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1、現代自來水廠自動化控制系統(tǒng)的研究與實現 姓名：王鼎順 第1 章 緒 論 1.1 水廠自控系統(tǒng)簡介 1.1.1 水廠制水工藝流程 各個水廠根據實際情況，其工藝流程千差萬別，設備有增有減，但基本的流程相似，如圖1.1 所示。 圖中主要分為以下幾個工藝過程： （1）取水：通過多臺大型離心泵將江、河、地表等處的水抽入凈水廠。 （2）藥劑的制備與投加：按工藝要求制備合適的混凝劑，并投入混凝劑及氯氣，達到混凝和消毒的目的。 （3）混凝：包括混合與絮凝，即源水投入混凝劑后進行反應，并排出反應后沉淀的污泥。 （4）平流沉淀：與混凝劑反應后的水低速流過平流沉淀池，以便懸浮顆粒沉淀，并排出

2、沉淀的污泥。 （5）過濾沉淀：水通過顆粒介質（石英砂）以去除其中懸浮雜質使水澄清，并定時反沖洗石英砂。 （6）送水：多臺大型離心泵將自來水以一定的壓力和流量送入供水管網。 1.1.2 水廠自控系統(tǒng)組成 自來水廠的工藝特點是各工藝單元既相對獨立，同時各單元之間又存在一定的聯系。正因為各工藝單元相對獨立，因此通常將整個工藝按控制單元劃分，主要包括：取水泵房自動控制系統(tǒng)、送水泵房自動控制系統(tǒng)、加礬自動控制系統(tǒng)、加氯自動控制系統(tǒng)、格柵配水池控制系統(tǒng)、反應沉淀池控制系統(tǒng)、濾池氣水反沖洗控制系統(tǒng)、配電控制系統(tǒng)、水廠中央控制室自動化調度系統(tǒng)，這些工藝單元內設備相對集中。根據這些特點，自控系統(tǒng)較多采用

3、PLC＋IPC的集散控制系統(tǒng)(DCS)模式。 采用PLC+IPC 系統(tǒng)的水廠自動化控制設計一般采用多主站加多從站結構，能夠較好的滿足國內水廠自動化的監(jiān)控、保護要求?？刂泣c分布在水廠內不同的位置，采用就近控制原則，在設備集中區(qū)分別設置不同的PLC 站對該區(qū)域設備進行監(jiān)控，再通過通訊網絡，各PLC 站之間進行數據通訊，實現整個水廠的自動化控制。在控制單元內，PLC 站實現對該單元內設備的自動控制。這樣的優(yōu)點是使控制系統(tǒng)更加可靠，當某一控制單元發(fā)生故障時不會嚴重影響其它單元的自動運行，同時由于單元內控制設備、檢測儀表就近相連，減少了布線成本。 一般根據土建設計，將水廠自動化控制系統(tǒng)按設備位置情況

4、及功能進行組織，分為如下一些控制站點。 （1）中央控制室站點：對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控和調度，同時留有四遙（遙測、遙信、遙調、遙控）系統(tǒng)接口，與上層管理系統(tǒng)進行通訊。 （2）配電室控制站點：對高壓及低壓配電系統(tǒng)進行監(jiān)控。 （3）取水泵房控制站點：取水泵、真空泵、潛污泵及軸流風機等進行監(jiān)控。 （4）送水泵房控制站點：對送水泵、潛污泵等進行監(jiān)控。 （5）格柵配水池控制站點：對快開排泥閥、格柵液位、格柵除污機、螺旋輸送機等進行監(jiān)控。 （6）反應沉淀池控制站點：對快開排泥閥、刮泥機進行監(jiān)控。 （7）濾池公共部分控制站點：對反沖洗公共部分（反沖洗泵、鼓風機、干燥機及相關閥門）進行監(jiān)控。 （8）

5、濾池控制站點：根據單格濾池數量進行配置，每格濾池一個，對單個濾池設備進行監(jiān)控。 （9）加礬控制站點：對加礬、自動配礬系統(tǒng)進行監(jiān)控。 （10）加氯控制站點：對加氯系統(tǒng)進行監(jiān)控。 在實際工程當中，當控制站點較近時，可以將某些站點合在一起，根據功能及控制規(guī)模大小，有些站點可以設為從站或遠程站點。例如長沙榔梨水廠自控系統(tǒng)中，根據實際情況，按照功能分為5 大塊：即取水泵房控制系統(tǒng)，加礬、加氯和格柵配水控制系統(tǒng)，濾池及反沖洗設備控制系統(tǒng)，送水泵及設備控制系統(tǒng)，中央控制室等。 1.2 我國自來水廠自動控制的現狀 我國自來水廠的自動化工作起步較晚，但發(fā)展很快。從六十年代簡單的水位自動控制發(fā)展到七十年

