基于plc的水厂滤池自动控制系统毕业论文

基于plc的水厂滤池自动控制系统毕业论文内容摘要：

024 个节点 ,这样便于形成大型的管理与控制信息系统。 过程控制处理的是实时信息 ,为了适应这方面的需要 ,近年来也出现了一些如动态数据交换(DDE)和对象链接嵌入 (OLE)的实用程序 ,而在数据信息的应用上 ,则可以用SQL(结构化查询语言 )在工厂实时数据库与各关系式数据库之间建立起所需的联系。 向开放式系统发展 PLC 系统是较早在过程领域发展起来的分布式网络系统 ,经过几十年的发展 ,DeviceNet 在北美和日本比较普遍。 而 ProfibusDP 则在欧洲用的比较普遍 ,针对过程自动化 ,ProfibusPA 和 foundation Fieldbus 及 Interbuss 等。 在实际标准化和开放型的过程中 , 逐 渐 趋 向 于 采 用 UNIXOSE/1,HP UX,Solaris,AIX,Windows NT 这样的开放式操作系统和视窗技术。 发展小型系统 许多主流的 PLC 系统功能强、质量好 ,但是价格也很高。 这就使得一些中小企业在选择控制设备时往往感到为难。 集散控制系统向小规模方向发展 ,特别是单回路控制器称为集散系统发展的一个方向 ,通讯功能和人及联系能进一步加强。 CRT 操作台在简化操作、减少可能发生误操作 及提高操作台自身可靠性方面进一步取得了进展。 媒体技术将引入控制系统 包括图像、声音、触觉和味觉。 目前 ,照片、工业电视的图像、过程中产生的声音已进入控制系统。 当来自过程的电视运行图像给出了过程概貌的直接视觉反馈 ,可以监视诸如高压设别内泄漏电流 (电晕放电 )等。 过程的声音也是相当重要的 ,通过一定的转换手段 ,可以将过程声音引到操作台的终端和话筒喇叭上 ,这样操作员可以听到故障机件的声音 ,帮助辨别故障发生的位置。 另外 ,采用了虚拟的图像技术 ,栩栩如生的图像画面再配上逼真的过程声音 ,可以使操作员如同身临现场 ,观察和操作各种设备 ,完成以前很难完成的事情。 可以预计 ,多媒体技术引入控制领域将会给该领域带来一种全新的变化。 第 2 章 控制系统总体方案的设计系统的分析 V 型滤池工艺过程 滤池有多种型式 ,以石英砂作为滤料的普通滤池使用历史悠久。 在此基础上 ,人们从不同的工艺角度发展了其它型式的滤池。 V 型滤池是快滤池的一种形式 ,因为其进水槽形状呈 V 字形而得名 ,也叫均粒滤料滤池 (其滤料采用均质滤料 ,即均粒径滤料 )、六阀滤池 (各种管路上有六个主要阀门 )。 它是我国于 20 世纪80 年代末从法国 Degremont 公司引 进的技术。 V 型滤池采用了较粗、较厚的均匀颗粒的石英砂滤层。 采用了不使滤层膨胀的气、水同时反冲洗兼有待滤水的表面扫洗。 采用了气垫分布空气和专用的长柄滤头进行气、水分配等工艺。 它具有出水水质好、滤速高、运行周期长、反冲洗效果好、节能和便于自动化管理等特点。 90 年代以来 ,我国新建的大、中型净水厂差不多都采用了 V 型滤池这种滤水工艺。 水厂生产的基本工艺可分为加药、反应、沉淀、过滤、消毒、储存、送水等几个相关过程。 其中过滤过程又可分为正常过滤和滤池反冲洗两个子过程 ,这两个子过程交替运行 ,相互之间间隔一定时 间 (24 H),图 图。 图 21 滤池工艺过程简化图 工作过程 (1)过滤过程 : 所谓滤池的正常过滤过程就是通过滤料层将待滤水去除杂质颗粒、细菌的过程 ,其主要目的是使滤后水的浑浊度达到国家饮用水的卫生标准。 待滤水由进水总渠经进水阀和方孔后 ,溢过堰口再经侧孔进入被待滤水淹沿的 V 型槽 ,分别经槽底均匀的配水孔和 V 型槽堰进入滤池。 被均质滤料滤层过滤的滤后水经长柄滤头流入底部空间 ,由方孔汇入气水分配管渠 ,在经管廊中的水封井、出水堰、清水渠流入清水池。 (2)反冲洗过程 : 所谓滤池的反冲洗过程 ,就是先后运行气洗、水洗两种清洗方式去除滤料层中的杂质 ,是滤池自净的工艺措施。 关闭进水阀 ,但有一部分进水仍从两侧常开的方孔流入滤池 ,由 V 型槽一侧流向排水渠一侧 ,形成表面扫洗。 而后开启排水阀将池面水从排水槽中排出直至滤池水面与 V 型槽顶相平。 反冲洗过程常采用“气冲→气水同时反冲→水冲”三步。 气冲打开进气阀 ,开启供气设备 ,空气经气水分配渠的上部小孔均匀进入滤池底部 ,由长柄滤头喷出 ,将滤料表面杂质擦洗下来并悬浮于水中 ,被表面扫洗水冲入排水槽。 