專利名稱：一種鋼鐵工業(yè)數(shù)字化水網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種鋼鐵工業(yè)數(shù)字化水網(wǎng)系統(tǒng)，特別涉及一種由數(shù)字 計(jì)算機(jī)控制的鋼鐵工業(yè)數(shù)字化水網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)、診斷及預(yù)警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著人口的增長(zhǎng)和工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)面臨水資源嚴(yán)重緊張的局面，結(jié)構(gòu)性和水質(zhì)性缺水 又加劇了問(wèn)題的嚴(yán)重性。雖然水資源是寶貴的戰(zhàn)略資源，但是浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，用水效率 低，在現(xiàn)有的鋼鐵工業(yè)水網(wǎng)中，多數(shù)企業(yè)未安裝水網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，工作人員從現(xiàn)場(chǎng)采集水 樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室化學(xué)及儀器分析，不能及時(shí)掌握各個(gè)用水節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)情況和采取應(yīng)對(duì)措施；或 者是只對(duì)某一個(gè)用水節(jié)點(diǎn)安裝了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在這種用水狀態(tài)下，用水網(wǎng)絡(luò)和排水網(wǎng)絡(luò)都沒(méi)有 得到優(yōu)化管理，也不能從系統(tǒng)宏觀角度上對(duì)水網(wǎng)進(jìn)行控制，結(jié)果導(dǎo)致鋼鐵工業(yè)水節(jié)點(diǎn)運(yùn)行不 能有效控制和水資源的不合理利用。與此同時(shí)，"十一五"規(guī)劃的約束性指標(biāo)中規(guī)定"萬(wàn)元工 業(yè)增加值取水量下降30%"的硬指標(biāo)，面對(duì)這些挑戰(zhàn)，企業(yè)不斷改進(jìn)技術(shù)挖掘節(jié)水潛力，實(shí) 現(xiàn)水資源最大化利用和最小化排放。
數(shù)字化水網(wǎng)是依托計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)，結(jié)合專家知識(shí)庫(kù)，通過(guò)對(duì)水網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的、 有序地整合，建設(shè)具有統(tǒng)一信息平臺(tái)和完善的各類信息數(shù)據(jù)庫(kù)，形成整個(gè)水網(wǎng)管理和服務(wù)功 能的信息數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)水網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)控制、診斷和預(yù)警。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種鋼鐵工業(yè)系統(tǒng)用水網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化系統(tǒng)，能夠使工作人員隨 時(shí)掌握水質(zhì)水量運(yùn)行狀況，從宏觀上管理控制水網(wǎng)系統(tǒng)，挖掘節(jié)水潛力，將水資源浪費(fèi)降到 最低。
一種鋼鐵工業(yè)數(shù)字化水網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是本系統(tǒng)由上位機(jī)控制系統(tǒng)l、數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)2、 PLC控制系統(tǒng)3和在線儀表及傳感器4組成，其中在線儀表柜由水位計(jì)5、pH分析儀6、水溫儀7、 懸浮物分析儀8、硬度分析儀9、堿度分析儀IO、油分析儀ll、電導(dǎo)分析儀12、熱阻分析儀13、 氯分析儀14、鈣分析儀15、鎂分析儀16、 Si02分析儀17、總?cè)芄谭治鰞x18組成。在水網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng) 安裝在線監(jiān)測(cè)儀器，通過(guò)傳感器及其組件將數(shù)據(jù)傳送至PLC (Programmable Logic Controller), 再經(jīng)過(guò)PLC控制輸送到系統(tǒng)的人機(jī)界面，通過(guò)軟件的編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、判斷和警示功能。 由于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)能夠及時(shí)傳輸至PC (Personal Computer)機(jī)，操作人員可以實(shí)時(shí)掌握水網(wǎng)運(yùn)行
3情況，通過(guò)診斷系統(tǒng)的結(jié)果來(lái)指導(dǎo)控制現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。
