【正文】 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 、 使用方便，盡管 SCD 檢測值一般情況有 2min 。前饋克服主要擾動的影響，反饋控制克服其余擾動及前饋補償不完全部分。但是，要實現(xiàn)完全補償并非易事。這種前饋控制作用運用的恰當(dāng)，可以使被控變量不會因擾動作用而產(chǎn)生偏差，比反饋控制要及時，并且不受系統(tǒng)滯后的影響。 變 頻 器S C D 儀反 應(yīng) 池 投 藥 管 道速度沖 程計 量 泵 流 量 計原 水出 水 管 道 圖 加藥系統(tǒng)方框圖 所謂前饋控制，實質(zhì)上是一種按擾動進(jìn)行調(diào)節(jié)的開環(huán)控制系統(tǒng) 。 根據(jù)此設(shè)想，本方案以 SCD 為主要參數(shù)形成負(fù)反饋控制的外環(huán)，以原 水流量和 投藥 濃度為參考值形成前饋控制模型，對于沖程和速度都能調(diào)節(jié)的計量泵可組成 加藥控制系統(tǒng)。 使用 SCD 來控制投藥量，根據(jù)一般水廠生產(chǎn)操作情況看，在眾多影響混凝劑投加量的因素中，變化頻繁、影響最直接的是原水流量．投藥量與原水流量基本上成正比 [7]。由于直接檢測 ζ電位的技術(shù)非常復(fù)雜，所以研制出 SCD 儀表，間接測定 ζ電位，用以反映水中膠體粒子的穩(wěn)定度 [11]。 在水處理工藝中，根據(jù)混凝機理，加藥的主要作用是使水中的膠 體粒子脫穩(wěn)。 系統(tǒng)圖如圖 所示。 目前， 國內(nèi)大中型 自來 水廠的自動化水平越來越高，通過對給水凈化工藝配套進(jìn)行自動控制，對保證設(shè)備運行的可靠性 、 節(jié)約降耗 、 優(yōu)質(zhì)供水 和 提高精確度 具有重要意義，并 具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。經(jīng)過初步的處理后一般水的濁度在 100NTU 以下，隨后進(jìn)入混凝等常規(guī)處理。投加硫酸鋁時，水溫產(chǎn)生的影響比投加鐵鹽時大，所以夏季用硫酸鋁，冬季用鐵鹽或另一種助凝劑是一種好辦法 [17]。 水廠原水是從黃河直接取 出的， 原水水質(zhì)受各種因素的影響在不同的時期不同的情況下變化很大。無機混凝劑品種較少，目前主要是鐵鹽和鋁鹽及其聚合物，在水處理中用的最多。 混凝劑種類很多，據(jù)目前所知，不少于 200~300 種。由此，在混凝控制技術(shù)上，也產(chǎn)生了重要的差別。高分子絮凝劑用于高濁度水處理時絮凝速度快，一般僅需幾秒至幾十秒就可 形成粗大的絮凝體。高濁度水對混凝劑的要求，除了要有較高的聚合度外，還要有一定的分子鏈長度，以便發(fā)揮較好的吸附架橋作用。 高濁度水的混凝特性與常規(guī)濁度水相比有很大不同。高濁度水流中的細(xì)顆粒泥砂，由于本身固有的特性，自然沉降時在上部清水與下部渾水之間形成界面，即渾液面。 另外，地區(qū)不同，高濁度水流中泥砂濃度及顆粒級配差別很大。因此在 設(shè)計時，要以黃河水為 例。黃河是我國泥沙含量最大的河流， 也是 世界上罕見的多沙河流，年輸沙量和年平均含砂量均居世界大江河的首位。 高濁度水混凝控制技術(shù) ⑴ 高濁度水的混凝特性 高濁度水指泥沙含量很高，能形成均濃渾水層，以界面形式沉降的天然原水。因此，投藥混凝是水質(zhì)凈化最重要的環(huán)節(jié)，而準(zhǔn)確投加所需要的混凝劑量則是獲得較好混凝效果及經(jīng)濟效益的最關(guān)鍵問題。另一方面 ， 凈水的 藥劑費僅次于電費而構(gòu)成制水成本的第二大要素，混凝劑投加量直接影響到制水成本以至水價。研究表明，水中鋁離子濃度過高會影響人的身體健康，并對水質(zhì)及輸水系統(tǒng)產(chǎn)生不良的影響。投加適量的混凝劑，保障混凝效果，是使處理水質(zhì)合格的前提。通常所 用的混凝劑都是屬于電解質(zhì)物質(zhì)，在水中與膠體雜質(zhì)發(fā)生電中和，壓縮膠體的雙電層，降低ζ電位 ,使之脫穩(wěn)凝聚。