國家游泳中心水處理控系統(tǒng)設(shè)計

國家游泳中心水處理控系統(tǒng)設(shè)計

1水處理系統(tǒng)的設(shè)計國家游泳中心是2008年第29屆全國游泳比賽的主賽場。屆時包括游泳、跳水、水球、花樣游泳在內(nèi)的多項金牌將在此決出。賽事期間持續(xù)穩(wěn)定地提供滿足國際泳聯(lián)(FINA)水質(zhì)標準的池水是承接比賽的先決條件,是國家游泳中心項目建設(shè)成敗的關(guān)鍵點。眾所周知FINA的標準非常嚴格,如果不采用自動化系統(tǒng),僅依靠人的感觀和認識去操縱,水質(zhì)是難以達標的。因為投藥的品種、數(shù)量、濃度、時間,濾池的沖洗周期、強度、歷時,都要求操作者適時正確地完成,這對操作者來說難度是很大的。因此,一個設(shè)計合理的自控系統(tǒng)對賽事的順利舉辦起到非常關(guān)鍵的作用。國家游泳中心建筑體內(nèi)共包含游泳比賽池、跳水比賽池、熱身池3個泳池。地下2層的游泳比賽池機房、熱身池機房、跳水比賽池機房分別設(shè)置獨立的水處理系統(tǒng)為相應(yīng)的泳池提供服務(wù)。各水處理系統(tǒng)根據(jù)工藝要求分別包含回水水質(zhì)分析、進水水質(zhì)分析、均衡池、循環(huán)過濾、藥物投加、熱交換、臭氧消毒等環(huán)節(jié)。2控制系統(tǒng)設(shè)計目前適用于水處理自控系統(tǒng)的基本形式主要有兩種:DCS系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)(PLC)。DCS系統(tǒng)適用于模擬量多,閉環(huán)控制多的系統(tǒng)。而現(xiàn)場總線系統(tǒng)的主要優(yōu)勢是適用于控制點較少而且特別分散的系統(tǒng)。本工程受控設(shè)備相對集中,且需閉環(huán)控制的環(huán)節(jié)較多,選用DCS構(gòu)建自控系統(tǒng)更為適合。控制系統(tǒng)設(shè)計遵循“集中管理、分散控制、數(shù)據(jù)共享”的原則,在競賽池、跳水池、熱身池水處理機房分別設(shè)置控制站,獨立完成本機房的水處理過程控制。各控制站能接受中央控制的調(diào)控。在競賽池水處理機房控制室設(shè)置集中水處理監(jiān)控中心,值班員及工程師可通過該監(jiān)控中心的上位機能完成本機房及跳水池、熱身池水處理機房水處理工藝流程的全盤監(jiān)控。各泳池水溫、PH值、濁度、余氯、ORP值,均衡水池連續(xù)液位、水泵狀態(tài)及所有報警信號等數(shù)據(jù)信息均能匯總至該中心,并能通過以太網(wǎng)上傳至大樓BA中心。集中水處理監(jiān)控中心還為將在賽后建設(shè)的休閑娛樂池水處理系統(tǒng)預(yù)留接口。本系統(tǒng)設(shè)3個控制站:游泳競賽池控制站、跳水池控制站、熱身池控制站。每個控制站系統(tǒng)由工程師站、操作員站、控制站、過程控制網(wǎng)絡(luò)等組成。2.2控制柜及繼電器柜配置游泳池控制站、熱身池控制站、跳水池控制站分別各設(shè)系統(tǒng)控制柜及繼電器柜各一屏、操作站一個、工程師站一個(兼作操作站)。并各配置報表打印機一臺。中央控制室配置服務(wù)器一臺,操作站一個。2.3sbus總線DCS系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):第一層網(wǎng)絡(luò)是信息管理網(wǎng)Ethernet采用以太網(wǎng),用于信息傳送和管理,實現(xiàn)綜合管理。系統(tǒng)通過OPC服務(wù)器與BA系統(tǒng)互聯(lián)。第二層網(wǎng)絡(luò)是過程控制網(wǎng)SCnetII連接了系統(tǒng)的控制站、操作員站、工程師站、通信接口單元等,是傳送過程控制實時信息的通道。