谈水资源循环利用控制系统应用

摘要:探析一种基于CAN总线的水资源循环利用应用研究，提出控制系统的控制方案与控制功能，具有一定的经济效益与社会效益。

关键词:水资源；控制系统；CAN总线

水是人类赖以生存的资源，人们的生产生活都离不开水。但是近年来世界性缺水的问题日益严重，具体表现在资源性缺水、水质性缺水和工程性缺水。资源性缺水是指存在地球上供人类使用的水资源并不充沛，整个地球仅有不足3%的水是可以为我们饮用的。这当中有一大部分存在于冰川中，还有一部分被分散的埋藏在地下深处，人类可以使用的水只是剩余的一小部分。并且全球水资源分布不均，使资源性缺水现象更为严重。水质性缺水是指由于经济快速发展，生态环境与发展之间的矛盾日益突出，造成水质受到污染，进而导致水资源量减少。工程性缺水是指工程用水的水质及水量难以满足工程需要，由于供水能力不足或污水得不到有效处理，对企业经济上造成重大损失。

1.水资源循环利用重要性

目前我国解决水资源短缺难题的根本途径有以下几种：一是节约水资源使用，构建节水型社会，提高我国水资源使用效率。目前我国科技水平与发达国家相比还有一定差距，在水资源利用率领域有待提高。特别是在工农业领域水资源利用系数普遍偏低，用水损失量较大。因此在节约用水方面，我国存在巨大潜力，但是尽管节约用水的潜力如此之大，限于其对使用者的主观能动性要求较高，全民节水意识与观念有待进一步提升。因此浪费水资源现象还很严重。二是针对我国水资源分布不均特点，合理调配。我国水资源具有总量大，人均少，分布不均等特点。在国家高度重视及正确领导下形成的“四横三纵”格局，实现我国水资源南北调配、东西互济的合理配置格局。但是这种途径投资大、工期长、难以满足不同地区的用水需求。三是水资源循环利用，提高水资源循环利用效率。当今社会，世界性的水资源缺乏和水质污染都会引起全球缺水。增加水资源的使用率，进而节约水资源才是有效处理这一问题的重中之重。工业用水占用水量的70%，而工业企业实现节约水资源的主要措施就是循环水利用这一技术的发展。因此要想有效的控制水资源浪费，必须要从工业冷却水的循环利用出发。

2.水资源循环利用工艺流程

在工业生产中，水资源循环利用工艺原理示意图如图1所示，循环水主要用来降低工业产品温度，达到冷却的目的。循环水从集水池通过水泵抽送到换热器中对产品进行冷却降温，产生的饱和热蒸汽输送到冷却塔中，在风机作用下，对饱和热蒸汽进行降温回到集水池内。水在循环过程中，伴随着蒸发、泄露、排污等现象，不仅水量会减少，水中的离子浓度也将增大，不仅会对设备进行腐蚀，同时也将影响冷却效果。因此，必须对水的循环过程进行实时监控，控制循环水的水质、PH值、水量等参数，以达到提高循环水利用效率，降低生产成本的目的。

3.控制系统总体方案的设计

3.1控制功能

本设计提出了一种基于CAN总线的水资源循环利用控制系统，要求通过本系统可以控制换热器入口温度、循环水流量、PH值等参数。例如在水温超过某一设定值时，系统可以自动检测到偏差量，反馈给智能控制模块，通过控制风机转速，实现对温度的控制。同样在水流量、PH值等参数超过某一设定值时，系统自动进行调节，当控制系统没有达到控制要求或超出控制范围较大时，要自动报警，同时停止设备运行。该系统实现了工业水资源循环利用自动控制的目的。

3.2控制系统基本构成

控制系统原理框图如图2所示，系统应用一台工业控制计算机进行总体控制，操作系统是Windows98/2000/NT。通过工业控制计算机监控系统运行状态，将生产运行过程中生成的数据形成报表及曲线，方便操作人员进行控制与管理。通过智能测控组件对实际采集数据的比较、分析、控制，实现水循环利用的控制功能。

3.3系统的采集量及控制量

为了实现水资源循环利用控制系统的功能，我们必须对这个系统的参数进行实时采集与控制。这些参数的名称及控制范围如表1所示。

4.系统的控制方案

4.1入口温度的控制

循环水进入换热器时的温度就是入口温度。如果这个温度发生改变，检测元件Pt100变送器就会把检测出的信号发送至控制微机中。模拟信号转换为数字信号后，与设定值进行比较，若超出范围，系统自动加以控制。

4.2循环水流量的控制

将涡轮流量计安装在管道内，用以检测循环水的流量。当循环水流量发生变化时，流量计将采集到的数据传送给工业控制计算机，经过与给定值分析比较，发出控制信号，通过调节水泵转速对水流量进行控制。

4.3开关量的控制

一是排污阀。循环水离子浓度高，导致电导率增加，不利于系统的正常运作。当检测到的电导率到达报警上限时，这时就要打开排污阀，使污水流出；当离子浓度降低到报警的下线时，关闭排污阀。二是计量泵。所谓的计量泵就是加酸泵。随着循环的运行，水的PH逐渐增大。为了防止换热器腐蚀结垢，循环水的PH值必须保持在一定的范围之内。当PH值超过设定上限时，计量泵自动启动；当PH值低于下限时，计量泵自动关闭。三是补液泵。在系统运行期间，伴随蒸发、排污的现象会使水量减少，为了保证实验正常运行，要向水池中补水，因此补水箱内必须有充足的水源。集水池内有一个液位传感器，当传感器检测到“液位高”的信号时，关闭补液泵，停止补水。四是冷凝水断流。冷凝水的作用是冷凝蒸汽，如果系统没有冷凝水，那么蒸汽就会挥发，若这个时候系统还在运行，就会影响设备，甚至影响安全，因此当没有冷凝水的时候，水流开关就会向延迟器发出一个信号，计时1分钟之后，情况没有得到控制改善，就会启动报警功能，停止电炉运作。

5.结论

阐述了我国水资源循环利用的几种途径，提出了水资源循环利用的重要性，尤其在工业冷却水中的循环利用尤为突出。本文提出的基于CAN总线水资源循环利用系统可以实现如下功能：一是数据的实时采集功能。采集数据真实可靠，误差小，精度高。二是系统的控制功能。对温度、水量、PH值等参数进行实时控制，控制精度高、稳定性好。三是通过水循环自动控制系统达到水循环再利用的目的，具有一定现实意义。

作者：杨居源 邵帅 单位：朝阳师范高等专科学校