武汉理工大学学报·信息与管理工程版 2001年12月第4期
赵 燕1,张 萍1,张 庆2 (1.武汉理工大学机电工程学院,湖北武汉 430070;2.武汉市自来水公司,湖北武汉 430040)
摘 要:水处理工艺过程由取水、混凝剂和消毒剂第一次投加、沉淀过滤、消毒剂二次投加及送水等环节组成。其中,混凝剂和消毒剂的配制及投放是水处理质量的关键环节。人工混凝剂和消毒剂的配制及投放会造成计量精度差、工人劳动强度大、对环境污染大和损害人体健康等恶劣影响,将可编程控制器(简称ＰＣ)应用于混凝剂和消毒剂的配制及投放,可实现该环节各设备的自动控制和操作,从而降低工人的劳动强度,提高水处理的效率,实现该工序的自动控制。
关键词:水处理;可编程控制器;自动控制
中图法分类号:ＴＰ271.4;ＴＵ991.2 文献标识码:Ａ1 文章编号:1007-144Ｘ(2001)04-0051-02
收稿日期:2001-03-28
作者简介:赵 燕(1957 ),女,湖北武汉人,武汉理工大学机电工程学院副教授.
1 前 言
随着供水事业的发展,人们对水量的需求越来越大,对水质的要求越来越高。提高水处理效率是城市发展和人民生活水平提高的需要,实现水处理自动化势在必行,水处理工艺过程流程图如图1所示[1]。混凝剂、消毒剂加注自动化则是水处理过程中最具经济效益和社会效益的一项措施。它具有稳定出水水质、节约净水资源、减轻工人劳动强度、投入少产出高的特点。
2 配药及投药设备构成及工作循环
2.1 设备构成
混凝剂、消毒剂投放过程由配药及投药2个环节构成,如图2所示。
系统主要设备如下。
①流动电流检测系统(ＴＣＳ)流动电流法是20世纪80年代后期出现的凝聚投药检测控制技术。其主要优点是,不需建立数学模型,只需单一的控制因子———流动电流;在投药后2～4ｍｉｎ(反应池)取样,及时地将信号(反映药剂投加量和初凝效果的流动电流值)反馈回投加设备,使投加设备能迅速地修正(或保持)投加量。
②液位计
在净水生产中,由于接触式测量抗腐蚀性差,所以系统采用超声波液位计检测液位。超声波液位计由如下3部分组成:电源和报警输出系统ＮＴ4,电子频率调制ＦＭＵ421,超声波传感器ＤＵ40。该液位计可根据投药总量及配制浓度,事先设置液位值,具有数据存储功能和2个可调整的设定值报警信号,提供标准模拟输出信号为直流4～20ｍＡ。
③浊度计
高浊度(源水)测量用ＳＳ6型浊度仪,最大测量范围0～9999ＮＴＵ,模拟输出信号4～20ｍＡ;低浊度(滤前水)测量用1720Ｃ型浊度仪,最大测量范围0～30ＮＴＵ,模拟输出信号4～20ｍＡ。
④主要构筑物
溶解池:对混凝剂进行浓度配比;溶液池:混凝剂贮存池;贮液池:混凝剂原液贮存池。
⑤鼓风机
鼓风机使药剂搅拌均匀。
⑥变频调速器和计量泵
计量泵为双缸双头隔膜式,具有耐腐蚀的功能。投加能力为3000Ｌ/ｈ,压力为0.3ＭＰａ。
2.2 工作循环
配药的自动控制过程如下:
当溶液池液位低于设定值Ｍ2时系统报警→打开贮液池电磁阀Ｋ1,使密度为ρ1的药剂原液自流到溶液池→溶液池液位达到设定值Ｈ1时,关闭贮液池出液阀Ｋ1→打开溶液池清水阀Ｋ2进行稀释→启动鼓风机Ｇ进行搅拌→溶液池液位达到设定值Ｈ2时关闭Ｋ2及Ｇ→打开溶液池出液阀Ｋ3→启动提升泵Ｔ,将稀释成ρ2的混凝剂提升至溶液池→溶液池液位达到设定值Ｍ1时关闭Ｋ3及Ｔ→报警解除,等待下一次循环。
投药的自动控制过程如下:
流动电流是反映混凝剂投加量大小的物理量。它可以通过ＴＣＳ传感器的一对电极在线连续测量,然后再经ＴＣＳ监控器变送放大后显示出来。其显示范围为-10.00～+10.00,相应输出直流4～20ｍＡ。当投加量增加或减少时,它的显示值也迅速地相应增减;当投加量正好符合要求时,即可得到零点或设定点。控制器将流动电流值与给定值作比较,得到偏差,控制器对偏差作ＰＩＤ运算。
3 配药投药自动控制系统设计
3.1 控制系统构成
经分析,该系统有5个输入量,9个输出量,均为开关量,还有4路模拟信号(浊度和液位)需要测量和控制。投配药ＰＣ控制系统的组成如图3所示。根据系统输入输出的性质和数量,选用ＦＸ2 24ＭＲ主机加通道模拟输入输出模块ＦＸ 4ＡＤ4的配置[2],共有12个输入点,12个输出点,可满足系统输入、输出信号的数量要求。输入、输出信号及ＰＣ地址编号如表1所示[3,4]。
3.2 控制程序
配药系统自动控制流程图如图4所示。
4 结 论
将可编程控制器用于水处理投配药过程中,改变了原来由人工投配药剂时计量精度差、工人劳动强度大、对环境污染大、损害人体健康等恶劣状态,实现了投配药过程的自动控制,提高了水处理的质量及效率。