本發(fā)明針對(duì)的是能使當(dāng)前的鋼鐵工業(yè)水網(wǎng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、診斷和預(yù)警的系統(tǒng)，為了達(dá)到 此目的，操作者通過(guò)在線儀表和傳感器，實(shí)時(shí)從現(xiàn)場(chǎng)采集水位(m)、 pH值、SS (懸浮物濃度) (mg/L )、硬度(以碳酸鈣計(jì)，mg/L)、堿度(mg/L )、含油量(mg/L ) 、 C1—(氯離子濃度)(mg/L )、 Ca2+ (鈣離子濃度)(mg/L)、 Mg2+ (鎂離子濃度)(mg/L)、 Si02濃度(mg/L)、總?cè)芙夤腆w 濃度(mg/L)、溫度CC)、電導(dǎo)率(nS/cm)和熱阻值(m2*K/W)參數(shù)值，通過(guò)系統(tǒng)的人機(jī) 界面將關(guān)鍵參數(shù)在線顯示出來(lái)，它們由操作員在診斷過(guò)程中選定，即操作者從釆集的數(shù)據(jù)中 選擇出于診斷有關(guān)的參數(shù)，然后將這些參數(shù)輸入診斷系統(tǒng)，最后將診斷結(jié)果和警示信息通過(guò) 人機(jī)界面顯示。例如，在凈環(huán)水補(bǔ)充水系統(tǒng)中，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集總?cè)芙夤腆w濃度(mg/L)、 溫度('C)、硬度(mg/L)、堿度(mg/L)和pH值，將這些采集的參數(shù)值輸入診斷系統(tǒng)，經(jīng)過(guò) 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出相應(yīng)的飽和pH值和平衡pH值，分別用Langelier， Ryznar， Puckorius三種指 數(shù)判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷，按照判定結(jié)果和加藥專家系統(tǒng)共同確定投加藥劑。與此同時(shí)，運(yùn)行水 系統(tǒng)采集pH值、鈣離子濃度(mg/L)、氯離子濃度(mg/L)、含油量(mg/L)，懸浮物濃度(mg/L)， 硬度(mg/L)，水溫(°C),電導(dǎo)率S/cm)和熱阻值(m2'K/W)，將實(shí)時(shí)采集值與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì) 比，若超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，在報(bào)警界面上顯示，此外判定系統(tǒng)采集運(yùn)行水氯離子濃度(mg/L)、補(bǔ)充 水氯離子濃度(mg/L)、運(yùn)行水鈣離子濃度(mg/L)、補(bǔ)充水鈣離子濃度(mg/L)進(jìn)行判定， 輸出判定結(jié)果。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是能夠使工作人員隨時(shí)掌握水質(zhì)水量運(yùn)行狀況，從宏觀上管理控制水網(wǎng)系統(tǒng)， 挖掘節(jié)水潛力，將水資源浪費(fèi)降到最低。


圖l是數(shù)字化水網(wǎng)系統(tǒng)圖，圖中1上位機(jī)控制系統(tǒng)；2數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)；3PLC控制系統(tǒng)； 4在線儀表及傳感器；5水位計(jì)；6pH分析儀；7水溫儀；8懸浮物分析儀；9硬度分析儀； 10堿度分析儀；11油分析儀；12電導(dǎo)分析儀；13熱阻分析儀；14氯分析儀；15鈣分析儀； 16鎂分析儀；17Si02分析儀；18總?cè)芄谭治鰞x。
圖2是高爐凈環(huán)水系統(tǒng)圖，圖中19冷水池；20旁濾池；21冷水泵組；22高爐凈環(huán)用
水點(diǎn)；23熱水池；24熱水泵組；25冷卻塔；26排污口； 27補(bǔ)充水監(jiān)測(cè)點(diǎn)；28冷水池監(jiān) 測(cè)點(diǎn)；29熱水池運(yùn)行水監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
圖3是高爐凈環(huán)水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)界面。
圖4是高爐凈環(huán)補(bǔ)充水水質(zhì)穩(wěn)定性診斷程序圖。
圖5是高爐凈環(huán)補(bǔ)充水投加藥劑診斷程序圖。
圖6是轉(zhuǎn)爐煙氣沖洗水診斷程序圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本系統(tǒng)由上位機(jī)控制系統(tǒng)l、數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)2、 PLC控制系統(tǒng)3和在線儀表及 傳感器4組成，其中在線儀表柜由水位計(jì)5、 pH分析儀6、水溫儀7、懸浮物分析儀8、硬度分 析儀9、堿度分析儀IO、油分析儀ll、電導(dǎo)分析儀12、熱阻分析儀13、氯分析儀14、鈣分析儀 15、鎂分析儀16、 Si02分析儀17、總?cè)芄谭治鰞x18組成。此外，上位機(jī)控制系統(tǒng)由自主編程 軟件，結(jié)合專家知識(shí)庫(kù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集、用水節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷， 并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)提出專家改進(jìn)意見(jiàn)。
鑒于鋼鐵工業(yè)水網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)繁多復(fù)雜，本發(fā)明僅以較為重要的幾個(gè)子系統(tǒng)為例進(jìn)行介紹。
