[课程设计]基于PLC的水厂滤池控制系统设计

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1、基于PLC的水厂滤池控制摘要：滤池过滤及反冲洗是保证水厂出厂水水质优劣及生产效率的关键因素，简要介绍自来水厂的生产工艺过程及滤池的主要功能，详细说明利用PLC对滤池液位和反冲洗过程进行控制的一些方法。关键字：PLC滤池过滤反冲洗　　在各中小型水厂水质生产过程中，滤池生产的有效控制是保证水厂出厂水水质优劣及生产效率高低的关键因素。在传统的滤池生产中，一般依靠人工操作进行生产，滤池正常的过滤时间以及滤池反冲洗各环节的时间和强弱都要依靠现场操作人员的经验进行调节。由于受到人员素质及经验、环境温度、源水水质变化等各

2、种复杂因素的影响，很难使出厂水水质长期稳定。因此水厂滤池的自动化控制对于出厂水质优劣尤为重要。　　虹吸滤池是被广泛采用的一种滤池形式，传统上其自动控制方式以水力控制为主，在实际运行中存在一些不足之处，待滤水浪费很大就是一个问题，它表现在：　　(1)滤池在反冲洗前的待滤水(池内水深约1.5m)要被排水虹吸排掉；　　(2)反冲洗时，要等滤池水位下降至进水虹吸的破坏管露出水面，进水虹吸才能被破坏，这段时间内的进水也要被排掉；　　(3)经常会出现两格或两格以上的滤池同时进行冲洗，造成反冲洗水量不足，使冲洗强度不够，

3、不但浪费待滤水，而且容易使滤料结板，缩短滤池使用周期；　　(4)冲洗时间不好调节，时间控制精度不够，容易造成过冲洗或欠冲洗。　　采用机电自动控制系统，上述问题可以得到解决。本文将对滤池自动控制系统作出简要的介绍。　　1滤池基本工艺过程　　水厂生产的基本工艺可分为加药、反应、沉淀、过滤、消毒、储存、送水等几个相关过程。其中过滤过程又可分为正常过滤和滤池反冲洗两个子过程，这两个子过程交替运行，相互之间间隔一定时间(24h)，图1表示滤池工艺过程简图。　　　　图1 滤池工艺过程　　所谓滤池的正常过滤过程就是通过滤

4、料层将待滤水去除杂质颗粒、细菌的过程，其主要目的是使滤后水的浑浊度达到国家饮用水的卫生标准。而滤池的反冲洗，就是先后运行气洗、水洗两种清洗方式去除滤料层中的杂质，是滤池自净的工艺措施。图2表示滤池基本工艺结构简图。　　　　图2 滤池工艺结构　　滤池的进水利用虹吸原理完成。真空泵对进水虹吸管抽真空，当真空形成(虹吸管中空气全部排除)后，真空引水器及时准确地发出真空形成信号，进水成功。从沉淀池来的经初步处理的原水进入滤池，经滤层过滤，从清水管经清水阀门去清水库。水头损失仪由传感器和数显仪组成，传感器中压力接口与

5、滤前水引管相接，差压接口与滤后清水管相接，不同水位差值得到相应的差压信号，经放大处理后由显示仪显示，即反应滤池实际水头损失值。过滤层混浊时，相应水位压差增大，当水头损失到一定数值时，关闭清水阀门，滤层即用反冲水箱中的储水反冲。滤池对反冲时产生的污水排水也是利用虹吸原理完成的，真空泵对排水回路抽真空，真空形成后，污水从排水渠道排出。滤池反冲至反冲水箱低水位时停止。　 　　　　根据工艺，滤池PLC控制要求为：距上一次反冲结束6小时(该时间段可根据工艺要求修改)之间不进行反冲：距上一次反冲结束6小时之外到24小时

6、(该时间段亦可修改)之内，如水头损失值达到设定上限值时，启动该滤池反冲；距上次反冲结束24小时，则启动该滤池反冲。多个滤池轮流反冲，反冲间隔时间控制反冲水箱自动上水至设定高水位在滤池正常下作时间内，系统自动调节清水阀门开启度，以保持滤池液位在一定高度。　　2滤池控制策略　　当滤池正常过滤的时候，其工艺要求就是要保持滤池水位的恒定(2m)，以保证滤池有一个稳定的生化环境。由于进水阀全开，瞬时进水量上下波动比较大，所以就需要通过控制滤后水阀的开启度，以达到滤池水位的恒定。在如何确定滤后水阀开启度的方法上，传统控

7、制和PLC控制存在相当大的不同。在传统的控制中，往往依靠操作人员的目测估计水位的高低，进而手动调整滤后水阀的开启度，达到水位的相对平稳，显然这种操作方式受各种因数的影响不能满足自动化和精度的要求；而在PLC自动控制系统中，超声波水位计实时监测水位的变化，并传送回模拟数据，PLC利用专门的PID回路控制(闭环控制)指令，通过PID算法确定出滤后水阀的开启度，再以此控制滤后水阀，使滤池水位保持相对恒定。关于PID回路控制。　　当滤池正常生产一段时间(24h)之后，就需要对滤池进行反冲洗，以去除滤料层的杂质。其步

8、骤如下：首先关闭进水阀，全开滤后水阀，将滤池水排空→当滤池水位降为0.8m的时候，关闭滤后水阀，打开排污阀，打开气洗阀，启动鼓风机进行气洗。维持6min关闭鼓风机，关闭气洗阀，打开水洗阀，对滤池进行水洗。维持6min关闭水洗阀，并维持系统静止6min关闭排污阀，打开进水阀。当滤池水位达到1.8m时，打开滤后水阀，并根据滤池水位利用PID算法调节滤后水阀开启度，滤池反冲洗正式结束，滤池正常过滤开始。　　3液位控制