【正文】 氯氣投入水中后立刻完成；而式3的反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，其反應(yīng)程度若達(dá)到要求至少需要經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)，也就是說該反應(yīng)會(huì)一直在清水池中持續(xù)進(jìn)行，相當(dāng)于對(duì)余氯的“二次干擾”。一般余氯分析儀測(cè)得的都是具有強(qiáng)氧化性的次氯酸和次氯酸根離子。以下重點(diǎn)從機(jī)理上分析余氯在這幾個(gè)過程中的變化規(guī)律： 氯氣水解規(guī)律 氯氣投加到水中后，首先水解生成鹽酸HCL和次氯酸HCLO，如公式11： （11） 氯氣的溶解度很大，所基本上投入水中的氯氣都能迅速生成次氯酸和鹽酸，并且次氯酸會(huì)進(jìn)一步部分水解生成次氯酸根離子和氫離子。加氯系統(tǒng)的目標(biāo)就是通過控制氯氣的投加量來保證出廠水中的余氯含量在自來水公司的考核標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi)。我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定集中式給水用氯消毒時(shí)，在與水接觸30分鐘后。 對(duì)自來水進(jìn)行消毒時(shí)，一般采用氯氣消毒，為了有比較好的消毒效果，必須保證氯氣和水一定的接觸時(shí)間；另外這樣自來水在城市管網(wǎng)中還具有持續(xù)殺菌和消毒作用，因此必須在經(jīng)過氯與水的充分接觸之后，出廠水中還要有一定的余氯含量【2】。由于前加氯環(huán)節(jié)中投加的氯氣并不是非常多，而沉淀池和濾池對(duì)氯的消耗量較大，使得濾后水中一般無剩余氯的存在，因此前加氯對(duì)出廠水的余氯含量基本上沒有影響。 出水廠補(bǔ)氯原水混合凝絮池沉淀池濾池清水池加氯間前加氯后加氯管網(wǎng) 圖11 加氯點(diǎn)設(shè)置工藝流程前加氯主要是殺滅水中的微生物、細(xì)菌、氧化有機(jī)物及延長(zhǎng)加氯消毒的接觸時(shí)間，同時(shí)可起到助凝、助濾作用；濾后加氯主要是補(bǔ)充第一次原水加氯（前加氯）后的余氯不足，保證余氯量達(dá)到規(guī)定指標(biāo)。物理法有加熱、紫外線、超聲波等；化學(xué)法有加氯、漂白粉、次氯酸鈉、臭氧或其它氧化法等，加氯是較為常用的一種。消毒工藝是凈水處理過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，通過消毒殺死對(duì)人體有害的病原菌和致病微生物，從而達(dá)到飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。后加氯與補(bǔ)加氯控制器根據(jù)投氯后取樣水中余氯值和設(shè)定的余氯值，采用PID控制規(guī)則，輸出一個(gè)控制量來控制加氯機(jī)的調(diào)節(jié)閥開度 ，形成一個(gè)閉環(huán)控制，使余氯值向設(shè)定值逼進(jìn)，確保出廠水余氯指標(biāo)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。系統(tǒng)應(yīng)用PID算法對(duì)各個(gè)加氯機(jī)的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行開度控制從而達(dá)到控制目的。前加氯一般采用原水流量配比加氯方式，而后加氯與補(bǔ)加氯采用復(fù)合閉環(huán)加氯方式即根據(jù)余氯反饋控制方式。余氯太低無法起到在管網(wǎng)中持續(xù)殺毒的效果，太高則易與雜質(zhì)生成致癌物質(zhì)，這就要求必須要有一種可靠的氯氣投加控制方式來確保出廠水余氯含量的穩(wěn)定。面對(duì)這種狀況，研究新的水處理工藝，利用先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)，改善出廠水水質(zhì)，已成為國(guó)內(nèi)水處理界的共識(shí)。而國(guó)外主要的自來水處理廠己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全面自動(dòng)控制。 