自來水廠濾池自動控制系統(tǒng)開題報告

1、自來水廠濾池自動控制系統(tǒng)設(shè)計開題報告一、摘要水是生命之源。隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，對城市供水提出了更高的要求，不僅要滿足管網(wǎng)壓力的需要、保證充足供水，還要求水質(zhì)明顯提高。濾池是水廠常規(guī)處理凈水構(gòu)筑物的最后一道工序，濾池運行得好壞直接影響到水廠的出水水質(zhì)。濾池反沖洗工藝復雜，如果仍然沿用人工方式，勞動強度大，工作效率低，安全性難以保障，為此必須進行濾池自動化系統(tǒng)的改造。本文正是在這種背景，從單片機的基本結(jié)構(gòu)入手，對單片機控制系統(tǒng)的通用設(shè)計方法和提高系統(tǒng)可靠性的一些基本措施的應用研究作了嘗試，重點探討了單片機控制系統(tǒng)硬件，軟件的設(shè)計方法。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，進行了硬件設(shè)備的選型，設(shè)計了

2、控制系統(tǒng)硬件配置圖，I/O模塊接線圖，并編寫了實現(xiàn)控制算法的程序。 關(guān)鍵詞：水廠濾池，恒水位控制，自動反沖洗，協(xié)調(diào)控制二、課題研究背景 早期的水廠控制是單元式的。根據(jù)需要，各個工藝環(huán)節(jié)建立獨立的控制設(shè)施。這些設(shè)施可以一次建成，也可以分別建設(shè)，相互之間沒有聯(lián)系。每個環(huán)節(jié)根據(jù)自身的情況進行工作，只能解決該環(huán)節(jié)局部的控制調(diào)節(jié)問題，環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)時難以自動實現(xiàn)的，需要人工加以干預 人類早在二千年前就開始對飲用水進行處理，但都是小規(guī)模的處理，針對的僅僅是某個人或者某個家庭。面對社會興建水廠，工業(yè)化的對水進行處理不到200年。而這我國水廠的規(guī)?；ㄔO(shè)更是在解放后，時間較短，但是我們已經(jīng)取得卓越的成就，目前

3、各個城市都興建的自己的凈水廠，基本普及自來水。而維持一個城市如此大規(guī)模的水廠運行，并且保證出廠水質(zhì)，對處理工藝和自動化水平的要求都有很大的提高。水廠處理工藝發(fā)展至今，可以說已經(jīng)比較成熟，基本上是吧混凝沉淀、過濾、消毒?；炷齽┮话悴捎娩X鹽、鐵鹽。利用混凝劑去除水中的懸浮顆粒。再進行沉淀、過濾。消毒一般都采用氯化法。隨著凈水理論的發(fā)展，工藝設(shè)計和處理構(gòu)筑物的形式不斷變化，各類反應藥劑也出現(xiàn)新的替代品，比如：以高分子化合物為混凝劑，臭氧或二氧化氯作為消毒劑等等。不過，基本的工藝過程沒有根本性的改變。相比之下，水廠的現(xiàn)代化更主要的表現(xiàn)在自動化監(jiān)控系統(tǒng)上。凈水廠的生產(chǎn)過程采用自動化技術(shù)，不是單純的為了節(jié)

4、省人力，更主要的是加強各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的合理調(diào)度，難夠保證水量，水壓和水質(zhì)。三、研究現(xiàn)狀早期的水廠控制都是單元式的，只能解決該環(huán)節(jié)局部的控制調(diào)節(jié)問題，環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)時很難實現(xiàn)的，需要人工加以干預。這屬于分散式控制。慢慢隨著計算機及控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了集中式控制形式，由中心控制室的計算機對各個環(huán)節(jié)進行巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、控制運算，然后發(fā)出控制信號，直接控制被控對象。一臺計算機往往同時控制多個回路，即多個水處理工藝環(huán)節(jié)。 當前水廠采用的控制系統(tǒng)，從自動控制的角度可以劃分為SCADA系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、總線式工業(yè)控制構(gòu)成的系統(tǒng)。在國內(nèi)水廠自動化得到廣泛的應用。 該系統(tǒng)有優(yōu)點如下： 可以實現(xiàn)分級分布控制。

5、 可以實現(xiàn)“集中管理、分散控制”的功能，將危險分散，大大提高了可靠性。 編程簡便，周期短。 系統(tǒng)配置易調(diào)整 可以工業(yè)現(xiàn)場相連，實現(xiàn)機電一體化。四、研究目的改革開放以來，我國人民的生活水平得到大幅度的上升，人民對飲用水的質(zhì)量越來越關(guān)注，自來水廠對處理工藝要求也不斷提高，與之相反的是因為環(huán)境因素，水源的水質(zhì)卻每況愈下，欲使水廠的出水水質(zhì)達標的話，水處理的每一個過程都很重要，濾池是自來水廠處理環(huán)節(jié)的關(guān)鍵之一，它運行的質(zhì)量可以決定一個水廠生產(chǎn)質(zhì)量的好與壞，并對全水廠的生產(chǎn)成本，效能產(chǎn)生重大影響。而濾池最大的特點就是運行參數(shù)多，閥門位置分散，且運行環(huán)境惡劣。因此為了做到安全可靠的生產(chǎn)，應采用自動控制系統(tǒng)

