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虹吸濾池全自控運(yùn)行應(yīng)用實(shí)踐
摘要：針對(duì)虹吸濾池運(yùn)行中存在的主要問題，在不改造濾池主體結(jié)構(gòu)的情況下，實(shí)現(xiàn)了虹吸濾池全自控運(yùn)行。就此介紹了新安水廠虹吸濾池全自控改造的系統(tǒng)控制原理、主要設(shè)備及其功能。
關(guān)鍵詞：虹吸濾池 全自控運(yùn)行 應(yīng)用實(shí)踐
由于虹吸濾池具有基建少，出水水質(zhì)穩(wěn)定，又可實(shí)現(xiàn)水力全自動(dòng)運(yùn)行，維修方便等特點(diǎn)，在20世紀(jì)80年代中期前建成的水廠較多采用此種池型。深圳市寶安自來水有限公司新安水廠一、二、三期工程分別于1983年、1985年、1988年建成投產(chǎn)，總設(shè)計(jì)供水能力為7萬噸/日，均采用虹吸濾池。由于虹吸濾池存在水力反沖洗浪費(fèi)待濾水等問題，2000年6月至10月，水廠經(jīng)過反復(fù)摸索和運(yùn)行調(diào)試，成功地實(shí)現(xiàn)了虹吸濾池全自控運(yùn)行。較好地解決了水廠虹吸濾池存在的主要問題，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)管理工作極少�，F(xiàn)將有關(guān)工程內(nèi)容闡述如下。
1 虹吸濾池運(yùn)行存在的主要問題
由于新安水廠虹吸濾池單池面積�。�10.5m2），設(shè)計(jì)濾速低（6m/h），采用雙層陶土孔板磚配水系統(tǒng)，開孔比為1.023%，配水較均勻，單層石英砂濾料厚800mm，粗砂+礫石支承層厚250mm，沖洗水頭1.07m，基本滿足要求。但還存在如下問題：
（1）反沖洗時(shí)進(jìn)水虹吸不能破壞，浪費(fèi)部分待濾水。
（2）不能確保按原有設(shè)計(jì)意圖，一次最多沖洗二格濾池，經(jīng)常性多格濾池同時(shí)到達(dá)期終水頭損失，同時(shí)沖洗。如不人為放空，阻止其反沖洗，沖洗水頭不夠，造成濾砂沖洗不干凈而板結(jié)或產(chǎn)生泥球，減少過濾周期及濾砂使用壽命。
（3）由于清水池設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)容積為8.57%，超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)僅6%左右。多格濾池沖洗，清水池進(jìn)水少，造成清水池水位迅速下降，送水泵房不得不部分停機(jī)，使供水管網(wǎng)服務(wù)壓力波動(dòng)較大。
（4）員工勞動(dòng)強(qiáng)度大，且需要較強(qiáng)的責(zé)任心。實(shí)際上晚班、早班難以做到，以致于一般情況下，濾砂使用周期僅二年左右。
2 虹吸濾池水力反沖洗系統(tǒng)改造方案設(shè)想
（1）由電磁閥代替各格濾池上原有手動(dòng)操作閥，即進(jìn)水虹吸破壞閥，排水虹吸破壞閥，高壓水強(qiáng)制反。
（2）由PLC輸出信號(hào)控制各格濾池電磁閥動(dòng)作。
（3）各濾池期終水位由水位計(jì)信號(hào)傳送至PLC。
3 系統(tǒng)控制原理
系統(tǒng)由PLC可編程控制器自動(dòng)控制，只要各濾池水位超過水位計(jì)所設(shè)定的水位時(shí)，水位計(jì)開始閉合。閉合信號(hào)傳到PLC，通過程序計(jì)算，PLC輸出1個(gè)開啟信號(hào)至進(jìn)水虹吸管上常閉式電磁閥，常閥點(diǎn)開啟，虹吸破壞，濾池停止進(jìn)水。延時(shí)3min，待濾池內(nèi)水位下降1m左右時(shí)，PLC輸出兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)為關(guān)閉信號(hào)至排水虹吸管上常開式電磁閥，使常開點(diǎn)閉合，逐漸形成排水虹吸；另一個(gè)為開啟信號(hào)至高壓水常閉式電磁閥，使常閉點(diǎn)開啟，高壓水幫助排水虹吸盡快形成。同時(shí)，PLC經(jīng)程序運(yùn)算，斷開其它已到期終水位的濾池沖洗，保持等候狀態(tài)，以確保每組每次只沖洗1格濾池。當(dāng)排水虹吸形成后，PLC送一個(gè)延時(shí)信號(hào)至高壓水電磁閥，使常閉點(diǎn)關(guān)閉，高壓水停止進(jìn)水。高壓水延長(zhǎng)時(shí)間由人工根據(jù)排水虹吸形成所需時(shí)間設(shè)定，目前設(shè)定為50S。排水虹吸形成后，濾池反沖洗開始，沖洗歷時(shí)由人工根據(jù)反沖洗出水濁度控制值設(shè)定，目前設(shè)定為400S左右。反沖洗結(jié)束后，PLC輸出兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)為開啟信號(hào)至排水虹吸上常開式電磁閥，使常開點(diǎn)開啟，排水虹吸破壞，反沖洗停止；另一個(gè)為關(guān)閉信號(hào)至進(jìn)水虹吸上常閉式電磁閥，使常閉點(diǎn)閉合，濾池開始進(jìn)水，恢復(fù)過濾狀態(tài)直至下一個(gè)沖洗過程。如此反復(fù)循環(huán)控制各個(gè)濾池工作。程序設(shè)計(jì)流程見圖1。
