基于PLC的高性价比双阀滤池过滤自动化的实现.doc

1、基于 PLC 的高性价比双阀滤池过滤自动化的实现摘要： 自来水厂的净水过滤工艺是自来水净化处理过程中最重要的生产环节之一，生产处理的效果将最终决定出厂水水质。一些中小型老水厂的双阀滤池由于种种原因无法进行彻底改造，没有条件实现过滤和反冲全面自动化。为了减轻工人的劳动强度,同时保证双阀滤池自动恒水位运行，研制了一套基于 PLC 的过滤工艺自动化小型控制系统，该系统最大特点是高效、稳定，具有很高的性能价格比，在实际运行中取得了满意的效果。 中图分类号：TU991.2 文献标识码： A 一、滤池及工艺简介 饮用水的过滤净化工艺是城市自来水厂不可缺少的生产过程，过滤处理的结果将直接影响自来水厂的出厂水

2、水质。 在自来水厂的生产过程中，浊度是衡量自来水是否合格的重要指标，研究数据表明：自来水中病毒、病原体是依附于水中浑浊物的，自来水浊度的降低有利于减少自来水中的病毒、细菌。自来水的浊度基本上可以反映自来水的进出水水质，各国饮用水标准中对自来水的出厂水浊度都有明确的限制，我国新的饮用水标准中限定自来水的出厂水浊度不得高于 1NTU。 自来水生产过程中，过滤过程能够有效地去除自来水中的悬浮物、细菌、胶体物质以及溶解度低的重金属和有机物，降低出水浊度，因此滤池过滤效果的好坏对自来水出厂水水质起到非常关键的作用。大部份自来水厂都安装了在线浊度仪以实时监测生产过程中自来水的浊度清况，然后根据浊度值调整加

3、药量、优化生产处理过程。但在实际生产过程中，影响滤池运行效果的因素有很多：进厂水水质、加药沉淀池生产情况、水温、滤池的过滤速度、滤池的运行周期等，对这些指标的控制是保证出厂水水质达标的关键。 经过长期的发展和研究，滤池的形式发展了很多种：普通快滤池、双阀滤池、V 型滤池、D 型滤池、无阀滤池、移动冲洗罩滤池等等。 双阀滤池又叫虹吸滤池，它有两个虹吸管，进水虹吸管和冲洗虹吸管，利用虹吸和破坏虹吸的工作方式决定滤池是过滤还是反冲，在每个虹吸管上有个控制抽真空的小阀门。优点在于它的过滤和反冲都是通过虹吸来实现的，使用的机电设备较少，较为节能，但滤池的自动控制实现比较困难；它也没有办法控制其冲洗强度，

4、冲洗效果不太稳定。全天24 小时需要调整清水阀门，工作强度大，且不能实时准确地调整。本文是针对双阀虹吸滤池的改造，设计一套经济实用的滤池过滤过程的自动化系统，用以减轻工人的劳动强度，同时保证滤池达到恒定水位过滤的自动控制。 二、滤池生产过程控制现状 目前对滤池的滤速的控制是通过控制滤池的液位来实现的，其目标是将滤池液位控制在恒定的高度，实现滤速的基本恒定。 滤池过滤时，关闭反冲阀和排水阀，开进水阀，这样经过加药絮凝沉淀后的原水流过进水阀后分配到各个滤池，等滤池液位上升到一定程度时开启清水阀，原水流过滤料后由配水系统汇集起来经清水阀进入清水池，而原水中的悬浮杂质截留在滤料中，实现了对原水的过滤处

5、理。这个过程需要不断地调节清水阀使滤池的液位保证在一定的高度。 滤池的生产过程是个不断调节清水阀的过程，在此过程中，清水阀的开启不是一步到位的，它的开度是滤池液位恒定的保证，这个工作靠人工实现难以准确，所以滤池必须实现自动化控制。这不仅减轻了工作人员的劳动强度，滤池实现自动化控制也能够有效改善出厂水水质。 三、基于 PLC 的双阀滤池自动过滤系统 早期建造的水厂（八、九十年代建设的）多数采用虹吸双阀滤池，即用虹吸管代替进水、排水阀门，节约了 2 台电动阀门，增加了真空泵，以及虹吸形成和虹吸破坏的阀门，使得反冲工艺自动化变得复杂。 1、双阀滤池过滤工艺 在进水虹吸形成后，通过调整清水阀的开度来控

6、制恒水位过滤，这是必须要专人来从事的一项工作。有经验的操作工可以根据进水量的大小、液位高度的变化以及滤池过滤时间的长短来精心操控清水阀的开启或关闭，使得滤池不漫池也不露底，并使得各个滤池的负荷大致相等，滤速相近，同时还要尽量保证动作次数最少，以延长清水阀的寿命。这要求值班人员有丰富的经验和很好的责任心，工作强度比较大。 当滤池过滤工作一段时间后，滤料表面积聚了污泥、藻类，会影响过滤后的水质和水量，这时必须进行反冲洗工艺，来清洁滤料。此工艺操作过程比较复杂：从破坏进水虹吸开始开足清水阀水位下降到一定高度关闭清水阀起动真空泵让排水虹吸形成起动反冲泵（或开启高位水池出水阀门）开启本格滤池反冲阀冲洗，