气水同时 反冲洗 在气冲的同时启动冲洗水泵 ,打开冲洗水阀 ,反冲洗水也进入气水分配渠 ,气、水分别经小孔和方孔流入滤池底部配水区 ,经长柄滤头均匀进入滤池 ,滤料得到进一步冲洗 ,表扫仍继续进行 停止气冲 ,单独水冲 表扫仍继续 ,最后将水中杂质全部冲入排水槽。 V 型滤池的特点及设计参数 滤速可达 7~20m/h,一般为 ~。 采用单层加厚均粒滤料 ,粒径一般为 ~, 允许扩大到~,不均匀系数 ~ 或 之间。 对于滤速在 7~20m/h 之间的滤 池 ,其滤层高度在 ~ 之间选用 ,对于更高的滤速还可相应增加。 底部采用带长柄滤头底板的排水系统 ,不设砾石承托层。 滤头采用网状布置 ,约 55 个 /m2。 反冲洗一般采用气冲、气水同时反冲和水冲三个过程 ,反冲洗效果好 ,大大节省反冲洗水量和电耗。 气冲强度为 50~60m3/()(13~16L/),清水冲洗强度为 13~15m3/()(~), 表面扫洗用原水 , 一般为5~8m3/()(~)。 整个滤料层在深度方向的粒径 分布基本均匀 ,在反冲洗过程中滤料层不膨胀 ,不发生水力分级现象 ,保证深层截污 ,滤层含污能力高。 滤层以上的水深一般大于 ,反冲洗时水位下降到排水槽顶 ,水深只有。 综上所述 ,气、水反冲洗时 ,由于气泡的激烈运动作用 ,大大加强了污物剥落能力及截污能力。 在滤池实际反冲洗时 ,我们观察到 :当反冲时间约 5 分钟时的滤层污物剥落高达 95%以上 ,因此 V 型滤池的反冲洗效果是肯定的。 此外反冲洗时 ,原水通过与反冲洗排水槽相对的两个 V 型槽底部的小孔进入滤池 ,它扫洗滤层的表面 ,并把滤层反冲上来的污物、杂质推向排水 槽 ,同时扫洗了水平速度等于零的一些地方 ,在这些地方漂起来的砂又重新沉淀下来。 此外滤池的表面扫洗 ,还加快了反冲水的漂洗速度 ,用原水养活了反冲洗滤后水用量及电能 ,也节约了冲洗水量。 养活冲洗水量是原水表面清扫的一个特别优点 ,事实上 ,它还起到了在一个滤池反冲洗时防止其它滤池在最大输出负荷下运行的作用。 由于本水厂滤池控制部分系统设计包含恒水位过滤控制和自动反冲洗控制 ,而本滤池的自动反冲洗控制只需设计出气、水的反冲洗过程便能够达到控制要求 ,故本系统并未对滤池的表面扫洗技术进行深入的研究与技术上的实现 ,从而在满足系统功能的前提下避免了系统设计的复杂性。 现将滤池的基本的工艺结构简图绘制如下图所示。 图 22 滤池工艺结构的简图 滤池控制系统的控制任务及其设计 控制任务 滤池控制系统的控制任务就是控制过滤、反冲洗和两者的交替 ,目的就是保证滤后水的浊度符合要求。 过滤时要求维持一 定的滤速 ,这通过控制滤池的液位实现 ,即过滤时要把液位控制在一定范围之内。 当过滤进行一段时间后 ,滤料吸收的悬浊物积累到一定数量 ,对滤后水浊度的稳定有不利影响 ,需要进行反冲洗。 反冲洗就是对滤层的清洗 ,需要控制鼓风机、水泵等冲洗设备 ,以及滤池相关阀门的开、关。 反冲洗与过滤是交替进行的 ,反冲过后进入过滤 ,过滤一段时间后也需要启动反冲洗。 反冲洗的启动有两种方法 :人为命令和控制器依条件判断是否启动。 判断的条件可以有很多 ,比如 :是否到达设定时间、过滤己经进行的时间、水头损失大小等。 更先进一些的还可以直接根据滤池滤后出水的 浊度决定是否反冲洗。 控制系统设计要求及其组成 滤池的设计及其控制系统决定了滤后水的水质。 后者既不会引起出水突变也不会波动地工作 ,既不会引起摆动也不会太敏感 ,这些因素可导致清水水质恶化及滤池过早穿透 ,此外 ,控制系统必须满足以下要求 : 滤后水出口的变化缓慢 持续地控制液位 ,没有复杂的机械系统。 在水厂流量的各种变化中 ,限制人为的加入。 控制系统的组成 滤池控制系统一般由受控设备、电气执行机构、控制器和上位机组成。 其中受控设备可以分为两部分 :滤池 阀门和反冲洗系统。 常见滤池阀门有 :反冲洗阀、气阀、清水阀、排水阀。 自动反冲洗系统的运行可分为排水、气冲洗、气水混合冲洗、水冲洗和进水五个阶段 ,反冲洗各阶段运行时间根据滤池工况预置到 PLC。 系统接到对某池进行反冲洗的指令后进入排水阶段 ,先关闭进水阀 ,把滤池的水位降至预置水位 ,然后关闭出水阀 ,打开排水阀。 排水阀打开以后 ,滤池进入气冲洗阶段 ,这时气冲计时器开始计时 ,排气阀打开 ,同时风机启动、风机出口打开。