第三層網(wǎng)絡(luò)是控制站內(nèi)部I/O控制總線,稱為SBUS控制站內(nèi)部I/O控制總線。主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I/O卡件都是通過SBUS進行信息交換的。SBUS總線分為兩層:雙重化總線SBUS-S2和SBUS-S1網(wǎng)絡(luò)。主控制卡通過它們來管理分散于各個機籠內(nèi)的I/O卡件。3主要控制單元的原理3.1池塘水質(zhì)指標的測定游泳池的主要技術(shù)指標為水溫、PH、ORP、濁度、余氯。采取回水取樣及進水取樣分析采集泳池水質(zhì)指標,系統(tǒng)采用模糊控制的方法并結(jié)合經(jīng)驗數(shù)據(jù)控制各種藥劑的投加量。泳池水溫通過換熱站調(diào)節(jié)閥采用PID控制加上下限來實現(xiàn)。均衡水箱液位連續(xù)測量,由DCS控制水面高度,自動補水,液位與循環(huán)水泵及補水電動閥連鎖。3.2反沖強度的控制砂過濾系統(tǒng)采取自動反沖洗程序,可人工干預(yù)。當砂過濾器上下壓差達到設(shè)定值時,系統(tǒng)詢問肯定后自動轉(zhuǎn)入反沖洗程序,并停止加藥及臭氧發(fā)生器,通過電磁流量計及反沖進水調(diào)節(jié)閥控制反沖強度,并與循環(huán)泵連鎖。4.1回水、進水水質(zhì)檢測指標取樣:回水取樣從泳池池壁靠近溢流處取樣。進水于換熱器后進入泳池前取樣。檢測:回水、進水水質(zhì)檢測均為6個指標。即水溫、PH值、ORP、余氯、濁度、臭氧濃度。水溫、PH值、ORP、余氯均由傳感變送器將測量值傳送至DCS系統(tǒng)。臭氧濃度、濁度由二次儀表測量的輸出信號(4～20mA)傳送至DCS系統(tǒng)。4.2計量泵控制系統(tǒng)PH值目標值:7.2～7.6采用計量泵于泳池進水總管處投加PH調(diào)整劑實現(xiàn)PH值的調(diào)節(jié)。計量泵由DCS系統(tǒng)控制,采用模糊規(guī)則庫法則進行控制,根據(jù)回水及進水測量PH值由DCS軟件程序計算得出控制值,輸出4～20mA信號控制計量泵頻率,控制調(diào)整劑投加量。連鎖:泳池停止過濾時停計量泵。4.3回水測量及計量泵控制余氯目標值:0.3～0.6mg/L采用計量泵于泳池進水總管處投加長效消毒劑實現(xiàn)余氯濃度的調(diào)節(jié)?；厮疁y量值作為目標值,進水測量值為控制過程值。計量泵由DCS系統(tǒng)控制,采用模糊規(guī)則庫法則進行控制,由DCS軟件程序計算得出控制值,輸出4～20mA信號控制計量泵頻率,控制長效消毒劑投加量。連鎖:泳池停止過濾時停計量泵。4.4或p值控制ORP目標值:>=700mVORP值作為輔助參數(shù),進水及回水測量ORP值只顯示不控制。4.5集料確定與ds自適應(yīng)溫度目標值:26±1℃回水測量溫度值作為目標值,進水溫度測量值為過程控制值。溫度值由DCS程序控制,DCS輸出4～20mA信號控制換熱器熱水調(diào)節(jié)閥,實現(xiàn)水溫調(diào)節(jié)。運行時開啟熱媒總管開關(guān)閥,檢測總管溫度值、各換熱器熱媒進管壓力值,若有故障時,DCS系統(tǒng)發(fā)出聲音及信息報警。連鎖:循環(huán)系統(tǒng)停機及反沖洗時關(guān)閉熱媒總管電動開關(guān)閥。4.6經(jīng)驗調(diào)試投加回水測量濁度值作為目標值,進水濁度測量值作為操作控制值。絮凝劑在均衡池循環(huán)泵前加入,采用經(jīng)驗調(diào)試值定比投加。由DCS控制計量泵啟停。連鎖:循環(huán)系統(tǒng)停機及反沖洗時關(guān)閉計量泵。4.7臭氧發(fā)生量檢測本系統(tǒng)設(shè)有三個臭氧濃度檢測點:回水取樣水臭氧濃度、活性炭臭氧濃度、泳池進水總管臭氧濃度。