水資源循環(huán)利用控制系統(tǒng)應用研究

□楊居源 邵 帥

水是人類賴以生存的資源，人們的生產(chǎn)生活都離不開水。但是近年來世界性缺水的問題日益嚴重，具體表現(xiàn)在資源性缺水、水質(zhì)性缺水和工程性缺水。資源性缺水是指存在地球上供人類使用的水資源并不充沛，整個地球僅有不足3%的水是可以為我們飲用的。這當中有一大部分存在于冰川中，還有一部分被分散的埋藏在地下深處，人類可以使用的水只是剩余的一小部分。并且全球水資源分布不均，使資源性缺水現(xiàn)象更為嚴重。水質(zhì)性缺水是指由于經(jīng)濟快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境與發(fā)展之間的矛盾日益突出，造成水質(zhì)受到污染，進而導致水資源量減少。工程性缺水是指工程用水的水質(zhì)及水量難以滿足工程需要，由于供水能力不足或污水得不到有效處理，對企業(yè)經(jīng)濟上造成重大損失。

1.水資源循環(huán)利用重要性

目前我國解決水資源短缺難題的根本途徑有以下幾種：

一是節(jié)約水資源使用，構(gòu)建節(jié)水型社會，提高我國水資源使用效率。目前我國科技水平與發(fā)達國家相比還有一定差距，在水資源利用率領(lǐng)域有待提高。特別是在工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域水資源利用系數(shù)普遍偏低，用水損失量較大。因此在節(jié)約用水方面，我國存在巨大潛力，但是盡管節(jié)約用水的潛力如此之大，限于其對使用者的主觀能動性要求較高，全民節(jié)水意識與觀念有待進一步提升。因此浪費水資源現(xiàn)象還很嚴重。

二是針對我國水資源分布不均特點，合理調(diào)配。我國水資源具有總量大，人均少，分布不均等特點。在國家高度重視及正確領(lǐng)導下形成的 “四橫三縱”格局，實現(xiàn)我國水資源南北調(diào)配、東西互濟的合理配置格局。但是這種途徑投資大、工期長、難以滿足不同地區(qū)的用水需求。

三是水資源循環(huán)利用，提高水資源循環(huán)利用效率。當今社會，世界性的水資源缺乏和水質(zhì)污染都會引起全球缺水。增加水資源的使用率，進而節(jié)約水資源才是有效處理這一問題的重中之重。工業(yè)用水占用水量的70%，而工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)節(jié)約水資源的主要措施就是循環(huán)水利用這一技術(shù)的發(fā)展。因此要想有效的控制水資源浪費，必須要從工業(yè)冷卻水的循環(huán)利用出發(fā)。

2.水資源循環(huán)利用工藝流程

在工業(yè)生產(chǎn)中，水資源循環(huán)利用工藝原理示意圖如圖1 所示，循環(huán)水主要用來降低工業(yè)產(chǎn)品溫度，達到冷卻的目的。循環(huán)水從集水池通過水泵抽送到換熱器中對產(chǎn)品進行冷卻降溫，產(chǎn)生的飽和熱蒸汽輸送到冷卻塔中，在風機作用下，對飽和熱蒸汽進行降溫回到集水池內(nèi)。水在循環(huán)過程中，伴隨著蒸發(fā)、泄露、排污等現(xiàn)象，不僅水量會減少，水中的離子濃度也將增大，不僅會對設(shè)備進行腐蝕，同時也將影響冷卻效果。因此，必須對水的循環(huán)過程進行實時監(jiān)控，控制循環(huán)水的水質(zhì)、PH 值、水量等參數(shù)，以達到提高循環(huán)水利用效率，降低生產(chǎn)成本的目的。

3.控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計

3.1 控制功能

本設(shè)計提出了一種基于CAN 總線的水資源循環(huán)利用控制系統(tǒng)，要求通過本系統(tǒng)可以控制換熱器入口溫度、循環(huán)水流量、PH 值等參數(shù)。例如在水溫超過某一設(shè)定值時，系統(tǒng)可以自動檢測到偏差量，反饋給智能控制模塊，通過控制風機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對溫度的控制。同樣在水流量、PH 值等參數(shù)超過某一設(shè)定值時，系統(tǒng)自動進行調(diào)節(jié)，當控制系統(tǒng)沒有達到控制要求或超出控制范圍較大時，要自動報警，同時停止設(shè)備運行。該系統(tǒng)實現(xiàn)了工業(yè)水資源循環(huán)利用自動控制的目的。

