一种浮筒式水处理滤池的自动控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种水处理滤池，具体地说是一种浮筒式水处理滤池的自动控制系统。

背景技术：

在净水工艺中，滤池过滤是其中一个非常重要的部分。过滤过程中，水中过滤出的杂质会不断在滤池的滤料层和滤帽中截留、积累，积累到一定程度就会导致滤速下降、产水效率降低，而且使出水水质不合格。因此，需要通过反向冲洗滤料层清除滤料层中积累的杂质，反冲洗之后再将悬浮至水面上层的杂质通过其他通道排出。

目前，大多数滤池的运行过程中的反冲洗都是根据经验法控制生产流程，也就是根据经验设定一个时间，时间一到就启动反冲洗程序。反冲洗的过程也是根据经验设定冲洗时间。而且用于排出反冲洗后杂质的排水口通常也都是固定安装的，如果安装位置过高，反冲洗排污后留在滤池内的浊水多，则反冲洗的次数需要相应的增多，如果安装位置过低，水中悬浮的滤料离排污口过近，排污过程中滤料遗失将会增多。

这些方式存在以下问题：一是反冲洗的时机不能精确掌握，有时出水水质仍然合格，但设定的时间已经到了，此时强制进行反冲洗就浪费了水能和电能；或者出水水质已经不合格，但设定的时间还未到，不能及时进行反冲洗，使自来水厂生产质量不能达标。二是反冲洗过程控制不精确，有时滤料或者滤帽已经冲洗干净，但反冲洗仍未结束，浪费了水能和电能，或者滤料未冲洗干净，反冲洗就已经结束了，不能达到反冲洗的目的。三是固定式的排水口如果安装位置过高，反冲洗排污后留在滤池内的浊水多，则反冲洗的次数需要相应的增多，如果安装位置过低，水中悬浮的滤料离排水口过近，排水过程中滤料遗失将会增多。再者，由于排污过程中滤池内的液位是不断变化的，排污开始时，液位高于排污口，水和杂质能够从排污口排出，而当液位将至排污口以下时，则排污停止。初始排水时的液位高度决定了持续排污的时间，如果初始阶段液位过高，水中悬浮的滤料容易和杂质一同被排出，导致滤料流失增大。如果初始阶段液位过低，排污时间过短，难以将杂质充分排出，出水质量达不到标准，导致冲洗次数和时间增长，不能达到节能节水的目的。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种自动控制反冲洗，反冲洗效果好、节能节水的浮筒式水处理滤池的自动控制系统。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种浮筒式水处理滤池的自动控制系统，在滤池的中心竖直设有一个进出水管，进出水管的上端套设有一个能够悬浮在水中的浮筒，进出水管的上端口内设有阀座，阀座上方设有能够由阀门驱动机构带动上下运动以控制阀门开闭的阀芯，在滤池的上方设有用于检测滤池内水位的超声波液位仪，进出水管的下端分别连接待过滤液体供水管和浊水排水管，在浊水排水管上设有排水浊度检测仪，滤池过滤层下方的出水口处设有出水浊度检测仪，所述的超声波液位仪、出水浊度检测仪和排水浊度检测仪分别连接至现场控制器，现场控制器的控制端口分别连接至阀门驱动机构和滤池反冲洗气泵及水泵的驱动电路。

所述池反冲洗气泵及水泵的驱动电路中均设有变频器。

所述的现场控制器通过有线或无线网络连接至远程控制器。

所述滤池的反冲洗气泵和水泵均连接至滤池中滤料层下方的一个环形反冲洗管，气泵和水泵与环形反冲洗管的连接管路上均设有由现场控制器控制的电磁阀。

在滤池的滤料层上方设有一个带有喷孔的环形推流管，环形推流管通过一个带有电动控制阀的管路连接至气泵或水泵与环形反冲洗管之间的连接管路。

所述气泵连接的气冲管路上接有气冲压力传感器，水泵连接的水冲管路上连接有水冲压力传感器，气冲压力传感器和水冲压力传感器的信号输出端均连接至现场控制器。

本实用新型的有益效果是：采用出水浊度检测仪实时监测出水浊度，精确控制反冲洗开始时机，当出水水质不合格时能够及时进行反冲洗，且避免了过早进行反冲洗导致的水能和电能浪费。采用排水浊度检测仪实时监测反冲洗排水浊度，能够精确判断反冲洗是否彻底，及时结束反冲洗，既达到了反冲洗的目的，又节约了水能和电能。