4 系統(tǒng)主要設(shè)備及功能
（1）P170觸摸面板。進(jìn)入主菜單后，通過輸入數(shù)字，對(duì)高壓水進(jìn)水時(shí)間，反沖洗時(shí)間設(shè)置與修改，并記憶各格濾池的沖洗次數(shù)，同時(shí)，還可進(jìn)行畫面設(shè)置。
（2）可編程控制器。1臺(tái)S7 - 200Micro PLC內(nèi)有1臺(tái)單獨(dú)的27 - 224CPU模板，并帶有1個(gè)EM223，2個(gè)EM222擴(kuò)展單元。S7 - 224CPU模塊內(nèi)含1個(gè)中央處理單元、電源以及數(shù)字量I/0點(diǎn)，這些都被緊奏地置于1個(gè)獨(dú)立的設(shè)備中。
CPU負(fù)責(zé)召待程序和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，控制整個(gè)運(yùn)行過程。系統(tǒng)的控制點(diǎn)為輸入輸出部分，輸入部分采集各格濾池水位計(jì)信號(hào)，輸出部分則控制電磁閥；電源向CPU及其所連接的模塊提供；通訊端口將使S7 - 200CPU同TP170A連接起來；狀態(tài)信號(hào)燈顯示CPU的工作模式，即運(yùn)行或停止；
通過擴(kuò)展模塊EM222、EM223增加CPU的1/0點(diǎn)數(shù)。
（3）每格濾池3個(gè)電磁閥。常開式電磁閥1個(gè)，即斷電開啟，通電關(guān)閉，用于排水虹吸抽氣。介質(zhì)為空氣，直徑25mm，工作壓力0~0.05MPa。線圈垂直向下安裝。常閉式電磁閥2個(gè)，即斷電關(guān)閉，通電開啟，1個(gè)用于高壓進(jìn)水，介質(zhì)為水，直徑40mm，工作壓力0.5MPa左右。另1個(gè)用于進(jìn)水虹吸抽氣，介質(zhì)為空氣，直徑25mm，工作壓力0~0.05MPa。
（4）每格濾池1個(gè)電纜式。
5 工程投資
三期工程虹吸濾池（設(shè)計(jì)供水能力4萬噸/日，共28格，每格面積10.5m2）自控系統(tǒng)工程總投資約為9萬元。其中PLC系統(tǒng)約為20000元，信號(hào)電纜及穿線管約為8000元，電磁閥DN25約為596元/個(gè)共56個(gè)，DN40約為820元/個(gè)共28個(gè)，電纜式196元/個(gè)共28個(gè)。
圖1 程序設(shè)計(jì)流程
6 結(jié)語
目前，虹吸濾池改造方法較多。有改造水力反沖洗系統(tǒng)、配水系統(tǒng)、濾料等。也有采用氣水反沖洗，進(jìn)水排水用閘板控制，濾板濾頭配水系統(tǒng)，整個(gè)過程采用PLC程序控制。還有的僅留一個(gè)鋼筋砼外殼，內(nèi)部結(jié)構(gòu)部分按V型濾池改造等等。其實(shí)，虹吸濾池一般單池面積都不大，砂層也僅800~900mm厚，承托層厚250mm左右，若配水系統(tǒng)運(yùn)作良好，濾砂完全可以被沖洗干凈。而虹吸濾池最大的缺點(diǎn)就是反沖洗時(shí)浪費(fèi)部分待濾水，水力自動(dòng)反沖洗系統(tǒng)運(yùn)行欠佳，部分配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理等。因此，筆者認(rèn)為，對(duì)現(xiàn)有虹吸濾池改造，若從、技術(shù)角度考慮，較為合理的方式應(yīng)為基本不動(dòng)其主體結(jié)構(gòu)，進(jìn)水排水采用自動(dòng)控制虹吸系統(tǒng)（實(shí)際是保持管路處于常真空狀態(tài)，當(dāng)需要形成真空時(shí)只需打開真空管上的閥門，虹吸管立即形成真空）或氣動(dòng)閘板控制，必要時(shí)改造配水系統(tǒng)，整個(gè)過程采用PLC程序控制。這樣，即可以克服虹吸濾池的缺點(diǎn)，又可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，且投入較少，一般鎮(zhèn)級(jí)水廠都可以接受。
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