统。协调两台及两台以上的模块化净水控制从站运行的上位控制系统称之为模块化净水控制主站系统。净水控制主站系统通过dcs分散控制方式的485总线串联多台净水控制从站系统（每个模块对应一个），向各个净水控制从站系统收集或传送数据、请求或控制指令，根据净水量的要求协调各个净水

14、控制从站系统的投入或退出。中央控制系统通过dcs分散控制方式的485总线串联净水控制主站系统及其他控制系统排泥水控制系统、废水回用系统、反冲洗控制系统、消毒控制系统等，向各个控制系统收集或传送数据、请求或控制指令，根据净水工艺要求协调各个控制系统的运行或停止。5结论2017年8月绿色科技第16期（1）净水模块由混合、絮凝、沉淀、过滤4个工序组成；将净化步骤有机并有序的结合在一块模块里。（2）消毒系统及反冲洗系统组装在一个模块内进行处理，节省占地面积。（3）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，其根据净化要求的指标调整

15、各个净化药剂的投加，以保证净化指标的完全达到。参考文献：1王杰， 高昆仑， 王万召. 基于opc通信技术的火电厂dcs后台控制j. 电力自动化设备， 2013， 33（4）：142147.2冷杉， 徐悦， 陈坤，等. 虚拟dcs技术与大型发电厂实时系统互联应用j. 东南大学学报（自然科学版）， 2005， 35（1）：6063.3李树江， 倪莎. 基于dcs的中央空调制冷机组控制系统j. 仪表技术与传感器， 2013（8）：5456.4张黎， 魏小辉， 印寅，等. 基于3dcs的大型客机主起落架收放机构容差分析j. 机械设计与制造， 2012（7）：7375.5王君伟. 水廠加药系统的优化控制

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