某凈水廠原水濁度在線檢測、監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

楊浩

一、摘要

1.1現(xiàn)狀

某凈水廠于1987年投產(chǎn)使用，采用絮凝、沉淀、過濾、消毒的常規(guī)水處理工藝，原水濁度變化范圍大，常有水質(zhì)突變，一直以來沒有源水在線儀表的監(jiān)測，化驗人員每隔兩小時手動檢測，致使制水人員對源水濁度的把握不準，信息不及時，給制水生產(chǎn)加料加藥量的控制帶來一定的困難。另外，沒有實時監(jiān)測和預(yù)警，導(dǎo)致高濁度水進廠時，往往處理不及時，給制水生產(chǎn)帶來一定的不利影響。

1.2目的及意義

本項目對進廠原水濁度進行實時監(jiān)測和預(yù)警。一方面化驗人員手動檢測的原水濁度數(shù)據(jù)可與在線儀表作比對分析;另一方面方便制水人員對加料加藥量的控制，利于精細化的生產(chǎn)管理;另外，本項目設(shè)置高濁度水報警功能，制水人員可以及時發(fā)現(xiàn)高濁水進廠，做好加料加藥準備。該監(jiān)測、預(yù)警系統(tǒng)適用于所有水處理企業(yè)和單位，能夠有效提高制水生產(chǎn)安全性和生產(chǎn)效率。

二、系統(tǒng)簡介

原水經(jīng)供水管路進入1720E在線濁度儀內(nèi)，濁度儀內(nèi)的發(fā)光組件照射流動的水樣，水中懸浮物產(chǎn)生散射光，經(jīng)光電傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，傳輸?shù)絊C200控制器，SC200經(jīng)信號線與西門子s7-1200PLC連接，再通過TCP/IP協(xié)議與計算機實現(xiàn)通訊，PLC運算結(jié)果通過組態(tài)軟件實現(xiàn)在人機界面（觸摸屏與計算機顯示器上顯示水樣濁度的實時變化）。

三、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成

3.1系統(tǒng)硬件整體架構(gòu)

如圖所示，該系統(tǒng)硬件由1720E探測器、SC200控制器，西門子PLC，計算機與觸摸屏構(gòu)成。

3.2 PLC的選型

如上圖所示，本系統(tǒng)選用西門子s7-1200PLC。由電源模塊、CPU通信模塊、輸入輸出接口以及信號模塊構(gòu)成。擁有高速的輸入輸出模塊和功能強大的通訊方案，并且具有操作簡便的硬件和軟件。

3.3濁度儀的選型

在線濁度儀選用HACH1720E低量程在線濁度計，可應(yīng)用在自來水廠濾前、濾后、沉淀和出廠水的濁度監(jiān)測，市政管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測，工業(yè)過程水質(zhì)監(jiān)測，循環(huán)冷卻水、活性碳過濾器出水、膜過濾出水的濁度監(jiān)測等，是一款性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛的在線濁度計。其工作原理為，從傳感器光源組件發(fā)出的白熾光，向下進入在線濁度儀內(nèi)，遇到樣品中的懸浮顆粒產(chǎn)生散射光。傳感器浸在水樣中的光電檢測器能夠檢測到與入射光束呈90°角的散射光，最終輸出4-20mA的電信號。

1720E配備HACH SC200控制器。該型號控制器為兩路輸出，擁有MODBUS及Profibus等多種通訊方式。

3.4觸摸屏的選型

觸摸屏也叫人機界面（又稱用戶界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)采用步科觸摸屏，步科觸摸屏工業(yè)人機界面在中國的市場份額已經(jīng)領(lǐng)先國際同行位居前列，支持PROFIBUS，CANopen，以太網(wǎng)等多種現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)了高可靠性高速度的通訊傳輸。

3.5供水管路

供水管路由原沉淀池崗位供水管路改造。如下圖所示。

四、系統(tǒng)軟件開發(fā)及功能實現(xiàn)

4.1系統(tǒng)功能需求分析

本系統(tǒng)實現(xiàn)原水濁度的在線實時監(jiān)測和預(yù)警。要求實時顯示原水的濁度數(shù)值，和實現(xiàn)高濁度水達到一定上限時的報警功能，為更好的制水生產(chǎn)提供更加直觀的數(shù)據(jù)信息支持。

4.2輸入輸出I/O口定義

基于以上功能需求分析，設(shè)置以下類型的變量，并作對應(yīng)I/O口的定義。如下表。

4.3程序開發(fā)及通信

本系統(tǒng)PLC 與上位計算機采用工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP通訊協(xié)議。程序利用西門子集成自動化軟件博途編寫，創(chuàng)建數(shù)據(jù)類型點表，創(chuàng)建AI塊，利用判斷比較程序判別濁度設(shè)定值與采集數(shù)據(jù)比對結(jié)果，給出報警信號。程序開發(fā)，如下圖：

4.4安全措施

從軟件和硬件上同時設(shè)置錯誤報警功能，通過濁度判斷異常zd_H，對高濁度水做錯誤判斷;通過濁度測量異常zd_YC對PLC本身故障及線路接線錯誤、線頭脫落等硬件故障作錯誤報警。以上錯誤報警通過聲光報警器zd_SD報警，為濁度檢測提供了安全保障。

五、調(diào)試及運行

5.1供水管路調(diào)試

水樣進入1720E探頭的管路裝有閥門，該在線濁度儀要求水樣流速在250-750ml/min，通過改變閥門的開度實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，最終滿足濁度儀對水流的要求。

5.2系統(tǒng)調(diào)試

通過組態(tài)軟件對程序進行編譯，修改錯誤程序，模擬運行。對報警功能進行測試，拆掉接線頭測試“濁度測量異?！惫δ艿膶崿F(xiàn)，設(shè)置“濁度”變量大于上限設(shè)定值，測試“濁度判斷異?！惫δ堋＞幾g、調(diào)試完畢，系統(tǒng)運行。

六、結(jié)語

該系統(tǒng)有效可靠的實現(xiàn)了源水濁度遠程實時在線監(jiān)控、原水高濁度上限報警等功能，為制水生產(chǎn)和準確把握凈水劑投加量提供準確、直觀、高效的數(shù)據(jù)信息支持！該監(jiān)測、預(yù)警系統(tǒng)將對水處理企業(yè)有效提高制水生產(chǎn)安全性和生產(chǎn)效率產(chǎn)生重要意義。