国家游泳中心水处理控系统设计

国家游泳中心水处理控系统设计

1水处理系统的设计国家游泳中心是2008年第29届全国游泳比赛的主赛场。届时包括游泳、跳水、水球、花样游泳在内的多项金牌将在此决出。赛事期间持续稳定地提供满足国际泳联(FINA)水质标准的池水是承接比赛的先决条件,是国家游泳中心项目建设成败的关键点。众所周知FINA的标准非常严格,如果不采用自动化系统,仅依靠人的感观和认识去操纵,水质是难以达标的。因为投药的品种、数量、浓度、时间,滤池的冲洗周期、强度、历时,都要求操作者适时正确地完成,这对操作者来说难度是很大的。因此,一个设计合理的自控系统对赛事的顺利举办起到非常关键的作用。国家游泳中心建筑体内共包含游泳比赛池、跳水比赛池、热身池3个泳池。地下2层的游泳比赛池机房、热身池机房、跳水比赛池机房分别设置独立的水处理系统为相应的泳池提供服务。各水处理系统根据工艺要求分别包含回水水质分析、进水水质分析、均衡池、循环过滤、药物投加、热交换、臭氧消毒等环节。2控制系统设计目前适用于水处理自控系统的基本形式主要有两种:DCS系统和现场总线系统(PLC)。DCS系统适用于模拟量多,闭环控制多的系统。而现场总线系统的主要优势是适用于控制点较少而且特别分散的系统。本工程受控设备相对集中,且需闭环控制的环节较多,选用DCS构建自控系统更为适合。控制系统设计遵循“集中管理、分散控制、数据共享”的原则,在竞赛池、跳水池、热身池水处理机房分别设置控制站,独立完成本机房的水处理过程控制。各控制站能接受中央控制的调控。在竞赛池水处理机房控制室设置集中水处理监控中心,值班员及工程师可通过该监控中心的上位机能完成本机房及跳水池、热身池水处理机房水处理工艺流程的全盘监控。各泳池水温、PH值、浊度、余氯、ORP值,均衡水池连续液位、水泵状态及所有报警信号等数据信息均能汇总至该中心,并能通过以太网上传至大楼BA中心。集中水处理监控中心还为将在赛后建设的休闲娱乐池水处理系统预留接口。本系统设3个控制站:游泳竞赛池控制站、跳水池控制站、热身池控制站。每个控制站系统由工程师站、操作员站、控制站、过程控制网络等组成。2.2控制柜及继电器柜配置游泳池控制站、热身池控制站、跳水池控制站分别各设系统控制柜及继电器柜各一屏、操作站一个、工程师站一个(兼作操作站)。并各配置报表打印机一台。中央控制室配置服务器一台,操作站一个。2.3sbus总线DCS系统采用三层网络结构:第一层网络是信息管理网Ethernet采用以太网,用于信息传送和管理,实现综合管理。系统通过OPC服务器与BA系统互联。第二层网络是过程控制网SCnetII连接了系统的控制站、操作员站、工程师站、通信接口单元等,是传送过程控制实时信息的通道。第三层网络是控制站内部I/O控制总线,称为SBUS控制站内部I/O控制总线。主控制卡、数据转发卡、I/O卡件都是通过SBUS进行信息交换的。SBUS总线分为两层:双重化总线SBUS-S2和SBUS-S1网络。主控制卡通过它们来管理分散于各个机笼内的I/O卡件。3主要控制单元的原理3.1池塘水质指标的测定游泳池的主要技术指标为水温、PH、ORP、浊度、余氯。采取回水取样及进水取样分析采集泳池水质指标,系统采用模糊控制的方法并结合经验数据控制各种药剂的投加量。泳池水温通过换热站调节阀采用PID控制加上下限来实现。均衡水箱液位连续测量,由DCS控制水面高度,自动补水,液位与循环水泵及补水电动阀连锁。3.2反冲强度的控制砂过滤系统采取自动反冲洗程序,可人工干预。当砂过滤器上下压差达到设定值时,系统询问肯定后自动转入反冲洗程序,并停止加药及臭氧发生器,通过电磁流量计及反冲进水调节阀控制反冲强度,并与循环泵连锁。4.1回水、进水水质检测指标取样:回水取样从泳池池壁靠近溢流处取样。进水于换热器后进入泳池前取样。检测:回水、进水水质检测均为6个指标。