自来水厂加药凝絮自动控制探究

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1、自来水厂加药凝絮自动控制探究摘要由于自来水厂的加药凝絮过程受到来自多个方面因素的影响，使其具有非线性、大惯性、大时滞以及时变性的特点，因此对其采用传统的、简单的控制方式很难达到控制要求。为此笔者提出了一套基于Rockwell公司生产的Controllogix系列PLC和上位机的自来水加药凝絮自动控制方案，系统采用经改进的数字PID控制算法，实现了水厂加药的全自动化控制。关键词自来水；加药凝絮；自动控制；PLC中图分类号TU991.62文献标识码A文章编号1673-9671-(2013)012-0088-02随着社会经济的繁荣发展及人们生活水平日益提高，尤其是在食

2、品安全危机的大背景下，人们对饮食安全的关注越来越多，而自来水作为关乎城市居民身体健康的日常生活必需品，人们对自来水水质的期望也越来越高。自来水厂的加药凝絮沉淀是保证其出厂的自来水水质达标的重要工艺环节。目前有许多的自来水厂仍然沿用着人工凭经验、看“矶花”的方式，粗略的调节加药计量泵的冲程来控制加药量；或者是采用由进水浊度进行简单的开环控制。实践证明，这些方法既造成了大量的絮凝剂及人力的浪费，又由于加药凝絮过程本身存在的严重滞后现象，而使其无法准确的将出水浊度控制在符合标准的范围内。为了提高自来水厂出水水质，降低絮凝剂等药品原料的浪费，有必要对自来水厂加药环节进行

3、自动化控制方式改造。从经济性、实用性和系统稳定性的角度出发，本文提出了一套基于下位机PLC和上位机工控机的自来水加药凝絮自动控制方案，该方案将上位机和下位机PLC与浊度仪、流量计、游动电位系统合理结合，使其组成一个二级监控系统，在对加药系统的数学模型分析的基础上，应用Rslogix5000软件编制下位机控制程序，在上位机上应用RSView32编制加药系统的动态显示界面，并同时引入经过改进的数字PID控制算法，从而实现了水处理过程中絮凝剂投加的全自动化控制，达到了合理控制加药量，并将沉淀池出水浊度控制到预期范围内的目的。1加药凝絮原理我们知道絮凝剂加入水中后呈现正

4、电荷，而原水中的各种悬浮粒子带有负电荷，根据絮凝理论，当向富含各种悬浮粒子而带负电的原水中加入带有相反电荷的絮凝剂时，原水中的负电荷会被絮凝剂所带的正电荷中和，而使胶体杂质脱稳。当原水中的负电荷完全被加入的絮凝剂所带的正电荷中和时，原水则呈现中性状态，这时候胶体杂质达到最佳的脱稳状态，所以当加药后的原水呈中性状态而达到最佳脱稳状态时，加入的絮凝剂量为理论最佳投入量，这个投入量也是确保后续最佳沉淀的必要条件。在自动控制系统中我们充分应用絮凝剂与原水中的悬浮粒子所带电荷的中和效应，采用游动电位在线传感技术，对添加絮凝剂的水体中的剩余（净余）电荷进行连续监测，并以此来

5、反映待处理原水中杂质的脱稳程度，当检测所得信号为正值时则表征水体中的正电荷过剩，即絮凝剂投加过量；如果测量所得信号为负值则表征水体中的负电荷被完全中和，也就是说絮凝剂的投加量尚未使水体中的悬浮粒子完全脱稳，即絮凝剂投加量不足；如果测量所得信号为零，则表征水体呈现中性状态，投加的絮凝剂量达到最佳值，胶体杂质实现最佳脱稳。2控制系统原理系统控制原理如图1所示，系统为凝絮和沉淀双闭环控制，内环控制凝絮，外环控制沉淀。在凝絮闭环控制中，将加入一定量絮凝剂后的水样经过管道搅拌器之后连续送入游动电位传感器中对其进行检测，并以检测结果作为反馈值，在加药间设置一台PLC控制柜，

6、将游动电位传感器检测所得反馈值（4mA〜20mA电流信号）和流量计提取的原水流量信号输入至PLC的I/O模块，然后根据运行工艺参数和确定的数学模型，通过内置的PID模块运算后输出控制信号给变频器，由变频器控制隔膜计量泵驱动电机的运转频率，从而达到控制计量泵冲程而调节加药量的目的。3控制系统硬件组成自来水加药凝絮是一个比较缓慢的生产过程流程，从控制模式的角度看属于离散控制，因而最佳的硬件系统方案采用总控室上位机监控和加药间现场的下位机现场控制方式。结合上文讨论的加药凝絮自动控制需求，构建的加药凝絮自动控制系统硬件主要由上位机工控机、下位机PLC、游动电位传感器、变

7、频器、隔膜计量投加泵、搅拌器、采样泵、流量计和若干电动阀门组成。3.1上位机及功能系统上位机为一台工业计算机，按照集中控制的原则将上位机安装于中控室，上位机和下位机通过现场总线实现数据交换，从而实现对下位机的各种监控功能。在上位机上采用RSView32编制直观、友好的动态图形显示界面，使其具有现场数据采集、历史数据归档及输出、实时故障报警、设备运行状态动态显示以及画面自动切换等功能。在功能上上位机主要负责对系统运行参数的处理和管理，监控工作人员可以通过工控机显示画面对现场设备及自来水水质情况实施检测与控制，可以通过工控机远程设定或修改系统运行参数，同时还可以通过

8、监控画面的相关操作远程控