3.2 控制系統(tǒng)基本構(gòu)成

控制系統(tǒng)原理框圖如圖2 所示，系統(tǒng)應用一臺工業(yè)控制計算機進行總體控制，操作系統(tǒng)是Windows98/2000/NT。通過工業(yè)控制計算機監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)，將生產(chǎn)運行過程中生成的數(shù)據(jù)形成報表及曲線，方便操作人員進行控制與管理。通過智能測控組件對實際采集數(shù)據(jù)的比較、分析、控制，實現(xiàn)水循環(huán)利用的控制功能。

圖2 控制系統(tǒng)的原理框圖

3.3 系統(tǒng)的采集量及控制量

為了實現(xiàn)水資源循環(huán)利用控制系統(tǒng)的功能，我們必須對這個系統(tǒng)的參數(shù)進行實時采集與控制。這些參數(shù)的名稱及控制范圍如表1 所示。

4.系統(tǒng)的控制方案

4.1 入口溫度的控制

循環(huán)水進入換熱器時的溫度就是入口溫度。如果這個溫度發(fā)生改變，檢測元件Pt100 變送器就會把檢測出的信號發(fā)送至控制微機中。模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，與設(shè)定值進行比較，若超出范圍，系統(tǒng)自動加以控制。

4.2 循環(huán)水流量的控制

將渦輪流量計安裝在管道內(nèi)，用以檢測循環(huán)水的流量。當循環(huán)水流量發(fā)生變化時，流量計將采集到的數(shù)據(jù)傳送給工業(yè)控制計算機，經(jīng)過與給定值分析比較，發(fā)出控制信號，通過調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速對水流量進行控制。

4.3 開關(guān)量的控制

一是排污閥。循環(huán)水離子濃度高，導致電導率增加，不利于系統(tǒng)的正常運作。當檢測到的電導率到達報警上限時，這時就要打開排污閥，使污水流出；當離子濃度降低到報警的下線時，關(guān)閉排污閥。

二是計量泵。所謂的計量泵就是加酸泵。隨著循環(huán)的運行，水的PH 逐漸增大。為了防止換熱器腐蝕結(jié)垢，循環(huán)水的PH 值必須保持在一定的范圍之內(nèi)。當PH 值超過設(shè)定上限時，計量泵自動啟動；當PH 值低于下限時，計量泵自動關(guān)閉。

三是補液泵。在系統(tǒng)運行期間，伴隨蒸發(fā)、排污的現(xiàn)象會使水量減少，為了保證實驗正常運行，要向水池中補水，因此補水箱內(nèi)必須有充足的水源。集水池內(nèi)有一個液位傳感器，當傳感器檢測到“液位高”的信號時，關(guān)閉補液泵，停止補水。

四是冷凝水斷流。冷凝水的作用是冷凝蒸汽，如果系統(tǒng)沒有冷凝水，那么蒸汽就會揮發(fā)，若這個時候系統(tǒng)還在運行，就會影響設(shè)備，甚至影響安全，因此當沒有冷凝水的時候，水流開關(guān)就會向延遲器發(fā)出一個信號，計時1 分鐘之后，情況沒有得到控制改善，就會啟動報警功能，停止電爐運作。

5.結(jié)論

闡述了我國水資源循環(huán)利用的幾種途徑，提出了水資源循環(huán)利用的重要性，尤其在工業(yè)冷卻水中的循環(huán)利用尤為突出。本文提出的基于CAN 總線水資源循環(huán)利用系統(tǒng)可以實現(xiàn)如下功能：一是數(shù)據(jù)的實時采集功能。采集數(shù)據(jù)真實可靠，誤差小，精度高。二是系統(tǒng)的控制功能。對溫度、水量、PH 值等參數(shù)進行實時控制，控制精度高、穩(wěn)定性好。三是通過水循環(huán)自動控制系統(tǒng)達到水循環(huán)再利用的目的，具有一定現(xiàn)實意義?！?/p>