給排水工程儀表及控制講稿

1、貴 州 大 學講 稿課程名稱：給排水工程儀表與控制教材名稱：給水排水工程儀表與控制 （“十五”國家級規(guī)劃教材）適用專業(yè)：給水排水工程授課教師：陸天友第一章：自動控制基礎(chǔ)知識一、自動控制系統(tǒng)的概念與構(gòu)成1、自動控制系統(tǒng)的概念所謂自動控制，就是利用機械的、電氣的、力學的等裝置代替人工控制器官的作用，在不用人工直接參與的情況下，可以自動地實現(xiàn)預(yù)定的控制過程。2、自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成從上面簡單的實例中，可以總結(jié)出一般自動控制系統(tǒng)是由控制對象、測量變達器、控制器、執(zhí)行裝置幾部分組成的。3、自動控制系統(tǒng)的分類1）、反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)被控量與給定值的偏差進行工作的，最后達到消除或減小偏差的目的

2、，偏差值是控制的依據(jù)，因為該系統(tǒng)由被控量的反饋構(gòu)成一個閉合回路，所以又稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，這是過程控制系統(tǒng)中最基本的一種。另外，反饋信號也可能有多個，從而可以構(gòu)成一個以上的閉合回路，稱為多回路反饋控制系統(tǒng)。2）、前饋控制系統(tǒng)前饋控制是直接根據(jù)擾動進行工作的，擾動是控制的依據(jù)，由于它沒有被控且的反饋，所以不構(gòu)成閉合回路，故也稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。3）、復(fù)合控制系統(tǒng)(前饋反饋控制系統(tǒng)) 前饋開環(huán)控制的主要優(yōu)點是能針對主要的擾動迅速及時地改變控制量，克服擾動對初控員的影響。所以，在反饋控制系統(tǒng)中加入對于主要擾動的前饋控制，構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng)可以提高控制質(zhì)量。4、計算機控制系統(tǒng)以計算機為核心構(gòu)成的數(shù)字式控制系

3、統(tǒng)，是控制技術(shù)的最新成就，已在生產(chǎn)實踐中廣泛應(yīng)用。其基本構(gòu)成如下圖。廣義來講，以微處理器為核心的各種智能化控制裝置都可以歸結(jié)到這一類控制系統(tǒng)中來，包括由工業(yè)計算機組成的系統(tǒng)、由單板機或單片機組成的系統(tǒng)、由可編程序控制器組成的系統(tǒng)、由智能化專用調(diào)節(jié)器組成的系統(tǒng)以及由上述各類裝置混合組成的系統(tǒng)等。雖然這些裝置的配置、功能不同，但其基本的組成部分是相似的，都是通過數(shù)字運算完成各種功能的。第二章：給排水自動化儀表與設(shè)備第一節(jié)、典型水質(zhì)檢測儀表給水排水工程自動化常用儀表與設(shè)備，可以分為以下幾大類：1、過程參數(shù)檢測儀表。它包括各種水質(zhì)(或特性)參數(shù)在線檢測儀表，如濁油度、PH值、電導(dǎo)率、溶解氧等的在線測量

4、裝置，以及流動電流檢測儀、透光率脈動檢測儀等給水排水系統(tǒng)工作參數(shù)的在線檢測儀表，如壓力、液位、流量等儀表。2、過程控制儀表。以微電腦為核心的各種控制器，如微機控制系統(tǒng)、可編積序控制器、微電腦專用調(diào)節(jié)器等；常規(guī)的調(diào)節(jié)控制儀表，如各種電動、氣動單元組合儀表等。3、調(diào)節(jié)控制的執(zhí)行設(shè)備。包括各種水泵、電磁閥、調(diào)節(jié)閥以及變頻調(diào)速器等。4、其它機電設(shè)備。如交流接觸器、繼電器、記錄儀等。1、濁度測定原理目前各種類型的濁度儀，全都是利用光電光度法原理制成的。懸濁液體是光學不均勻性很顯著的分散物質(zhì)。當光線通過這種液體時，會在光學分界面上產(chǎn)生反射、折射、漫反射、漫折射等非常復(fù)雜的現(xiàn)象。由于這些光學現(xiàn)象，當射入試樣

