浮球液位计在智能楼宇中水回用系统设计与应用

    智能楼宇是自动控制技术、计算机技术、网络技术等新技术综合形成的一门专业性的技术学科。楼宇智能化系统本身包含综合布线系统、楼宇自控系统、安防监控系统、网络系统等基本系统。楼宇智能化技术与传统的建筑技术相比具有明显优势，它zui大的特点就是其智能化和自动化。智能楼宇系统zui终目的是对楼宇内的设备进行自动控制，使来自不同厂商的设备能够实现对话，统一接受管理和控制，达到方便、安全、高效、节能和环保的目的。

    随着社会的进步，人们的节能意识日益提高，人们对于楼宇的节能要求也日益提高，而中水工程是每一个建筑中节能环节不可缺少的单项工程。中水主要是指生活污废水经过适当处理后达到规定的水质标准，可以在一定范围内重复使用的非饮用的杂用水，中水利用是节约水资源、减少排污、防治污染、保护环境的有效途径之一。水源一般为生活废水、生活污水、冷却水等。中水不同于生活饮用水，根据中水水质标准的规定，目前国内中水只能在冲洗厕所、绿化、洗车、浇洒道路和冷却用水等范围使用。

    该文以某高校教学实验楼为对象，对智能楼宇控制系统中的中水回用系统进行设计。液位测量选用浮球液位计，下位机选择PLC，上位机的监控界面采用组态王6． 55 进行开发，能实现对设备的远程·70· 工业仪表与自动化装置2016 年第6 期的处理工艺，工艺流程如图1 所示。楼宇的污水经过外部引水管进入沉沙池，沉沙池除了完成沉沙功能，还放置了粗格栅，可以隔离较大的漂浮物和杂质，再经过调节池后进入生物膜处理单元，通过生物处理，降低BOD、COD、NH3 － N、TN 等污染物浓度，其中在调节池后部分中添加化学除磷药剂去除TP，并添加消毒药剂消毒，再通过抽吸泵将清水集中到清水池，便可进行外排回用。

 

图1 处理工艺

 

    在整个工艺中主要采用生物膜反应器(Membrane Bio Ｒeactor，简称MBＲ) 水处理技术，MBＲ 将活性污泥法和膜分离技术有机结合，利用膜分离技术对微生物进行有效地拦截和吸附，具有工艺流程简单，占地面积小，出水水质好等特点。这种集成式新工艺把生物反应器的生物降解作用和膜的高效分离技术融于一体，通过与A2 /O 等生物工艺进行整合，同时又具有很好的脱氮功能。

 

1、 系统设计

    1.1 中水系统框架设计

    中水系统框架采用三层网络结构，如图2 所示。

    整个系统由下至上分为设备层、数据传输层和监控层。

 

图2 框架及原理

 

    1) 设备层: 在中水处理室内安置了中水回用装置，装置由各式的水泵、浮球液位计、触摸屏和PLC组成，设备层负责采集现场的数据，如水位、泵的开关状态等，以完成自动控制。

    2) 数据传输层: 数据传输层的作用是负责整个系统的数据管理。

    3) 监控层: 楼宇的管理人员通过用户端平台，查看设备的实时运行信息，处理实时数据，制定控制策略后发送控制指令等。

    设备层和数据传输层组成了系统的下位机部分，监控层为上位机部分。液位计采集液位信息，将数据传送给PLC，把液位信息代入梯形图进行逻辑比较，不同的结果触发不同程序，PLC 按程序置位相对应的开关量，使泵组动作，达到控制工艺过程的作用。系统用户端和触摸屏主要在手动模式下起监控作用。当在上位机切换为手动模式时，用户可在用户端远程控制泵组，或在现场使用触摸屏控制泵组。

 

    1.2 中水系统设备组成

    系统的实体设备在下位机部分。其中中水回用装置是负责中水处理的主体装置，除了生物膜处理单元以外，还有主水箱及表1 中所列各类设备。

 

    表1 设备组成

 

    1.3 PLC 通信

    在下位机中，PLC 是核心枢纽，所有的设备都通过连接PLC 完成控制和监测。所以通信尤为重要。水泵使用了普通的I /O 口控制设备。自动运行下，PLC 内置程序自动控制系统运行; 手动控制时，PLC的I 口连入泵的输出，以监测泵的运行状态。PLC的O 口连入继电器的输入，当上位机中控系统控制PLC 将O 口置1，闭合继电器使水泵连通电路运作。PLC 经由交换机和上位机用户端的通信使用了Modbus TCP /IP，线路连接使用了以太网接口，即为8 芯水晶头网线，而PLC 和触摸屏的通信则采用了Modbus 协议实现对内嵌有ＲS485 接口的PLC 进行控制，PLC 和触摸屏连接中，Modbus 硬件接口采用电气接口二线制ＲS485，使用屏蔽双绞线连接，所有的A 和B 接口都是菊链在一起，屏蔽线应该连接到地端，采用单点接地。在总线的两个终端需要配置120 Ω 电阻。在Modbus 通信中统一设置ＲTU 数据格式: 数据位8，无校验，停止位1，波特率9600。

 

    1.4 中水系统控制方案设计

    该系统为满足智能楼宇控制系统中的智能化、自动、节能化等要求，应以解决以下内容为目标。

    1) 中水回用系统控制地下一层整个中水室室内水处理过程。

    2) 通过液位计实时地监控各个水池的水位，水位不符时，自动开启泵机调节水位，当水位长时间异常时，发出相应的报警信息。

    3) 通过PLC 监测控制相应各个水泵的开关状态，实时反映到上位机的监控画面。

    4) 可完成不同使用条件下的手动自动切换。控制系统泵组及电动阀有自动和手动两种控制方式。在机组出现故障和日常检修时，主用手动模式，控制回路电源上电，根据工作要求，开启、关闭相对应的泵机。在上位机画面通过点击鼠标来启动或者停止水泵、开阀、关阀。自动模式下泵组由PLC自动控制，PLC 内置根据控制方案编写的梯形图。详细控制方案如表2 所示。

 

表2 控制方案

 

2、 中水系统监控画面设计

    在上位机中采用Windows Server 2008 微软服务器操作系统，编程平台为组态王6． 55［8］。在软件的开发过程中，人机界面的友好性显得至关重要，因为它直接和操作人员交流信息。在开发中需要完成以下任务:

    1) 通信用于与数据服务器或者其他设备的通信;

    2) 画面用于定制监控的画面，将画面中的图元与监控变量关联，通过画面的动态处理，显示变量的某些用户关心的状态，或者点击时执行事件;

    3) 报警用户定义报警的信息和报警的处理，已经报警消失时的处理动作;

    4) 控制包含针对中水系统中的设备的控制策略和基本的控制策略。基本的控制策略包括加减等，针对设备的控制策略，如PID 算法。

 

图3 中水系统主组态界面

 

图4 触摸屏组态界面

 

    图3 为上位机系统中的中水回用系统主组态界面，根据处理工艺，图中左侧为整个工艺的动作画面，上侧为3 个水池的高低水位示意灯，右侧为控制开关，整个画面以清晰简单、直观明了的原则设计，使用户更为直观地获取相关信息。当模式切换为手动模式时，控制按钮可用，同时中水室内的触摸屏操作将同步到中控系统中，如图4 所示。

 

3、 结语

    随着社会节能意识、居住要求的提高，智能建筑已经成为建筑行业未来发展的必然选择。在智能建筑设计中应用楼宇智能化技术可以有效地实现智能化控制。文中中水系统的优化设计使得智能建筑zui终达到了目的。