RU49298U1 - WATER TREATMENT AUTOMATIC CONTROL SYSTEM WITH MEASURING MICRORACTOR - Google Patents

Abstract

Разработана система автоматического управления (САУ) процессами водоподготовки с измерительным микрореактором. Полезная модель относится к области водоочистки.An automatic control system (ACS) for water treatment processes with a measuring microreactor has been developed. The utility model relates to the field of water treatment.

Задачей полезной модели является повышение качества управления процессами водоподготовки, путем уменьшения инерционности САУ.The objective of the utility model is to improve the quality of water treatment process management by reducing the inertia of self-propelled guns.

Сущность полезной модели состоит в том, что в САУ введен измерительный микрореактор, установленный в напорный трубопровод, с датчиком концентрации хлора (ДКХ), обеспечивающий вычисление концентрации остаточного хлора на выходе из резервуара чистой воды, используя математическую модель окислительных процессов в измерительном микрореакторе.The essence of the utility model is that a self-contained measuring microreactor installed in the pressure pipe with a chlorine concentration sensor (DHC) is introduced into the ACS, which provides the calculation of the concentration of residual chlorine at the outlet of the clean water tank using a mathematical model of oxidation processes in the measuring microreactor.

Предложенная схема САУ позволяет улучшить точность регулирования остаточного хлора в воде.The proposed ACS scheme allows improving the accuracy of regulation of residual chlorine in water.

Description

Полезная модель относится к области автоматизации процесса водоподготовки и может быть использована, в частности, для повышения качества обеззараживания питьевой воды хлором.The utility model relates to the field of automation of the water treatment process and can be used, in particular, to improve the quality of disinfection of drinking water with chlorine.

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 РПИЗ, 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 вычислительных операций БВО. С выхода БВО сигнал поступает на вход ПИ-регулятора, который, воздействуя на регулирующий орган дозатора хлор-газа (регулировочный клапан), обеспечивает компенсацию отклонения от заданной концентрации остаточного хлора.The known automatic control system (ACS) of the type C-0378 chlorinator [D.N. Smirnov. Automatic regulation of natural and wastewater treatment processes. M .: Stroyizdat, 1985. - 312 p.], Providing automatic dosing of chlorine in proportion to the flow of water with correction for deviation from a given concentration. The self-propelled guns contains: a chlorine gas flow sensor (rotameter with remote readings), a flowmeter of treated water type DMER, a control valve, an actuator, two manual setpoints, a differential reactors, an AXS-203 chlorine analyzer, a unit of dynamic converters for BDP, a unit for computing operations of the BVO, PI-regulator type RPIZ, normalizing converter NP. The principle of operation of self-propelled guns is that the signal from the chlorine flow sensor is compared with the signal from the flow rate sensor of the treated water and the difference is fed to the control device of the RPIZ type, thus setting the flow of chlorine gas in proportion to the flow of water. To correct for residual chlorine, the signal from the chlorine analyzer installed at the output of the cleaning system is compared with the setpoint signal, then the mismatch signal is fed to the BJP dynamic conversion unit, and then to the BVO computing unit. From the output of the BWO, the signal is fed to the input of the PI controller, which, acting on the regulatory body of the chlorine gas dispenser (control valve), provides compensation for deviations from the preset concentration of residual chlorine.

Недостаток САУ заключается в том, что регулирование осуществляется при запаздывании τ_max корректирующего сигнала не менее 30 мин с момента The disadvantage of self-propelled guns is that regulation is carried out when the delay τ _max correction signal is not less than 30 minutes from the moment

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.chlorine input into water, and therefore, a high accuracy of regulation cannot be ensured when processing disturbances associated with a change in the consumption of finished water, switching filter groups when washing them, etc.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является система автоматического регулирования содержания остаточного хлора в воде [Патент RU на полезную модель №39413] включающая: измеритель расхода воды, установленного на входе смесителя, схемы сравнения; регулятор, исполнительный механизм, дозирующее устройство, хлоратор, датчик расхода хлора, датчик остаточного хлора, два датчика концентрации хлора (ДКХ), установленные в напорный трубопровод, задатчик, решающий блок и интегратор, 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, до резервуара чистой воды.The closest technical solution (prototype) is a system for automatically controlling the content of residual chlorine in water [RU Patent for utility model No. 39413] including: a meter for the flow of water installed at the inlet of the mixer, a comparison circuit; a regulator, an actuator, a metering device, a chlorinator, a chlorine flow sensor, a residual chlorine sensor, two chlorine concentration sensors (DHC) installed in the pressure pipe, a master, a solver unit and an integrator, and the first DHC is located at the point of the pressure pipe where it ended mixing of chlorine water with disinfected water, and the second DHW ~ further along the pressure pipe, in any place quite close to the first DHW in the direction of the water flow, to the clean water tank.