6、代采用熱工儀表和集中巡檢裝置，八十年代以后隨著國家工業(yè)水平的整體提高，使水廠進入了大規(guī)模的發(fā)展年代，特別是隨著外資的引入，大量國外先進的自動化控制技術與設備進入我國，建成了一批全引進的水廠，使我國水廠自動化進程大大加快，自動化水平也快速提高。 由于歷史和現實的原因，我國水廠自動化的總體發(fā)展水平還不高，發(fā)展也不平衡。大中城市水廠，特別是發(fā)達地區(qū)大型水廠的自動化程度很高，而小城市和城鎮(zhèn)水廠，特別是落后地區(qū)小型水廠的自動化程度較低，甚至還是空白。在一些已實現自動化的水廠中，雖然自動化系統(tǒng)和設備與其他行業(yè)，如化工、電力等相比并不差，甚至更先進，但是，其功能并未充分發(fā)揮出來。有的自控系統(tǒng)從未運行過，一

7、直處于閑置狀態(tài)；有的運行一段時間后變?yōu)榱耸謩?，甚至處于癱瘓狀態(tài)，造成了自動化系統(tǒng)和設備的極大浪費。 國內實現水廠自動化控制的方法主要是新建和擴建工程。大型水廠建設項目依靠引進外資和全套技術設備，水廠工藝自動化水平高，但設備和控制系統(tǒng)投資很大。中小水廠自動化的設計、工程服務以國內為主，但系統(tǒng)中關鍵技術和設備仍以引進國外產品為主，在設備選型及工程服務上采取“土洋結合”的辦法。這種“土洋結合”的辦法不但大大降低了水廠在自控系統(tǒng)中的投資，而且實現了工程售后服務的本地化，有利于該行業(yè)的長遠發(fā)展。 1.3 現代自來水廠自控系統(tǒng)的主要內容 我國水廠自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展過程可分為三個階段：第一階段是分散

8、控制階段，該時期水廠各部分分別進行自動控制，各獨立系統(tǒng)互不相關；第二階段是水廠綜合自動化階段，在該時期整個水廠作為一個綜合自動化控制系統(tǒng)進行生產，同時各個獨立子系統(tǒng)又可以獨立工作，該系統(tǒng)共享整個水廠的信息，同時又有分散控制的可靠性。現階段大部分水廠處于此階段；第三階段是供水系統(tǒng)的綜合自動化階段，該階段要求在一個區(qū)域的供水企業(yè)共享信息，實現整個城市或地區(qū)供水系統(tǒng)的自動控制。目前我國的中小型水廠大部分處于第一或第二階段，只有很少大型水廠達到了第三階段。在國外，如加拿大、美國等發(fā)達國家基本實現了供水系統(tǒng)的全自動化，而且開始進行分質供水，同時對水廠內部的自控系統(tǒng)也在不斷地進行改進和提高。 當前水廠采

9、用的自動控制系統(tǒng)的結構形式，從自控的角度可以劃分為數據采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）、集散型控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)、IPC+PLC（Industrial PersonalComputer & Programmable Logic Controller）系統(tǒng)，即工業(yè)個人計算機與可編程邏 輯控制器構成的系統(tǒng)等。 SCADA 系統(tǒng)組網范圍大，通訊方式靈活，但實時性較低，對大規(guī)模和復雜的控制實現較為困難。DCS 系統(tǒng)則采用分級分布式控制，在物理上實現了真正的分散

10、控制，且實時性較好，但應用軟件的編程工作量較大，對開發(fā)和維護人員要求較高，開發(fā)周期較長。IPC+PLC 系統(tǒng)既可實現分級分布控制，又可實現集中管理分散控制。而且PLC 本身可靠性高，組網、編程和維護很方便，開發(fā)周期很短，系統(tǒng)內的配置和調整又非常靈活，可與工業(yè)現場信號直接相連，易于實現機電一體化。因此，IPC+PLC 系統(tǒng)成為了當今水廠自動控制系統(tǒng)的主要結構形式。 綜合分析國際和國內水廠發(fā)展的各個階段的特點以及現有的水廠自動控制系統(tǒng)可知，自來水廠主要的控制技術與核心組成基本相同，主要有水質檢測技術、水處理控制技術、變頻節(jié)能技術與綜合自動化系統(tǒng)四個方面，可用圖1.2 描述。 1.3.1 水

