净水厂滤池自动控制系统设计及应用

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1、万方数据化工自动化及仪表第38卷净水厂滤池自动控制系统设计及应用曹玉波(吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林吉林132022)摘要研究了某净水厂V形滤池生产工艺和反冲洗控制过程的基本流程和原理，采用西门子$7-300PLC构建了滤池生产过程控制系统，编制了滤池正常过滤和气、水反冲洗过程自动控制程序，实现了净水间生产过程的无人执守自动控制．有效降低了现场工人的劳动强度。关键词滤池反冲洗自动控制中图分类号TP273文献标识码A文章编号1000-3932(2011)09-01072-03滤池是净水处理工艺过程的重要环节，是水厂高效运行和产品水质量保证的关键。在过滤过程中，随着滤

2、出悬浮物和泥渣在滤层中的堆积，会造成滤料层结构的变化，同时由于水阻力的增大，也会使滤层发生破裂，造成过滤水短路，出水水质变差等现象的发生。此时必须通过气、水反冲洗操作来清洁滤层，以再生滤池的过滤能力¨“1。因而在滤池生产控制过程中，适当间歇地对滤池进行反冲洗，可以有效提高滤池过滤层的截污能力，延长滤池的工作周期，提高产品水质量。1滤池生产工艺简介滤池系统使用较多的是法国DEGREMONT公司设计的V形滤池，过滤层主要以较粗、较厚的均匀石英砂颗粒为滤料，进行恒压恒载过滤。为提高反冲洗效率，采用气垫分布空气，并利用专用的长柄滤头进行气、水分配，从而有效降低气、水反冲洗过程中因

3、滤层膨胀导致的滤料流失。采用V形滤池技术对来水进行过滤，具有出水水质好、滤速高、运行周期长、反冲洗效果好、节省反冲洗水量、节能和便于自动控制等特点H’51。V形滤池生产工艺如图l所示，滤池系统主要由过滤水路管线、反冲洗水路管线和反冲洗气路管线以及滤池和石英砂过滤系统组成。正常生产过程中，来自沉淀池的初滤清水通过进水阀流入V形槽，由配水孔进入滤池，经石英砂恒速、恒压过滤后，通过出水调节阀、配水窗汇入气水分配管渠，再经管廊中的水封井、出水堰和清水渠流人清水池。滤池运行_定时间后，受截流下来的悬浮颗粒和吸附的微生物等杂质的污染，滤层的阻塞值逐渐增大，滤池的过滤能力逐渐下降，这时

4、便需要反冲洗进水⋯⋯—￡>q⋯一5{反冲洗进气⋯⋯-I><1⋯⋯一j图l滤池工艺流程进行反冲洗以再生滤池的过滤能力。反冲洗过程分为单独气洗、气水混洗和单独水洗3个阶段，反冲洗气和反冲洗水分别从滤层下部泵入，从下往上冲洗过滤层，冲洗后的污水从排水管排走。通过反冲洗过程，可冲走滤层过滤时沉积的污垢，使滤池保持较高的过滤能力，从而保证水质安全，提高过滤效果。反冲洗是通过控制滤池进水阀、清水出水阀、反冲进气阀、排气阀、反冲进水阀、反冲排水阀并运行反冲水泵、风机等来实现的。滤池控制系统的任务主要是正常生产过程的恒液位过滤控制和清洁滤层过程的反冲洗控制．使过滤过程和反冲洗过程按设定的

5、条件循环交替进行。2系统配置某净水厂采用V形滤池工艺，共设6个滤格，每个滤格安装有一个超声波液位计、一个差压计(测量滤层阻塞值)以及各自的进水阀、出水阀(调节阀)、反冲洗进气阀、反冲洗进水阀以及排水阀和排气阀。公用部分用于气洗的鼓风机有两收稿日期：2011-03-29万方数据第9期曹玉波净水厂滤池自动控制系统设计及应用台(一用一备)，用于水洗的反冲洗泵两台。系统采用现场总线技术．净水间控制室设西门子s7—300PLC主站和触摸屏人机接口．每个滤格设一个PLC从站和触摸屏。主站选用CPU315．2DP控制系统，主要完成公用部分数据采集、控制和通信系统控制任务；从站选用IMl

6、53-2通信控制器并配置I／0数据接口模块，主要完成采集本滤格现场数据并通过数字总线传送给主站，接收主站的控制指令对现场设备进行控制的任务。系统网络结构如图2所示，主站和从站间通过Profi．bus总线连接，主站与厂级中控室上位机系统通过工业以太网总线进行连接。控制过程可以通过从站触摸屏对本滤池生产过程进行操作，或通过主站系统触摸屏对所有滤格生产过程进行控制。也可以在厂中控室计算机上对滤池系统的生产运行进行远程监控，实现了中控室计算机集中监控、PLC主站远程控制、触摸屏现场操作的三级控制网络，从而能够确保滤池安全可靠的生产运行‘6“]。图2控制系统结构3系统控制方案3．1

7、滤池恒水位控制滤池正常工作时．通常采用恒水位等速过滤方式，采用均匀的布水方式将待处理水分布到滤层进行过滤，在恒定水压的作用下，过滤水通过滤层进入下部集水区。滤层的主要作用有两点：一是机械截留作用．将水中较大的悬浮状颗粒截留在滤层的颗粒空隙之间；二是吸附架桥作用，颗粒滤料吸附有机物和微生物，起到吸附架桥作用．悬浮颗粒及胶体粒子粘结在一起，形成细小絮体。通过接触絮凝作用而被去除。滤池恒水位控制工艺流程如图3所示。控制系统实时采集滤池液位信号，PID控制器根据滤池水位变化情况来调节出水阀的开度．从而实现恒水位等速过滤。图4给出了当设