即水温、PH值、ORP、余氯、浊度、臭氧浓度。水温、PH值、ORP、余氯均由传感变送器将测量值传送至DCS系统。臭氧浓度、浊度由二次仪表测量的输出信号(4～20mA)传送至DCS系统。4.2计量泵控制系统PH值目标值:7.2～7.6采用计量泵于泳池进水总管处投加PH调整剂实现PH值的调节。计量泵由DCS系统控制,采用模糊规则库法则进行控制,根据回水及进水测量PH值由DCS软件程序计算得出控制值,输出4～20mA信号控制计量泵频率,控制调整剂投加量。连锁:泳池停止过滤时停计量泵。4.3回水测量及计量泵控制余氯目标值:0.3～0.6mg/L采用计量泵于泳池进水总管处投加长效消毒剂实现余氯浓度的调节。回水测量值作为目标值,进水测量值为控制过程值。计量泵由DCS系统控制,采用模糊规则库法则进行控制,由DCS软件程序计算得出控制值,输出4～20mA信号控制计量泵频率,控制长效消毒剂投加量。连锁:泳池停止过滤时停计量泵。4.4或p值控制ORP目标值:>=700mVORP值作为辅助参数,进水及回水测量ORP值只显示不控制。4.5集料确定与ds自适应温度目标值:26±1℃回水测量温度值作为目标值,进水温度测量值为过程控制值。温度值由DCS程序控制,DCS输出4～20mA信号控制换热器热水调节阀,实现水温调节。运行时开启热媒总管开关阀,检测总管温度值、各换热器热媒进管压力值,若有故障时,DCS系统发出声音及信息报警。连锁:循环系统停机及反冲洗时关闭热媒总管电动开关阀。4.6经验调试投加回水测量浊度值作为目标值,进水浊度测量值作为操作控制值。絮凝剂在均衡池循环泵前加入,采用经验调试值定比投加。由DCS控制计量泵启停。连锁:循环系统停机及反冲洗时关闭计量泵。4.7臭氧发生量检测本系统设有三个臭氧浓度检测点:回水取样水臭氧浓度、活性炭臭氧浓度、泳池进水总管臭氧浓度。与循环水总管电磁流量计复合控制臭氧发生器发生量,发生量由臭氧发生器内部控制器控制;启停由DCS控制。活性炭吸附罐后的臭氧浓度检测设高低限报警,活性炭吸附效果差时发生报警;泳池进水臭氧检测值设高低报警,高报警作为控制臭氧发生量的辅助参数,以及发生量的高限。报警设于DCS系统控制室,采用声音及文字信息复合报警。连锁:循环系统停机及反冲洗时关闭臭氧发生器。4.8系统正常运行工况及操作以游泳竞赛池为例说明均衡水池液位的控制。液位计为超声波液位计,测量连续液位在控制室显示。系统未运行时,均衡水池液位称为系统静态水位。若测量液位值低于静态液位值(2.95m)与阀门动作死区5cm之差(即液位为2.90m)时,开启补水电动阀。当补水至系统静态液位(2.95m)与阀门死区5cm之和时(即液位为3.0m)时,关闭电动阀。若测量液位达到系统静态超高水位(3.25m)时,控制系统发出声音报警及文字信息报警。系统运行时,均衡水箱液位称为动态水位。当系统动态水位低于系统动态常水位(2.2m),且达到系统补水位(1.9m)时,开始补水。打开补水电动阀,补水至系统动态常水位(1.9m)时,关闭补水电动阀。当系统动态水位达到最低水位(0.4m)时,停止所有循环水泵,关闭其他系统,停止整个系统运行,并在控制系统发出声音及文字信息报警。以游泳竞赛池为例,说明操作过程。游泳竞赛池砂过滤系统共有3台循环水泵,4个砂过滤器。启动时,先开启4个过滤器上的电动阀门,使4个过滤器均处于过滤状态。启动前过滤器初始化,使各过滤器处于备用状态。具体操作:检查所有阀门是否处于关闭状态。若有阀门未处于关闭状态,关闭该阀门。启动各过滤器上的电动阀门,使其处于过滤状态。具体操作:开启过滤器1上的阀门XV111、XV112;开启过滤器2上的阀门XV121、XV122;开启过滤器3上的阀门XV131、XV132;开启过滤器4上的阀门XV141、XV142。以2min为时间间隔,依次启动各循环泵:启动循环泵1,2min后启动循环泵2,再2min后启动循环泵3。