СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОСТАТОЧНОГО ХЛОРА В ВОДЕ

Полезная модель относится к области автоматизации процесса водоподготовки и может быть использована, в частности, для повышения качества обеззараживания питьевой воды хлором.
Известна система автоматического управления (САУ) хлоратором типа С-0378 [Д.Н. Смирнов. Автоматическое регулирование процессов очистки природных и сточных вод. М.: Стройиздат, 1985. - 312 с.], обеспечивающая автоматическое дозирование хлора пропорционально расходу воды с коррекцией по отклонению от заданной концентрации. САУ содержит датчик расхода хлор-газа (ротаметр с дистанционной передачей показаний), датчик расхода обрабатываемой воды типа ДМЭР, регулирующий клапан, исполнительный механизм, два ручных задатчика РЗД, анализатор хлора АХС-203, блок динамических преобразователей БДП, блок вычислительных операций БВО, ПИ-регулятор типа РПИЗ, нормирующий преобразователь НП. Принцип работы САУ заключается в том, что сигнал с датчика расхода хлора сравнивается с сигналом датчика расхода обрабатываемой воды и разница их подается в регулирующий прибор типа РБИЗ устанавливая, таким образом, расход хлор-газа пропорционально расходу воды. Для коррекции по остаточному хлору сигнал с анализатора хлора, установленного на выходе системы очистки, сравнивается с сигналом задатчика, далее, сигнал рассогласования подается на блок динамических преобразований БДП, далее на блок умножения БВО. С выхода БВО сигнал поступает на вход ПИ-регулятора, который, воздействуя на регулирующий орган дозатора хлор-газа, обеспечивает компенсацию отклонения от заданной концентрации остаточного хлора.
Недостаток САУ заключается в том, что регулирование осуществляется при запаздывании корректирующего сигнала не мене 30 мин. с момента ввода хлора в воду и по этому не может быть обеспечена высокая точность регулирования, при отработке возмущений, связанных с изменением потребления готовой воды, переключением групп фильтров при их промывке и т.п.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является система комплексной автоматизации (СКА) процесса хлорирования воды «Аквахлор» [Г.С.Попкович, М.А.Гордеев. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения: Учеб. для вузов. - М.: Высш. шк., 1986. - 392 с.], которая осуществляет дозирование хлора пропорционально расходу воды с коррекцией по концентрации остаточного хлора в воде. СКА содержит хлораторы типа ЛК10, автоматический регулятор соотношения PC, регулятор остаточного хлора РОХ, схему сравнения, задатчики концентрации хлора 3, датчики расхода хлора ДРХ, датчик расхода воды ДРВ, датчик остаточного хлора ДОХ, типа АПК-02М, импульсный элемент ИЭ, дозирующие устройства (микровентили хлора) с исполнительными механизмами ИМ (электроприводы микровентилей).
СКА обеспечивает первичное и вторичное хлорирование (имеет два контура регулирования).
Система первичного хлорирования получает задание от измерителя расхода воды ДРВ, коррекция этого задания происходит интегрирующим задатчиком 3 по отклонению концентрации остаточного хлора в отстойнике, для чего применяется датчик остаточного хлора ДОХ, задатчик 3 и импульсный элемент ИЭ. Из скорректированного таким образом задания вычитается сигнал датчика расхода хлора ДРХ (ротаметра), и получившееся рассогласование сводится к нулю регулятором соотношения PC путем регулирующего воздействия через исполнительный механизм ИМ на дозирующее устройство ДУ (микровентиль МВ1).
Система вторичного хлорирования осуществляет автоматическое регулирование концентрации остаточного хлора на выходе очистных сооружений за счет подачи хлора в резервуар чистой воды. Это воздействие осуществляет регулятор остаточного хлора РОХ 2 через исполнительный механизм ИМ на дозирующее устройство ДУ (микровентиль МВ2).
Недостатком СКА «Аквахлор» является то, что регулирование расхода хлора по расходу воды в системе вторичного хлорирования не применяется, что упрощает схему, однако снижает ее точность. Транспортное запаздывание остается достаточно большим, что заставляет сделать работу обеих систем прерывистой (импульсной).
Задачей полезной модели является повышение точности регулирования остаточного хлора в воде.
