水厂投矾自动控制系统的研究与设计
发布时间：2021-08-14 12:30
随着现代自动化技术发展,人类生活各个领域都受到了或多或少的冲击和改变。而水作为人类生活所需的重要物质之一,水厂的水处理工艺也成为了自动化技术得到很好应用的场景。然而对净水厂的主要工艺投矾净化和消毒的药剂投加实现自动化,一直是行业内的难题。目前,全国大多数水厂的药剂仍然依靠的是人工经验进行投加,很难做到根据水质变化进行药剂的合理投加。而且这种投加方式由于缺少必要的监测措施,使得净水厂的大型生产事故概率发生,导致经济损失的同时可能还会造成严重的社会影响。因此投加药剂实现智能化是必然的发展趋势。本篇论文以珠海西区的水厂作为对象,重点研究了加药控制系统。由于加药过程具有影响因子多、非线性对应关系、时滞长、精确数学模型难以建立等特点,常常会造成净化不彻底或者投药过量等问题,系统采用动态神经网络控制算法对投加量进行控制,使水质符合生产要求。本文介绍了水处理过程中的工艺流程和基本原理,在此前提下,分析得出水厂自动化控制系统的主要目标。根据系统要求并进一步分析,设计基于ControlLogix的水厂自动化控制系统。系统主要由PLC控制器和现场若干个工业仪表构成,通过Modbus协议实现通讯。其中硬件部...
【文章来源】：江汉大学湖北省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
主要工艺流程图
江汉大学硕士研究生学位论文第9页程。取水泵房也可以被称为一级泵房，是自来水厂获取水资源的步骤，也可以算作水处理的第一步。取水泵房一般根据源水水质的情况来选择是否设置粗过滤环节，如果是设置在水质较好的地区，水中漂浮物不会对离心泵产生影响就可以直接输送至后面的环节，后续的净水过程主要由净水工艺和消毒工艺进行完成。2.1.2净水在源水运送至净水工艺的管道中会自动添加聚合氯化铝（PAC）溶液，利用水流在管道中的高速流动可以方便水和PAC溶液的混合。投加了PAC溶液的水会经过反应池，沉淀池和滤池：（1）反应池本次采用的反应池是穿孔旋流反应池。它的作用原理是当水流经池壁上的孔洞时会获得不同的流速，让反应池内的水产生旋流。一般情况下穿孔旋流反应室的旋流室不少于六个，旋流室与旋流室之间的池壁上留有孔洞，当水流进入反应池后会通过池壁上的孔洞流入另一间旋流室而形成旋流。越靠前的孔洞尺寸会越小，这是因为越小的孔洞可以达到越大的流速，之后将会随着孔栋尺寸的增大而使流速不断减小，这样的设计是为了促进絮凝的过程并最终达到较好的絮凝效果。其原理如图2-2：图2-2穿孔旋流反应池原理图本系统中在进水的第一格还设置了一个滤网，水流通过滤网不仅可以将其中
江汉大学硕士研究生学位论文第13页第3章水厂投矾自动控制系统设计加药控制是净水环节中最为重要的一环，投加絮凝剂的剂量多少决定着净水处理的质量：絮凝剂投加不足，就不能充分去除水中的悬浮物质、降低水的浊度；絮凝剂投加过量虽然可以保证水的澄清，但是会带来絮凝剂污染水质的问题，如铝离子污染。目前，珠海西区水厂的加药环节使用的絮凝剂是聚合氯化铝（PAC）溶液。要想对加药操作实现自动控制，脱离现有的人工凭借经验法来投加的情况，就需要对投矾自动控制系统进行合理的设计。3.1加药控制系统控制系统的设计离不开对现场设备的信号进行检测，在投矾工艺中涉及的现场设备主要有液位计、阀门、计量泵、流量计、PH计等。液位计是对矾液储液罐中的液位进行检测；阀门是控制管道中液体通断的主要执行器；计量泵是进行液体投加操作的器件；而流量计则是对液体流量进行检测。图3-1加药控制系统流程图现场仪表将源水的浊度、流量、PH值等影响絮凝效果的物理量采集并发送给PLC，PLC不仅会将这些物理量显示在人机界面上还会上传至上位机，通过上位机算法计算出对应于目前水质的理论投加量下发给PLC，PLC会进一步将理论投加量转换成计量泵的频率和行程，驱动计量泵完成投矾操作。为了保证投加量的合理，需要不停地保持对现场物理量的采集和发送，上位机对其进行运算。