Недостатком известной полезной модели является то, что для очистных сооружений средней и большой производительности продолжительность контакта воды с хлором составляет незначительное время, связанное с ограниченной длиной напорного трубопровода, что увеличивает погрешность измерения и снижает точность регулирования.A disadvantage of the known utility model is that for wastewater treatment plants of medium and high productivity, the duration of contact of water with chlorine is an insignificant time associated with the limited length of the pressure pipe, which increases the measurement error and reduces the accuracy of regulation.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение качества управления процессами водоподготовки, путем уменьшения инерционности САУ.The objective of the proposed utility model is to improve the quality of management of water treatment processes by reducing the inertia of self-propelled guns.

Технический результат заключается в повышении точности регулирования содержания остаточного хлора в воде, обусловленной возможностью вычисления прогнозируемого значения концентрации остаточного хлора на выходе на основании математической модели окислительных процессов в измерительном микрореакторе с учетом их динамики.The technical result consists in increasing the accuracy of controlling the content of residual chlorine in water, due to the possibility of calculating the predicted concentration of residual chlorine at the outlet based on a mathematical model of oxidative processes in a measuring microreactor, taking into account their dynamics.

Поставленная задача решается с помощью системы автоматического управления процессами водоподготовки с измерительным микрореактором The problem is solved using an automatic control system for water treatment with a measuring microreactor

включающая измеритель расхода воды, установленный на входе смесителя и подключенный к первой схеме сравнения, по входу к которой подключены датчик расхода хлора, интегратор, а по выходу регулятор и далее исполнительный механизм, подключенный к дозирующему устройству, установленному на хлораторе, выход которого подключен к смесителю, напорный трубопровод, датчик концентрации хлора, датчик остаточного хлора, установленный на выходе резервуара чистой воды, вторая схема сравнения, к которой подключены задатчик и решающий блок по входу и интегратор по выходу, имеющая два контура регулирования, а в напорный трубопровод, где завершилось смешение воды с хлором, через впускной клапан подключен измерительный микрореактор на котором установлены выпускной клапан и датчик концентрации хлора, подключенный к решающему блоку.including a water flow meter installed at the inlet of the mixer and connected to the first comparison circuit, at the input of which a chlorine flow sensor, an integrator are connected, and the regulator and then an actuator connected to a metering device installed on the chlorinator, the output of which is connected to the mixer , pressure pipe, chlorine concentration sensor, residual chlorine sensor installed at the outlet of the clean water tank, the second comparison circuit, to which the setpoint and the deciding unit are connected by input and egrator-out having two control loops, and in the pressure line, wherein the water was completed mixing with chlorine, through the inlet valve is connected to the measuring microreactor which sets the outlet valve and the chlorine concentration sensor connected to the decision block.

Предложенная нами схема САУ представлена на фигуре, где измеритель расхода воды (ИРВ) 1, установлен на входе смесителя 2, и подключен к первой схеме сравнения (СС1) 3, по входу к которой подключены, также, датчик расхода хлора (ДРХ) 4, интегратор (И) 5, а по выходу - регулятор (Р) 6 и, далее, исполнительный механизм (ИМ) 7, подключенный к дозирующему устройству (ДУ) хлора 8, установленному на хлораторе (X) 9, выход которого подключен к смесителю 2, далее установлен напорный трубопровод к которому, в свою очередь, через впускной клапан 10, подключен измерительный микрореактор 11, на котором установлены выпускной клапан 12 и датчик концентрации хлора (ДКХ) 13, подключенный к решающему блок (РБ) 14, к которому подключены измеритель расхода воды (ИРВ) 1 и датчик остаточного хлора (ДОХ) 15, установленный на выходе резервуара чистой воды (РЧВ) 16 - по входу, а по выходу - вторая схема сравнения (СС2) 3, к которой подключены задатчик (3) 17 - по входу и интегратор (И) 5 - по выходу.Our proposed ACS scheme is presented in the figure, where a water flow meter (IRV) 1 is installed at the input of the mixer 2 and connected to the first comparison circuit (CC1) 3, at the input of which a chlorine flow sensor (DRC) 4 is also connected, integrator (I) 5, and the output controller (P) 6 and, further, the actuator (MI) 7 connected to a dosing device (DU) of chlorine 8 mounted on the chlorinator (X) 9, the output of which is connected to the mixer 2 , then a pressure pipe is installed to which, in turn, through the inlet valve 10, a measuring th microreactor 11, on which an exhaust valve 12 and a chlorine concentration sensor (DHC) 13 are installed, connected to a decisive unit (RB) 14, to which a water flow meter (IRV) 1 and a residual chlorine sensor (DOC) 15 are installed, which are installed at the output of a pure water tank (RCHV) 16 - at the input, and at the output - the second comparison circuit (CC2) 3, to which the master (3) 17 is connected - at the input and integrator (I) 5 - at the output.