PID control 目 錄第一章 水廠加氯系統(tǒng)的工藝原理 1 1 余氯變化規(guī)律 2 氯氣水解規(guī)律 2 氯氣與水中雜質(zhì)反應(yīng) 2 折點(diǎn)加氯 3 氯在清水池中的停留過程 3 氯氣投加過程的影響因素 3 工藝控制要求 4 人工投加方式及其中存在的問題 5第二章 水廠加氯系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 水廠加氯系統(tǒng)硬件構(gòu)成 7 加氯機(jī) 7 差壓式流量計(jì) 7 余氯分析儀 7 漏氯報(bào)警儀 7 漏氯中和裝置 8 PLC的配置與選型 8 PLC的配置 8 PLC的選型 9 PLC的輸入與輸出 10 自動(dòng)加氯系統(tǒng)電氣原理圖 11第三章 水廠加氯系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14 PID算法 14 PID算法在自動(dòng)加氯系統(tǒng)中的運(yùn)用 17 PID指令及回路表 17 自動(dòng)加氯軟件設(shè)計(jì) 19 自動(dòng)加氯程序流程 19 自動(dòng)加氯程序梯形圖及程序說明 19 氣源切換軟件設(shè)計(jì) 27 氣源切換程序流程 27 氣源切換程序 28 漏氯報(bào)警軟件設(shè)計(jì) 29 漏氯報(bào)警程序梯形圖 30第四章 結(jié)論 32 本文內(nèi)容的總結(jié) 32 今后的研究方向 32參考文獻(xiàn) 33附 錄 34謝 辭 43前 言 在我國(guó)目前給水行業(yè)中，對(duì)自來水處理一般采用氯氣消毒。 Automatic add chlorine。并且利用STEP7編程軟件對(duì)自動(dòng)加氯程序進(jìn)行了梯形圖的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)加氯系統(tǒng)的自動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)水處理過程中的無人化與智能化。加氯系統(tǒng)分為前加氯、后加氯、補(bǔ)加氯。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）水廠加氯控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 摘 要 本文簡(jiǎn)單介紹了西門子S7200系列PLC在水處理中的運(yùn)用，以及自來水處理的簡(jiǎn)單工藝過程及原理。介紹了水廠PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成與硬件設(shè)備，著重闡述了PLC在自動(dòng)加氯系統(tǒng)中的運(yùn)用，最終將出廠水余氯含量控制在一定范圍內(nèi)。前加氯采用與水流量成比例投加，后加氯與補(bǔ)加氯根據(jù)余氯值采樣值與設(shè)定值構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，采用PID控制規(guī)則，輸出模擬量對(duì)加氯機(jī)的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行開度控制從而達(dá)到控制目的。關(guān)鍵字：自來水廠；自動(dòng)加氯；PLC梯形圖；PID控制 ABSTRACT This thesis simply introduces Siemens S7200 PLC application in water treatment, and water treatment of simple processes and thesis introduces the waterworks PLC control the structure of the system and hardware equipment, emphatically elaborated the PLC automatic feeding system in the use of chlorine, will eventually effluent residual chlorine content control within a certain range. Adding chlorine system is divided into former add chloride, add after chloride, add chlorine. Before using and flow with