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自动化控制系统在自来水厂节能降耗中的应用
发布时间:2018-01-08        浏览次数:44        返回列表
 当前城市供水问题日益严峻,自来水厂在日益激烈的市场竞争中,为了取得更好的发展,必须提高其工作效率,采用自动化控制系统对于提高自开水处理有着积极的意义,而且也能达到节能降耗的目的。下文就对自来水厂节能降耗中自动化控制系统的应用展开简要的分析研究。

一、自来水制水工艺及自控系统的组成
1、自来水制水工艺
制水工艺过程分别几个步骤,取水-制备与投加药剂-混凝-平流沉淀-过滤沉淀-送水。制水工艺采用最新的深度处理工艺,从而达到最新的国家标准要求。自控仪表设备选取分布式集散控制系统,与先进的计算机控制技术、网络技术相结合,实现整体生产工艺的自动化管理控制,为自来水厂创造更高的生产效率及出水质量。
2、自来水自控系统组成
从整体自动控制系统的多个控制站考虑,可以选择任一个一级控制站作为代表,分析PLC在控制站中硬件和软件的设置。其中,PLC的硬件配置包括扩展型基架和CPU、电源、数字量输入输出、模拟量、通讯五大模块共同构成,其中,CPU和电源模块在左端插槽,其它模块可随意安装。按照实际情况设置基架拨号,通常情况下采取16进制,不过0号主基架拨码例外,必须把统一设置成“off”状态。

二、自来水厂节能降耗中自动化控制系统的应用
1、取水泵站自动化控制系统的设计
取水泵站一共有4台取水泵(其中2台变频泵及2台定速泵,3用1备),主要为整个水厂进行原水的供应,是电量的主要消耗站之一,也是水厂控制电量的关键部位。为保证最大限度降低电耗,需把水泵分为两个组:运行的变频泵设定为变频泵组,另一台变频泵及定速泵设定为定速组。每次运行均至少开启一台变频器,当运行变频泵设定时间到时,且另一变频泵不运行时,将自动切换至另一变频泵。自控系统将根据清水池水位增减相应的水泵。
1.1取水变频泵的频率调整。原水变频泵的运行频率要介于最小和最大频率之间,频率限定值在SCADA系统中设定。PLC记录变频泵停止前的频率,以便于变频泵再次启动后保持之前的频率。
1.2定速泵的启动数量。定速泵的启动数量由变频泵的运行频率决定,为了更好地控制定速泵的数量,需要定义两个限定值:限定值1:启动一台定速泵时变频泵频率,限定值2:停止一台定速泵时变频泵频率。
2、加药加氯系统自动化控制设计
2.1加药系统。加药系统主要节能控制点在于控制药耗。水厂加药系统主要用于控制聚合氯化铝的投加,为保证系统的节能降耗,主要控制在于精确计算氯化铝的投加量。乐从水厂设计3台加药计量泵,计量泵的速度需通过PLC计算并直接通过通信进行速度控制给定。
2.2加氯消毒站程序设计。整个水厂的加氯系统由气源系统,真空加氯系统,压力水供应系统,电气、控制检测仪表系统,氯气泄漏检测及安全防护系统组成。为了掌握加氯是否处在手动或自动加氯状态,在加氯机中引出了加氯机的手动/自动选择信号。
(1)前加氯控制设计。前加氯机的控制方式:前加氯的作用主要是防止藻类和破坏胶体,所以前加氯一般根据原水流量按比例投加:加氯机开度控制=源水流量(m³/h)*投加量(kg/km³)/1000,共设置两台前加氯机,一用一备。当使用加氯机故障时,在SCADA上发出警报,并自动切换至另一台备用前加氯机。
(2)后加氯控制设计。后加氯主要作用是保证出厂水中余氯含量,起到清水池及出厂水管道消毒作用。控制方式如下:加氯机开度控制=流量主控制量+余氯控制量流量主控制量=滤后水流量或源水流量(m³/h)*投加量(kg/km³)/1000。
(3)余氯控制量。根据滤后水余氯高低进行控制,控制范围规定在流量主控制量的±5%。当余氯高于SCADA中设定的余氯值时,每分钟余氯控制量-0.2kg(可以SCADA中设置)当余氯低于SCADA中设定的余氯值时,每分钟余氯控制量+0.2kg(可以SCADA中设置)本工程共设置2台前加氯机,一用一备。当使用加氯机故障时,在SCADA上发出警报,并自动切换至另一台备用前加氯机。
3、沉淀池排泥系统自动化控制设计
沉淀池排泥系统主要由排泥阀、排泥车组成。该环节的节能控制关键点在于排泥过程中合理排水,在污泥排放时尽量减少不必要的排水。
3.1沉淀池排泥阀控制。沉淀池排泥阀周期性排泥:排泥周期可设定;各排泥阀开阀时间可设定。排泥周期可设定:用户可根据原水水质进行排泥周期的设定,合理减少排泥时间。各排泥阀开阀时间可设定:用户可根据平流沉淀池的具体特性,设置各阀门的相应开启时间。
3.2排泥车控制。沉淀池排泥车的过程控制:由于沉淀池长度约100m,长度较长,而按照沉淀池的沉泥规律,从沉淀池的进水到出水,池底所沉积的泥厚度按从多到小逐步递减的规律进行,因此,为了达到排泥车的排泥效果而又减小不必要的排水浪费,排泥车的行走电机可采用变速电机,在沉淀池的进水端采取慢速行走,而在沉淀池的出水端采取快速行走,或排泥车的行走电机为定速电机,排泥车从沉淀池的进水端前行全程1/3,后退至沉淀池进水端,再从进水端排泥至出水端,空车返回。
4、送水泵站自动化控制设计
送水泵房一共有4台清水泵,分别为2台变频泵及2台定速泵组成。正常使用时为3用1备。每次运行均至少开启一台变频器,当运行变频泵设定时间到时,且另一变频泵不运行时,将自动切换至另一变频泵。系统分为两个组:运行的变频泵设定为变频泵组P401A/C,定速泵P401B/D设定为定速组。运行的变频泵的频率根据出厂水压力设定值调整。定速泵启动的个数根据变频泵的频率决定启动台数。
4.1加压变频泵的频率调整。加压变频泵的频率根据SCADA设置的压力值进行PID恒压控制,PLC不断调整变频泵的频率。变频泵的频率及频率阀值以Hz表示。
4.2增加变频泵频率。变频泵频率由用户设定压力值及实际管道压力计决定。PLC通过PID运算调整变频泵频率,当管道压力小于用户设定压力时,变频泵频率将增加。
4.3减少变频泵频率PLC。通过PID运算调整变频泵频率,当管道压力大于用户设定压力时,变频泵频率将减少。
4.4定速泵的启动数量。定速泵的启动数量由变频泵的运行频率决定。为了更好的控制定速泵的数量,需要定义两个限定值:限定值1:增加一台定速泵时变频泵频率;限定值2:停止一台定速泵时变频泵频率。
4.5启动一台送水定速泵。当变频泵的频率高于等于限定值1(例如48.5Hz)并且至少有一台定速泵可用时启动一台定速泵。
4.6停止一台送水定速泵。当变频泵的频率低于限定值2(例如35Hz)并且至少有一台定速泵运行时停止一台定速泵。

三、结 语
自来水生产具有独有的特性,其连续性、不可替代性及不间断性要求自动化控制系统具有较高的可靠性、高速性以及稳定性,必须要选择增强型的处理器。自动化系统在自来水厂中的应用有广泛的发展,可以有效的保证水质,提高自来水厂的处理能力。