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 первую схему The scheme works as follows. The source water to be chlorinated is supplied to the mixer 2. The water flow is controlled by a water flow meter (IRV) 1, the signal Q from which is fed to the first circuit

сравнения (СС1) 3 и решающий блок (РБ) 14. В первой схеме сравнения (СС1) 3 сравниваются сигналы, подаваемые от измерителя расходы воды (ИРВ) 1 и датчика расхода хлора (ДРХ) 4. Сигнал с выхода первой схемы сравнения (СС1) 3 подается на регулятор (Р) 6 и, далее, на исполнительный механизм (ИМ) 7, управляющий дозирующим устройством (ДУ) хлора 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) 16.comparison (CC1) 3 and the decisive unit (RB) 14. The first comparison circuit (CC1) 3 compares the signals supplied from the meter water flow (IRV) 1 and the flow sensor of chlorine (DRX) 4. The signal from the output of the first comparison circuit (CC1 ) 3 is supplied to the regulator (P) 6 and, further, to the actuator (MI) 7, which controls the dosing device (DU) of chlorine 8. Chlorinator (X) 9 ensures the production of chlorine water, which enters the mixer 2, is mixed there with the original water and, then, through a pressure pipeline is supplied to clean water tanks (RFW) 16.

Таким образом, формируется первый контур регулирования, обеспечивающий дозирование хлора по приходу исходной воды.Thus, the first control loop is formed, which ensures the dosing of chlorine upon the arrival of the source water.

Второй контур регулирования обеспечивает коррекцию управляющего воздействия для регулятора (Р) 6 по значению концентрации остаточного хлора, определяемой на основании математической модели окислительных процессов в измерительном микрореакторе и содержанию остаточного хлора на выходе РЧВ 16. Он состоит из датчика концентрации хлора (ДКХ) 13, установленного в измерительном микрореакторе 11, решающего блока (РБ) 14, выполняющего вместе со второй схемой сравнения (СС2) 3, интегратором (И) 5 и датчиком остаточного хлора (ДОХ) 15 следующие функции:The second control loop provides correction of the control action for the regulator (P) 6 by the value of the concentration of residual chlorine, determined on the basis of a mathematical model of oxidation processes in the measuring microreactor and the content of residual chlorine at the output of RFC 16. It consists of a chlorine concentration sensor (DCC) 13 installed in the measuring microreactor 11, the decisive unit (RB) 14, which performs together with the second comparison circuit (CC2) 3, the integrator (I) 5 and the residual chlorine sensor (DOC) 15 the following functions:

1) автоматическое определение значения концентрации остаточного хлора на основании математической модели окислительных процессов в измерительном микрореакторе, с использованием сигналов с датчика концентрации хлора (ДКХ) 13 и с измерителя расхода воды (ИРВ) 1;1) automatic determination of the concentration of residual chlorine on the basis of a mathematical model of oxidation processes in the measuring microreactor, using signals from the chlorine concentration sensor (DCC) 13 and from the water flow meter (IRV) 1;

2) коррекцию расчетных значений в соответствии со значением концентрации остаточного хлора на выходе, измеряемой датчиком остаточного хлора (ДОХ) 15;2) the correction of the calculated values in accordance with the value of the concentration of residual chlorine at the output, measured by the sensor of residual chlorine (DOC) 15;

3) формирование сигнала управляющего воздействия, подаваемого на регулятор (Р) 6, по отклонению от задающего воздействия по концентрации остаточного хлора, создаваемого задатчиком (3) 17.3) the formation of a control signal supplied to the controller (P) 6, according to the deviation from the set point by the concentration of residual chlorine created by the master (3) 17.

Режим работы САУ циклический. Измерительный микрореактор 11 с помощью впускного клапана 10 и выпускного клапана 12 периодически, с The operating mode of the self-propelled guns is cyclic. Measuring microreactor 11 using the intake valve 10 and exhaust valve 12 periodically, with

интервалом в 30 минут, производит отбор хлорированной воды из напорного трубопровода.at intervals of 30 minutes, selects chlorinated water from the pressure pipe.