5、水的光束強度固定時，透過水樣后的光束強度或散射光的強度將與懸濁物的成分、濃度等形成函數(shù)關(guān)系。根據(jù)比爾-朗白定律和雷萊方程式可提出如下的函數(shù)式： 以上兩個方程式清楚地表示了透射光和散射光強度與濁度的關(guān)系。通過光電效應(yīng)又可將光束強度轉(zhuǎn)換為電流的大小，用以反映濁度。這就是當前各類濁度儀的基本工作原理。2、PH測定原理pH的測量常用電極電位法，該方法是基于兩個電極上所發(fā)生的電化學反應(yīng)。用電極電位法測量溶液pH值，可以獲得較準確的結(jié)果。電極電位法的原理是用兩個電極插在被測量溶液中，其中1個電極為指示電極(如玻璃電極)，它的輸出電位隨被測溶液中的氫離子活度變化而變化；另一個電極為參比電極如氯化銀電極)，其

6、電位是固定不變的,上述兩個電極在溶液中構(gòu)成了一個原電池。該電池所產(chǎn)生的電動勢E的大小與溶液的PH值有關(guān)。3、溶解氧檢測儀表原理溶解氧是一項重要的水質(zhì)參數(shù)。在活性污泥法污水處理工藝中，溶解氧測定還是保證處理工藝正常進行的主要過程控制參數(shù)。溶解氧的在線測量可以采用電極測量法。電極可分為兩種類型，即電位型電極和電流型電極。電位型電極是利用一種特定離子的活性產(chǎn)生電位。這些電極的實例是玻璃PH電極及大多數(shù)離子選擇電極。測旦的是指示電極與一個惰性參考電極之間的電位差，而參考電極的電位必須是恒定的。所有電位型電極都服從Nernst定律，因此電極與測量儀器在大多數(shù)情況下是通用的電位測量的必要條件實際上是電極電

7、壓的無電流測定。在測量中，基本上不發(fā)生化學反應(yīng)。溶解氧測量儀表包括氧電極和溶氧放大器兩部分。氧電極輸出電流信號放迭至溶氧放大器(或溶氧交迭器)，由后者把電極電流信號轉(zhuǎn)換為一定的溶氧單位顯示出來。除顯示功能外溶氧放大器還應(yīng)具有以下功能：a、零點(殘余電流)補償； b、靈敏度(斜率)校正；c、溫度補償；4、余氯在線檢測儀表原理余氯是保證水質(zhì)衛(wèi)生指標的重要參數(shù)，也是加飄消毒工藝的基本控制參數(shù)。余氯在線分析是進行投氯控制的前提。余氯一般也是采用電極法進行測量。在兩個電極之間施加電壓，利用電極之間電解產(chǎn)生的氧化還原反應(yīng)測量氯的濃度。余氯分析儀的規(guī)格基本上是按測量范圍劃分，一般有0-5ppm、0-10pp

8、m、0-20ppm等。微量余氯分析儀具有的三電極測量傳感器和微處理器分析機構(gòu)，可以使監(jiān)控余氯精度達十億分之一(1/10×108)。微量余氯分析儀可以連續(xù)測定自由余氯、總余氯，在連續(xù)余氯反饋控制中精度達10ppm，為工作人員提供了可靠的分析依據(jù)，從而提高水處理加氯系統(tǒng)的監(jiān)測控制水平。5、電導(dǎo)檢測儀表原理由于電解質(zhì)在水溶液中以帶電離子的形式存在，因此溶液具有導(dǎo)電的性質(zhì)，其導(dǎo)電能力的強弱稱為電導(dǎo)度，簡稱為電導(dǎo)。測定水和溶液的電導(dǎo)，可以了解水被雜質(zhì)污染的程度和溶液中所合鹽分或其它離子的量。電導(dǎo)串是水質(zhì)監(jiān)側(cè)的常規(guī)項目之一。 溶液中電解質(zhì)的電導(dǎo)為電阻的倒數(shù)，即： S=1/R第二節(jié)、在線檢測儀表及

9、執(zhí)行設(shè)備1、液位檢測儀表原理液位檢測儀表有浮力式、靜壓式、電容式、超聲波式等多種。超聲波液位計是基于晶體的壓電效應(yīng)，用壓電晶體作探頭(即換能器)發(fā)射出聲波，聲波遇到兩相界面被反射回來，又被探頭所接收，根據(jù)聲波往返所需要的時間而測出液位的高度；作為換能器的探頭又可分為發(fā)射型、接收型和發(fā)射-接收型3種。激光式液位計是一種很有發(fā)展前途的液位計，因為激光光能集中，強度高，而且不易受外來光線干擾甚至在1500度左右的高溫下也能正常上作。另外，激光光束擴散很小，在定點控制液位時，具有較高的精度。 液位檢測儀表的選用：1）、檢測精度：對用于計量相經(jīng)濟核算的，應(yīng)選用精度等級較高的液位檢測儀表，如超聲波液位計誤

