自动化在线仪表在自来水厂中的应用

广东省增城市新塘镇新和水厂　　　 刘炳其

The Application of Automatic Online Instruments in Water Supply Plant

摘 要: 本文介绍了自动化在线仪表在自来水厂中的应用，并结合实际提出需注意的地方。
关键词: 自来水厂，在线仪表，PLC，系统

Abstract：This paper introduced the application of automatic online instruments in water supply plant. What needed to care was proposed.
Key words：Water supply plant，Online Instrument，PLC，System

一、前言

自动化在线仪表是水厂生产现场最直接的检测设备，被称为自动化的“眼睛”，其准确性直接影响到自动化控制的精度。在自来水厂中应用好自动化在线仪表来进行监控，能降低消耗、确保供水安全、保证水质和压力的稳定性，产生良好的经济效益和社会效益。

二、自来水厂的工艺简介

　　自来水厂的任务就是对源水进行加工处理，使水质符合生活或部分工业用水的各种要求。常见制取自来水的过程主要分为几个步骤：混凝、沉淀、过滤、消毒和存储，工艺流程图如下所示。

三、主要自动化在线仪表的介绍

　　在水处理过程中，经常要对水在各个工艺环节中的浊度、PH等过程参数进行检测，并根据水质情况对水处理过程加以控制，使其最终达到规定的水质标准。常用到的自动化在线仪表有：盐度计、浊度计、余氯计、超声波液位计、PH计、流动电流探测仪（SCD仪）、流量计等。

（表1）

序号 仪表 功能 应用场合 1 盐度计 氯化物仪亦称为盐度计，测量海水盐度的仪器设备，监测是否有咸潮（标准中规定出厂水氯化物含量不超过250mg/l）。 源水 2 浊度计 反映了水中悬浮物的多少，衡量水质污染程度。 源水、滤后水、出厂水 3 PH计 酸度计简称pH计，基于氧化还原电极测量法工作，检测酸碱度，水质标准规定出厂水PH值为6.5至8.5。 源水、滤后水、出厂水 4 余氯计 测量水中游离余氯，余氯量可作为水质再度受到污染的指标信号。 滤后水、出厂水 5 超声波液位计 检测水池和药池的液位，确保液位满足生成需要。 滤池、投加药池、清水池 6 SCD仪 通过测量混凝剂与水充分混合后的游动电流值来间接反映混凝效果。 反应池 7 流量计 水流量的计量。 源水、滤后水、出厂水

四、主要自动化在线仪表的应用

　　自动化在线仪表在自来水厂中的应用大多基于闭环控制系统，在线仪表的测量值作为反馈，系统中采用PID算法，各系统PLC与中控室计算机通讯。PID算法如下：

　　U＝Kp[e(t)+∫e（t）*dt/T1＋TD*de（t）/dt ]+U₀

　　U:调节器的输出信号；e(t):调节器的偏差信号，它等于测量值和给定值的之差；Kp：调节器比例系数；T1调节器的积分时间；TD：调节器的微分时间；　　　　　 U₀：输出补偿。

　　现介绍自来水厂常用的自动加药系统、自动加氯系统和恒压供水系统的组成。
4.1自动加药系统
　　在自来水厂中SCD仪常与源水流量计一起构成前馈——反馈控制的混凝自动投加系统。控制原理如图所示，根据流量计测量到的源水流量，通过PLC来改变变频器的频率，从而控制投药计量泵的电机转速；SCD仪采集反应池的反应情况，控制计量泵的冲程。
　　从而达到改变投药量的目的，在单纯以源水流量比例控制下引入SCD反馈环节能够进一步提高沉淀水浊度的合格率和稳定性，降低药耗，并能根据源水水质及反应效果灵活地对各项参数进行设置与调整。

4.2自动加氯系统
　　（1）前加氯
　　前加氯由流量计测量到源水流量送到PLC，控制加氯机的加氯量跟随流量变化，而更改比例参数K则可改变每方水的投加量的多少。

　　（2）后加氯
　　后加氯以滤后水流量为前馈量（比例环节）、滤后水余氯为反馈量组成闭环系统，根据工艺需要的余氯设定值，输出4~20mA电流控制加氯机进行投加，有效地保证后加氯系统的稳定性和可靠性，较好地适应水量和水质的变化，达到消毒的效果。

4.3恒压供水系统
　　恒压供水系统控制原理如下所示，由“管网压力信号（由压力传感器所测——控制器——变频器——水泵机组）”构成一个闭环系统。当进入小流量区域后，系统进入休眠状态；当压力传感器测到管网压力降低至下限时，自动唤醒系统投入工作，确保供水压力恒定。
　　此控制方式可降低电机启动电流和配电容量，能把变压器的容量下降至传统驱动方式时的40 ~ 50%；较传统阀门控制方式节约电能20 ~ 30%，甚至更高；水泵机组的磨损减少，能够取得很好的经济效益。

4.4其他的系统
　　另外，由两个压力传感器或一个压力传感器和一个超声波液位计组成恒水位控制系统可控制滤池恒水位的过滤；而由PH计、流量计、计量泵还可以组成加碱系统，确保水的PH值，原理同后加氯相似。

五、注意的问题

　　（1）当前流行的自动化在线仪表品牌有：HACH、W&T、ALLDOS和E+H等。选型要特别注意避免几个误区：一是过分追求低价位。二是盲目追求进口仪器。三是盲目选型。不同厂家的仪器在测试原理、适用领域、测量范围、运行条件及费用、维护的难易程度等方面存在较大差异，各企业水质差异也较大，场地环境也不一样。用户一定要结合自身的实际情况综合考虑，选择适合自己特点的在线仪器，切不可盲目选型安装。
　　（2）自动化在线仪表要按照说明书的规范安装，尽可能靠近采样点，减少系统的延迟时间；
　　并设专职人员对在线水质仪表进行维护、管理。
　　（3）每天都要检查仪表的读数是否正常，有没有警报；并且要建立健全的档案管理制度。

六、结束语

　　自动化在线仪表在自来水厂自动化控制中应用越来越广泛，合理地使用在线仪表，能够为供水水质提供有力保证。另外，适当增加闭路电视监视系统，对一些关键生产场所进行直接监视，可为安全生产提供更有效保障。

参考文献

1、《给水排水自动控制与仪表》刘自放龙北生李长友编崔福义主审
2、《检测与转换技术》　　　　 常健生主编　　　　　　 机械工业出版社
3、《过程自动化及仪表》　　　俞金寿主编　　　　　　化学工业出版社
4、《自动控制理论》　　　　　夏德钤主编　　　　　　机械工业出版社

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