某凈水廠原水濁度在線檢測(cè)、監(jiān)測(cè)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(cè)，化驗(yàn)人員每隔兩小時(shí)手動(dòng)檢測(cè)，致使制水人員對(duì)源水濁度的把握不準(zhǔn)，信息不及時(shí)，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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，導(dǎo)致高濁度水進(jìn)廠時(shí)，往往處理不及時(shí)，給制水生產(chǎn)帶來一定的不利影響。

1.2目的及意義

本項(xiàng)目對(duì)進(jìn)廠原水濁度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。一方面化驗(yàn)人員手動(dòng)檢測(cè)的原水濁度數(shù)據(jù)可與在線儀表作比對(duì)分析;另一方面方便制水人員對(duì)加料加藥量的控制，利于精細(xì)化的生產(chǎn)管理;另外，本項(xiàng)目設(shè)置高濁度水報(bào)警功能，制水人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)高濁水進(jìn)廠，做好加料加藥準(zhǔn)備。該監(jiān)測(cè)、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(jiǎn)介

原水經(jīng)供水管路進(jìn)入1720E在線濁度儀內(nèi)，濁度儀內(nèi)的發(fā)光組件照射流動(dòng)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(hào)，傳輸?shù)絊C200控制器，SC200經(jīng)信號(hào)線與西門子s7-1200PLC連接，再通過TCP/IP協(xié)議與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，PLC運(yùn)算結(jié)果通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)在人機(jī)界面（觸摸屏與計(jì)算機(jī)顯示器上顯示水樣濁度的實(shí)時(shí)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(cè)器、SC200控制器，西門子PLC，計(jì)算機(jī)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(hào)模塊構(gòu)成。擁有高速的輸入輸出模塊和功能強(qiáng)大的通訊方案，并且具有操作簡(jiǎn)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(jì)，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(cè)，市政管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，工業(yè)過程水質(zhì)監(jiān)測(cè)，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(cè)等，是一款性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛的在線濁度計(jì)。其工作原理為，從傳感器光源組件發(fā)出的白熾光，向下進(jìn)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(cè)器能夠檢測(cè)到與入射光束呈90°角的散射光，最終輸出4-20mA的電信號(hào)。

1720E配備HACH SC200控制器。該型號(hào)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(jī)界面（又稱用戶界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)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(jī)界面在中國的市場(chǎng)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(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)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(shí)現(xiàn)

4.1系統(tǒng)功能需求分析

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原水濁度的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。要求實(shí)時(shí)顯示原水的濁度數(shù)值，和實(shí)現(xiàn)高濁度水達(dá)到一定上限時(shí)的報(bào)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(duì)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(jì)算機(jī)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(dòng)化軟件博途編寫，創(chuàng)建數(shù)據(jù)類型點(diǎn)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(duì)結(jié)果，給出報(bào)警信號(hào)。程序開發(fā)，如下圖：

4.4安全措施

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

五、調(diào)試及運(yùn)行

5.1供水管路調(diào)試

水樣進(jìn)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(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，最終滿足濁度儀對(duì)水流的要求。

5.2系統(tǒng)調(diào)試

通過組態(tài)軟件對(duì)程序進(jìn)行編譯，修改錯(cuò)誤程序，模擬運(yùn)行。對(duì)報(bào)警功能進(jìn)行測(cè)試，拆掉接線頭測(cè)試“濁度測(cè)量異?！惫δ艿膶?shí)現(xiàn)，設(shè)置“濁度”變量大于上限設(shè)定值，測(cè)試“濁度判斷異常”功能。編譯、調(diào)試完畢，系統(tǒng)運(yùn)行。

六、結(jié)語

該系統(tǒng)有效可靠的實(shí)現(xiàn)了源水濁度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控、原水高濁度上限報(bào)警等功能，為制水生產(chǎn)和準(zhǔn)確把握凈水劑投加量提供準(zhǔn)確、直觀、高效的數(shù)據(jù)信息支持！該監(jiān)測(cè)、預(yù)警系統(tǒng)將對(duì)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。