【参考文献】：
期刊论文
[1]揭秘“无人值守”水厂 体验中国建造的环保智慧[J]. 品萱. 城乡建设. 2019(13)
[2]自动化检测仪表在自来水厂中的应用效果评价[J]. 何庆芳. 四川水泥. 2019(05)
[3]水厂自动化技术的应用[J]. 陈泉. 电子技术与软件工程. 2018(04)
[4]水厂自动控制系统的改造设计[J]. 张婉青. 科技视界. 2015(30)
[5]刍议水厂自动化供水系统的优化设计[J]. 叶鹤峰. 信息通信. 2015(05)
[6]水厂自动化控制系统设计的论述[J]. 岳小翔. 应用能源技术. 2014(11)
[7]九江某水厂自动化系统改造项目的探究和启示[J]. 王晓冰. 科技与企业. 2014(17)
[8]次氯酸钠消毒工艺在水厂中的应用[J]. 秦晔. 供水技术. 2014(03)
[9]前馈神经网络在水厂混凝投药中的应用[J]. 胡茗,陈征,曾明如. 南昌大学学报(理科版). 2010(01)
[10]基于模糊神经网络的混凝沉淀投药控制[J]. 史步海,朱学峰. 控制工程. 2009(06)
博士论文
[1]基于专家系统的飞行器评估系统研究[D]. 陈帅均.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[2]离心泵现代设计方法研究和工程实现[D]. 牟介刚.浙江大学 2005
硕士论文
[1]北京第九水厂滤池自动反冲洗技术研究[D]. 王桓兴.北京工业大学 2018
[2]水厂混凝投药量复合控制系统的研究与应用[D]. 黄丽娟.中南大学 2014
[3]水厂自动化供水系统的优化设计[D]. 皮朗.电子科技大学 2014
[4]自来水混凝投药过程建模与模糊控制研究[D]. 崔琳琳.昆明理工大学 2014
[5]城镇水厂自动供水SCADA系统的研究与应用[D]. 李海云.太原理工大学 2010
[6]RS232/485与CAN总线协议转换器的研究与设计[D]. 张海艳.大连海事大学 2008
[7]现代自来水厂自动化控制系统的研究与实现[D]. 王鼎顺.湖南大学 2007
[8]基于ControlLogix平台的串级控制系统的设计和实现[D]. 沈逸.上海交通大学 2007
[9]强化水处理混凝相关技术的研究[D]. 陈威.华中科技大学 2005
[10]基于模糊集的模糊专家系统研究与应用[D]. 田应忠.华中科技大学 2004
本文编号：3342470
【文章来源】：江汉大学湖北省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
主要工艺流程图
江汉大学硕士研究生学位论文第9页程。取水泵房也可以被称为一级泵房，是自来水厂获取水资源的步骤，也可以算作水处理的第一步。取水泵房一般根据源水水质的情况来选择是否设置粗过滤环节，如果是设置在水质较好的地区，水中漂浮物不会对离心泵产生影响就可以直接输送至后面的环节，后续的净水过程主要由净水工艺和消毒工艺进行完成。2.1.2净水在源水运送至净水工艺的管道中会自动添加聚合氯化铝（PAC）溶液，利用水流在管道中的高速流动可以方便水和PAC溶液的混合。投加了PAC溶液的水会经过反应池，沉淀池和滤池：（1）反应池本次采用的反应池是穿孔旋流反应池。它的作用原理是当水流经池壁上的孔洞时会获得不同的流速，让反应池内的水产生旋流。一般情况下穿孔旋流反应室的旋流室不少于六个，旋流室与旋流室之间的池壁上留有孔洞，当水流进入反应池后会通过池壁上的孔洞流入另一间旋流室而形成旋流。越靠前的孔洞尺寸会越小，这是因为越小的孔洞可以达到越大的流速，之后将会随着孔栋尺寸的增大而使流速不断减小，这样的设计是为了促进絮凝的过程并最终达到较好的絮凝效果。其原理如图2-2：图2-2穿孔旋流反应池原理图本系统中在进水的第一格还设置了一个滤网，水流通过滤网不仅可以将其中
