氧化铝厂供水控制体系构设与实现

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1、氧化铝厂供水控制体系构设与实现第一章绪论1.1课题背景随着社会经济的发展，供水行业长期以来的低自动化水平，亟待改善[1]。随着自动控制技术的发展，这种愿望变得得以实现。现今，自动化控制技术已无处不在，尤其在供水控制自动化领域，最近十多年来的的发展相当迅速。众所周知，中国水资源浪费情况严重，在国家大力提倡节能减排的今天，让自动控制技术大量应用于供水控制系统行业中变得迫在眉睫[1]。随着科学技术水平的发展，尤其是近些年微机接口技术、智能化仪表技术、工业网络通信技术的全面快速发展，使得自动控制技术的应用更加广泛化[2]。在工业过程控制

2、领域发展的历史过程中，变频器的出现是工业自动化发展领域中的一次重要的转变,它推动了自动控制技术的快速推广[3-4]。其产生以来，在工业生产的众多领域如电力系统、锅炉系统、石油化工系统、工业供水系统等都得到了广泛的应用[5]。其控制性能稳定、使用安全、控制灵活先进、操作控制动作简便、降低了企业的能源消耗成本，提高了企业的经济效益等优点受到了广大工业用户的一致好评。基于工业控制网络的变频控制系统的控制工艺比较复杂。取水泵站与加压泵站仪表较多，尤其以取水泵站控制29个电机，数量众多，设备分散，采集数据工作量很大。但是供水控制系统对控制

3、的功能要求比较严格。既要能实现精确控制、现场各种智能仪表数据采集，又要能以比较快的速度完成接受和发送命令。传统的人工控制方式落后低效，需要大量人力与物力的投入，同时安全性能低，对人身安全可能造成一定的伤害[6-8]。本控制系统采用目前使用比较广泛的先进的基于工业控制网络组态软件的供水控制系统。本控制系统现场坐落于兴县黄河流域中段，自然条件好，水资源丰富充足。通过在黄河岸边的29口大口井提取水源，供给给氧化铝厂工业生产用水使用。氧化铝厂距离黄河漫滩水源地距离一百多里路程，全程采用8芯单模光纤组成光纤环网系统。黄河漫滩控制室分为取水

4、泵站控制室与加压泵站控制室，整个控制系统由氧化铝厂管理调度中心统一调度。.1.2国内外区域供水系统自动化现状及发展趋势基于工业控制网络的变频控制系统，是一个由过程控制级和过程监控级组成的以工业以太网和光纤环网为枢纽的控制系统。集自动控制技术、组态软件技术、网络通讯技术为一体的新型控制系统。其基本思路是分散与集中相结合、统一调度与多级管理相结合、智能仪表与通信网络相结合、工业以太网与组态软件相结合。随着中国经济与科技的快速发展，国际上衡量一个国家自动化发展水平的工业企业自动化使用率越来越被国人所看重。上世纪70年代，变频器的使用才

5、开始普及化。变频器的产生实现了对电机的无机调速，其平滑性能得到了重大改善。把变频器应用于供水控制系统中，能起到降低功耗，减小损耗，延长设备使用寿命等的作用。传统的供水方式弊端太多，最重要的缺点是不能满足工业用水需求和水压不恒定。以及后来的气压罐辅助增压方式等等诸多供水方式都存在很多弊端，包括水源易污染，压力不恒定，水量容量低[9-10]。传统的供水方式是恒压供水系统发展的开创期。随后的20世纪末期，随着电力电子技术的快速发展与大规模集成电路开发使用的普及性，使得供水控制系统由传统的无规律、粗放型系统变成了由变频器、PLC、组态监

6、控软件组成的可控制、可编程、可视化的DCS控制系统。在此期间，出现了比较有竞争力的国际化的大规模的自动化公司，如美国西门子公司、瑞士ABB公司、日本富士公司。我国通过引用和研发外国先进控制技术，目前国内的变频器和PLC生产厂家也得到了快速发展。如华为公司、三垦公司等等。..第二章氧化铝厂供水控制系统工艺流程及控制要求2.1供水控制系统工艺流程分析根据供水控制系统工艺流程需求，本工程项目开发的主要目的是将黄河中段地下水通过加压输送到氧化铝厂区供厂区生活和工业用水之用。山西某氧化铝厂供水设备站，设计日供水能力24000m3，其中约3

7、/4是工业用水，1/4是生活用水。供水处理流程包括水源井、取水、蓄水池、加压、氧化铝蓄水池。供水控制工艺主要由图2.1所示，29口大口井被分为4个取水泵站。29个支管道汇总经主管道流向加压泵站蓄水池，在加压泵站又被分为三个支流，经加压后流向氧化铝厂蓄水池。供氧化铝厂生活用水与工业用水之用。氧化铝厂调度中心是给管理工作人员配备的。它供管理工作人员根据氧化铝厂用水实际情况对控制室发出相关控制命令与实时显示各泵站运行数据。同时为了方便上级领导莅临视察工作时，快速了解与掌握整个控制系统的全貌情况。调度中心是连接氧化铝厂生产用水与供水控制

8、系统供水的枢纽。是整个控制系统的核心，也是整个控制系统发出命令的最终点。调度中心中组态监控画面涵盖了整个供水控制系统的一切内容，方便管理人员实时调度与管理[11-12]。2.2供水控制系统控制要求根据供水控制系统工艺需求，控制现场分为取水泵站与加压泵站。各自独立