談水資源循環利用控制系統應用

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摘要:探析一種基于CAN總線的水資源循環利用應用研究，提出控制系統的控制方案與控制功能，具有一定的經濟效益與社會效益。

關鍵詞:水資源；控制系統；CAN總線

水是人類賴以生存的資源，人們的生產生活都離不開水。但是近年來世界性缺水的問題日益嚴重，具體表現在資源性缺水、水質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，整個地球僅有不足3%的水是可以為我們飲用的。這當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，使資源性缺水現象更為嚴重。水質性缺水是指由于經濟快速發展，生態環境與發展之間的矛盾日益突出，造成水質受到污染，進而導致水資源量減少。工程性缺水是指工程用水的水質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，對企業經濟上造成重大損失。

1.水資源循環利用重要性

目前我國解決水資源短缺難題的根本途徑有以下幾種：一是節約水資源使用，構建節水型社會，提高我國水資源使用效率。目前我國科技水平與發達國家相比還有一定差距，在水資源利用率領域有待提高。特別是在工農業領域水資源利用系數普遍偏低，用水損失量較大。因此在節約用水方面，我國存在巨大潛力，但是盡管節約用水的潛力如此之大，限于其對使用者的主觀能動性要求較高，全民節水意識與觀念有待進一步提升。因此浪費水資源現象還很嚴重。二是針對我國水資源分布不均特點，合理調配。我國水資源具有總量大，人均少，分布不均等特點。在國家高度重視及正確領導下形成的“四橫三縱”格局，實現我國水資源南北調配、東西互濟的合理配置格局。但是這種途徑投資大、工期長、難以滿足不同地區的用水需求。三是水資源循環利用，提高水資源循環利用效率。當今社會，世界性的水資源缺乏和水質污染都會引起全球缺水。增加水資源的使用率，進而節約水資源才是有效處理這一問題的重中之重。工業用水占用水量的70%，而工業企業實現節約水資源的主要措施就是循環水利用這一技術的發展。因此要想有效的控制水資源浪費，必須要從工業冷卻水的循環利用出發。

2.水資源循環利用工藝流程

在工業生產中，水資源循環利用工藝原理示意圖如圖1所示，循環水主要用來降低工業產品溫度，達到冷卻的目的。循環水從集水池通過水泵抽送到換熱器中對產品進行冷卻降溫，產生的飽和熱蒸汽輸送到冷卻塔中，在風機作用下，對飽和熱蒸汽進行降溫回到集水池內。水在循環過程中，伴隨著蒸發、泄露、排污等現象，不僅水量會減少，水中的離子濃度也將增大，不僅會對設備進行腐蝕，同時也將影響冷卻效果。因此，必須對水的循環過程進行實時監控，控制循環水的水質、PH值、水量等參數，以達到提高循環水利用效率，降低生產成本的目的。

3.控制系統總體方案的設計

3.1控制功能

本設計提出了一種基于CAN總線的水資源循環利用控制系統，要求通過本系統可以控制換熱器入口溫度、循環水流量、PH值等參數。例如在水溫超過某一設定值時，系統可以自動檢測到偏差量，反饋給智能控制模塊，通過控制風機轉速，實現對溫度的控制。同樣在水流量、PH值等參數超過某一設定值時，系統自動進行調節，當控制系統沒有達到控制要求或超出控制范圍較大時，要自動報警，同時停止設備運行。該系統實現了工業水資源循環利用自動控制的目的。

3.2控制系統基本構成

控制系統原理框圖如圖2所示，系統應用一臺工業控制計算機進行總體控制，操作系統是Windows98/2000/NT。通過工業控制計算機監控系統運行狀態，將生產運行過程中生成的數據形成報表及曲線，方便操作人員進行控制與管理。通過智能測控組件對實際采集數據的比較、分析、控制，實現水循環利用的控制功能。

3.3系統的采集量及控制量

為了實現水資源循環利用控制系統的功能，我們必須對這個系統的參數進行實時采集與控制。這些參數的名稱及控制范圍如表1所示。

4.系統的控制方案

4.1入口溫度的控制

循環水進入換熱器時的溫度就是入口溫度。如果這個溫度發生改變，檢測元件Pt100變送器就會把檢測出的信號發送至控制微機中。模擬信號轉換為數字信號后，與設定值進行比較，若超出范圍，系統自動加以控制。

4.2循環水流量的控制

將渦輪流量計安裝在管道內，用以檢測循環水的流量。當循環水流量發生變化時，流量計將采集到的數據傳送給工業控制計算機，經過與給定值分析比較，發出控制信號，通過調節水泵轉速對水流量進行控制。

4.3開關量的控制

一是排污閥。循環水離子濃度高，導致電導率增加，不利于系統的正常運作。當檢測到的電導率到達報警上限時，這時就要打開排污閥，使污水流出；當離子濃度降低到報警的下線時，關閉排污閥。二是計量泵。所謂的計量泵就是加酸泵。隨著循環的運行，水的PH逐漸增大。為了防止換熱器腐蝕結垢，循環水的PH值必須保持在一定的范圍之內。當PH值超過設定上限時，計量泵自動啟動；當PH值低于下限時，計量泵自動關閉。三是補液泵。在系統運行期間，伴隨蒸發、排污的現象會使水量減少，為了保證實驗正常運行，要向水池中補水，因此補水箱內必須有充足的水源。集水池內有一個液位傳感器，當傳感器檢測到“液位高”的信號時，關閉補液泵，停止補水。四是冷凝水斷流。冷凝水的作用是冷凝蒸汽，如果系統沒有冷凝水，那么蒸汽就會揮發，若這個時候系統還在運行，就會影響設備，甚至影響安全，因此當沒有冷凝水的時候，水流開關就會向延遲器發出一個信號，計時1分鐘之后，情況沒有得到控制改善，就會啟動報警功能，停止電爐運作。

5.結論

闡述了我國水資源循環利用的幾種途徑，提出了水資源循環利用的重要性，尤其在工業冷卻水中的循環利用尤為突出。本文提出的基于CAN總線水資源循環利用系統可以實現如下功能：一是數據的實時采集功能。采集數據真實可靠，誤差小，精度高。二是系統的控制功能。對溫度、水量、PH值等參數進行實時控制，控制精度高、穩定性好。三是通過水循環自動控制系統達到水循環再利用的目的，具有一定現實意義。

作者：楊居源 邵帥 單位：朝陽師范高等專科學校