與循環(huán)水總管電磁流量計復合控制臭氧發(fā)生器發(fā)生量,發(fā)生量由臭氧發(fā)生器內(nèi)部控制器控制;啟停由DCS控制?；钚蕴课焦藓蟮某粞鯘舛葯z測設(shè)高低限報警,活性炭吸附效果差時發(fā)生報警;泳池進水臭氧檢測值設(shè)高低報警,高報警作為控制臭氧發(fā)生量的輔助參數(shù),以及發(fā)生量的高限。報警設(shè)于DCS系統(tǒng)控制室,采用聲音及文字信息復合報警。連鎖:循環(huán)系統(tǒng)停機及反沖洗時關(guān)閉臭氧發(fā)生器。4.8系統(tǒng)正常運行工況及操作以游泳競賽池為例說明均衡水池液位的控制。液位計為超聲波液位計,測量連續(xù)液位在控制室顯示。系統(tǒng)未運行時,均衡水池液位稱為系統(tǒng)靜態(tài)水位。若測量液位值低于靜態(tài)液位值(2.95m)與閥門動作死區(qū)5cm之差(即液位為2.90m)時,開啟補水電動閥。當補水至系統(tǒng)靜態(tài)液位(2.95m)與閥門死區(qū)5cm之和時(即液位為3.0m)時,關(guān)閉電動閥。若測量液位達到系統(tǒng)靜態(tài)超高水位(3.25m)時,控制系統(tǒng)發(fā)出聲音報警及文字信息報警。系統(tǒng)運行時,均衡水箱液位稱為動態(tài)水位。當系統(tǒng)動態(tài)水位低于系統(tǒng)動態(tài)常水位(2.2m),且達到系統(tǒng)補水位(1.9m)時,開始補水。打開補水電動閥,補水至系統(tǒng)動態(tài)常水位(1.9m)時,關(guān)閉補水電動閥。當系統(tǒng)動態(tài)水位達到最低水位(0.4m)時,停止所有循環(huán)水泵,關(guān)閉其他系統(tǒng),停止整個系統(tǒng)運行,并在控制系統(tǒng)發(fā)出聲音及文字信息報警。以游泳競賽池為例,說明操作過程。游泳競賽池砂過濾系統(tǒng)共有3臺循環(huán)水泵,4個砂過濾器。啟動時,先開啟4個過濾器上的電動閥門,使4個過濾器均處于過濾狀態(tài)。啟動前過濾器初始化,使各過濾器處于備用狀態(tài)。具體操作:檢查所有閥門是否處于關(guān)閉狀態(tài)。若有閥門未處于關(guān)閉狀態(tài),關(guān)閉該閥門。啟動各過濾器上的電動閥門,使其處于過濾狀態(tài)。具體操作:開啟過濾器1上的閥門XV111、XV112;開啟過濾器2上的閥門XV121、XV122;開啟過濾器3上的閥門XV131、XV132;開啟過濾器4上的閥門XV141、XV142。以2min為時間間隔,依次啟動各循環(huán)泵:啟動循環(huán)泵1,2min后啟動循環(huán)泵2,再2min后啟動循環(huán)泵3。啟動完成。等待總管流量計測量值達到正常范圍時,開啟熱交換系統(tǒng)、各加藥系統(tǒng)、臭氧消毒系統(tǒng)。系統(tǒng)循環(huán)正常流量為:游泳競賽池985m310%;熱身池656m310%;跳水比賽池480m310%啟動完成。等待總管流量計測量值達到正常范圍時,開啟熱交換系統(tǒng)、各加藥系統(tǒng)、臭氧消毒系統(tǒng)。4.10啟動自動反沖洗程序啟動條件系統(tǒng)處于循環(huán)過濾時,每個過濾器上下壓力檢測實時在控制室顯示,過濾器上部壓力與下部壓力之差構(gòu)成差壓。當過濾器中任何一個壓差達到設(shè)定值0.06MPa或者系統(tǒng)反沖洗后連續(xù)運行時間達到設(shè)定時間值,啟動自動反沖洗程序。自動反沖洗啟動前,首先彈出詢問反沖洗是否立即執(zhí)行對話框,在操作員確定時立即啟動自動反沖洗程序。若在5min后未得到操作員響應(yīng),自動進入自動反沖洗程序。4.10.