7、直到滤料清洁关闭本格滤池反冲阀破坏排水虹吸建立进水虹吸反复调整清水阀到合适的开度，使滤池重新进入恒水位过滤运行。 2、双阀滤池自控系统 双阀滤池生产过程必须由熟练的操作工执行，甚至要多人配合完成。整个过程虽然操作复杂，占用时间不长（反冲 12 组滤池大约用时 1 小时），而要实现反冲工艺自动化却相当麻烦，一般需使用中、高档 PLC 来控制，而且设备改造的投资比较大。 近年来设计的水厂滤池大多数是四阀滤池或“V”形滤池。有的大型水厂已将原有的双阀滤池改造成四阀滤池，但是相关的土建改造费用较大。一些中、小型老水厂的双阀滤池无法进行土建改造，也没有条件实现过滤和反冲全面自动化。针对上述具体情况，为了

8、减轻值班人员的工作强度同时保证双阀滤池自动恒水位运行，研制了一套过滤工艺自动化小型控制系统，在黄山市二水厂进行了长期运行，取得了满意效果。 3、双阀滤池自动过滤系统的实现 尽量减少改造原有清水阀电动头和控制箱接线的工作量，在每个滤池增加一个（微）小型 PLC 和少量其他电器，并安装在一个小的控制箱内，放在原操作箱旁边，不改变原来的手动操作方式。 如图一所示，用 7 只浮球开关组（用于指示不同的水位限值）来代替昂贵的超声波液位计或投入式液位计，利用浮球来触发不锈钢管内的 7 只 0.5A 进口舌簧开关，以对水位高低变化做出反应，为阀门的开关控制动作提供依据。 针对老式电动头没有标准 4-20mA

9、 输出、开度显示仪表不准确的实际情况，我们依据三相电机运行基本恒速的特点，并通过测量得到：阀门从全关位置到全开位置的整个行程时间基本恒定不变；阀门从全关位置开始开阀计时，当前的开度与开阀时间基本成正比；阀门停留在任意开度时，让其开一段时间，然后再关同样的时间，阀门基本能够回到原来的开度。基于以上规律，一个阀门经过多次开、闭调节后，其当前开度可用各次运行时间的代数和（设开阀运行时间为+，关阀运行时间为-）来表示。 滤池刚开始正常（过滤）运行时，初始的清水阀开度为以全关闭位置为起始点，向开大阀门方向运行时间 Tn 秒（该值根据历史运行经验确定） ；每次调节水位时，欲微调一小步，就开阀或关阀一小段时

10、间，设为T1 秒；粗调一大步即开阀或关阀较长一段时间 T2；阀门一旦关闭到位，时间计数器即阀位指示器清零。 执行滤池反冲工艺时，本过滤工艺自动化控制系统不参与工作。反冲结束，启动虹吸进水，在清水阀尚处于“关到位”状态下，将本系统的“手动/自动”主令开关打到“自动”位置，进入过滤工艺自动控制。等待水位上升到“M 标准水位”时，清水阀自动开启 Tn 秒，到达初始标准开度，此后水位变化达到限值时，再根据需要开关调节阀门。 若水位上升到“H 高水位” ，阀门将自动再开启 1 小步即 T1 秒；等待 m1 秒后，若水位不下降，继续再开 1 小步如此循环，直到水位回落下降到 H 点之下。 水位上升速度较快

11、，持续上升到达“HH 高高水位” ，阀门将自动开1 大步即 T2 秒，等待 m2 秒后，水位若不下降，继续再开 1 大步；如此循环，直到水位回落，下降到 HH 点之下。 反之，限制低水位的控制过程也类似，当水位下降低于”L 低水位”或”LL 低低水位”时，将自动分步关清水阀。 通过以上调节，使水位始终保持在 L 与 H 水位区间内，达到过滤过程中滤池水位变化很小的效果。 如图二所示，过滤自动化控制箱内装有小型 PLC、开关电源和隔离驱动继电器等，面板上安装有“手动/自动”主令开关 8，阀门开到位指示灯 9，阀门关到位指示灯 10，报警蜂鸣器 11，开阀运行过程指示灯12，关阀运行过程指示灯 1

12、3，7 只蓝色指示灯 17 分别指示超低报警水位、低低水位、低水位、标准水位、高水位、高高水位和超高报警水位。小型 PLC 带有编程按钮，文本显示窗口，编程和修改程序可以通过按钮进行，也可通过电脑下载，文本窗口能够显示清水阀开度、开关阀门调节阀门一大步（对应 T2 秒动作时间）和一小步（对应 T1 秒动作时间）的次数以及故障报警的内容：(1)浮球卡住，逻辑混乱（2）开关阀门过力矩（3）超高水位报警（4）超低水位报警。四种故障发出四种不同的蜂鸣声音。 四、小结 综上所述，本系统设计和实现的原则是在工艺、资金等客观条件限制的前提下，尽可能地提高自动化过滤系统的高可靠性和高效性，做到性能价格比最大化，同时很好地解决了一线工人日常操作的强度，保证了出厂水水质，取得了较好的社会和经济效益。 参考文献 1：严煦世,范瑾初主编,给水工程-4 版,-北京：中国建筑工业出版社,1999 2： 晋亚太,山西建筑,第 36 卷第六期,2010 年 2 月,文章编号：100968252010)06019402 3：徐勇鹏,王在刚,崔福义,中国给水排水,第 22 卷第 1 期,2006年 1 月,中图分类号：TU991 文献标识码：C 文章编号：10004602(2006)01 一 006604