基于机械泵的二氧化氯发生装置的智能控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于机械泵的二氧化氯发生装置的智能控制系统，具有由上位计算机、PLC、HMI、变频器、盐液计量泵、酸液计量泵、余氯传感器、流量传感器构成的闭环控制系统。上位计算机、HMI与PLC通讯，对装置进行远程、现场的实时监测与控制。PLC作为核心控制器，一方面与上位计算机、HMI交互，另一方面调节变频器的输出频率。变频器的外部信号控制端与PLC相连接，电源输出端与二氧化氯发生装置的盐液计量泵、酸液计量泵的驱动电机连接，通过对变频器的输出电源频率进行控制，使盐液、酸液计量泵的工作频率按照控制值变化，控制二氧化氯发生装置的盐液和酸液投加量，从而控制反应釜中二氧化氯的产出量，保证水网中余氯值达到设定值。
【专利说明】基于机械泵的二氧化氯发生装置的智能控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于环保工程【技术领域】，具体来说涉及一种基于机械泵的二氧化氯发生装置的智能控制系统。
【背景技术】
[0002]十多年来二氧化氯在国内的饮水消毒处理，生活污水、工业污水、医疗污水消毒处理，工业循环冷却水杀菌消毒的应用中，已得到广泛推广使用。目前国内采用氯酸钠一盐酸工艺的化学法二氧化氯发生装置，其安全性、可靠性已相对成熟，成为水处理中杀菌消毒的首选设备。其中带压投加二氧化氯的正压式二氧化氯发生装置不论现场投药点距离远近，位置高低，或是具备压力，都可以直接将二氧化氯消毒液投加到压力管网、高位水塔、水池中，也可以远距离投药。正压式二氧化氯发生装置通过精密计量泵，一是将氯酸钠溶液和盐酸按定量加注到反应釜中，保证原料按比例完成反应；二是提供液体流动的压力，将原料反应后产生的二氧化氯直接加注到带压管网水体中、高位水池中。二氧化氯发生装置根据最大产药量的多少，选择不同型号的计量泵，一般500g/小时以上选用机械隔膜式计量泵。常规电器控制的二氧化氯发生装置在使用中存在以下几个方面的问题。
[0003]机械隔膜式计量泵是在三相异步电动机的带动下，活塞往复运动将原料液体加注到反应釜中。常规控制无变频调速装置，计量泵电机固定在工频50Hz运转，对二氧化氯发生装置产药量的控制主要是通过人工手动调节计量泵上活塞冲程的大小来实现。这样，二氧化氯发生装置就不能根据水流量或水中余氯变化及时控制计量泵调整加药量，实现对流量变化或水质可能出现变化的水体连续、稳定、定比地投加消毒剂，极易造成水体中余氯的含量过多或缺失，对环境和人身体形成伤害。
[0004]二氧化氯发生装置作为水处理中的杀菌消毒设备，一旦投入使用就会24小时工作，长时间运行。计量泵一旦出现故障，就会出现空打现象或者停机；还有当原料槽液位低时，计量泵就不能正常加注原料，不会产生二氧化氯消毒剂。如果没有监测报警机制，会长时间造成水体无消毒杀菌影响水质的安全。
[0005]二氧化氯发生装置为了提高反应速度和转化率，都采用电加热加温的方式，常规控制设定温度上限和下限，加热温度超过上限就断电，低于下限就通电，温度只能在一个区间内变化，很难到恒温，这样也会影响转化率和得率。
[0006]二氧化氯发生装置产生的二氧化氯直接投加到带压管网中，或者投加到稀释水管道中，再引到消毒池。如果带压管道、稀释水管道压力低不能形成满管或断水，设备不立即停机就会造成管网中二氧化氯的浓度超高，形成二氧化氯的泄漏，也会腐蚀设备。
[0007]二氧化氯发生装置反应器出药管采用聚四氟乙烯材质，非常耐腐蚀，但是紧固件无法旋紧，用力过大，容易滑丝，反应器压力太大，或者出药管道出现堵塞，出药管道容易脱落，就会造成二氧化氯的泄漏，会严重腐蚀设备的电器部分，因此就要有漏氯报警仪，并联动排风扇等。实用新型内容
[0008]本实用新型的目的是针对现有的二氧化氯发生装置控制技术的上述问题，提供一种基于机械泵的二氧化氯发生装置的智能控制系统，具有控制精度高、人机交互能力强、抗干扰性强、可靠性高、稳定性高的特点。系统具有由上位计算机、PLC、HM1、变频器、盐液计量泵、酸液计量泵、余氯传感器、流量传感器构成闭环控制系统。上位计算机、HMI与PLC通讯，对二氧化氯发生装置的运行参数和状况实时监测与控制。PLC作为核心控制器，一方面与上位计算机、HMI通讯，上传运行数据和调定控制参数；另一方面不断接受余氯、流量传感器传输的检测信号，控制变频器的输出电源的频率，实现对二氧化氯发生装置的产出进行控制。变频器的外部信号控制端与PLC相连接，电源输出端与二氧化氯发生装置的盐液计量泵、酸液计量泵驱动电机连接，通过调节变频器的输出电源的频率(调节范围0-50HZ)控制盐液计量泵和酸液计量泵的泵出流量，从而控制装置的二氧化氯产出量，以保证投加水网中的余氯值达到设定要求。
