城北水厂自动化系统的规划设计

摘要

本文介绍了南京水务集团有限公司（前身是南京自来水总公司）城北水厂自动化系统的研究和设计。通过对自来水制水工艺进行深入地研究，运用先进算法，实现了城北水厂生产自动化、水质达标、节能降耗的目标。
　　自来水制水工艺已经非常成熟，但大部门水厂自动化程度较低，未对全部制水工艺进行系统性的设计，生产信息化建设也停留在初级阶段。当前工业4.0、互联网+的概念已经深入到各行各业，发挥好自动化、信息化在生产过程中的作用，对水厂降低管理成本、进行优质高效地供水、节约能源等方面都有着积极作用。
　　本文中对城北水厂自动化控制系统的软、硬件结构进行了描述，建立了与制水工艺相对应的控制子站，并用工业以太网构建高效、安全的控制网络。混凝剂、消毒剂投加过程中存在大时滞、大惯性、外界影响大等特点，本文通过建立投加过程的动态模型，应用具有前馈-反馈结构的多模型动态矩阵预测控制对投加过程进行闭环控制。同时借鉴串级控制的思想，将PID控制与预测控制结合在一起，形成DMC— PID预测控制。利用串级系统中副回路的快速反应来抑制高频干扰;主回路则通过建立的多模型动态矩阵预测控制，有效地改善系统的控制品质。
　　本文还借鉴了“大数据”的概念，对城北水厂生产数据进行了有效地管理，提高了生产信息化水平，为更好地进行生产分析、工艺改进、控制算法优化提供依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外水处理工艺介绍

1．2．1 混合和絮凝

1．2．2 沉淀

1．2．3 过滤

1．2．4 消毒

1．3 自来水厂自动化现状与发展

1．3．1 实现水厂自动化的意义

1．3．2 国内外水厂自动化的发展与现状

1．3．3 水厂自动化设计的主要模式及特点

1．3．4 水厂自动化的发展方向

1．4 南京城北水厂概况与特点

1．4．1 总体概况

1．4．2 取水泵房(一泵房)

1．4．3 加药间

1．4．4 絮凝池及沉淀池

1．4．5 V型滤池

1．4．6 反冲洗泵房

1．4．7 加氯系统

1．4．8 清水池及清水泵房(二泵房)

1．5 本文主要研究内容及实现目标

第二章 自控系统主体框架设计

2．1 城北水厂自动化需求分析

2．1．1 提高生产安全可靠性

2．1．2 提高供水水质

2．1．3 降低能耗和管理成本

2．2 城北水厂自控系统结构论证

2．2．2 FCS简介

2．2．3 PAC+PC控制系统简介

2．2．4 自控系统论证结果

2．3 城北水厂自控站点设置

2．4 城北水厂控制网络结构

2．4．1 网络组态方式

2．4．2 数据接口

2．4．3 网络时间同步

2．5 硬件配置及主要硬件简介

2．6 软件配置及主要软件简介

2．6．1 控制程序编译软件RSLogix5000

2．6．2 网络组态软件RSNetWorx

2．6．4 人机接口软件FactoryTalk View

第三章 城北水厂自控系统子站设计

3．1 取水泵房(一泵房)

3．1．1 子站结构及功能描述

3．1．2 硬件设计

3．1．3 主要控制程序设计

3．1．4 上位机监控界面设计

3．2 加药间及沉淀池

3．2．1 子站结构及功能描述

3．2．2 硬件设计

3．2．3 主要控制程序设计

3．2．4 上位机监控界面设计

3．2．5 自动加矾的研究与实现

3．2．6 自动加矾实际应用效果

3．3 滤池及冲洗泵房

3．3．1 子站结构及功能描述

3．3．2 硬件设计

3．3．3 主要控制程序设计

3．3．4 上位机监控界面设计

3．4 加氯间

3．4．2 硬件设计

3．4．3 主要控制程序设计

3．4．4 上位机监控界面设计

3．4．5 自动加氯的研究与实现

3．4．6 自动加氯和人工加氯的控制效果比较

3．5 清水泵房(二泵房)

3．5．1 子站结构及功能描述

3．5．2 硬件设计

3．5．3 主要控制程序设计

3．5．4 上位机监控界面设计

第四章 人机界面及信息处理部分的设计

4．1 人机界面系统的软件配置

4．2 安全机制

4．3 上位机监控系统的功能与实现

4．4 水厂信息系统的功能与实现

4．4．1 生产信息的数据库定义

4．4．2 水厂信息系统功能

5．1 研究工作总结

5．2 本文的意义及今后的设想

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文