參照附圖，圖2是高爐凈環(huán)水系統(tǒng)圖，包括鋼鐵工業(yè)水網(wǎng)子系統(tǒng)的水循環(huán)流程，在補(bǔ)充水 部分，需安裝pH分析儀6、水溫儀7、懸浮物分析儀8、硬度分析儀9、堿度分析儀IO、油分析 儀ll、電導(dǎo)分析儀12、氯分析儀14、鈣分析儀15、鎂分析儀16、 Si02分析儀17和總?cè)芄谭治?儀18，附圖3為高爐凈環(huán)水子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)界面，可直觀了解各個(gè)參數(shù)值。水質(zhì)傾向的判定程序 如圖4所示，它包含了三種判定公式的結(jié)合，更有利于準(zhǔn)確判定，首先將現(xiàn)場(chǎng)采集的堿度、硬 度、實(shí)測(cè)pH值、溫度和總?cè)芙庑怨腆w經(jīng)傳感器傳輸至人機(jī)界面，處理器執(zhí)行計(jì)算當(dāng)前的飽和 pH值和平衡pH值。然后計(jì)算LSI,并根據(jù)結(jié)果判定水質(zhì)傾向；與此同時(shí)，步計(jì)算PSI、 RSI， 并根據(jù)結(jié)果判定水質(zhì)傾向，綜合對(duì)比分別得出的結(jié)果，如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上判定結(jié)果相同， 則輸出該判定結(jié)果，否則，提示系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析。
參照附圖，圖5是水質(zhì)傾向診斷圖，根據(jù)水質(zhì)的結(jié)垢腐蝕傾向，結(jié)合水質(zhì)其它參數(shù)進(jìn)行加 藥判斷，高爐凈環(huán)補(bǔ)充水加藥流程如圖5，系統(tǒng)在啟動(dòng)之后，將現(xiàn)場(chǎng)采集的收集硬度、堿度、 [Mg2+]、 [Si02]傳輸至人機(jī)界面，若硬度(mg/L)與堿度(mg/L)之和小于1000，而且硬度(mg/L) 與堿度(mg/L)之差小于0時(shí)，則投加A系列藥劑當(dāng)硬度(mg/L)介于0 35mg/L，宜投加 藥劑A,，當(dāng)硬度(mg/L)介于35 87mg/L，宜投加藥劑A2，當(dāng)硬度(mg/L)介于87 177mg/L， 宜投加藥劑A3，當(dāng)硬度(mg/L)介于177 357mg/L，宜投加藥劑A4，當(dāng)硬度(mg/L)大于 357mg/L，宜投加藥劑As;若硬度(mg/L)與堿度(mg/L)之和小于1000且硬度(mg/L)與 堿度(mg/L)之差大于0，則投加B系列藥劑若[Mg^]與[Si02]的乘積小于等于15000，宜投 加藥劑B,,若[Mg^]與[Si02]的乘積大于15000，宜投加藥劑B2;若硬度(mg/L)與堿度(mg/L) 之和大于等于1000時(shí)，則投加C系列藥劑。
在運(yùn)行水部分，運(yùn)行水狀態(tài)依據(jù)多年現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，由極限碳酸鹽硬度對(duì)其進(jìn)行判定具有客 觀準(zhǔn)確性。將現(xiàn)場(chǎng)采集的行水氯離子濃度Cl'r (mg/L)、補(bǔ)充水氯離子濃度Crm (mg/L)、運(yùn) 行水鈣離子濃度Ca2、 (mg/L)和補(bǔ)充水鈣離子濃度C^+m (mg/L)傳輸至人機(jī)界面，通過(guò) AA-INCr-NCa2+l叫(Crr/Clm)-(Ca2+r/Ca2+m)l公式計(jì)算，AA《0.2時(shí)，運(yùn)行狀況"穩(wěn)定"，否則運(yùn)行狀況"排放"。
濁環(huán)水系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)要求不高，以轉(zhuǎn)爐煙氣沖洗水為例，對(duì)SS (懸浮物濃度)進(jìn)行判定 SS《100mg/L，輸出結(jié)果"穩(wěn)定"；否則，輸出結(jié)果"排放"，具體判定程序參照附圖6。
權(quán)利要求
1.一種鋼鐵工業(yè)數(shù)字化水網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是本系統(tǒng)由上位機(jī)控制系統(tǒng)(1)、數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)(2)、PLC控制系統(tǒng)(3)和在線儀表及傳感器(4)組成，其中在線儀表由水位計(jì)(5)、pH分析儀(6)、水溫儀(7)、懸浮物分析儀(8)、硬度分析儀(9)、堿度分析儀(10)、油分析儀(11)、電導(dǎo)分析儀(12)、熱阻分析儀(13)、氯分析儀(14)、鈣分析儀(15)、鎂分析儀(16)、SiO2分析儀(17)、總?cè)芄谭治鰞x(18)組成；在水網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)安裝在線監(jiān)測(cè)儀器，通過(guò)傳感器及其組件將數(shù)據(jù)傳送至PLC，再經(jīng)過(guò)PLC控制輸送到系統(tǒng)的人機(jī)界面，通過(guò)軟件的編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、判斷和警示功能。