10、差為±2mm，對于一般檢測精度，可以選用其它液位計。2）、工作條件：對于測量高溫、高壓、低溫、高粘度、腐蝕性、泥漿等特殊介質(zhì)，或在用其它方法難以檢測的各種惡劣條件下的特殊場合可以選用電容式液位計等。對于一般情況。可選用其它液位計。2、壓力儀表測定原理在工業(yè)上檢測壓力的常用方法有：以流體靜力學理論為基礎(chǔ)的濃柱測壓法：根據(jù)彈性元件受力變形原理的彈性交形測壓法；將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量的電側(cè)法，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡碼的重量的活塞法等。 應(yīng)變片式壓力計：把壓力轉(zhuǎn)換為電阻、電容、電感或電勢等電量，從而實現(xiàn)壓力的間接測量的壓力計叫做電氣式壓力計。這種壓力計反應(yīng)較快，測量范圍較廣，在生產(chǎn)

11、過程中可以實現(xiàn)壓力自動檢測、自動控制和報警，適用于測量壓力變化快、脈動壓力、高真空和超高壓的場合。應(yīng)變片式壓力計是利用電阻應(yīng)變片將鉸測壓力轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，再通過橋式電路獲得毫伏級的電量輸出，然后由二次儀表顯示或記錄。(1)儀表量程的選用對于測量穩(wěn)定壓力，儀表量程上限選大于或等于15倍常用壓力；對于測量交變壓力，儀表量程上限選大于或等于2倍常用壓力；對于測量穩(wěn)定壓力，儀表常用壓力選13-12量程上限；對于測量交變壓力，儀表常用壓力選不大于12量程上限。(2)儀表精度的選用對于工業(yè)用儀表，其精度選1.5級或2.5級。對于實驗室或校驗用儀表，其精度選0.4級及0.25級以上。(3)根據(jù)測量介質(zhì)性

12、質(zhì)及使用條件選用對于測量腐蝕性介質(zhì)，可選用防腐型壓力計或加防腐隔離裝置。3、流量測定原理3.1電磁流量計電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的，是一種用來測量管道中導(dǎo)電性液體體積流量的儀表，可測各種腐蝕性的酸、堿、鹽溶液，可測含各種懸浮固體微粒的液體，在給水排水系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。電磁流量計由變送器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。變送器被安裝在被測介質(zhì)的管道中將被測介質(zhì)的流星變換成瞬時的電信號；而轉(zhuǎn)換器將瞬時電信號轉(zhuǎn)換成0-10mA或4-20mA的統(tǒng)一標準直流信號，供儀表指示、記錄或調(diào)節(jié)用。3.2超聲波流量計測量原理主要的有傳播速度差法和多普勒法。超聲波流量計的主要優(yōu)點是在管道外測流量，實現(xiàn)無妨礙測量，

13、只要能傳播超聲波的流體皆可用此法來測量。而且不管被測對象多大，也可用此法進行測量，特別是超聲波法可以從厚的金屬管道外測量管內(nèi)流動的液體的流量具有不用對原有管道進行任何加工就實施流量測量的特征，這是其它法所不具備的。3.3差壓流量計是目前工業(yè)上使用歷史最久和應(yīng)用最廣泛的一種流量計。從流體力學可知，流體在管道中流動時，具有動能和位能、并在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)換。差壓式流量計是以伯努利方程和連續(xù)性方程為理論根據(jù)、通過測量流體流動過程中產(chǎn)生的差壓來測量流量的。差壓流量計主要由節(jié)流裝置(如孔板)和差壓計等兩部分組成，流體通過節(jié)流裝置(孔板)時，在節(jié)流裝置的上、下游之間產(chǎn)生壓差，從而由差壓計測出差壓，流量

