浮球液位計在智能樓宇中水回用系統設計與應用

    智能樓宇是自動控制技術、計算機技術、網絡技術等新技術綜合形成的一門專業性的技術學科。樓宇智能化系統本身包含綜合布線系統、樓宇自控系統、安防監控系統、網絡系統等基本系統。樓宇智能化技術與傳統的建筑技術相比具有明顯優勢，它zui大的特點就是其智能化和自動化。智能樓宇系統zui終目的是對樓宇內的設備進行自動控制，使來自不同廠商的設備能夠實現對話，統一接受管理和控制，達到方便、安全、高效、節能和環保的目的。

    隨著社會的進步，人們的節能意識日益提高，人們對于樓宇的節能要求也日益提高，而中水工程是每一個建筑中節能環節不可缺少的單項工程。中水主要是指生活污廢水經過適當處理后達到規定的水質標準，可以在一定范圍內重復使用的非飲用的雜用水，中水利用是節約水資源、減少排污、防治污染、保護環境的有效途徑之一。水源一般為生活廢水、生活污水、冷卻水等。中水不同于生活飲用水，根據中水水質標準的規定，目前國內中水只能在沖洗廁所、綠化、洗車、澆灑道路和冷卻用水等范圍使用。

    該文以某高校教學實驗樓為對象，對智能樓宇控制系統中的中水回用系統進行設計。液位測量選用浮球液位計，下位機選擇PLC，上位機的監控界面采用組態王6． 55 進行開發，能實現對設備的遠程·70· 工業儀表與自動化裝置2016 年第6 期的處理工藝，工藝流程如圖1 所示。樓宇的污水經過外部引水管進入沉沙池，沉沙池除了完成沉沙功能，還放置了粗格柵，可以隔離較大的漂浮物和雜質，再經過調節池后進入生物膜處理單元，通過生物處理，降低BOD、COD、NH3 － N、TN 等污染物濃度，其中在調節池后部分中添加化學除磷藥劑去除TP，并添加消毒藥劑消毒，再通過抽吸泵將清水集中到清水池，便可進行外排回用。

 

圖1 處理工藝

 

    在整個工藝中主要采用生物膜反應器(Membrane Bio Ｒeactor，簡稱MBＲ) 水處理技術，MBＲ 將活性污泥法和膜分離技術有機結合，利用膜分離技術對微生物進行有效地攔截和吸附，具有工藝流程簡單，占地面積小，出水水質好等特點。這種集成式新工藝把生物反應器的生物降解作用和膜的高效分離技術融于一體，通過與A2 /O 等生物工藝進行整合，同時又具有很好的脫氮功能。

 

1、 系統設計

    1.1 中水系統框架設計

    中水系統框架采用三層網絡結構，如圖2 所示。

    整個系統由下至上分為設備層、數據傳輸層和監控層。

 

圖2 框架及原理

 

    1) 設備層: 在中水處理室內安置了中水回用裝置，裝置由各式的水泵、浮球液位計、觸摸屏和PLC組成，設備層負責采集現場的數據，如水位、泵的開關狀態等，以完成自動控制。

    2) 數據傳輸層: 數據傳輸層的作用是負責整個系統的數據管理。

    3) 監控層: 樓宇的管理人員通過用戶端平臺，查看設備的實時運行信息，處理實時數據，制定控制策略后發送控制指令等。

    設備層和數據傳輸層組成了系統的下位機部分，監控層為上位機部分。液位計采集液位信息，將數據傳送給PLC，把液位信息代入梯形圖進行邏輯比較，不同的結果觸發不同程序，PLC 按程序置位相對應的開關量，使泵組動作，達到控制工藝過程的作用。系統用戶端和觸摸屏主要在手動模式下起監控作用。當在上位機切換為手動模式時，用戶可在用戶端遠程控制泵組，或在現場使用觸摸屏控制泵組。

 

    1.2 中水系統設備組成

    系統的實體設備在下位機部分。其中中水回用裝置是負責中水處理的主體裝置，除了生物膜處理單元以外，還有主水箱及表1 中所列各類設備。

 