能否使水中的渾濁物質(zhì)聚結(jié)形成具有一定粒度及表面特性的絮凝體，為沉淀或過濾去除創(chuàng)造良好的條件，關(guān)鍵就是混凝效果如何。對有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)，也可以單獨使用 P 動作控制。用 PI 控制時，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來干擾的引起的偏差。 PI 控制：僅用 P 動作控制，不能完全消除偏差。用積分時間參數(shù) I 決定 I 動作效果的大小。因此，能 達(dá) 到使控制量（反饋量）和目標(biāo)值（設(shè)定頻率）一致的效果，可是，對 變化急劇的偏差，反應(yīng)變差。 I 動作：操作量（輸出頻率）的變化速度和偏差成比例關(guān)系的動作，稱為 I 動作。這是決定 P 動作對偏差反應(yīng)程度的參數(shù)。因此 P動作即是輸出和偏差成比例的操作量。 在此選用富士變頻器 ， 其主要參數(shù)列舉如下： H21 反饋選擇，可以選擇設(shè)定值的 0，功能是控制端子 12 正動作（電壓輸入 0~10V） 。 ② 變頻器的控制 在恒壓供水控制系統(tǒng)中，要用壓力變送器 將壓力控制信號 輸 入到變頻器中，由變頻器經(jīng)過一定的調(diào)制，對抽水泵進(jìn)行控制。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波 電容器 中，由 于 電容器的容量和耐壓的關(guān)系，通用變頻器的再生制 動力 約為額定轉(zhuǎn)矩的 10%~20%。兩者結(jié)合起來就是失速功能。為了防止失速 ,就要檢出電流的大小進(jìn)行頻率控制 ,當(dāng)加速電流過大時適當(dāng)放慢加速速率。但速度精度的 值 取決 于 PG 本身的精度和變頻器輸出頻率的 精 度。對 于 要求調(diào)速精度比較高，即使負(fù)載變動也要求在近 于 給定速度下運轉(zhuǎn)的場合，可采用具有 PG 反饋功能的變頻器。通用變頻器多為開環(huán)方式，也有的機種利用選件可進(jìn)行 PG 反饋。 通常情況下 ,在 50Hz 以上電壓不變，大體為恒功率特性，在高速下要求相同轉(zhuǎn)矩時，必須注意電機與變頻器容量的選擇。 在 6Hz 以下仍可輸出功率，但根據(jù)電機溫升和起動轉(zhuǎn)矩的大小等條件，最低使用頻率取 6Hz 左右，此時電動機可輸出額定轉(zhuǎn)矩而不會引起嚴(yán)重的發(fā)熱問題。因此，在低頻時給定 V/F， 要使輸出電壓提 高內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 一些 ， 以便獲得一定地起動轉(zhuǎn)矩 ， 這種補償稱增強起動。起動電流為額定電流的 ~ 倍，起動轉(zhuǎn)矩為 70%~120%額定轉(zhuǎn)矩； 對于 帶有轉(zhuǎn)矩自動增強功能的變頻器，起動轉(zhuǎn)矩為 100%以上，可以帶全負(fù)載起動。用工頻電源直接起動時，起動電流為 6~7 倍，因此，將產(chǎn)生 機械 電氣上的沖擊。 頻率下降 (低速 )時 ， 如果輸出相同的 功率， 則電流增加 ， 但在轉(zhuǎn)矩一定的條 件下 ，電流幾乎不變。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。PAM 是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。交 — 交變頻器可直接把交流電變成頻率和電壓都可變的交流電；交 — 直 — 交變頻器則是先把交流電經(jīng)整流器先整流成直流電，再經(jīng)過逆變器把這個直流電流變成頻率和電壓都可變的交流電。 ⑵ 變頻器 ① 變頻器 原理 變頻器是利用電力半導(dǎo)體 器件的通斷作用將工頻 電源 變換為另一頻率的 電能 控制裝置。比如在控制 M1 電動機的兩個接觸器 KM KM0 線圈中，分別串入了對方的常閉觸點形成電氣互鎖。 