山东科技大学学士学位论文绪论1绪论1.1课题研究背景及意义水对我们的生命起着重要的作用，是人类赖以生存和发展的不可缺少的最重要的物质资源之一，不论事日常生活，还是工农业生产都离不开水，特别是现代社会中，人们不仅对水的需求量与日俱增，对水质的要求也越来越高，工业化的水处理越来越普及。人们对饮用水处理的历史非常悠久，近千年，但这仅仅是小规模、家庭型的处理，面向社会兴建水厂，工业化水处理的历史还不到二年，特别是以快滤池为标志的现代水厂历史更短。我国的水厂大规模建设是从解放后开始的，取得了卓越成就，而且更加现代化、大规模的新型水厂也在成批的建设中，一些水厂的自动化装备已步入世界水平。随着水污染的加剧和人们对水质量日益增长的要求，水的净化处理过程越来越复杂，操作控制要求越来越严格，手动操作难以达到。控制的自动化将成为水厂工作稳定、可靠和水质优良的重要保证，同时也降低了电耗、药耗和工作成本，减轻了劳动强度，自动化是水厂的发展方向。我国水厂自动化起步很晚，但发展很快。随着自动控制技术、系统控制设备和机电仪表设备的发展，滤池自动化。投加自动化、泵站自动化、水质检测自动化技术逐步成熟，工业计算机应用日益普及，我国水厂的自动化程度和水厂规模都在稳步提高。尤其改革开放以来，通过引进国外的先进技术，水厂的自动化建设突飞猛进，以PLC为基础的集散型控制系统得到广泛应用，已成为当今工业自动化系统的主流。事实上，90年代也是国内水厂自动化产生实质性经济效益的时期。国内实现水厂自动化的方法主要依靠新建和扩建水厂。北方城市新建和扩建水厂主要依靠引进外资和全套设备技术，水厂自动化工艺平均水平较高。南方城市由于小型水厂多，主要通过改造旧水厂实现自动化。南方的情况体现了水厂自动化在中小水厂蓬勃发展的现状，其特点为：设计工作以本地技术力量为主，新建或改造旧水厂的投资渠道多样化，在设备选型上实行土洋结合的办法。但由于乡镇水厂技术力量相对薄弱，自动化在生产中的维护存在一定困难。供水关系国计民生，供水不仅满足管网压力的需要，保证充足供水，而且要提高水质。滤池是水厂常规处理净水构筑物的最后一道工序，滤池运行的好坏直接影响到水厂的出水水质。滤池反冲洗工艺复杂，需要进行滤池自动化系统的改造。滤池的最大的特点就是控制参数多，阀门位置分散，环境恶劣，因此为了做到安全可靠地生产，应采用自动控制系统。本课题从水厂自动控制系统的控制要求和工艺特点出发，设计出了一套基于西门子硬件和软件系统的水厂滤池自动控制系统。在滤池正常过滤时，为实现恒水位过滤，设计以出水流量为控制参数的滤池液位PID控制系统。采用可编程器进行水厂滤池的自动化控制，可以缩短设计周期，并便于安装调试，对于水厂这样的不便于停产的生产单位来讲，这一点很重要。由于PLC自动控制的灵活性，可以在现场改变某些工艺参数和动作顺序，增加系统性能，并取代传统的继电器控制，使设备运行更加平稳、可靠，提高了经济效益。1.2国内外研究情况及发展早期的水厂控制是单元式的。根据需要，各个工艺环节建立独立的控制设施。这些设施可以一次建成，也可以分别建设，相互之间没大有联系。每个环节根据自身的情况进行工作，只能解决该环节局部的控制调节问题，环节之间的协调难以自动实现，需要人工干预，这属于分散式控制。以后随着计算机控制技术的发展，出现了集中式控制形式，由中心控制室的一台计算机系统对各个环节的参数进行巡回检测、数据处理、控制运算，然后发出控制信号，直接控制被控对象。一台计算机往往同时控制多个回路，即多个水处理工艺环节。在此控制系统中，集中检测，控制运算工作量大，对计算机要求高。进入70年代以来，以微处理器为核心的各种控制设备发展迅速，使得控制系统的形式也发生了相应的变化，组成种类很多。当前水厂采用的自动控制系统的结构形式，从自控的角度可以划分为SCADA系统、DCS系统、IPC+PLC系统、总线式工业控制机构成的系统等。IPC+PLC系统是由工业计算机和可编程控制器组成，在国内水厂自动化中得到最广泛应用。我国自80年代中后期起，陆续有一些较大型的水厂利用外资建设，引进了成套的水厂现代化监控仪表与设备。我国在水厂关键环节混凝投药控制技术与设备方面实现了流动电流及透光率脉动两种控制设备的国产化，并在水厂获得推广应用，取得显著效果，在此方面已居于国际领先水平。水工业的一些专用检测仪表与设备，如在线检测浊度仪、计量投加泵等，也有一些厂家开始生产，但是质量水平与国外产品相比仍有差距，难以满足国内市场需要。目前，我国大多数水厂的监控技术仍是很落后的，基本以人工方式为主，很难适应现代化的要求，一些水厂(包括有些引进设备的水厂)的自动监控基本照搬西方的模式，虽然采用了庞大的自动化系统、投资很大，然而在一些关键环节上的调节功能并不强。这种模式并不适应我国