14、愈大，差壓也愈大，流量和差壓之間存在一定關(guān)系，這就是差壓流量計的工作原理。3.4節(jié)流流量計節(jié)流流量計是利用節(jié)流裝置前后的壓差與平均流速或流量的關(guān)系，根據(jù)壓差測量恒計算出流量的。節(jié)流流量計的理論依據(jù)是流體流動的連續(xù)性方程和伯努利方程。節(jié)流裝置的種類很多，其中使用最多的是同心孔板、流量噴嘴和文丘里管等。節(jié)流流量計是使用非常廣泛的流量計。第三章：水泵及管道系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)第一節(jié)：水泵的調(diào)速控制1.1 概述合理地調(diào)節(jié)水泵、管道系統(tǒng)工況，保證用戶的用水要求，并最大限度地節(jié)約能耗、降低費用，是十分重要而有意義的工作。給水排水工程中的水泵與管道系統(tǒng)主要包括：(1)城市供水系統(tǒng)-包括輸配水管網(wǎng)及二泵站、加壓泵站

15、；(2)城市雨水、污水排水系統(tǒng)-包括排水管網(wǎng)及雨水泵站、污水泵站；(3)小區(qū)、建筑的給水系統(tǒng)-包括小區(qū)、建筑給水管網(wǎng)及加壓設(shè)施；(4)小區(qū)、建筑的排水系統(tǒng)包括排水管網(wǎng)及小區(qū)排水泵站、建筑室內(nèi)污水提升泵等。由于水泵(或水泵站)都是同管道系統(tǒng)聯(lián)系在一起的，因此事實上，對這些系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制都可歸結(jié)為對水泵工況的調(diào)節(jié)上?？梢詫⒖刂葡到y(tǒng)分為如下兩大類。(1)對水泵的開停雙位控制：按照液位(或壓力值)、流量等參數(shù)的要求，改變每臺水泵的開、停狀態(tài)或改變水泵的運行臺數(shù)。(2)對水泵工作點的調(diào)節(jié)控制：按照液位(或壓力)、流量等參數(shù)的要求，改變水泵的工作點，這種改變可以通過調(diào)節(jié)管路系統(tǒng)中閥門的開啟度實現(xiàn)或通過改變

16、水泵轉(zhuǎn)速的方式實現(xiàn)。1.2 水泵的調(diào)速控制給水排水工程中應(yīng)用的水泵多為離心泵。在前面內(nèi)容中已提及離心泵的調(diào)節(jié)方法有兩類：一類是通過調(diào)節(jié)水泵出口管路上的閥門來改變管路特性，實現(xiàn)水泵工況點的調(diào)節(jié)；另一類是改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的特性曲線，實現(xiàn)水泵工況點的調(diào)節(jié)。前者節(jié)能效益較低，部分多余能量消耗在了閥門上；后者是一種高效節(jié)能的調(diào)節(jié)方式。因此調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速是改變水泵工況的較好方法。1）水泵調(diào)節(jié)的類型視用途目的不同，水泵調(diào)速的控制參數(shù)也有所不同。主要有如下3種典型情況：恒壓調(diào)速、恒流調(diào)速、其他調(diào)節(jié)方法；2）水泵的調(diào)速方法水泵的調(diào)速方法有多種，主要分為兩類：第一類是電機轉(zhuǎn)速不變，通過附加裝置改變水泵的

17、轉(zhuǎn)速，如液力輻合器調(diào)速、電磁耦合器調(diào)速、變速箱調(diào)速等，都屬于這種類型；第二類是直接改變電機的轉(zhuǎn)速，如可控硅串級調(diào)速、變頻調(diào)速等。后者是在水泵站應(yīng)用較多的調(diào)速形式。3）串級調(diào)速：通常把轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢通過三相橋式整流變?yōu)橹绷麟姡弥绷麟妱訖C實現(xiàn)反電勢的方法，稱為機組串級調(diào)速。根據(jù)電能反饋的方式，串級調(diào)速又可分為下列3種形式；1)機械反饋機組串級調(diào)速：2)電氣反饋機組串級調(diào)速：3)可控硅串級調(diào)速。4）變頻調(diào)速：該技術(shù)是80年代水泵調(diào)運新技術(shù)。它通過改變水泵工作電源頻率的方式改變水泵的轉(zhuǎn)速：由上式可見，如果均勻地改變電機定子供電頻率f，則可平滑地改變電機的轉(zhuǎn)速，為了保持調(diào)速時電機最大轉(zhuǎn)矩不變，需維持電機

