小型净水厂自动控制系统的研究与应用

论文摘要

长期以来,自来水一直是城市居民饮水的主要来源。随着科技的发展和社会的进步,水处理技术也在不断发展、完善,同时人们对自来水水质的要求也越来越高。净水厂新工艺、新设备的广泛应用一方面提高了水处理能力,另一方面也对整个系统的控制、协调提出了更高的要求。因此,如何提高净水处理工艺及自动控制水平,保障供水质量,是目前供水行业所关注的热点。本文以阳泉市某净水厂二期工程为背景,总结一期工程运行过程中存在的问题,提出了在净水工艺及控制方面进行改进的方案,进一步完善了净水过程。在工艺上,以二氧化氯代替传统的氯气消毒,降低了水中有机物与氯结合产生的“三致”物质对人体的危害;采用折板絮凝池代替一期工程中的隔板絮凝池,折板间的水流更有利于絮体的絮凝,从而达到提高絮凝效率的目的。自动控制是净水厂保障安全生产、提高出水水质、降低生产消耗、提高经济效益的主要途径。本文提出以“组态王”为上位机监控系统软件、西门子S7-200 PLC为下位机的IPC+PLC控制系统。IPC+PLC控制系统是目前净水厂广泛采用的控制系统,具有分散控制、可靠性高的特点,又具有集中控制、便于管理的优点。下位机设置4个PLC子站,每个子站分别实现对各站的水泵、电机、电动阀门等仪器仪表的控制,并连接到中央控制室的上位机上进行集中控制和管理。加氯加药过程中,针对投加量受水质变化及流量等因素影响的问题,充分利用PLC的资源优势,提出了PID控制算法,在节省人力、原料的同时,实现了科学投加,保证了供水水质。采用西门子专用通讯协议—PPI协议,实现上位机与下位机之间信号、数据的传输。上位机实时接收PLC上传的各种数据,通过人机界面（KINGVIEW）建立全厂生产过程信息数据库。主要完成数据、图形、状态的显示;定时或实时生产报表打印;通过监控画面及时、全面、准确地了解现场各控制子站的运行情况,并及时进行调整,以保证整个净水工作的正常运行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 水资源现状
• 1.1.1 世界水资源现状
• 1.1.2 我国的水资源现状
• 1.2 我国的饮用水水质标准
• 1.3 我国净水技术的发展与展望
• 1.3.1 发展净水技术的必要性
• 1.3.2 我国净水技术的发展
• 1.3.3 我国净水技术需解决的问题
• 1.4 课题的主要研究内容和方法
• 第二章 净水厂各工艺设施的构成及工作过程
• 2.1 净水厂主要工艺设施
• 2.1.1 混合池
• 2.1.2 絮凝池
• 2.1.3 沉淀池
• 2.1.4 过滤池
• 2.1.5 排泥池及回收池
• 2.1.6 鼓风机房
• 2.1.7 加氯间
• 2.1.8 加药间
• 2.2 净水厂工艺流程
• 2.2.1 加氯
• 2.2.2 混凝
• 2.2.3 沉淀
• 2.2.4 过滤
• 第三章 净水厂自动控制系统的设计
• 3.1 自动控制系统的发展
• 3.1.1 几种控制系统的基本特点
• 3.1.2 国内外净水厂自动化的发展历史
• 3.1.3 净水厂控制系统功能
• 3.2 信号的获取
• 3.2.1 该净水厂需检测的信号
• 3.2.2 各仪表的选取
• 3.3 中央控制室的设计
• 3.4 PLC 控制站的设计
• 3.4.1 PLC1 站
• 3.4.2 PLC2 站
• 3.4.3 PLC3 站
• 3.4.4 PLC4 站
• 3.5 软件设计
• 3.5.1 STEP7 编程软件
• 3.5.2 PLC 站主要控制程序的设计
• 第四章 通讯网络的设计
• 4.1 几种通讯协议
• 4.1.1 TCP/IP 协议
• 4.1.2 MPI 协议
• 4.1.3 Modbus 协议
• 4.1.4 PPI 协议
• 4.1.5 自由口协议
• 4.1.6 PROFIBUS 协议
• 4.2 净水厂通讯网络的设计
• 第五章 监控系统的设计
• 5.1 组态的发展
• 5.1.1 组态软件的介绍
• 5.1.2 组态软件的功能
• 5.2 组态王软件
• 5.2.1 组态王软件的概念
• 5.2.2 组态王安装的系统要求
• 5.2.3 组态王软件的特点
• 5.2.4 组态王软件的基本使用方法
• 5.3 净水厂组态设计
• 第六章 PID 算法的应用
• 6.1 控制算法的选取
• 6.2 PID 算法
• 6.2.1 PID 算法的基本原理
• 6.2.2 PID 参数的整定
• 6.3 PID 算法在加氯加药过程中的应用
• 6.3.1 控制算法的实现
• 6.3.2 PID 算法在加氯加药中的应用
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文