由于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)能夠及時(shí)傳輸至PC機(jī)，操作人員能實(shí)時(shí)掌握水網(wǎng)運(yùn)行情況，通過(guò)診斷系統(tǒng)的結(jié)果來(lái)指導(dǎo)控制現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼鐵工業(yè)數(shù)字化水網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是它能夠?qū)崿F(xiàn)鋼鐵工業(yè)循 環(huán)冷卻水的在線監(jiān)測(cè)、診斷和預(yù)警；首先，其凈環(huán)水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟(1) 利用PC機(jī)和PLC采集傳輸系統(tǒng)和在線儀表連續(xù)采集水位、pH值、SS懸浮物濃度、 以碳酸鈣計(jì)硬度、堿度、含油量、Cr、 Ca2+、 Mg2+、 Si02濃度、總?cè)芙夤腆w濃度、溫度、電導(dǎo)率和熱阻值的參數(shù)值，關(guān)鍵參數(shù)cr、硬度、污垢熱阻值的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值比較，若超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，發(fā)出預(yù)警提示；(2) 將收集的數(shù)據(jù)總?cè)芙夤腆w濃度、溫度、硬度、堿度和pH值輸入診斷系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn) 公式計(jì)算得出相應(yīng)的飽和pH值和平衡pH值，分別用Langelier， Ryznar， Puckorius三種指數(shù) 判斷標(biāo)準(zhǔn)判斷其水質(zhì)傾向，當(dāng)兩種或三種判斷標(biāo)準(zhǔn)的判斷結(jié)果相同時(shí)，系統(tǒng)直接在狀態(tài)顯示 判定結(jié)果，當(dāng)三種判斷標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果各不相同時(shí)，在狀態(tài)建議進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)綜合分析；(3) 用收集的硬度、堿度、[Mg2+]、 [Si02]參數(shù)來(lái)綜合判定的該系統(tǒng)宜投加的水處理藥劑， 根據(jù)不同結(jié)果投加不同系列藥劑；(4) 將補(bǔ)充水監(jiān)測(cè)點(diǎn)收集的cr、 c^+和熱水池運(yùn)行水監(jiān)測(cè)點(diǎn)收集的cr、 ca^輸入厶A叫NCl'-NCa"l叫(Crr/Crm)-(Ca"r/Ca"m)l公式計(jì)算，根據(jù)AA來(lái)判定凈環(huán)水運(yùn)行水的運(yùn)行情況，AA《0,2時(shí)，運(yùn)行狀況"穩(wěn)定"，否則運(yùn)行狀況"排放"。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋼鐵工業(yè)數(shù)字化水網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是它能夠?qū)崿F(xiàn)鋼鐵工業(yè)循環(huán)冷卻水的在線監(jiān)測(cè)、診斷和預(yù)警；其濁環(huán)水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法為利用PC機(jī)、PLC、數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò) 和在線儀表連續(xù)采集SS和含油量，分別與各自標(biāo)準(zhǔn)值比較，若超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，系統(tǒng)提出警示并 輸出"超標(biāo)排放"，反之輸出"運(yùn)行穩(wěn)定"。
全文摘要
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種鋼鐵工業(yè)數(shù)字化水網(wǎng)系統(tǒng)。本系統(tǒng)由上位機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)、PLC控制系統(tǒng)和在線儀表及傳感器組成，其中在線儀表由水位計(jì)、pH分析儀、水溫儀、懸浮物分析儀、硬度分析儀、堿度分析儀、油分析儀、電導(dǎo)分析儀、熱阻分析儀、氯分析儀、鈣分析儀、鎂分析儀、SiO₂分析儀、總?cè)芄谭治鰞x組成；在水網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)安裝在線監(jiān)測(cè)儀器，通過(guò)傳感器及其組件將數(shù)據(jù)傳送至PLC，再經(jīng)過(guò)PLC控制輸送到系統(tǒng)的人機(jī)界面，通過(guò)軟件的編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、判斷和警示功能。由于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)能夠及時(shí)傳輸至PC機(jī)，操作人員能實(shí)時(shí)掌握水網(wǎng)運(yùn)行情況，通過(guò)診斷系統(tǒng)的結(jié)果來(lái)指導(dǎo)控制現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。本發(fā)明能夠使工作人員隨時(shí)掌握水質(zhì)水量運(yùn)行狀況，從宏觀上管理控制水網(wǎng)系統(tǒng)，挖掘節(jié)水潛力，將水資源浪費(fèi)降到最低。
文檔編號(hào)G05B19/05GK101620429SQ200910089148
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者李素芹, 熊?chē)?guó)宏, 王姜維 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)