水处理中加氯自动控制系统 3页

水处理中加氯自动控制系统邢建国，张杰(1．青岛大学机电学院，山东青岛266071；2．青岛太平洋4L：r-装备有限公司，山东青岛266100)Chlorine——dosingAutomaticSysteminWaterTreatmentProcessXINGJian—guo，ZHANGJie(1．CollegeofMechanicalEngineering，QingdaoUniversity，Qingdao266071，China；2．QingdaoPacificChemicalEquipmentCo．，Ltd．，Qingdao266100，China)摘要：介绍了以89C52单片机为核心的加氯控1自动投加系统组成制器的硬件和软件设计，以及所采用的3种控制规律。应用证明，控制系统可靠，控制精度满足使用要二氧化氯发生器一投加系统主要由供药计量系求。统、反应系统、混合吸收系统和自动化控制系统组关键词：PID；余氯控制；水处理成。设备可根据待处理水量或处理后出水的二氧化中图分类号：TP214氯残余量的变化，自动定比调节发生量，也可根据流文献标识码：B量或二氧化氯残余量组成闭环控制Ⅲ3]，从而保持恒文章编号：1001—2257(2012)08—0058—03定的二氧化氯浓度。系统工作原理如图1所示。Abstract：Thispaperintroducesthehardware水管compositionandsoftwaredesignofchlorineresidu—alcontro1thatisbasedonthe89C52single—chipmicrocomputer，andthreecontrolstrategyadopt—ed．Applicationdisplayscredibilityofthecontrolsystem．Thecontrolprecisioniscontentedinuse．Keywords：PID；chlorineresidualcontro1；wa—tPrtratmPnt图1二氧化氯发生器一自动加投系统0引言由A9型电磁计量泵将氯酸钠水溶液与盐酸溶二氧化氯替代氯用于水处理具有许多优势，消液输入到反应器中，在一定温度和负压下进行充分毒过程中几乎不形成三氯甲烷和挥发性有机氯l_1]。反应，产出以二氧化氯为主、氯气为辅的消毒气体，氯化消毒时，为获得可靠而持久的消毒效果，投氯量经水射器吸收与水充分混合形成消毒液后，通入被一般应满足以下要求：杀灭细菌以达到指定的消毒消毒水中。控制系统选用AT89C52单片机为控制器核心，显示部分采用LCD液晶显示器。指标及氧化有机物等所消耗的“需氯量”；抑制水中在以二氧化氯为主要消毒剂的消毒系统中，二残存致病菌的再度繁殖所需的“余氯量”(游离余氧化氯投加到水中后，残留在水里具有杀菌或抑菌氯)。我国生活饮用水卫生标准规定，出厂水游离余能力的“余氯”主要成分有二氧化氯单体、亚氯酸根、氯在接触30min后不低于0．3mg／Lr2]。二氧化氯少量的游离余氯和化合性余氯等。水中余氯比使用发生器一自动投加系统，可以根据进水水量和出水余氯气和氯系消毒剂情况下含量要小，依照二氧化氯氯的变化组成闭环回路，来控制二氧化氯的加投量，消毒的“余氯”成分多的特点，参照氯胺消毒的总余实现流量和余氯的在线自动控制。氯衡量标准，把残留在水中的具有杀菌或抑菌作用收稿日期：2012—04—11的成分全部折算为有效氯，以有效氯为控制指标，按·58·《机械与电子}2012(8)\n理有关实践，可规定为：出水最低值为0．6～0．8mg／AT89C52单片机，它是一种低功耗、高性能8位L，最高值为1．2～1．4mg／L，管网水最低值为0．2CMOS型微处理器。内置可反复擦写的8kBmg／L。Flash存储器，加氯系统控制不复杂，8kB容量已经0满足需要，无需另外扩展程序存储器。控制系统需2加氯控制器主要性能要大量的运算，内置的256B的随机存取数据存储加氯控制器主要有如下性能：器(RAM)存储数据不够，另外扩展一片24C02芯a．控制模式。手动方式、流量控制方式和余氯片。24C02是2kB的位串行CMOSEPROM，具控制方式。有掉电保护功能，方便存储所设定的参数值，而且节b．可调参数。