Повышение качества регулирования предложенной САУ обеспечивается уменьшением инерционности системы, обусловленное вычислением прогнозируемого значения концентрации остаточного хлора на выходе РЧВ на основании математической модели окислительных процессов в измерительном микрореакторе.Improving the quality of regulation of the proposed ACS is provided by reducing the inertia of the system, due to the calculation of the predicted value of the concentration of residual chlorine at the output of the RFB based on the mathematical model of oxidative processes in the measuring microreactor.

Доказательством могут служить следующие соображения Процесс хлорирования воды в закрытом микрореакторе можно описать системой уравнений:The following considerations can serve as evidence. The process of water chlorination in a closed microreactor can be described by a system of equations:

где - оператор дифференцирования;Where - differentiation operator;

С_пхр - концентрация поглощенного хлора в измерительном микрореакторе, равная уменьшению концентрации хлора из-за окисления;With _PCR - the concentration of absorbed chlorine in the measuring microreactor, equal to the decrease in the concentration of chlorine due to oxidation;

ρ - коэффициент самовыравнивания, обратно пропорциональный объему измерительного микрореактора;ρ is the self-leveling coefficient inversely proportional to the volume of the measuring microreactor;

С - концентрация окисляемых примесей на входе в измерительный микрореактор, выраженная в виде концентрации хлора, поглощаемого для полного окисления примесей;C is the concentration of oxidizable impurities at the inlet to the measuring microreactor, expressed as the concentration of chlorine absorbed for the complete oxidation of impurities;

С_охр - концентрация остаточного хлора в измерительном микрореакторе,With _ocher - the concentration of residual chlorine in the measuring microreactor,

С_вхр - концентрация остаточного хлора в момент заполнения измерительного микрореактора.With _vkhr - the concentration of residual chlorine at the time of filling the measuring microreactor.

Уравнения (1) отражают тенденцию асимптотического убывания до нуля скорости поглощения хлора.Equations (1) reflect the trend of an asymptotic decrease in the rate of absorption of chlorine to zero.

Из (1), в частности, следует, что в статике С_прр=С_пхр, т.е. соответствует графику хлоропоглощаемости.From (1), in particular, it follows that in statics C _prr = C _phr , i.e. corresponds to the schedule of chlorine absorption.

Предложенное техническое решение позволяет повысить точность регулирования содержания хлора в воде, так как в момент измерения концентрации хлора t=t_i с запаздыванием τ₁ решающий блок по информации от ДКХ вычисляет прогнозируемое значение концентрации остаточного хлора на выходе, при этом величина запаздывания может быть τ₁≪τ_max.The proposed technical solution allows to increase the accuracy of controlling the chlorine content in water, since at the time of measuring the chlorine concentration t = t _i with a delay of τ _{1, the} decisive unit, based on information from the DCC, calculates the predicted value of the concentration of residual chlorine at the output, while the delay value can be τ ₁ ≪τ _max .

Практическую реализацию системы легко осуществить, например, на базе программно-логического контроллера.The practical implementation of the system is easy to implement, for example, on the basis of a program-logic controller.

Claims (1)

Система автоматического управления процессами водоподготовки с измерительным микрореактором, включающая измеритель расхода воды, установленный на входе смесителя и подключенный к первой схеме сравнения, по входу к которой подключены датчик расхода хлора, интегратор, а по выходу регулятор и далее исполнительный механизм, подключенный к дозирующему устройству, установленному на хлораторе, выход которого подключен к смесителю, напорный трубопровод, датчик остаточного хлора, установленный на выходе резервуара чистой воды, вторую схему сравнения, к которой подключены задатчик и решающий блок по входу и интегратор - по выходу, имеющая два контура регулирования, отличающаяся тем, что в напорный трубопровод, через впускной клапан подключен измерительный микрореактор, на котором установлены выпускной клапан и датчик концентрации хлора, подключенный к решающему блоку.

A system for automatic control of water treatment processes with a measuring microreactor, including a water flow meter installed at the inlet of the mixer and connected to the first comparison circuit, at the input of which a chlorine flow sensor, an integrator are connected, and the regulator and then the actuator connected to the metering device are connected to the output, installed on the chlorinator, the output of which is connected to the mixer, a pressure pipe, a residual chlorine sensor installed on the outlet of the clean water tank, the second circuit with equalization, to which the master and the deciding unit are connected by the input and the integrator - by the output, having two control loops, characterized in that a measuring microreactor is connected to the pressure pipe through the inlet valve, on which the exhaust valve and the chlorine concentration sensor are connected, connected to the decisive block.