循環(huán)關(guān)閉過濾以2min時間間隔依次關(guān)閉各循環(huán)泵:關(guān)閉循環(huán)泵1,2min后關(guān)閉循環(huán)泵2,再2min后關(guān)閉循環(huán)泵3。關(guān)閉所有過濾器的過濾進水閥及過濾出水閥(即過濾啟動時開啟的兩個閥門)。關(guān)閉順序為先關(guān)閉過濾出水閥,動作10s后關(guān)閉過濾進水閥。過濾器全部閥門反饋到位后,初始化完成。4.10.水泵開啟狀態(tài)反沖洗采取單獨逐個反沖洗的方式。開啟反沖洗出水閥,開啟反沖洗進水閥至一定開度(調(diào)試時確定)。開啟循環(huán)泵中的一臺,穩(wěn)定后調(diào)節(jié)(PID)反沖洗進水閥,使反沖洗流量到達設(shè)定值(流量測量根據(jù)各自過濾器上的電磁流量計)。水泵開啟狀態(tài)且反沖洗出水閥位反饋信號到開始計時,反沖洗時間為7min。各泳池過濾器反沖洗強度(反沖洗流量)如下:游泳競賽池各過濾器:451.5m/h跳水池各過濾器:451.5m/h熱身池各過濾器:473.0m/h反沖洗設(shè)定時間到達后,閥門切換,進入正沖洗程序。沖洗流量不變,關(guān)閉反沖洗出水閥,同時打開正沖洗閥,并開始計時。正沖洗設(shè)定時間3min。正沖洗設(shè)定時間到達后,關(guān)閉本過濾器的反沖洗進水調(diào)節(jié)閥,同時關(guān)閉正沖洗出水閥,打開下臺過濾器的反沖洗進水調(diào)節(jié)閥(設(shè)定初始開度)、反沖洗出水閥。程序進入下臺過濾器的反沖洗程序。4.10.閉循環(huán)水泵系統(tǒng)當最后一臺過濾器自動反沖洗(含正沖洗)程序結(jié)束后,關(guān)閉循環(huán)水泵。系統(tǒng)設(shè)立單個獨立的過濾器反沖洗程序段。操作員可以通過自控系統(tǒng)人機界面的按鈕選擇單個過濾器的反沖洗、正沖洗程序,反沖洗及正沖洗程序可由操作員設(shè)定。4.11設(shè)置熱交換系統(tǒng)游泳比賽池、熱身池熱交換系統(tǒng)均配置兩臺板式換熱器。泳池初次使用時使用兩臺熱交換器,正常運行時一用一備。兩臺換熱器與各自的輔助設(shè)備構(gòu)成獨立的熱交換系統(tǒng)。使用時可由操作員確定使用哪套系統(tǒng)。跳水池除配有兩套獨立的熱交換器外,暖身池獨立配有一套熱交換系統(tǒng),以提高進水溫度。各個泳池熱媒總管溫度及流量檢測為兩套熱交換器共用。工作原理:循環(huán)系統(tǒng)運行時,開啟換熱器對應(yīng)熱水泵,開啟熱媒總管電動開關(guān)閥,檢測回水溫度值,若水溫低于溫度低限(調(diào)試時確定)時,換熱器熱媒入口調(diào)節(jié)閥全開。溫度上升至低限后,采用PID調(diào)節(jié)。PID參數(shù)調(diào)試時整定。泳池進水溫度配合泳池進水循環(huán)總量用以計算換熱所需熱量。進水溫度還用于設(shè)定進水溫度高低限報警。運行時在人機界面上顯示熱媒溫度、流量及換熱器后端熱媒回水壓力。跳水池系統(tǒng)中的暖身池換熱系統(tǒng)除控制熱媒調(diào)節(jié)閥外,加熱后進入暖身池的水量由換熱器后暖身池進水管上的電磁流量計及調(diào)節(jié)閥構(gòu)成PID回路,控制流量在25m/h。溫度目標值:游泳比賽池、熱身池、跳水池均為26±1℃;跳水池暖身池為40±1℃4.12u3000嘴唇熱池各池臭氧消毒系統(tǒng)可由操作員決定使用哪套臭氧發(fā)生器,臭氧發(fā)生器由程序啟動,并根據(jù)檢測的臭氧吸附罐后的臭氧濃度,由DCS控制臭氧發(fā)生器啟停。單臺臭氧發(fā)生器設(shè)定值:游泳池:394g/h;熱身池:263g/h;跳水池:404g/h。臭氧發(fā)生器的工作狀態(tài)及故障報警信號由DCS采集并在人機界面上顯示。臭氧發(fā)生器則按自身設(shè)定的程序運行