chlorine proportional additive, add after chloride and add chlorine according to residual chlorine value sample value and value constitute a closed loop system, PID control rules, output analog quantities on add chlorine machine regulator for opening control so as to achieve the control aim. STEP7 programming software and use of automatic procedure with chlorine ladder diagram design with chlorine, realize the automatic control system, in order to achieve water treatment process of humanized and intelligence without.Key words：Waterworks。 PLC ladder diagram。很大一批水廠還處在人工投加的階段，加氯系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較低。為了改善出廠水水質(zhì)，許多水廠在常規(guī)處理工藝中加大了氯的投加量，增加了出廠水中有害化學(xué)物質(zhì)的含量。 投加氯氣消毒工序是給水處理中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其目標(biāo)是要控制出廠水中的余氯含量在一個(gè)規(guī)定的范圍之內(nèi)。在一般的自來水廠中，加氯工藝包含兩個(gè)部分：濾前水加氯環(huán)節(jié)(前加氯)和濾后水加氯環(huán)節(jié)(后加氯)與出水廠加氯環(huán)節(jié)（補(bǔ)加氯）。本論文對(duì)自來水處理工藝進(jìn)行了研究，尋求基于西門子S7200系列PLC的水處理自動(dòng)化。前加氯加氯控制器根據(jù)原水流量的變化以及設(shè)定的投加率自動(dòng)調(diào)節(jié)加氯量。 第一章 水廠加氯系統(tǒng)的工藝原理 我國(guó)大部份自來水廠凈水工藝流程都包括取水、加礬、沉淀、過濾、加氯、出水等過程自來水的生產(chǎn)通常經(jīng)過一級(jí)泵站取水、加礬、消毒、混凝、沉淀、過濾、蓄水以及二級(jí)泵將自來水送入城鄉(xiāng)自來水管網(wǎng)等工藝流程。消毒的方法有很多，基本上分為物理、化學(xué)兩大類。一般需要設(shè)置3個(gè)加氯點(diǎn)：進(jìn)水管入口處(也稱一次加氯點(diǎn)、前加氯)、清水池(也稱二次加氯點(diǎn)、后加氯)和出廠水補(bǔ)加氯點(diǎn)【1】，如圖11所示。為了殺滅原水中的藻類，前加氯要在原水進(jìn)入沉淀池之前進(jìn)行，以防止其在沉淀池或?yàn)V池中滋生繁殖。后加氯在濾后水進(jìn)入清水池前進(jìn)行，其目的是通過氯氣與水在清水池中充分接觸后水解生成的強(qiáng)氧化劑次氯酸殺滅水中的各種細(xì)菌和病毒。氯氣殺菌效果好，但氯氣有巨毒，所以加氯系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，將直接影響安全穩(wěn)定供水工作。自來水公司會(huì)依據(jù)其制定出相應(yīng)的出廠水余氯指標(biāo)作為各個(gè)自來水廠加氯環(huán)節(jié)的考核標(biāo)準(zhǔn)。 余氯變化規(guī)律 氯氣被投加到水中之后，會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，主要要經(jīng)歷水解、與雜質(zhì)反應(yīng)、在清水池中停留、流出清水池幾個(gè)過程。次氯酸和次氯酸離子由于其中的CL都是+1價(jià)的因而具有很強(qiáng)的氧化性，可以殺死細(xì)菌，因此它們都是有效氯。 氯氣與水中雜質(zhì)反應(yīng) 實(shí)際的原水中由于水源的原因，總是不可避免的存在其他雜質(zhì)，有效氯會(huì)因?yàn)榕c雜質(zhì)的反應(yīng)而大量減少。 