11、質檢測技術 水處理中的自動檢測技術，即水質檢測技術是保證供水和排水水質的重要手段，也是指導水處理工藝運行過程的重要依據，隨著自動化技術、機械制造技術等方面的發(fā)展，出現了越來越多的新型自動化檢測儀表。 目前使用的水處理自動化儀表包括流量、水位、溫度、壓力儀表以及水質測量分析儀表，如pH測量儀、流動電流檢測儀、漏氯報警儀、余氯分析儀、高低濁度在線檢測儀等。在流量測量方面，除了傳統(tǒng)的電磁流量計外，還出現了大量非接觸式儀表。 水位測量儀表是水處理中另一類使用廣泛的檢測儀表，濾池、清水池、格柵配水井、配礬等處都要用到，主要有差壓式、靜壓式、吹氣式、浮子式、靜電電容式、以及超聲波等類型。 檢測儀表

12、是實現水廠自動化的基礎，在日本等發(fā)達國家不僅大面積使用現有成熟儀表外，還不斷開發(fā)出新的檢測儀表并發(fā)展相關的檢測技術，不斷擴大檢測范圍，提高檢測精度。 1.3.2 水處理控制技術 隨著電子技術、計算機技術以及光電技術等相關學科的發(fā)展，近十年來工業(yè)自動化在各個方面都發(fā)生了深刻的變化，包括自動化感應部件、各種檢測傳感器、變送器、各種間接測量設備、各種執(zhí)行機構等底層設備，以及自動回路調節(jié)器、自動控制單元、各種大小型裝置控制系統(tǒng)乃至綜合優(yōu)化調度系統(tǒng)等。有關控制系統(tǒng)的研究和應用也一直是現代工業(yè)生產的重點工作之一，并且已經在控制理論和自動控制系統(tǒng)水平方面都發(fā)生了極大的變化。表1.1 給出了近三十年來水廠

13、自控技術的發(fā)展變化。 隨著水處理技術的不斷發(fā)展，對于水質指標的控制與水處理效率的要求也在不斷提高。新工藝、新設備的廣泛應用一方面提高了水處理能力，另一方面也對整個系統(tǒng)的控制、協(xié)調提出了更加嚴格復雜的要求。常規(guī)控制手段已經成為水處理行業(yè)中的薄弱環(huán)節(jié)之一，需要在現有工業(yè)自動化已經取得的成果基礎上研究、設計、投用適合于水處理行業(yè)的先進控制系統(tǒng)。 由于水處理系統(tǒng)（特別是混凝投藥和加氯控制過程）是一個大遲滯、非線性、時變的復雜系統(tǒng)，系統(tǒng)建模困難，很難控制好。因此各種先進的控制算法不斷提了出來。文獻就設計了一種基于圖像處理的自動加礬系統(tǒng)，文獻則采用智能控制，如神經網絡、模糊控制、遺傳算法等來進行加

14、礬或加氯控制，亦取得了較好的控制效果。 雖然各種先進的控制理論和算法不斷被提了出來，但是在實際的應用過程中，尤其是中小型水廠自動化控制系統(tǒng)中，經典的控制理論仍有著廣泛的應用空間。 因此本文在研究水廠自動控制理論方面，側重于經典控制理論及其應用。 1.3.3 變頻節(jié)能技術 在水處理行業(yè)中，普遍存在著用水量變化較大的問題，在不同的季節(jié)、不同的時段，用戶用水的需求量有很大的差別，存在著明顯的用水高峰特征，因此水處理廠供水系統(tǒng)的給水壓力需要隨用戶的用水需求量變化而變化。在低峰時，如果水泵機組按高峰期的用水量運行，雖可通過調節(jié)閥門來滿足用水需求，但供水能量損耗大，而且還會影響機組的正常運行。因此