江汉大学硕士研究生学位论文第13页第3章水厂投矾自动控制系统设计加药控制是净水环节中最为重要的一环，投加絮凝剂的剂量多少决定着净水处理的质量：絮凝剂投加不足，就不能充分去除水中的悬浮物质、降低水的浊度；絮凝剂投加过量虽然可以保证水的澄清，但是会带来絮凝剂污染水质的问题，如铝离子污染。目前，珠海西区水厂的加药环节使用的絮凝剂是聚合氯化铝（PAC）溶液。要想对加药操作实现自动控制，脱离现有的人工凭借经验法来投加的情况，就需要对投矾自动控制系统进行合理的设计。3.1加药控制系统控制系统的设计离不开对现场设备的信号进行检测，在投矾工艺中涉及的现场设备主要有液位计、阀门、计量泵、流量计、PH计等。液位计是对矾液储液罐中的液位进行检测；阀门是控制管道中液体通断的主要执行器；计量泵是进行液体投加操作的器件；而流量计则是对液体流量进行检测。图3-1加药控制系统流程图现场仪表将源水的浊度、流量、PH值等影响絮凝效果的物理量采集并发送给PLC，PLC不仅会将这些物理量显示在人机界面上还会上传至上位机，通过上位机算法计算出对应于目前水质的理论投加量下发给PLC，PLC会进一步将理论投加量转换成计量泵的频率和行程，驱动计量泵完成投矾操作。为了保证投加量的合理，需要不停地保持对现场物理量的采集和发送，上位机对其进行运算。
【参考文献】：
期刊论文
[1]揭秘“无人值守”水厂 体验中国建造的环保智慧[J]. 品萱. 城乡建设. 2019(13)
[2]自动化检测仪表在自来水厂中的应用效果评价[J]. 何庆芳. 四川水泥. 2019(05)
[3]水厂自动化技术的应用[J]. 陈泉. 电子技术与软件工程. 2018(04)
[4]水厂自动控制系统的改造设计[J]. 张婉青. 科技视界. 2015(30)
[5]刍议水厂自动化供水系统的优化设计[J]. 叶鹤峰. 信息通信. 2015(05)
[6]水厂自动化控制系统设计的论述[J]. 岳小翔. 应用能源技术. 2014(11)
[7]九江某水厂自动化系统改造项目的探究和启示[J]. 王晓冰. 科技与企业. 2014(17)
[8]次氯酸钠消毒工艺在水厂中的应用[J]. 秦晔. 供水技术. 2014(03)
[9]前馈神经网络在水厂混凝投药中的应用[J]. 胡茗,陈征,曾明如. 南昌大学学报(理科版). 2010(01)
[10]基于模糊神经网络的混凝沉淀投药控制[J]. 史步海,朱学峰. 控制工程. 2009(06)
博士论文
[1]基于专家系统的飞行器评估系统研究[D]. 陈帅均.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[2]离心泵现代设计方法研究和工程实现[D]. 牟介刚.浙江大学 2005
硕士论文
[1]北京第九水厂滤池自动反冲洗技术研究[D]. 王桓兴.北京工业大学 2018
[2]水厂混凝投药量复合控制系统的研究与应用[D]. 黄丽娟.中南大学 2014
[3]水厂自动化供水系统的优化设计[D]. 皮朗.电子科技大学 2014
[4]自来水混凝投药过程建模与模糊控制研究[D]. 崔琳琳.昆明理工大学 2014
[5]城镇水厂自动供水SCADA系统的研究与应用[D]. 李海云.太原理工大学 2010
[6]RS232/485与CAN总线协议转换器的研究与设计[D]. 张海艳.大连海事大学 2008
[7]现代自来水厂自动化控制系统的研究与实现[D]. 王鼎顺.湖南大学 2007
[8]基于ControlLogix平台的串级控制系统的设计和实现[D]. 沈逸.上海交通大学 2007
[9]强化水处理混凝相关技术的研究[D]. 陈威.华中科技大学 2005
[10]基于模糊集的模糊专家系统研究与应用[D]. 田应忠.华中科技大学 2004
本文编号：3342470
本文链接：https://www.wllwen.com/jingjilunwen/jianzhujingjilunwen/3342470.html
