显示式絮凝控制系统——介绍一种新型的自动加药系统（FCO）

宋启敏 (上海大学)
丁云鹤 (台州中昌水处理设备有限公司)

一、前言

　　加药自动化是当前提高水厂管理水平，确保供水水质，降低水厂制水成本最为现实而有效的措施。由于混凝剂投加量随水量、水质的波动而变化，如何精确控制混凝加药，长期困扰着人们。十几年来。我国各地水厂探索试用了各种自动加药方法。也引进了不少国外自动控制系统。如数学模型、模型滤池、流动电流测定等技术。但调查表明，这些加注方案通常存在着对水质变化难以适应，滞后现象严重及当流量改变时抗干扰性差等不尽人意的地方。对此，我国水厂设计、管理方面的技术专家强烈希望改变这种局面， 并探索更理想的产品，以适应我国水质现状，满足加药自动化的要求。显示式絮凝控制系统是目前唯一可直接观察絮凝体图象和絮凝过程的在线监控自动化加药装置。

二、特点

　　评价某一种加药自动化水平高低的主要因素是选择参数与沉淀池出水浊度的相关性及其 控制滞后原水水质的适应性。
　　目前加药自动化除了搅拌试验(烧杯试验)确定加注率之外，主要分为后馈控制。前馈控制和中馈控制三种类型。八，九十年代世界银行和外国政府贷款成套引进了许多水厂，配备了流动电流测定的SCD，成为大家较为熟悉的加药控制系统，然而由于SCD是一种胶体电 荷检测技术；当如有害物质干扰、强吸附钝化、检测室积泥和电极腐蚀等因素存在时，都会导致流动电流与悬浮物线形关系失调。往往使用效果不佳。据建设部科技司的抽样调查表明，进口的SCD能够正常工作的不足1／10。
　　絮凝绒体探测法是国外最新发展的检测方法。原理是当绒体通过一束光时，透射光的强度发生变化，计算透射光的变化的均方值与直流分量之比，可代表绒体的大小。它能模拟水质的絮凝效果，控制滞后时间也较短，由于其模拟性能好，所以近年来成为国外广泛研究的新趋势，譬如红外线激光穿透式在线絮疑粒子检测传感器等也已面世。
　　显示式絮凝控制系统(FCD)是在絮凝体探测法基础上开发出来的新一代加药自动化装置。通浴地讲，是人工智能加矾工。众所周知，有经验的加矾工通过观察水体中矾花颗粒的大小。比重和强度来判断混凝效果的优劣，预测沉淀池出水的合格宰，并以此来调整加药量。FCD构思巧妙，独辟蹊径，用水下摄象机构絮凝体活动图象放大后直接显示在屏幕上，直接反映絮凝效果，有一种全新的感受。并由汁算机进行实时图象处理，计算出与沉淀池出水浊度相关的参数。根据工艺要求设定絮凝体“等效直径”和目标值，并采集进水流量前馈信号和沉淀池出水浊度后馈信号，计算出混凝剂加注量，并具有自识的智能功能。
　　显示器絮凝控制系统(FCD)，突破了现行国内外自动加药控制系统间接表达和反映混凝效果的局限性，采用高科技手段把复杂的加药自动化过程用直观的形象和精确的数据表达出来，实现了把絮凝体状态的定性概念升级转换成精确的数字表达的定量领域。FCD使用Smith 予估控制的双闭环的控制方法和计算机处理。而处理能力比SCD内的单片机大大提高，允许采用运算量较大的先进的图像和数据处理方法以及智能化控制功能，因而控制效果大为提高，而且各生产工艺参数的设置也很灵活。使用方便，同时可以在控制室直接观察絮凝绒体图象，画出各种参数曲线，并能记录存储。
　　FCD在以下几个方面取得突破性成果：
　　1、非球状絮凝体的等效直径测定；
　　2、絮凝体中有效组成的实时预算；
　　3、絮凝体等效直径与沉淀池出水浊度的相关可行性。

三、软硬件功能

　　显示式絮凝控制系统(FCD)由绒体图象采集传感器和计算机二大部分组成。
　　采集传感器设在絮凝池末端，水样经取样窗由高分辨CDD摄像，由LED发光管照明以提高絮凝体图象清晰度，经视频电缆传送进计算机。对数据进行图象预处理以排除噪声的干扰。改善图象的成象质量；将灰度图象通过计算机转换成二值化图象找出绒体颗粒分界线：进行图形连通性判别从而得出每一幅图象中每一个絮凝体的大小和其他参数。
　　其系统硬件结构框图如下：

　　其软件功能
　　1、可以直接采集并在计算屏幕上显示绒体的活动图象；
　　2、具有絮凝体等效直径反馈和沉淀水浊度双重反馈来自动调整设定值，从而对投药量作出及时调整，优化加注量，具有自适应能力的智能控制系统。
　　3、具有水量变化的同步加药功能，井具有较高的抗干扰能力．由计算机根据流量信号的变化计算后，直接控制加注泵的冲程，与SCD相比，可省去加注泵的变频变速系统，降低了成本。
　　4、可以测定多种绒体参数可供混凝工艺研究所用：
　　 如絮凝体的等效直径，总颗粒数，不同颗粒直径及其分布比例(研究表明小颗粒在沉淀池中不易沉淀．它的比例决定了沉淀池最低浊度，这一论点，笔者将专题撰稿阐述)。
　　5、各类参数在计算机屏幕上直接显示，并绘制对应相关曲线并能记录存储。可代替控制室显示仪表，并可根据需要贮存十年以上数据存档。
　　FCD由上海尼臣环保实业有限公司与上海大学机械电子工程学院共同合作，历时三年之久，通过不断探索试验才取成功。FCD的研究是自始至终在中国土木工程学会给排水委员会专家钟淳昌先生和中国城镇供水协会科学技术委员会专家宋仁元先生的直接指导下进行的，得到了上海临江水厂、上海南汇自来水公司、武汉自来水公司、杭州自来水公司、上海金山石化总厂水厂、上海长桥水厂、上海闸北水厂、镇江京西水厂、南京北河口水厂等单位的大力协助和积极支持，在此表示衷心的感谢和深切的谢意。FCD在上述单位使用，效果显著运行可靠。FCD同时获取两项专利，并在98年7月经上海市科学委员会组织鉴定，认为这是加药自动化的一项新的突破，达到国际先进国内领先水平。专题论述发表在《中国给水排水》1999年第15卷第4期，工程实例见2000年第16卷第3期。

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