15、，根據用水需求自動控制水泵機組運行，且實現節(jié)能，是水廠自動化技術的一項重要內容。 變頻調速是一項有效的節(jié)能降耗技術，其節(jié)電效率很高，幾乎能將因設計冗余和用水量變化而浪費的電能全部節(jié)省下來。變頻調速控制技術，是指以變頻調整原理為基礎，在保證供水可靠性的前提下，根據供水系統(tǒng)用水量的變化情況，自動調整水泵工況，使之始終盡可能地在高效區(qū)間內運行，以達到降低能耗、提高效率的目的。這一技術是比較科學，可靠性較高的一種調節(jié)水泵工況的方式。 它具有調速精度高、功率因數高等特點，使用它可以提高產品質量、產量，并降低物料和設備的損耗，同時也能減少機械磨損和噪音，改善車間勞動條件，滿足生產工藝要求。 變頻器是

16、一種以變頻調速技術為基礎通過改變頻率來調整電機轉速的工業(yè)裝置。作為一種先進的調速裝置，變頻器不但調速范圍廣、可靠性高、操作與維護方便，而且節(jié)電效果明顯。在水處理行業(yè)變頻器具有廣闊的發(fā)展前景，有關其應用研究也一直得到相關工程領域的重視。 應用變頻器來實現變頻節(jié)能供水，可以采用恒壓變量或變壓變量兩種方式來實現。恒壓變量供水系統(tǒng)通過調整變頻器轉速（即供水流量）來保證供水壓力不變，該系統(tǒng)技術比較成熟，應用廣泛。變壓變量供水系統(tǒng)則根據用戶用水量的變化同時調整變頻器轉速（即供水流量）和供水壓力，很明顯該方案節(jié)能效果更好。 但是由于水頭損失等受各種因素影響，難以準確確定，實際應用的很少[。 1.3.4

17、 供水綜合自動化系統(tǒng) 在市場經濟與信息時代的飛速發(fā)展中,企業(yè)內部之間以及與外部交換信息的需求不斷擴大，現代工業(yè)企業(yè)對生產的管理要求不斷提高，這種要求已不局限于通常意義上的對生產現場狀態(tài)的監(jiān)視和控制，同時還要求把現場信息和管理信息結合起來。迫切需要建立一個全集成的、開放的、全廠乃至整個供水系統(tǒng)的綜合自動化信息系統(tǒng)，把企業(yè)的橫向通信(同一層不同節(jié)點的通信) 和縱向通信(上、下層之間的通信) 緊密聯系在一起，通過對經營決策、管理、計劃、調度、過程優(yōu)化、故障診斷、現場控制等信息的綜合處理，形成一個意義更廣泛的綜合管理系統(tǒng)。 隨著計算機網絡技術的不斷進步，建立一個供水系統(tǒng)的綜合自動化系統(tǒng)成為可能。在

18、現代化的大型水廠中，除了采用先進的設備和控制技術對廠區(qū)內部進行有效控制和管理外，還要求實現對一個城市或地區(qū)整個供水系統(tǒng)的綜合自動化管理。對自來水公司而言，為了安全、穩(wěn)定、可靠地管理好遍布全城的供水系統(tǒng)，要有一個滿足企業(yè)特點的、現代化的、先進的的企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)(SAS)。 在該系統(tǒng)中，要實現對整個供水系統(tǒng)的現代化企業(yè)管理。主要包括社會服務系統(tǒng)，自來水管網地理信息系統(tǒng)（GIS），自動抄表收費系統(tǒng)（AMR）、生產過程數據采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA），辦公自動化系統(tǒng)（OAS），自來水管網優(yōu)化系統(tǒng)，數據倉庫中心數據管理系統(tǒng)，信息管理中心系統(tǒng)（IMCS）等。在美國和加拿大等發(fā)達國家，已經建立了不少現

19、代化的水廠，實現了整個供水系統(tǒng)的自動化。 1.4 水廠自動化發(fā)展趨勢 利用改革開放的機遇，通過引進國外的先進技術，經過近10 年的努力，以PLC 為基礎的集散型控制系統(tǒng)已成為當今水工業(yè)自動化系統(tǒng)的主流，并具備了一定的技術和物質基礎。 由于信息技術的飛速發(fā)展，網絡化、智能化、信息化、管控一體化等概念向自動化領域的滲透，使得自動化系統(tǒng)的體系結構面臨一場深刻的變革，這種變革也必將對水工業(yè)自動化產生重大影響。 1.4.1 控制系統(tǒng)的智能化、分散化、網絡化 水廠的智能化包括智能設備、智能控制技術和現場總線技術等幾個主要方面。隨著智能傳感器、變送器、測量儀表、調節(jié)器、執(zhí)行器等智能設備，以及如專家