在出水管上端设置浮筒，能够随滤池内水位的变化而上下浮动，使浮筒上端排水口的高度也随液位变化而改变，在反冲洗排水过程中始终与滤池液位相适应，防止滤水随水流失。滤池反冲洗排水初始阶段的液位可以提升至一个较高的高度而无需担心滤料损失，因而反冲洗效率更高，能够减少反冲洗次数，缩短反冲洗时间，提高滤池的使用效率。

采用浮筒漂浮的方式可自动适应液位变化，排水口与液面之间可始终保持设定的高度差。这种自动适应的方式不需经过液位测定、控制系统计算、驱动机构动作等一系列繁琐操作，因而，与通过驱动机构主动控制的方法相比，排污口高度调整与液位变化之间几乎没有延迟，不但精度更高，而且不需要复杂的控制系统，简洁性和稳定性都更好。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中滤池液位下降后浮筒位置示意图。

图3是浮筒的一种实施例示意图。

图4是现场控制器与各检测仪连接关系示意图。

图5是本实用新型的控制系统控制反冲洗开始的工作流程图。

图6是本实用新型的控制系统控制反冲洗过程及结束的工作流程图。

图中标记：1、滤池，2、进出水管，3、浮筒，4、阀座，5、阀芯，6、阀门驱动机构，7、超声波液位仪，8、待过滤液体供水管，9、浊水排水管，10、排水浊度检测仪，11、出水浊度检测仪，12、气泵，13、水泵，14、电磁阀，15、滤料层，16、环形反冲洗管，17、环形推流管，18、电动控制阀，19、漂浮体，20、现场控制器，21、远程控制器。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的说明。下面实施例所列出的具体内容不限于权利要求记载的技术方案要解决的技术问题所必须的技术特征。同时，所述列举是实施例仅仅是本实用新型的一部分，而不是全部实施例。

本实用新型浮筒式水处理滤池的自动控制系统，在滤池1的中心竖直设有一个进出水管2，进出水管2用于带过滤液体进水和反冲洗后的排水。进出水管2的上端套设有一个能够悬浮在水中的浮筒3，进出水管2的上端口内设有阀座4，阀座4上方设有能够由阀门驱动机构6带动上下运动以控制阀门开闭的阀芯5。在滤池1的上方设有用于检测滤池内水位的超声波液位仪7，实时监测滤池内的水位。进出水管2的下端分别连接待过滤液体供水管8和浊水排水管9，在浊水排水管9上设有排水浊度检测仪10，滤池中过滤层15下方的出水口处设有出水浊度检测仪11。采用出水浊度检测仪实时监测出水浊度，精确控制反冲洗开始时机，当出水水质不合格时能够及时进行反冲洗，且避免了过早进行反冲洗导致的水能和电能浪费。采用排水浊度检测仪实时监测反冲洗排水浊度，能够精确判断反冲洗是否彻底，及时结束反冲洗。

所述的超声波液位仪7、出水浊度检测仪11和排水浊度检测仪10分别连接至现场控制器20，现场控制器的控制端口分别连接至阀门驱动机构6和滤池反冲洗气泵12及水泵13的驱动电路。现场控制器根据超声波液位仪7、出水浊度检测仪11和排水浊度检测仪10的检测数据控制各个阀门的开闭以及气泵12和水泵13的启停，以控制反冲洗的开始和结束。

所述池反冲洗气泵12及水泵13的驱动电路中均设有变频器，根据浊度和液位的变化进行变频调节，即用PID算法控制反冲的精度。

所述的现场控制器通过有线或无线网络连接至远程控制器。生产过程控制中的各种信号通过相应的变送器送入现场控制器（即下位机），下位机采用可靠的的PAC作为控制单元，运行先进的控制算法，实现现场设备的实时控制。作为远程控制器（即上位机）的工业控制计算机采用TCP/IP协议和标准数据库，挂在以太网上，实现信息的集成管理和远程控制。上、下位机之间通过网络传送采集参数和远程控制参数。控制系统的底层选用分布式控制系统（DCS），这是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制功能，处理一切与运行操作有关的人机界面功能的网络节点，它具有高可靠性和开放性，方便于调试。

所述滤池1的反冲洗气泵12和水泵13均连接至滤池中滤料层15下方的一个环形反冲洗管16，气泵12和水泵13与环形反冲洗管16的连接管路上均设有由现场控制器控制的电磁阀14。

根据设定的反冲洗程序，可先开启气泵12，通过环形反冲洗管16向上喷出气流冲击滤料层进行一定时间的气冲。之后开启水泵13，同时进行一定时间气冲和水冲后关闭气泵12，单独进行水冲。待气冲和水冲结束后，在排出液面上层浊水。由于气泵12和水泵13是同时接在环形反冲洗管16上的，为了避免水泵13泵出的水流入气泵12，可以采用在气泵12的连接管路上设置逆流阀等常规方式。