比例范围，输入量程的0．1～省I／O资源。999；积分时间，1～9999s；循环时间，0．3～120b．接口扩展。扩展一片8255多功能芯片，输出一l。I霎蕊S；积分比例，0~250；脉冲宽度，1～60ms。口脉冲1、脉冲2分别控制2个药桶的变量泵，水阀c．输入信号。电流4～2omA或l～5V。由1个输出口控制，键盘占用4个I／O口。一“Ol234C．键盘电路。键盘采用软件查询的方法，低电d．输出信号。脉冲；固态继电器。e．显示功能。第1行显示过程量(流速或余氯平有效，按键的功能定义如表1所示。表1硬件线路中键的定义量)；第2行显示设置值(an氯量或余氯设置)。f．保护功能。无真空；药桶上下超限位。3控制系统硬件电路设计系统既要完成显示、报警和键盘输入，又要进行控制，需要对单片机进行数据存储器扩展、输入输出口扩展、外部中断扩展，以及数据采集、键盘输入和显示接口等。系统硬件电路主要部分如图2所示。a．单片机系统。选用ATMEL公司生产的d．检测接口。来自在线余氯测量仪的余氯信号．K1为4～20mA标准信号，电流信号经过250Q的电阻转换为1～5V的电压信号，再经过A／D转换器输入到单片机处理芯片。A／D转换器选用串cRESETRD：蒹裳行A／DMAX186，它是高速、低功耗泵1药位低·INT0WR泵1药位高’74LS373泵2药位低‘89C52：杳要指示的12位A／D转换器，单电源工作，电广——]泵2药位高。—’报警指示压范围为2ALE．7～5．2V，采样速率高达无真空一1G8QlP0．78D～lP0．0HP0．7133ksps，由于采用串行输入结构，节K3～8P0．0~K4l@K5：省了单片机I／o资源。DB0～DB78OCMJ2×8C液晶显示+5ve．显示部分。采用OCMJ2×8CP2．6STDSCLKCSPSBRSTP2．5液晶显示模块，具有2行×8中文、P2．4P2．3P2．2128×32点阵，用于工作状态的设定+5V和参数调整，操作简便且人机交互界A0兰萋A1誉WP面简洁明了。A2SCLVSSSDA呈U～宝U童>高星《蔓4控制系统软件设计软件包括2大模块，一是主程序，余氯流量输入输入完成PID算法参数的设定、信息显图2控制系统主要硬件线路示、中断设置和键盘分析，主程序是个《机械与电子))2012(8)·59·\n输入到单片机控制系统，依据比例算法调整输出脉冲，控制碱液泵和酸液泵的工作频率。控制的数学模型如下：U()：KPQ(i)(i)为第i次采样调节量；K为比例系数；Q()为第i次采样水流量。这种控制方式优点是控制方式简单，无需考虑余氯信号；缺点是控制精度低，适合于原水流量变化大，对出水余氯指标要求不高的场合使用。5．3直接余氯控制余氯控制是以末端水中有效余氯含量为控制对象，由用户设定一个余氯期望值，采用了PID控制规律进行闭环反馈控制，因此有助于消除控制偏差，医圃适合于对控制精度有较高要求的场合。所采用PID医阖控制的微分方程为：)===KP[)++T。]上TJ0U／7根据给定值r()与实际输c()出值构成控制偏差，g()一r()一f()。l流量l．r采集l、、：⋯N／圈l—J：rp1目1单片机控制中使用的是数字PID控制算法，本医垂兰圈I每lI文采用增量式PID算法，递推公式为：。IAu()一“()一U(一1)叵函一KP[g()一e(k一1)]+KIP()+．[皇．[自生KD[8(，z)一2e(k一1)+e(k一2)]!一+()为第次采样调节量；e()第次采样得●到的偏差。{恢复现场l1恢复现场1审，f中断返回ll中断返回l6结束语针对二氧化氯发生器一投加系统，给出了以单片机为核心的控制系统设计。对不同情况采用不同控5控制策略制策略，起到了良好的控制效果，既保证了处理后的水质，又能节省二氧化氯投放量。参考文献：[1]江迎春，徐军，徐飞．出厂水余氯稳定性的控制[J]．净水技术，2005，24(5)：69—71．E2]丁元欣，鲍立威，马龙华，等．真空余氯控制器的研制[J]．化工自动化及仪表，2000，27(1)：48—5O．[3]刘金琨．先进PID控制及其Matlab仿真[M]．北京：电子工业出版社，2003．作者简介：邢建国(1964-)，男，山东济南人，教授，博士，研究方向为CAPP和数控技术。《机械与电子}2012(8)