6、。五、研究的意義采用可編程控制器進行水廠濾池的自動化控制，可以縮短設(shè)計周期，并便于安裝調(diào)試，對于水廠這樣的不便于停產(chǎn)的生產(chǎn)單位來講，這一點是尤其重要的。由于單片機自動控制的靈活性，可在現(xiàn)場改變某些工藝參數(shù)和動作順序，增加系統(tǒng)的功能，并取代傳統(tǒng)的繼電器控制，使設(shè)備運行更加平穩(wěn)、可靠，提高了經(jīng)濟效益。六、系統(tǒng)分析與方案設(shè)計1、 V開型濾池工藝應用及過程 濾池有多種形式，以石英砂作為濾料的普通濾池使用史悠久。在此基礎(chǔ)上，人們從不同的工藝角度發(fā)展了其它形的濾池。V型濾池就是在此基礎(chǔ)上由法國德利滿公司在70年代發(fā)展起來的。V型濾池采用了較粗、較厚的均勻顆粒的石英砂濾層；采用了不使濾層膨脹的氣、水同時反沖

7、洗兼有待濾水的表面掃洗；采用了氣勢分布空氣和專用的長柄濾頭進行氣、水分配等工藝。它具有出水水質(zhì)好、濾速高、運行周期長、反沖洗效果好、節(jié)能和便于自動化管理等特點。因此70年代已在歐洲大陸廣泛使用。80年代后期，我國南京、西安、重慶等地開始引用這種濾不工藝，特別是廣東省新建的凈水廠幾乎都采用了V型濾池。 水廠生產(chǎn)的基本工藝右分分為加藥、反應、沉淀、過濾、消毒、儲存、送水等幾個相關(guān)過程。其中過濾過程又可分為正常過濾和濾池反沖洗兩個過程，這兩個子過程交替運行，相互之間間隔一定時間（24H），圖2.1表示濾池工藝過程簡圖。濾池正常過濾過程濾池反沖洗過程24小時監(jiān)控圖2.1 濾池工藝過程2、 V型濾池的結(jié)

8、構(gòu)、工作原理、工藝特點濾池是水廠凈水工藝中的重要環(huán)節(jié)，而濾池過濾能力的再生，是濾池穩(wěn)定高效運行的關(guān)鍵。若采用較好的反沖洗技術(shù)，使濾池經(jīng)常處于最體優(yōu)下工作，不僅可以節(jié)水、節(jié)能，還能提高水質(zhì)，增大濾層的截污能力，延長工作周期，提高產(chǎn)水量。而V型濾池過濾能力的再生，就采用了先進的濾池延長75%左右，截污水量可提高118%，而反沖洗水的耗量比單純水沖洗的濾池可減少40%以上。濾池在氣沖洗時，由于用鼓風機將壓入濾層，因而從以下幾個方面改善了濾池的過濾性能：（1） 壓縮空氣的加入增大了濾料表面的剪力，從而使得通常水沖洗時不易剝落的污物在氣泡急劇上升的高剪力下得以剝落，從而提高了反沖洗效果。（2） 氣泡在濾

9、層中運動產(chǎn)生混合后，可使濾料的顆粒不斷渦旋擴散，促進了濾層顆粒循環(huán)混合，由此得到一個級配較均勻的混合濾層，其孔隙率高于級配濾料的分級濾層，改善了過濾性能，從而提高了濾層的截污能力。（3） 壓縮空氣的加入，氣泡在顆粒濾料中爆破，使得濾料顆粒間的碰撞摩擦加劇，在水沖洗時，對濾料顆粒表面的剪切作用也得以充分發(fā)揮，加強了水沖清污的交通。（4） 氣泡在濾層中的運動，減少了水沖洗時濾料顆粒間的相互接觸的了阻力，使水沖洗強度大大降低，從而節(jié)省沖洗的能耗。綜上所述，氣、水反沖洗時，由于氣泡的激烈運動作用，大加強了污物剝落能力及截污能力。在濾池實際反沖洗時，我們觀察到：當反沖時間約5分鐘時的濾層污物剝落高達95

10、%以上，國此V型濾池的反沖洗效果是肯定的。此外反沖洗時，原水通過與反沖洗排水槽相對的兩個V型槽底部的小孔進入濾池，它掃洗濾層的表面，并把濾層反沖上來的污物、雜質(zhì)推向排水槽，同時掃洗了水平速度等于零的一些地方，在這此地主漂起來的砂又重新沉淀下來。此外濾池的表面掃洗，也節(jié)約了沖洗水量。養(yǎng)活沖洗水量是原水表面清掃的一個特別優(yōu)點，事實上，它還起到了在一個濾池反沖洗時防止其它濾池最大輸出負荷下運行的作用。由于本水廠濾池控制部分系統(tǒng)設(shè)計包含恒水位過濾控制和自動反沖洗控制，而本濾池的自動反沖洗控制只需設(shè)計出氣、水的反沖洗過程便能夠百足之蟲到控制要求，幫本系統(tǒng)并未對濾池的表面掃洗技術(shù)進行深入的研究與技術(shù)上的實