1 變 + 1 定1 變 1 變 + 2 定1 Q2 Q 3 QHQ 圖 變頻調(diào)速系統(tǒng)運行過程示意圖 恒壓供水測控 儀表選型 ⑴ PLC 控制器 根據(jù)恒壓供水的實際情況，在此選用 S7— 200PLC。在每臺泵的變頻用接觸器和工頻用接觸器之間必須外部電氣互鎖，以防止 PLC 故障或其它原因造成的工頻接觸器和變頻接觸器同時吸合，造成工頻電源 與 變頻器輸出端相接而損壞變頻器。 若再次收到下限信號就斷開 KM KM2，吸合 KM1，只剩 1泵變頻工作。 如果再次接收 到變頻器上 限輸出信號，則 KM3 斷開 KM4 吸合， 2水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻，同時 KM5 閉合 3水泵變頻運行，這時電動機 M M2 為工頻運行， M3 為變頻內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 運行。 如果水壓過低，而變頻器已經(jīng)達(dá)到上限設(shè)定值，變頻器發(fā)出頻率上限的動作信號，PLC 啟動增泵程序； PLC 通過這個上限信號將 KM1 斷開 KM2 閉合，電機 M1 由變頻運行變?yōu)楣ゎl運行，（即 1泵有變頻運行變?yōu)?工頻 運行），同時 KM3 吸合變頻啟動 2水泵。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） A C 3 8 0 VRSTQ MM 1UVWF R 1K M 2 K M 1M 2F R 2K M 4 K M 3M 3F R 3K M 6 K M 5去 可 編 程 控 制 器變 頻 器 圖 主電路 接線圖 圖中 去 PLC 接線的變頻器端子有 FWD、 FMA、 11 和 12 分別接 S7— 200PLC 的任一輸出端子、任一輸入端子 和 COM； 30A、 30C 作為報警信號分別接兩個輸入端子； 112 端子接遠(yuǎn)傳壓力表。通過調(diào)節(jié)水泵工作電源頻率的方式，改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變了水泵的工況，構(gòu)成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速及工作水泵臺數(shù)，實現(xiàn)恒壓變量供水。以水壓為控制參數(shù)，水泵啟動后，壓力傳感器向變頻器提供控制點的壓力值 H0，當(dāng) H 低于 H0（ H0按用戶水壓要求設(shè)定）時 ,應(yīng)該提高水泵轉(zhuǎn)速，變頻器發(fā)出提高頻率的指令；當(dāng) H 高于 H0時，則應(yīng)該降低水泵轉(zhuǎn)速 ,變頻器發(fā)出降低頻率的控制信號。變內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)可以通過自動控制實現(xiàn)上述調(diào)節(jié)。 用戶用水量變化反映在水壓上，表現(xiàn)為管網(wǎng)水壓的波動。 按壓力控制點的設(shè)置位置，還可以將 恒 壓給水控制系統(tǒng)分為泵出口處恒壓控制與用戶最不利點處恒壓控制兩類。按某一壓力（水位）控制點的水壓（或水位）目標(biāo)值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。這種控制方式精度低，水壓波動較大，是較為傳統(tǒng)的給水技術(shù)。按水位（水壓）的高低兩個界限值控制水泵的開停。按控制精度的高低，恒壓給水控制技術(shù)包括如下兩大類 [11]。 ⑵ 液位控制器 選擇控制器的方法與 反應(yīng) 池液位控制的方法一致。 浮子式液位計的浮標(biāo) 置于被測介質(zhì)中，當(dāng)液位變化時，浮標(biāo)隨著浮動，通過指針便可以直接指示出液位的高度。 因此可采用浮子式液位計。 液 位 控 制 器 電 磁 閥 清 水 池液 位 變 送 器s pP Ve池 水 圖 系統(tǒng)方框圖 清水池 測控 儀表選型 ⑴ 液位計 清水池水位測量由于受到被測被測介質(zhì)的性質(zhì)和工作條件的影響。