談水資源循環(huán)利用控制系統(tǒng)應(yīng)用

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摘要:探析一種基于CAN總線的水資源循環(huán)利用應(yīng)用研究，提出控制系統(tǒng)的控制方案與控制功能，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞:水資源；控制系統(tǒng)；CAN總線

水是人類賴以生存的資源，人們的生產(chǎn)生活都離不開(kāi)水。但是近年來(lái)世界性缺水的問(wèn)題日益嚴(yán)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(gè)地球僅有不足3%的水是可以為我們飲用的。這當(dāng)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(yán)重。水質(zhì)性缺水是指由于經(jīng)濟(jì)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(jìn)而導(dǎo)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(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)上造成重大損失。

1.水資源循環(huán)利用重要性

目前我國(guó)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(huì)，提高我國(guó)水資源使用效率。目前我國(guó)科技水平與發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)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(duì)使用者的主觀能動(dòng)性要求較高，全民節(jié)水意識(shí)與觀念有待進(jìn)一步提升。因此浪費(fèi)水資源現(xiàn)象還很嚴(yán)重。二是針對(duì)我國(guó)水資源分布不均特點(diǎn)，合理調(diào)配。我國(guó)水資源具有總量大，人均少，分布不均等特點(diǎn)。在國(guó)家高度重視及正確領(lǐng)導(dǎo)下形成的“四橫三縱”格局，實(shí)現(xiàn)我國(guó)水資源南北調(diào)配、東西互濟(jì)的合理配置格局。但是這種途徑投資大、工期長(zhǎng)、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(dāng)今社會(huì)，世界性的水資源缺乏和水質(zhì)污染都會(huì)引起全球缺水。增加水資源的使用率，進(jìn)而節(jié)約水資源才是有效處理這一問(wèn)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(shí)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(fèi)，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(lái)降低工業(yè)產(chǎn)品溫度，達(dá)到冷卻的目的。循環(huán)水從集水池通過(guò)水泵抽送到換熱器中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冷卻降溫，產(chǎn)生的飽和熱蒸汽輸送到冷卻塔中，在風(fēng)機(jī)作用下，對(duì)飽和熱蒸汽進(jìn)行降溫回到集水池內(nèi)。水在循環(huán)過(guò)程中，伴隨著蒸發(fā)、泄露、排污等現(xiàn)象，不僅水量會(huì)減少，水中的離子濃度也將增大，不僅會(huì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行腐蝕，同時(shí)也將影響冷卻效果。因此，必須對(duì)水的循環(huán)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，控制循環(huán)水的水質(zhì)、PH值、水量等參數(shù)，以達(dá)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(jì)

3.1控制功能

本設(shè)計(jì)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(guò)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(guò)某一設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)到偏差量，反饋給智能控制模塊，通過(guò)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。同樣在水流量、PH值等參數(shù)超過(guò)某一設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)控制系統(tǒng)沒(méi)有達(dá)到控制要求或超出控制范圍較大時(shí)，要自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)停止設(shè)備運(yùn)行。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)水資源循環(huán)利用自動(dòng)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(yīng)用一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行總體控制，操作系統(tǒng)是Windows98/2000/NT。通過(guò)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，將生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中生成的數(shù)據(jù)形成報(bào)表及曲線，方便操作人員進(jìn)行控制與管理。通過(guò)智能測(cè)控組件對(duì)實(shí)際采集數(shù)據(jù)的比較、分析、控制，實(shí)現(xiàn)水循環(huán)利用的控制功能。

3.3系統(tǒng)的采集量及控制量

為了實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用控制系統(tǒng)的功能，我們必須對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jìn)入換熱器時(shí)的溫度就是入口溫度。如果這個(gè)溫度發(fā)生改變，檢測(cè)元件Pt100變送器就會(huì)把檢測(cè)出的信號(hào)發(fā)送至控制微機(jī)中。模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，與設(shè)定值進(jìn)行比較，若超出范圍，系統(tǒng)自動(dòng)加以控制。

4.2循環(huán)水流量的控制

將渦輪流量計(jì)安裝在管道內(nèi)，用以檢測(cè)循環(huán)水的流量。當(dāng)循環(huán)水流量發(fā)生變化時(shí)，流量計(jì)將采集到的數(shù)據(jù)傳送給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)與給定值分析比較，發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速對(duì)水流量進(jìn)行控制。

4.3開(kāi)關(guān)量的控制

一是排污閥。循環(huán)水離子濃度高，導(dǎo)致電導(dǎo)率增加，不利于系統(tǒng)的正常運(yùn)作。當(dāng)檢測(cè)到的電導(dǎo)率到達(dá)報(bào)警上限時(shí)，這時(shí)就要打開(kāi)排污閥，使污水流出；當(dāng)離子濃度降低到報(bào)警的下線時(shí)，關(guān)閉排污閥。二是計(jì)量泵。所謂的計(jì)量泵就是加酸泵。隨著循環(huán)的運(yùn)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(dāng)PH值超過(guò)設(shè)定上限時(shí)，計(jì)量泵自動(dòng)啟動(dòng)；當(dāng)PH值低于下限時(shí)，計(jì)量泵自動(dòng)關(guān)閉。三是補(bǔ)液泵。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，伴隨蒸發(fā)、排污的現(xiàn)象會(huì)使水量減少，為了保證實(shí)驗(yàn)正常運(yùn)行，要向水池中補(bǔ)水，因此補(bǔ)水箱內(nèi)必須有充足的水源。集水池內(nèi)有一個(gè)液位傳感器，當(dāng)傳感器檢測(cè)到“液位高”的信號(hào)時(shí)，關(guān)閉補(bǔ)液泵，停止補(bǔ)水。四是冷凝水?dāng)嗔鳌＠淠淖饔檬抢淠羝?，如果系統(tǒng)沒(méi)有冷凝水，那么蒸汽就會(huì)揮發(fā)，若這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)還在運(yùn)行，就會(huì)影響設(shè)備，甚至影響安全，因此當(dāng)沒(méi)有冷凝水的時(shí)候，水流開(kāi)關(guān)就會(huì)向延遲器發(fā)出一個(gè)信號(hào)，計(jì)時(shí)1分鐘之后，情況沒(méi)有得到控制改善，就會(huì)啟動(dòng)報(bào)警功能，停止電爐運(yùn)作。

5.結(jié)論

闡述了我國(guó)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(shí)現(xiàn)如下功能：一是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集功能。采集數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，誤差小，精度高。二是系統(tǒng)的控制功能。對(duì)溫度、水量、PH值等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制精度高、穩(wěn)定性好。三是通過(guò)水循環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)達(dá)到水循環(huán)再利用的目的，具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

作者：楊居源 邵帥 單位：朝陽(yáng)師范高等?？茖W(xué)校