11、現(xiàn)。從而在滿足系統(tǒng)功能的前提下避免了系統(tǒng)設(shè)計的復雜性。所謂濾池的正常過濾過程就是通過濾料層將待濾水去除雜質(zhì)顆粒、細菌的過程，其主要目的是使濾后水的渾濁度達到國家飲用水的衛(wèi)生標準。面濾池的反沖洗，就是先后運行氣洗、水洗兩種清洗方式去除濾料層中的雜質(zhì)，是濾池自凈的工藝措施?，F(xiàn)將濾池的基本的工藝結(jié)構(gòu)簡圖繪制如圖2.2所示。水沖洗氣沖洗超聲波進水閥排污閥清水閥圖2.2 濾池工藝結(jié)構(gòu)簡圖3、 濾池控制系統(tǒng)的組成及其控制任務濾池控制系統(tǒng)一般由受控設(shè)備、電氣執(zhí)行機構(gòu)、控制器和上位組成。其中受控設(shè)備可以分為兩個部分：濾池閥門和反沖洗系統(tǒng)。常見濾池都有5個：進水閥：控制水流入濾池集水渠的閥門。清水閥：控制濾后水

12、流出濾池進入清水管的閥門。氣沖閥：反沖洗時允許氣流對濾層進行沖洗的閥門。水沖閥：反沖洗時允許清水對濾層進行沖洗的閥門。反沖洗系統(tǒng)一般包括：鼓風機：用于產(chǎn)生強勁氣流對濾層進行沖洗。反沖水泵：用于帛取清水對濾層進行反沖洗。電氣執(zhí)行機構(gòu)負責控制的具體實施，它從控制器接收控制命令，然后相關(guān)的器接點閉合或斷開，電路導通，設(shè)備獲得動力繼而進行動作。如果控制器故障，操作人員也可以通過電氣執(zhí)行機構(gòu)的控制面板，對設(shè)備進行手動操作?？刂破魇菍崿F(xiàn)自動控制的關(guān)鍵，所有自動控制的內(nèi)容都由控制器編程實現(xiàn)。濾池的控制與其它車間略有不同，它的設(shè)備較多且重復，每個小池的控制內(nèi)容都是相同的。為了降低控制器故障的風險性，可以采取主

13、、多多個控制器共同工作的方式，這是濾池控制系統(tǒng)發(fā)展的一種趨勢。濾池控制系統(tǒng)的控制任務就是控制過濾、反沖洗和兩者的交替，目的就是保證濾后水的濁度符合要求。過濾時要求維持一定的濾速，這通過控制濾池的液位實現(xiàn)，即過濾時液位控制在一定范圍之內(nèi)。當過濾進行一段時間后，濾料吸收的懸濁物積累到一定數(shù)量，對濾后水濁度的穩(wěn)定有不利影響，需要進行反沖洗。反沖洗就是對濾層的清洗，需要控制鼓風機、水泵等沖洗設(shè)備，以及濾池相關(guān)閥門的開、關(guān)。反沖洗與過濾是交替進行的，反部過后 進入過濾，過濾一段時間后也需要啟動反沖洗。反沖洗的啟動有兩種方法：人為命令和控制器依條件判斷是否啟動。判斷的條件可以有很多，比如：是否到達設(shè)定時間

14、、過濾已經(jīng)進行的時間、水頭損失大小、以及濾后出水的濁度決定是否反沖洗。本設(shè)計水廠濾池部分由8個V型濾池組成，每個濾池尺寸為6Mx6Mx6M,濾池的濾料采用單層1.4M加厚均粒石英砂濾料。每格濾池設(shè)置一個現(xiàn)場控制器，主要功能是完成濾池自動反沖洗和恒水位過濾控制。在正常過濾條件下，生產(chǎn)工藝要求將水位的波動限制在2CM的范圍內(nèi)實現(xiàn)等速恒水位過濾。當濾池運滿足了反沖洗的條件（運行周期到、水頭信號或強沖信號），需要進行反沖洗，以去除濾料層的雜質(zhì)。按要求，每次只有一格濾池進行反沖洗，當多格濾池同時要求進行反沖洗時，系統(tǒng)自動按照先進先出的原則排除進行。濾池正常過濾時，為實現(xiàn)恒水位過濾，設(shè)計以水流量為控制參數(shù)的濾池液位PID控制系統(tǒng)。當系統(tǒng)接收到手動強制沖洗信號、水頭損失信號、定時沖洗信號中的任何一個指令時，進行單格濾池反沖洗。首先關(guān)閉進水閥，濾池內(nèi)部的存留水經(jīng)出水冷閥繼續(xù)過濾排除，當水位降至設(shè)定的反沖洗水位時（0.35M），關(guān)閉出水閥并打開排