[0009]本实用新型的技术方案是:
[0010]一种基于机械泵的二氧化氯发生装置的智能控制系统，其中所述二氧化氯发生装置包括盐液计量泵、酸液计量泵和反应釜，其中反应釜与水网相连，盐液计量泵和酸液计量泵都是机械隔膜式计量泵，所述机械隔膜式计量泵具有驱动电机、进料口和泵头，进料口连接至原料槽，泵头连接至反应釜，其特征在于，所述智能控制系统具有上位计算机、PLC、HM1、变频器和传感器，上位计算机、PLC、HM1、变频器、二氧化氯发生装置和传感器构成闭环控制回路，其中传感器包括流量传感器与余氯传感器，流量传感器安装在进水管道上用于检测水网中的进水流量，余氯传感器安装在位于出水口的取样水管上用于检测出水口水体中的余氯值；PLC作为核心控制器，一方面与上位计算机、HMI通讯，上传运行数据和调定控制参数，另一方面不断接受余氯、流量传感器传输的检测信号，基于这些信号控制变频器的输出电源的频率；变频器的外部信号控制端与PLC相连接，电源输出端与二氧化氯发生装置的盐液计量泵、酸液计量泵的驱动电机连接，通过调节变频器的输出电源的频率控制盐液计量泵和酸液计量泵的泵出流量。
[0011]优选地，变频器的频率调节范围为0-50HZ。
[0012]上位计算机主要与PLC进行串行通讯(RS485接口)，通过监控软件对二氧化氯发生装置的运行状态进行实时监测与控制，对控制参数进行修改、设定，对运行数据、历史趋势曲线、报警记录进行查询显示；也可通过编程软件对PLC中的控制程序实现编程调整。同时现场的HMI也通过RS485串行通信接口与PLC的一个通讯接口相连接，可对PLC的运行参数和运行状态进行实时监测和控制。
[0013]本智能控制系统选用触摸屏用作现场控制HMI，触摸屏的RS485串行通信接口与PLC的另一个通讯接口连接，通过内置通信驱动程序和画面程序读出和写入PLC的内部数据，从而达到监控系统运行数据和状态的目的。
[0014]余氯、流量传感器将检测到的余氯值、流量值转换成信号，并将其传给PLC。PLC通过模拟量端口接收余氯、流量传感器传回的信号，并计算检测的数据，控制变频器的输出电源的频率，实现对二氧化氯发生装置的产出进行控制。变频器的外部信号控制端与PLC相连接，电源输出端与二氧化氯发生装置的盐液计量泵、酸液计量泵驱动电机连接，通过调节变频器的输出电源的频率控制盐液计量泵和酸液计量泵的泵出流量，从而控制装置的二氧化氯产出量，以保证投加水网中的余氯值达到设定值。
[0015]本实用新型的有益效果:
[0016]本实用新型的基于机械泵的二氧化氯发生装置的智能控制系统具有控制精度高、人机交互能力强、抗干扰性强、可靠性高、稳定性高等特点，可以通过上位计算机实时监控二氧化氯发生装置的运行状态，将运行数据记录到系统数据库内，并将其绘制成运行曲线，使用户更加直观地监测系统的运行状态，保证了装置的安全、稳定、可靠的运行。通过这种闭环智能控制系统，在系统正常工作时出水口水体的余氯值始终在系统设置值误差范围内上下波动，即说明本实用新型的智能控制系统能够准确控制二氧化氯发生装置向水网中投加的二氧化氯。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的基于机械泵的二氧化氯发生装置的智能控制系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]参照图1，一种基于机械泵的二氧化氯发生装置的智能控制系统由HM1、上位计算机、PLC、变频器、盐液计量泵、酸液计量泵、传感器组成，本实用新型的实施例为:PLC选用西门子S7-224XP可编程控制器，HMI选用台湾屏通科技PT-080触摸屏，变频器选用丹弗斯VLT2811，计量泵选用美国米顿罗GM系列(GMOO10-GM0120 )机械泵，余氯传感器选用德国普罗名特CLE0-2(自来水)、CLE0-10 (其他污水)，流量传感器选用国产大连智讯DN200，本实用新型所述的上位计算机是指人可以直接发出操控命令的计算机。
[0019]一种以PLC为核心控制的人机交互式基于机械泵的二氧化氯发生装置的智能控制系统。本系统采用西门子S7-200系列PLC作为核心控制器，由上位计算机、HM1、PLC、变频器、盐液计量泵、酸液计量泵、余氯传感器、流量传感器构成的闭环智能控制系统。