20、系統(tǒng)、模糊控制、自適應控制及神經網絡等智能控制技術和現場總線技術在水廠中的應用，水廠自動化將會向智能化方向發(fā)展[22]。智能設備、智能控制技術很明顯是具有“智能”的?，F場總線技術則由于將專用的CPU 置入傳統(tǒng)的測控儀表，使它們各自都具有了數字計算和通信能力，亦即“智能化”?？刂葡到y(tǒng)的分散化和網絡化則主要表現在現場總線的應用上。 現場總線是應用在生產現場的全數字化、實時、雙向、多節(jié)點的數字通信系統(tǒng)。采用可進行簡單連接的雙絞線、同軸電纜等作為聯系的紐帶，把掛接在總線上作為網絡節(jié)點的多個現場級測控儀表連接成網絡，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，使現場測控儀表之間及其與遠程監(jiān)控計算機之間實現數據傳輸與信息

21、交換，形成多種適應實際需要的控制系統(tǒng)，即所謂“網絡化”；由于這些網上的節(jié)點都是具備 智能的可通信產品，因而它所需要的控制信息(如實時測量數據) 不采取向PLC 或計算機存取的方式，而可直接從處于同等層上的另一個節(jié)點上獲取，在現場總線控制系統(tǒng)( FCS) 的環(huán)境下，借助其計算和通信能力，在現場就可進行許多復雜計算，形成真正分散在現場的完整的控制系統(tǒng),提高了系統(tǒng)的自治性和可靠性。在水廠自動化系統(tǒng)中，通過采用開放式網絡，如現場總線、工業(yè)以太網(Ethernet)等，把TCP/IP引入水廠現場，使Internet延伸到現場設備，利用Web技術實現水廠遠程監(jiān)控、調試、維護和故障診斷等功能，從而建成基于

22、Internet的水廠自動化系統(tǒng)。應用Web技術實現綜合自動化功能，是信息時代的要求，也是當前水廠自動化網絡發(fā)展的主要方向。 1.4.2 控制系統(tǒng)管控一體化 水廠控制系統(tǒng)管控一體化就是要建立一個對生產現場狀態(tài)的監(jiān)視和控制，同時還把現場信息和水廠管理信息結合起來的具有水廠控制和企業(yè)管理功能的綜合自動化系統(tǒng)。一般水廠控制系統(tǒng)網絡結構如圖1.3 所示： 企業(yè)信息網絡是管控信息集成的基本條件，沒有信息網絡就不可能實現企業(yè)橫向和縱向信息的溝通和匯集，建網的目標在于實現全企業(yè)范圍內的信息資源共享，以及與外部世界的信息溝通。 管控一體化解決方案中的企業(yè)管理層由各種服務器和客戶機等組成，用于集成企

23、業(yè)的各種信息，實現與Internet 的連接，完成管理、決策和商務應用的各種功能。 過程監(jiān)控層由局域網段以及連接在局域網段的擔任監(jiān)控任務的工作站或控制器組成，現場總線網絡通過現場總線接口與過程監(jiān)控層相連，或者監(jiān)控層直接由現場總線來擔當；監(jiān)控站可以完成對控制系統(tǒng)的組態(tài)，執(zhí)行對控制系統(tǒng)的監(jiān)控、報警、維護及人機交互等功能。 現場控制層由現場總線設備和控制網段構成，把傳統(tǒng)的集散系統(tǒng)控制站(如水處理企業(yè)的PLC分站) 的功能分散到了現場總線設備，此時的控制站實際是一個虛擬的控制站?，F場總線技術與產品所形成的底層網絡，充分發(fā)揮其使測控設備具有通信能力的特點，為控制網絡與通用數據網絡的連接提供了方便。企

24、業(yè)信息網絡是管控一體化的基礎，現場總線則為構建管控一體化網絡鋪平了道路。 現場總線為開放式網絡，可實現同類或不同類網絡的互連以及網絡數據庫的共享，打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的封閉性，使系統(tǒng)的開放性大大增強，既可實現水廠控制網絡與其它網的無縫連接，也可把Internet引入水廠自動化，從而建成測控管一體化的綜合自動化系統(tǒng)[。 1.5 項目背景 本課題來源于榔梨鎮(zhèn)10 萬噸水廠自動化系統(tǒng)新建工程。 該水廠分二期建設。首期工程設計供水能力為5 萬噸，具體包括：配水池、絮凝池、平流沉淀池、疊合清水池、氣水反沖洗濾池、送水泵房、吸水井、投藥間等自動化系統(tǒng)工程以及一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 本人主要負責上述工程