18、的磁通量恒定。因此，要求定子供電電壓應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)節(jié)，所以變頻設(shè)備兼有調(diào)頻和調(diào)壓兩種功能。變頻調(diào)速是通過變頻調(diào)速器實現(xiàn)的，它可以將輸入的固定頻率的電源(在我國為50Hz)轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的電源輸出，供給水泵電機等需要調(diào)頻的設(shè)備作工作電源。變頻調(diào)速具有很高的調(diào)節(jié)精度。變頻調(diào)速技術(shù)的一個重要特點是可以實現(xiàn)水泵的“軟啟動”，水泵從低頻電源開始運轉(zhuǎn)即由低速下逐漸升速，直至達到預(yù)定工況，而不是按照常規(guī)一啟動就迅速達到額定轉(zhuǎn)速，軟啟動的工作方式對電網(wǎng)的干擾小，無沖擊電流，也適臺于在幾臺水泵之間進行頻繁的切換操作：這種啟動方式在恒壓供水等情況下有獨特的優(yōu)點。現(xiàn)在變頻調(diào)速技術(shù)已在給水誹水工程中獲得許多應(yīng)用，包括調(diào)

19、節(jié)水廠投藥泵的轉(zhuǎn)速、實現(xiàn)投藥量的高精度調(diào)節(jié)；在建筑或小區(qū)給水系統(tǒng)中用于恒壓給水控制；在大型的給水泵站，變頻調(diào)節(jié)供水泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)城市供水的恒壓或恒流調(diào)節(jié)等也有應(yīng)用。5）水泵調(diào)速運行的方式以變頻調(diào)速為例，通常以微電腦為控制中心，構(gòu)成水泵的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，最典型的控制系統(tǒng)形式是反饋控制系統(tǒng)，控制中心根據(jù)控制點輸入的信號(如水壓)與給定值比較，調(diào)節(jié)變頻器的輸出，改變水泵工作電源的頻率，使水泵轉(zhuǎn)速相應(yīng)改變。一般為減少控制設(shè)備臺數(shù)、降低投資，常采用變速與定速水泵配合工作的方式。即一個泵站內(nèi)只有一至兩臺水泵變速運行，其余水泵為定速運行，變速泵與定速泵組合一起工作，通過對變速泵的調(diào)節(jié)，得到要求的各種工況。

20、第二節(jié) 恒壓給水系統(tǒng)控制技術(shù)1、概述恒壓給水系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。前面介紹的城市管網(wǎng)供水系統(tǒng)、建筑小區(qū)給水系統(tǒng)等，都屬于這種情況。按控制精度的高低，恒壓給水控制技術(shù)包括如下兩大類。(1)雙位控制系統(tǒng)。按水位(水壓)的高低兩個界限值控制給水泵的開停。當高低水位相差不大、水壓被動較小時，可近似看作恒壓給水系統(tǒng)，如前述的高位水箱給水系統(tǒng)以及氣壓給水系統(tǒng)。這種控制方式精度低，水壓被動較大，是較為傳統(tǒng)的給水技術(shù)。(2)定值控制給水系統(tǒng)。按某一壓力(水位)控制點的水壓(或水位)目標值進行調(diào)節(jié)控制?？梢圆捎米冾l調(diào)速等技術(shù)，改變水泵特性，對水泵工況連續(xù)調(diào)節(jié)，將水壓控制在很小的波動范圍內(nèi)，這是當前先進的給水技術(shù)。按壓力

21、控制點的設(shè)置位置，還可以將恒壓給水控制系統(tǒng)分為泵出口處恒壓控制與用戶最不利點處恒壓控制兩類。2、變頻調(diào)速恒壓給水技術(shù) 在給水系統(tǒng)中，用戶用水量的變化反映在水壓上，表現(xiàn)為管網(wǎng)水壓的波動。因此，調(diào)節(jié)水泵工況，保證用戶用水水壓的穩(wěn)定，就可以保證用戶用水。變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)可以通過自動控制實現(xiàn)上述調(diào)節(jié)。它由電機泵組、壓力傳感器、控制器、變頻器以及自動切換裝置等組成，以水壓為控制參數(shù)。水泵啟動后，壓力傳感器向控制器提供控制點的壓力值H。當H低于控制器設(shè)定的壓力值H0(H0按用戶的水壓要求設(shè)定)時，應(yīng)該提高水泵轉(zhuǎn)速，控制器向變頻調(diào)速器發(fā)送提高電源頻率的指令；當H高于H0時，則應(yīng)該降低水泵轉(zhuǎn)速，控制器向變