同樣采用單回路控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)圖如圖 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 清水池液位控制系統(tǒng)設(shè)計 在清水池池中考慮液位，只要是因為在用戶用水量增大時，防止清水池中的水量不夠用戶的需要，同時也是防止進(jìn)入清水池的水量過多，造成不必要的麻煩。其貯水量由水位計表征，運行人員根 據(jù)水位信號調(diào)節(jié)入口水流量使水位在一定限制內(nèi)運行，從而確保工業(yè)水和生活水的連續(xù)供給。一般清水池的容積必須滿足氯化消毒的接觸時間至少應(yīng)保證混合 30min 以上 [12]。特別是世界范圍內(nèi)對消毒副產(chǎn)物控制的重視，使清水池設(shè)計的改進(jìn)成了減少消毒副產(chǎn)物的重要手段。 通常清水池主要起水量調(diào)節(jié)和消毒反應(yīng)器的作用。反沖洗過程需要在編程時根據(jù)特定情況設(shè)定一定的時間，等反沖洗時間到達(dá)時就會關(guān)閉閥門 3 和閥門 4，打開閥門 1 和閥門 2，循環(huán)進(jìn)行下一過程。 在過濾時，由 PLC 控制進(jìn)水支管 1 和清水支管 2 處于全開的狀態(tài)，促使濾池對進(jìn)水進(jìn)行過濾。由于在濾池控制中，需要模擬量的輸入，因此需要擴展一塊 EM231 模擬量輸入模塊 ， EM231要接受模擬量的液位變送器送來的信號。 ⑷ PLC 控制器 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 在自來水控制系統(tǒng)中，濾池控制系統(tǒng)用 PLC 進(jìn)行控制。 1720D 不需要用樣品池，這樣可減少雜散光，提高測量準(zhǔn)確度。聚光束從傳感器頭部組件中向下投射到濁度儀主體內(nèi)的水樣中，浸在水樣中的光電管測量水中懸浮固體 90176。 1720D 的測量范圍為0~100NTU。 總之，經(jīng)濟性不單指產(chǎn)品價格，而是產(chǎn)品的性能價格 和 綜合費用價格比。 動作頻率要求高時，結(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)選直動式電磁閥 。 介質(zhì)若是定向流通，且不允許倒流 ZDF— N 和 ZQDF— N。電磁閥只能控制全開 、 全 關(guān) 。 應(yīng)用于液壓、氣壓控制上，控制油缸、氣缸的狀態(tài)，是用在油路、氣路中的控制元件。 只能開或關(guān) ，開關(guān)時動作時間短 。 3YW： 反沖洗開始水位信號，在反沖洗過程中，當(dāng)水位下降到此水位時，發(fā)出信號，反沖洗由此開始計時，以保證反沖洗的強度。 浮 球（ 溢 流 水 位 ） 1 Y W（ 反 沖 洗 水 位 ） 2 Y W（ 反 沖 洗 開 始 水 位 ） 3 Y W 圖 水位檢測裝置 對圖中各控制信號說明如下： 1YW： 溢流水位信號，反沖洗裝置失靈或其他原因引起濾池水位上升到此水位時，控制裝置發(fā)出聲、光報警信號，告誡值班人員須進(jìn)行事故處理操作。 濾池 測控 儀表選型 ⑴ 水位檢測裝置 [11] 水位檢測裝置采用干簧浮球液位 計 。沖洗一直進(jìn)行到濾料基本洗干凈為止。濾料層再由下而上均勻分布的水流中處于懸浮狀態(tài)，濾料得到清洗。開啟排水閥 3 和沖洗水管 4 的閥門。為保證沖洗強度，反沖洗 從水位到達(dá)設(shè)定 值 開始計 時，并保證每次 只沖洗一格。過濾周期后期，當(dāng)濾池水位上升到反沖洗水位時，液位檢測裝置發(fā)出反沖洗信號，由控制裝置控制執(zhí)行機構(gòu)完內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 成此格濾池反沖洗過程。一般當(dāng)水頭損失增至一定程度以致濾池產(chǎn)水量減少，或由于濾過水質(zhì)不符和要求時，濾池便須停止過濾進(jìn)行沖洗。渾水流經(jīng)濾料