    表1 設備組成

 

    1.3 PLC 通信

    在下位機中，PLC 是核心樞紐，所有的設備都通過連接PLC 完成控制和監測。所以通信尤為重要。水泵使用了普通的I /O 口控制設備。自動運行下，PLC 內置程序自動控制系統運行; 手動控制時，PLC的I 口連入泵的輸出，以監測泵的運行狀態。PLC的O 口連入繼電器的輸入，當上位機中控系統控制PLC 將O 口置1，閉合繼電器使水泵連通電路運作。PLC 經由交換機和上位機用戶端的通信使用了Modbus TCP /IP，線路連接使用了以太網接口，即為8 芯水晶頭網線，而PLC 和觸摸屏的通信則采用了Modbus 協議實現對內嵌有ＲS485 接口的PLC 進行控制，PLC 和觸摸屏連接中，Modbus 硬件接口采用電氣接口二線制ＲS485，使用屏蔽雙絞線連接，所有的A 和B 接口都是菊鏈在一起，屏蔽線應該連接到地端，采用單點接地。在總線的兩個終端需要配置120 Ω 電阻。在Modbus 通信中統一設置ＲTU 數據格式: 數據位8，無校驗，停止位1，波特率9600。

 

    1.4 中水系統控制方案設計

    該系統為滿足智能樓宇控制系統中的智能化、自動、節能化等要求，應以解決以下內容為目標。

    1) 中水回用系統控制地下一層整個中水室室內水處理過程。

    2) 通過液位計實時地監控各個水池的水位，水位不符時，自動開啟泵機調節水位，當水位長時間異常時，發出相應的報警信息。

    3) 通過PLC 監測控制相應各個水泵的開關狀態，實時反映到上位機的監控畫面。

    4) 可完成不同使用條件下的手動自動切換?？刂葡到y泵組及電動閥有自動和手動兩種控制方式。在機組出現故障和日常檢修時，主用手動模式，控制回路電源上電，根據工作要求，開啟、關閉相對應的泵機。在上位機畫面通過點擊鼠標來啟動或者停止水泵、開閥、關閥。自動模式下泵組由PLC自動控制，PLC 內置根據控制方案編寫的梯形圖。詳細控制方案如表2 所示。

 

表2 控制方案

 

2、 中水系統監控畫面設計

    在上位機中采用Windows Server 2008 微軟服務器操作系統，編程平臺為組態王6． 55［8］。在軟件的開發過程中，人機界面的友好性顯得至關重要，因為它直接和操作人員交流信息。在開發中需要完成以下任務:

    1) 通信用于與數據服務器或者其他設備的通信;

    2) 畫面用于定制監控的畫面，將畫面中的圖元與監控變量關聯，通過畫面的動態處理，顯示變量的某些用戶關心的狀態，或者點擊時執行事件;

    3) 報警用戶定義報警的信息和報警的處理，已經報警消失時的處理動作;

    4) 控制包含針對中水系統中的設備的控制策略和基本的控制策略?；镜目刂撇呗园訙p等，針對設備的控制策略，如PID 算法。

 

圖3 中水系統主組態界面

 

圖4 觸摸屏組態界面

 

    圖3 為上位機系統中的中水回用系統主組態界面，根據處理工藝，圖中左側為整個工藝的動作畫面，上側為3 個水池的高低水位示意燈，右側為控制開關，整個畫面以清晰簡單、直觀明了的原則設計，使用戶更為直觀地獲取相關信息。當模式切換為手動模式時，控制按鈕可用，同時中水室內的觸摸屏操作將同步到中控系統中，如圖4 所示。

 

3、 結語

    隨著社會節能意識、居住要求的提高，智能建筑已經成為建筑行業未來發展的必然選擇。在智能建筑設計中應用樓宇智能化技術可以有效地實現智能化控制。文中中水系統的優化設計使得智能建筑zui終達到了目的。