启动完成。等待总管流量计测量值达到正常范围时,开启热交换系统、各加药系统、臭氧消毒系统。系统循环正常流量为:游泳竞赛池985m310%;热身池656m310%;跳水比赛池480m310%启动完成。等待总管流量计测量值达到正常范围时,开启热交换系统、各加药系统、臭氧消毒系统。4.10启动自动反冲洗程序启动条件系统处于循环过滤时,每个过滤器上下压力检测实时在控制室显示,过滤器上部压力与下部压力之差构成差压。当过滤器中任何一个压差达到设定值0.06MPa或者系统反冲洗后连续运行时间达到设定时间值,启动自动反冲洗程序。自动反冲洗启动前,首先弹出询问反冲洗是否立即执行对话框,在操作员确定时立即启动自动反冲洗程序。若在5min后未得到操作员响应,自动进入自动反冲洗程序。4.10.循环关闭过滤以2min时间间隔依次关闭各循环泵:关闭循环泵1,2min后关闭循环泵2,再2min后关闭循环泵3。关闭所有过滤器的过滤进水阀及过滤出水阀(即过滤启动时开启的两个阀门)。关闭顺序为先关闭过滤出水阀,动作10s后关闭过滤进水阀。过滤器全部阀门反馈到位后,初始化完成。4.10.水泵开启状态反冲洗采取单独逐个反冲洗的方式。开启反冲洗出水阀,开启反冲洗进水阀至一定开度(调试时确定)。开启循环泵中的一台,稳定后调节(PID)反冲洗进水阀,使反冲洗流量到达设定值(流量测量根据各自过滤器上的电磁流量计)。水泵开启状态且反冲洗出水阀位反馈信号到开始计时,反冲洗时间为7min。各泳池过滤器反冲洗强度(反冲洗流量)如下:游泳竞赛池各过滤器:451.5m/h跳水池各过滤器:451.5m/h热身池各过滤器:473.0m/h反冲洗设定时间到达后,阀门切换,进入正冲洗程序。冲洗流量不变,关闭反冲洗出水阀,同时打开正冲洗阀,并开始计时。正冲洗设定时间3min。正冲洗设定时间到达后,关闭本过滤器的反冲洗进水调节阀,同时关闭正冲洗出水阀,打开下台过滤器的反冲洗进水调节阀(设定初始开度)、反冲洗出水阀。程序进入下台过滤器的反冲洗程序。4.10.闭循环水泵系统当最后一台过滤器自动反冲洗(含正冲洗)程序结束后,关闭循环水泵。系统设立单个独立的过滤器反冲洗程序段。操作员可以通过自控系统人机界面的按钮选择单个过滤器的反冲洗、正冲洗程序,反冲洗及正冲洗程序可由操作员设定。4.11设置热交换系统游泳比赛池、热身池热交换系统均配置两台板式换热器。泳池初次使用时使用两台热交换器,正常运行时一用一备。两台换热器与各自的辅助设备构成独立的热交换系统。使用时可由操作员确定使用哪套系统。跳水池除配有两套独立的热交换器外,暖身池独立配有一套热交换系统,以提高进水温度。各个泳池热媒总管温度及流量检测为两套热交换器共用。工作原理:循环系统运行时,开启换热器对应热水泵,开启热媒总管电动开关阀,检测回水温度值,若水温低于温度低限(调试时确定)时,换热器热媒入口调节阀全开。温度上升至低限后,采用PID调节。PID参数调试时整定。泳池进水温度配合泳池进水循环总量用以计算换热所需热量。进水温度还用于设定进水温度高低限报警。运行时在人机界面上显示热媒温度、流量及换热器后端热媒回水压力。跳水池系统中的暖身池换热系统除控制热媒调节阀外,加热后进入暖身池的水量由换热器后暖身池进水管上的电磁流量计及调节阀构成PID回路,控制流量在25m/h。温度目标值:游泳比赛池、热身池、跳水池均为26±1℃;跳水池暖身池为40±1℃4.12u3000嘴唇热池各池臭氧消毒系统可由操作员决定使用哪套臭氧发生器,臭氧发生器由程序启动,并根据检测的臭氧吸附罐后的臭氧浓度,由DCS控制臭氧发生器启停。单台臭氧发生器设定值:游泳池:394g/h;热身池:263g/h;跳水池:404g/h。臭氧发生器的工作状态及故障报警信号由DCS采集并在人机界面上显示。臭氧发生器则按自身设定的程序运行