22、頻器發(fā)送降低頻率的控制信號。當某臺水泵的轉(zhuǎn)速達到規(guī)定的上限時自動啟動新的水泵投入運行，反之，則自動減少運行水泵的臺數(shù)。通過調(diào)節(jié)水泵工作電源頻率的方式，改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變了水泵的工況，構(gòu)成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速及工作水泵臺數(shù)，實現(xiàn)恒壓變量供水。通過前面的分析，可以總結(jié)出變頻調(diào)速恒壓給水技術(shù)有如下特點：(1)高效節(jié)能。設(shè)備能自動檢測系統(tǒng)瞬時水壓，據(jù)此調(diào)節(jié)供水量，節(jié)約供水能耗。設(shè)備電機在交流變頻調(diào)速器的控制下軟啟動，無大啟動電流(電機的啟動電流不超過額定流量的110)，機組運行經(jīng)濟合理。(2)用水壓力恒定。無論系統(tǒng)用水量有任何變化，均能使供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力恒定，大大提高了供水品質(zhì)。

23、3、恒壓給水系統(tǒng)壓力控制點的位置恒壓給水系統(tǒng)是以滿足用戶用水水壓恒定為目標進行工作的。但在具體的系統(tǒng)設(shè)計上，按壓力控制點位置的不同，又可以分為兩大類：一類是將控制點設(shè)在最不利點處，直接按易不利點水壓進行工況調(diào)節(jié)；另一類是將控制點設(shè)于水泵出口，按該點的水壓進行工況調(diào)節(jié)，間接地保證最不利點的水壓穩(wěn)定。這兩類系統(tǒng)具有不同的控制特性與控制品質(zhì)?，F(xiàn)今恒壓給水系統(tǒng)多采用后一種方式，在后一類中，又可按壓力設(shè)定值的不同分為恒壓控制和變壓控制。4、氣壓給水系統(tǒng)的控制問題氣壓給水系統(tǒng)由水泵、氣壓罐、壓力檢測與控制裝置等組成。一般氣壓給水系統(tǒng)的壓力控制點即為氣壓罐內(nèi)的水位檢測裝置，它的位置選擇會影響到系統(tǒng)的工作特性

24、。將氣壓罐同水泵一起安置在供水處(如建筑物地下室)還是將氣壓罐單獨裝在靠近最不利點（如供水末端)，在壓力控制及節(jié)能方面的特性就同前述的變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，越靠近用戶最不利點處用戶水壓越穩(wěn)定，越有利于節(jié)能。第三節(jié) 泵站組合運行系統(tǒng)1、控制系統(tǒng)的組成 在污水提升泵站中，使用微機控制變速與定速水泵組合運行，可以保持近水位穩(wěn)定，降低能耗。提高自動化程度。此節(jié)通過一個工程實例說明這一問題。由于進水量的變化很大，過去使用多臺定速泵的形式，不能有效地控制進水位在警戒線以內(nèi)、有時導(dǎo)致上游低洼地區(qū)跑冒污水，為了改善這種狀況。選擇了水泵變速運行并且使用微機控制的方案，控制框圖見教材圖3.16-污水泵站控制系統(tǒng)圖1)一次

25、儀表計量的水位、水量、溫度、電流、電壓等數(shù)據(jù)及各種故障信號均通過轉(zhuǎn)換器換成電壓模擬唁號，經(jīng)濾波器送入微機的AD電路。2）微機輸出的開停水泵信號。經(jīng)過通用接口連接器、寄存器及繼電器驅(qū)動后，控制定速水泵啟動柜和變速水泵調(diào)速柜的開停。同時轉(zhuǎn)速的控制由微機發(fā)出數(shù)字量調(diào)速信號，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成電壓模擬信號，送至調(diào)速柜執(zhí)行。3)水泵發(fā)生故障時，微機要自動切除故障泵，啟動備用泵，并通過報警電路發(fā)出聲光報警信號。4)泵站的機電設(shè)備會產(chǎn)生大量電磁輻射，在電網(wǎng)上造成干擾。為了保證微機的正常工作，除機房內(nèi)墻要做金屬屏蔽網(wǎng)，交流電源側(cè)加穩(wěn)壓器、濾波器外，還要在輸出開關(guān)電路采用兩級繼電器進行隔離，使干擾無法串入機內(nèi)。