25、軟件部分的設計和實施。根據榔梨水廠制水工藝的特點和土建實際，可以將該工程分為自動送水控制系統(tǒng)，濾池控制系統(tǒng)，加藥控制系統(tǒng)，取水控制系統(tǒng)等四個主要部分。 針對榔梨水廠取水泵房遠離送水廠，而送水廠內部各工藝的設備和檢測儀表相對集中，控制相對獨立的特點，實際采用目前廣泛使用的PLC+IPC 集散控制模式。該模式具有分散控制可靠性高的特點，又具有集中控制便于管理的優(yōu)點。每一個功能控制系統(tǒng)均由一個PLC 進行單獨控制，同時又連接到中央控制室的上位機上進行集中控制和管理。 取水泵房設備信號和圖像信息通過數傳電臺送到中央控制室進行控制和顯示。廠區(qū)內的加礬、加氯、濾池、變頻供水系統(tǒng)分別通過光纖連接到上位機

26、，組成水廠內部工業(yè)以太網。中控室計算機通過水廠內部局域網連接到水廠上級管理部門，構成水廠主干網。 在各分系統(tǒng)內部采用現場總線進行控制。 濾池控制系統(tǒng)由7 臺CJ1M PLC，用歐姆龍公司的controller link 網絡結構組成，控制6 個濾池的過濾和反沖洗。6 個濾池的操作相同，一個濾池由一臺PLC控制，6 個濾池反沖洗的公共部分：反沖洗水泵、鼓風機和相應的閥門的控制單獨采用一臺PLC（主PLC，安裝有以太網模塊）。通過controller link 網絡，6臺濾池PLC 實現與主PLC 的信息共享，并通過主PLC 將信息傳送到水廠中央控制室主機。中央控制室命令也通過主PLC 傳送給

27、濾池PLC。 對沉淀池和格柵配水井的控制則是通過Device Net 網絡進行的。在控制現場安裝有數個DRT2-ID16，DRT2-AD04 模塊，負責現場數據的采集。在加藥加氯間也裝有一個PLC，它除了對加藥加氯系統(tǒng)進行控制外，還負責傳遞沉淀池和格柵配水井的數據到中央控制室。在它上面安裝有Device Net 的主站單元，負責從從站讀取和傳送數據。 在送水泵房有4 臺大功率送水泵電機，通過送水PLC 控制ABB 公司的變頻器來實現循環(huán)變頻軟啟動。該方案不用再配制軟啟動器，節(jié)省了成本。同時采用循環(huán)變頻的方式，有效的保護了水泵電機。送水泵房的設備，如潛水泵和排風機通過Device Net 網

28、絡進行控制，與沉淀池控制類似。上位機監(jiān)控軟件采用美國Wonderware 公司的InTouch 組態(tài)軟件。數據庫采用SQL Server2000，報表系統(tǒng)則用Excel，通過VB 來編寫。 1.6 本論文的主要內容及創(chuàng)新點 本論文研究了水廠內部實現自動化的幾個主要方面，并針對當前我國大部分水廠只考慮廠內而較少涉及管網的實際情況，提出了一種綜合廠內與廠外、水廠與管網的供水系統(tǒng)網絡方案，設計了數據采集終端。結合榔梨水廠的工程實例，詳細講解了供水企業(yè)生產過程中幾個關鍵部分的自動控制系統(tǒng)構成和自動控制策略，如送水泵站的自動控制、濾池的自動控制、加氯加礬自動控制等，并針對加氯加礬自動控制系統(tǒng)中的問題

29、，提出了一些改進方案。 論文章節(jié)內容包括： 第1 章 緒論，對國內外供水自動控制系統(tǒng)的組成、現狀、發(fā)展趨勢以及項目背景進行了簡要的分析、綜述和討論。 第2 章 主要研究了水廠自動加藥控制系統(tǒng)的自動化實現。對自動配礬子系統(tǒng)進行了詳細的計算并繪制了流程圖。同時對自來水廠采用的幾種常規(guī)加礬控制方案進行了研究和分析，并針對實際情況提出了改進型自動加礬方案。 第3 章 主要研究了水廠自動加氯控制系統(tǒng)的自動化實現。研究了比例、反饋、復合三種常規(guī)的自動加氯控制系統(tǒng)。針對水廠實際情況，將前饋+串級控制系統(tǒng)運用到濾后加氯控制系統(tǒng)中。在實現過程中，應用采樣控制理論進行采樣控制，并對采樣控制進行了仿真研究。