Поставленная задача решается с помощью системы автоматического регулирования (CAP) содержания остаточного хлора в воде включающей измеритель расхода воды, схему сравнения, регулятор, исполнительный механизм, дозирующее устройство, хлоратор, датчик расхода хлора, датчик остаточного хлора, два датчика концентрации хлора (ДКХ), установленные в напорный трубопровод, решающий блок РБ и интегратор И, причем, первый ДКХ расположен в точке напорного трубопровода, где завершилось смешение хлор-воды с обеззараживаемой водой, а второй ДКХ - далее по напорному трубопроводу, в любом, достаточно близком от первого ДКХ месте по направлению течения воды.
Предложенная нами схема CAP представлена на фигуре, где измеритель расхода воды (ИРВ) 1, установлен на входе смесителя 2, и подключен к схеме сравнения (СС1) 3, по входу к которой подключены, также, датчик расходы хлора (ДРХ) 4, интегратор (И) 5, а по выходу регулятор (Р) 6 и, далее, исполнительный механизм (ИМ) 7, подключенный к дозирующему устройству (ДУ) 8, установленному на хлораторе (X) 9, который, в свою очередь, подключен к смесителю 2, на выходе которого
установлены датчики концентрации хлора (ДКХ1 и ДКХ2) 10, врезанные в напорный трубопровод и подключенные к решающему блоку (РБ) 11, к которому, в свою очередь, подключены измеритель расхода воды (ИРВ) 1 и датчик остаточного хлора (ДОХ) 12, установленный на выходе резервуара чистой воды (РЧВ) 13 - по входу, а по выходу - вторая схема сравнения (СС2) 3, к которой подключены задатчик (3) 14 - по входу и интегратор (И) 5 - по выходу.
Схема работает следующим образом. Исходная вода, подлежащая хлорированию, подается в смеситель 2. Расход воды контролируется измерителем расхода воды (ИРВ) 1, сигнал Q с которого поступает на схему сравнения (СС1) 3 и решающий блок (РБ) 11. В схеме сравнения (СС1) 3 сравниваются сигналы, подаваемые от измерителя расходы воды (ИРВ) 1, датчика расхода хлора (ДРХ) 4 и интегратора (И) 5. Сигнал с выхода схемы сравнения (СС1) 3 подается на регулятор (Р) 6 и, далее, на исполнительный механизм (ИМ) 7, управляющий дозирующим устройством хлора (ДУ) 8. Хлоратор (X) 9 обеспечивает получение хлорной воды, которая поступает в смеситель 2, смешивается там с исходной водой и, затем, по напорному трубопроводу подается в резервуары чистой воды (РЧВ) 13.
Таким образом, формируется первый контур регулирования, обеспечивающий дозирование хлора по приходу исходной воды.
Второй контур регулирования обеспечивает коррекцию управляющего воздействия для регулятора (Р) 6 по содержанию остаточного хлора на выходе. Он состоит из двух датчиков концентрации хлора (ДКХ1 и ДКХ2) 10, вставленных в напорный трубопровод, решающего блока (РБ) 11, выполняющего вместе со схемой сравнения (СС2) 3, интегратором (И) 5 и датчиком остаточного хлора (ДОХ) 12 следующие функции:
1) автоматическое определение значения концентрации остаточного хлора по математической модели окислительных процессов в напорном трубопроводе с использованием сигналов с этих датчиков а также
информации о расходе воды Q, подаваемой с измерителя расхода воды (ИРВ) 1;
2) коррекцию расчетных значений в соответствии со значением концентрации остаточного хлора на выходе, измеряемой датчиком остаточного хлора (ДОХ) 12;
3) формирование сигнала управляющего воздействия, подаваемого на регулятор (Р) 6, по отклонению от задающего воздействия по концентрации остаточного хлора, создаваемого задатчиком (3) 14, причем, датчик ДКХ1 расположен в точке напорного трубопровода, где завершилось смешение хлора (хлор-воды) с обеззараживаемой водой, а датчик ДКХ2 - далее по напорному трубопроводу, в любом, достаточно близком от датчика ДКХ1 месте по направлению течения воды.
i
i
max
1
max
1
max
Предложенное техническое решение позволяет повысить точность регулирования содержания хлора в воде, так как в момент измерения концентрации хлора t = t с запаздыванием г, решающий блок вычисляет прогнозируемое значение концентрации остаточного хлора на выходе для времени t=t+T-τ(τ=30 мин. - максимальное запаздывание, обусловленное временем реакции взаимодействия хлора с водой), а величина запаздывания может быть τ≪τ.
Практическую реализацию системы легко осуществить, например, на базе программно-логического контроллера.