[0020]本智能控制系统中上位计算机通过RS232转RS485与PLC的PortO 口连接，上位计算机的站地址为0，PLC的站地址2，通过SIEMENS的PPI协议通讯。上位计算机监控软件选用Microsoft VisualStudi0.Net开发语言、Sqlserver数据库系统,采用了应用服务器和三层结构技术。应用服务器直接和PLC进行通讯，客户端通过应用服务器访问PLC数据。客户端通过写入PLC的各项参数，实现二氧化氯发生装置的控制功能；同时读取PLC数据，通过仿真图形，实时直观地监控二氧化氯发生装置的盐液位、酸液位、余氯检测值、流量检测值、环境温度、各种设备启停状态等各项数据，便于管理人员监控二氧化氯发生装置的运行状况；记录装置的各项参数和运行数据，随时查询实时或者历史数据的曲线图和报表。上位计算机在监控软件退出后，也可通过编程软件对PLC中的控制程序实现编程调整。
[0021]本智能控制系统选用屏通科技PT-080触摸屏用作现场控制HMI，HMI通过串行通信接口(RS485接口)与PLC的Portl 口连接，HMI的站地址为1，PLC的站地址3 ；HMI通过实时读出和写入PLC的内部数据，从而达到监控二氧化氯发生装置的运行数据和状态的目的。
[0022]本新型智能控制系统选用西门子S7-224XP PLC，余氯传感器、流量传感器分别与S7-224XP模拟量输入端口 A、B连接，S7-224XP通过A、B端口接收余氯、流量传感器传回的4-20mA信号，寻址地址为AIWO、AIW1，对应的取值范围为6400-32000，控制软件依此计算出余氯、流量检测值，并将余氯检测值和设定数据进行比较，通过PID算法调节S7-224XP模拟量输出端口 I的电流大小(4-20mA)，以使计量泵的转速和运行状态按照系统中的设定值进行变化。S7-224XP模拟量输出端口 I分辨率为12位，寻址地址为AQW0，取值范围为0-32000，对应的输出信号电流为0-20mA。将此接口与丹佛斯VLT2811变频器的频率外部控制端口(67号端子0/4-20mA电流信号)相连接。
[0023]机械隔膜式计量泵通过三相异步电动机驱动，计量泵泵电机的转速跟随变频器的输出电源的频率(0-50Hz )变化而变化。智能控制系统选用开关量输入接口启动、停止运行变频器。这样当S7-224XP中控制软件给定AQWO的值为6400时，对应变频器输出电源的频率为OHz ;给定AQWO的值为32000时，对应变频器输出电源的频率为50Hz。设变频器的运行频率为f，AQW0的给定值为a，则变频器的运行频率为:f=50X (a-6400)/(32000-6400),实际使用时a的给定值不小于6400。控制软件给定AQWO的值和变频器的运行频率成线性关系。计量泵在冲程大小固定的情况下，转速越快泵出的液体越多，转速越慢泵出的液体越少。
[0024]上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细的说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在所属【技术领域】普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
【权利要求】
1.一种基于机械泵的二氧化氯发生装置的智能控制系统，其中所述二氧化氯发生装置包括盐液计量泵、酸液计量泵和反应釜，其中反应釜与水网相连，盐液计量泵和酸液计量泵都是机械隔膜式计量泵，所述机械隔膜式计量泵具有驱动电机、进料口和泵头，进料口连接至原料槽，泵头连接至反应釜，其特征在于，所述智能控制系统具有上位计算机、PLC、HMI,变频器和传感器，上位计算机、PLC、HM1、变频器、二氧化氯发生装置和传感器构成闭环控制回路，其中传感器包括流量传感器与余氯传感器，流量传感器安装在进水管道上用于检测水网中的进水流量，余氯传感器安装在位于出水口的取样水管上用于检测出水口水体中的余氯值；PLC作为核心控制器，一方面与上位计算机、HMI通讯，上传运行数据和调定控制参数，另一方面不断接受余氯、流量传感器传输的检测信号，基于这些信号控制变频器的输出电源的频率；变频器的外部信号控制端与PLC相连接，电源输出端与二氧化氯发生装置的盐液计量泵、酸液计量泵的驱动电机连接，通过调节变频器的输出电源的频率控制盐液计量泵和酸液计量泵的泵出流量。
2.如权利要求1所述的基于机械泵的二氧化氯发生装置的智能控制系统，其特征在于，变频器的频率调节范围为0-50Hz。
3.如权利要求1或2所述的基于机械泵的二氧化氯发生装置的智能控制系统，其特征在于，HMI选用的是触摸屏。
【文档编号】G05D21/02GK203455727SQ201320551599
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】夏明亮 申请人:南京工程学院