30、 第4 章 主要研究了水廠變頻供水的節(jié)能原理。簡述了恒壓供水的節(jié)能原理及實現框圖；詳細推導了變壓變量供水的工程模型，對其節(jié)能原理進行了深入分析和研究。同時對循環(huán)變頻軟啟動技術進行了分析和探討。 第5 章 對水廠綜合自動化系統(tǒng)進行了研究。深入研究了數據采集終端，設計了該數采終端的軟硬件圖和網絡結構圖。 第6 章 結合榔梨水廠的工程實際，運用上述理論詳述了水廠各個部分自動化的實現。主要有水廠的工藝流程，網絡結構，加藥加氯自動化，濾池控制系統(tǒng)自動化，變頻供水自動化和上位機監(jiān)控等。 本文主要工作及創(chuàng)新點如下： 1．設計了改進型加藥控制方案。該方案在前饋中考慮了取水量和濁度對投加量的影響，比只

31、考慮取水量的方案更容易克服濁度擾動，且容易實現。同時該改進方案在流動電流檢測儀測量不很準或是出現故障時仍可以進行有效控制?？梢员苊鈨x表故障時，要求人工投加的尷尬。 2．針對濾后加氯要求人工設定投加量的情況，提出了增加一級反饋回路進行自動設定的前饋+串級控制方案。該控制方案可以全自動連續(xù)調整投加量，實現自動有效投加。在實施的過程中采用了采樣控制原理，并進行了仿真研究。 3．分析了變頻供水的節(jié)能原理，推導了變壓變量供水的工程模型，并在榔梨水廠的實際過程中加以運用。 4．設計了水廠管網參數監(jiān)控系統(tǒng)的網絡結構和數據采集終端，對供水系統(tǒng)綜 合自動化進行了闡述。 5．對榔梨水廠進行了軟件部分的整

32、體設計和實現。包括取水，變壓變量供水，過濾，反沖洗，加礬加氯，數據通信，網絡構成，上位機監(jiān)控，報表打印等在內的水廠自動化控制系統(tǒng)。 第2 章 加藥控制系統(tǒng) 加藥自動控制必須根據水廠特有的源水情況和工藝設施配置情況來選擇合適的控制和實現方式。該系統(tǒng)一般由自動配礬子系統(tǒng)和自動加礬子系統(tǒng)組成。前者主要實現礬液的自動配制，后者實現礬液的自動投加。 2.1 自動配礬子系統(tǒng) 2.1.1 自動配礬子系統(tǒng)的組成和功能 水廠常配備兩個礬池，一用一備。用于投加礬液的池稱為工作池，另一個稱為備用池，兩個礬池均獨立運行。池中礬液的配制一般要求在投加前幾分鐘內啟動并完成，稱為配礬。在連續(xù)加藥過程中，備用池配礬

33、的啟動是由工作池的配礬液位控制的。 每個礬池均有一個加濃礬閥，用于加入濃礬。一個進水閥，用于稀釋濃礬。 一個出礬液閥，用于將礬液投加到水池中（用計量泵投加）。為保證礬液的連續(xù)供應，在工作池礬液低于停止投加液位設定值時，停止該池的投加，改用備用池投加，于是存在工作池與礬池的切換。以上工作及礬液的配比計算，相應故障診斷報警都是由自動加礬子系統(tǒng)完成。 2.1.2 自動配礬子系統(tǒng)的計算 配礬子系統(tǒng)需要完成兩類計算：一是波美度與配比濃度的的換算；二是配礬比計算。 1．波美度與百分比濃度換算 對于礬液來說，一般用波美度來表示濃度，這就要進行濃度換算。一般有如 下公式： 假設某礬液質量百分比濃度為a,其中水的質量為X，礬的質量為Y，則有 2．配礬比計算 配礬其實就是在礬池原礬液基礎上，配加一定濃度的高濃度礬液和水，使礬液濃度達到投加要求，以保證加藥質量。 因此，配礬比計算實際上就是計算出加濃礬深度和配礬深度。如圖2.1 所示。