原水中一般還含有一些有機(jī)物和其它類型的雜質(zhì)，它們與氯的反應(yīng)較為復(fù)雜，但是一般都認(rèn)為在初始的很短時(shí)間內(nèi)很快就能發(fā)生反應(yīng)，井且其消耗的氯量不多而且相對(duì)比較穩(wěn)定。折點(diǎn)加氯是當(dāng)水中含較多氨氮時(shí)，若氯氣投加量低于一定量時(shí)，有效氯與氨氮只會(huì)發(fā)生式2和式3的兩個(gè)反應(yīng)。但當(dāng)繼續(xù)增大氯氣的投加量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致前面生成的一氯胺不稱定，發(fā)生分解，如公式14： （14） 該反應(yīng)要消耗一些有效氯，使得水中殘留的有效氯又開始不斷減小。 在實(shí)際進(jìn)行氯氣投加時(shí)，都必須要保證氯氣的投加量超過折點(diǎn)，以保證水中的有效氯含量能保持穩(wěn)定【3】。水廠的清水池一般為了保證水的停留時(shí)間，為了防止存在水流死角和保持各部分水流停留時(shí)間的均衡，一般都在清水池中建有彎彎曲曲的水道。由于擴(kuò)散作用，水中不同濃度的氯之間還會(huì)發(fā)生混合。 氯氣投加過程的影響因素 在氯氣投加的過程中，氯氣通過加氯機(jī)投加到水中，單位水中的加氯量越大，氯的濃度也越大。另外，整個(gè)加氯環(huán)節(jié)受到眾多因素的干擾，其主要的幾種因素的特點(diǎn)及其影響如表11： 表11 各因素對(duì)加氯系統(tǒng)的影響因素對(duì)加氯的影響程度變化規(guī)律相關(guān)檢測(cè)儀表加氯量大可控量有清水池進(jìn)水量大由濾池人工控制，變化較頻繁，無規(guī)律無水中氨氮含量大平時(shí)含量少且穩(wěn)定，遇暴雨，上游污染等情況會(huì)突變無清水池出水量中等有自來水公司統(tǒng)一調(diào)度，不經(jīng)常變化且水量穩(wěn)定有清水池水位偏小變化較頻繁，但一般在一個(gè)范圍內(nèi)，且不會(huì)突變有溫度 濁度 PH值等小一般情況下變化不大無 從表1中可以知道，加氯系統(tǒng)最主要的影響因素是加氯量、清水池進(jìn)水量、水中氨氮含量、清水池出水量，而其他因素相對(duì)來說影響比較小。 工藝控制要求 整個(gè)流程的控制目標(biāo)是二泵房的余氯含量（即出廠水余氯含量），可以控制的量為加氯機(jī)的加氯量。由于種種因素的影響，氯氣投加在一般的水廠中都是最難控制的一個(gè)環(huán)節(jié)。采用先進(jìn)的控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)加氯過程的自動(dòng)化是很有必要的。前加氯一般采用原水流量配比加氯方式，而后加氯與補(bǔ)加氯采用復(fù)合閉環(huán)加氯方式即根據(jù)余氯反饋控制方式。后加氯與補(bǔ)加氯方式控制原理為：加氯控制器根據(jù)原水流量以及投氯后取樣水中余氯值和設(shè)定的余氯值，采用PID控制規(guī)則，輸出一個(gè)控制量來控制加氯機(jī)的調(diào)節(jié)閥開度 ，形成一個(gè)閉環(huán)控制，使余氯值向設(shè)定值逼進(jìn)，確保出廠水余氯指標(biāo)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)【4】。控制系統(tǒng)根據(jù)各種生產(chǎn)參數(shù)的檢測(cè)，完成自動(dòng)加氯、氣源的自動(dòng)切換和漏氯報(bào)警及吸氯等功能。由圖13可知，首先操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定初始氯氣投加量，含氯的水混合進(jìn)入清水池，經(jīng)過一定的停留時(shí)間后出廠。 圖13 原人工加氯控制框圖 對(duì)于氯氣投加這樣一個(gè)復(fù)雜過程而言，僅僅依靠人工經(jīng)驗(yàn)是很難取得良好的控制效果的。由于含氯的水在該清水池中的停留時(shí)間長(zhǎng)，新的投加量是否得當(dāng)也就需要一段時(shí)間后才能觀測(cè)到以便再次調(diào)整，這樣系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢，易導(dǎo)致出廠水余氯超標(biāo)情況發(fā)生。流量某些時(shí)候波動(dòng)很大，如果僅僅按照出口余氯情況頻繁調(diào)整氯氣投加量，反而會(huì)加劇出口余氯值的震蕩。將會(huì)導(dǎo)致在同樣外界情況下卻出現(xiàn)不同的控