在滤池1的滤料层15上方设有一个带有喷孔的环形推流管17，环形推流管17的设置高度使其在整个反冲洗排水过程中都处于滤池水面之下，并且要位于滤池内滤料层15的上方。环形推流管17通过一个带有电动控制阀18的管路连接至气泵12或水泵13与环形反冲洗管16之间的连接管路。环形推流管17上分布有向上吹气或喷水的喷孔，反冲洗过程中，外部输入的空气或水通过喷孔喷入滤池内，从而推动滤池内的水流动，在滤池内形成由滤池内壁附近的上升流、滤池上层流向中心的汇集流、滤池中心的下降流以及滤池下层流向池壁的扩散流组成的循环水流，推动水流的效率更高，能够有效促进水面杂质的排出。

浮筒3可采用本身具有较大浮力的材质制作，使其能够悬浮于水中。也可以采用比较坚固但本身较重的金属等材料制作浮筒3的主体，而在其外围固定具体较大浮力的能够漂浮在水面上的漂浮体19。该漂浮体19的较大浮力可以是其材料本身所带来的，也可以利用结构方式来实现，例如采用空心结构，如空心浮球。

所述气泵12连接的气冲管路上接有气冲压力传感器，水泵13连接的水冲管路上连接有水冲压力传感器，气冲压力传感器和水冲压力传感器的信号输出端均连接至现场控制器。根据检测的气冲和水冲压力通过变频器控制气泵或水泵的工作频率，从而控制反冲洗强度。

利用本实用新型的自动控制系统控制滤池工作过程如下：

整体运行工艺

①．系统上电后，各检测仪表开启并采集数据。待滤液进水阶段开始，开启待滤液给水泵、滤液给水阀门、阀门驱动机构带动阀芯提升，水沿进出水管上端喇叭口向四周展开，保证了均匀过滤；

②．开始过滤，浊水通过过滤层滤帽将杂质过滤。同时出水口的清水出水阀打开，开始清水出水，出水浊度检测仪检测清水浊度。根据超声波液位仪检测到的液位控制待滤液给水泵工作频率或待过滤液体供水管上的阀门开度，以控制滤池液位稳定；

③．当杂质将滤帽堵住，水位将随之上升，超声波液位仪检测到水位大于设定值时，开始反冲洗操作；或者当出水浊度检测仪检测到清水出水浊度大于设定值时，强制开启反冲操作；

④．达到反冲洗停止条件时，反冲洗阶段结束，开始排水；

⑤．排水阶段结束后，进行新一轮过滤周期。

反冲洗和排水过程：

①. 达到反冲洗条件，关闭清出水阀门、待滤液给水泵和滤液给水阀，阀门驱动机构带动阀芯下降。

②. 开启反冲气泵和反冲气阀，气冲松动滤帽上的杂质，反冲气强度和反冲气时间是根据超声波液位仪采集到的液位和浊度仪采集到的浊度的在控制器中计算处理后决定。

③. 开启反冲洗水泵和反冲水阀，此时气冲强度保持不变，反冲水强度和反冲水时间也是根据超声波液位仪采集到的液位和浊度仪采集到的浊度的在控制器中计算处理后决定。

④. 关闭反冲气泵和反冲气阀，随着液位上升反冲水的强度也逐渐增加。经过反冲洗之后，杂质处于液面上层。

⑤. 当池中水位约达最高运行水位，关闭反冲洗水泵、反冲洗进水阀。静置20～30 s 后开启气泵、推流管阀门，形成流循环，提高排浊效率。

⑥. 阀门驱动机构带动阀芯上升促使浊水向中心口流动，开启浊水排水管的阀门，进行排水，开启出水口的清水出水阀门，将下层清液排出，同时出水浊度检测仪和排水浊度检测仪检测水的浊度。

⑦．若出水浊度检测仪和排水浊度检测仪所检测的浊度小于设定值时，阀门驱动机构带动阀芯下降，开启清水出水阀门，进入新一轮过滤周期。

若出水浊度检测仪和排水浊度检测仪所检测的浊度大于设定值时，反冲洗不彻底，再进行强制反冲洗。

以上对具体实施方式的说明只是用于帮助理解本实用新型的技术构思及其核心思想，尽管本文使用了特定的优选实施例对技术方案进行了描述和说明，但其不应理解为对本实用新型自身的限制。本领域技术人员在不脱离本实用新型技术构思的前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。这些轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。