26、2、系統(tǒng)軟件設(shè)計在擬定運行方案時，目先要確定運行控制的參數(shù)。根據(jù)當前污水計量儀表的水平和泵站的工藝條件、以水位作為控制運行的直接參數(shù)，以進水位換算的來水量和出進水位相減的靜揚程作為間接參數(shù)較為可靠，并使用污水流量計進行核對。變速運行可以實行水量控制、效率控制等各種方案。根據(jù)泵站的實際需要，選擇了“水量平衡與效率優(yōu)選”的控制方案，即在保持泵站進出水量基本平衡的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)選，使水泵在較高效率點工作。具體步驟是：1)由進水位確定進水總流量值Q總；2)由進出水位之差確定靜揚程H靜；3)調(diào)數(shù)據(jù)表查出在該靜揚程下額定轉(zhuǎn)速時的流量值為Q定；4)變速泵所需的流量Q變Q總- Q定；5)根據(jù)每分鐘檢測水位漲落

27、的多少確定轉(zhuǎn)速的優(yōu)選范圍；6)在優(yōu)選范同內(nèi)找出最高效率點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速來抨制變速泵的運行。為了實現(xiàn)在無人管理的條件下、由微機自動控制泵站的運行，還必須在主程序中滿足正常管理工作的各種需要，并且對泵站可能出現(xiàn)的故障作出正確的判斷和處理。在控制程序中納入下列因素：1)能夠自動打印報表，記錄水位變化、電機工作情況。2)在微機與水泵啟動柜之間設(shè)置了轉(zhuǎn)換開關(guān)，一旦微機系統(tǒng)發(fā)生故障就可脫機手動運行，避免出現(xiàn)因為微機故障而影響整個排水系統(tǒng)運行的問題，保證全系統(tǒng)運行安全可靠。3)實現(xiàn)了水泵之間的自動換車，使之運行時間均一。4)在運行的水泵發(fā)生故障時，微機會自動切除故障泵，發(fā)出聲光報警信號。3、運行效益分析3.1

28、 運行效果表明：穩(wěn)定泵站水位方面的功能比定速水束優(yōu)越得多，從而消除了存在多年的運轉(zhuǎn)失調(diào)現(xiàn)象不再發(fā)生因加泵而使下游井跑水、減泵而使上游工廠排水困難的問題；3.2 運行記錄說明：經(jīng)過優(yōu)選決定的水泵轉(zhuǎn)速能使水泵效率維持在79-81之間，基本實現(xiàn)了高效率運行，根據(jù)測算。目前的變速運行同以往定速運行相比，可以節(jié)約能耗10。3.3在變速運行中不再需要考慮集水池調(diào)蓄容積和機組容量的大小搭配，所以變速泵站可以將集水池容積減少到最低程度，從而減少泵站的占地、工程量、施工難度和工程造價。3.4使用微機控制泵站運行，可以達到準確、嚴密、安全、可靠?？梢杂稍瓉淼摹爸蛋喽◢彙备臑椤把不貦z測”的辦法，管理人員減少1/3左

29、右， 另外也避免了機泵組設(shè)備的開停頻繁，降低了設(shè)備的維修率，延長使用壽命，同時由于泵站可以做到低水位運行，可以使上游重力式管道維持自清流速以減少管道疏通掏挖的工作量。第四章：給水處理系統(tǒng)控制技術(shù)第一節(jié)、混凝投藥單元的控制技術(shù)1、典型的混凝控制技術(shù)簡介1.1 經(jīng)驗?zāi)繙y法 這是最簡單原始的人工方法，又稱“eyeball”，在我國相當多的水廠，尤其是中小水廠仍廣泛采用。操作者通過觀察原水濁度的變化、反應(yīng)后礬花生成情況、沉淀后水的濁度高低來憑經(jīng)驗調(diào)節(jié)投藥量。操作人員的責任心與經(jīng)驗是制約混凝效果的重要因素。1.2 燒杯試驗法 燒杯試驗法利用一臺可變速的46聯(lián)攪拌機，同時向46個燒杯中的檢測水樣加不同量的

30、混凝劑，并進行攪并，模擬生產(chǎn)中的混合與反應(yīng)過程，然后靜止沉淀以模擬實際，我國的許多水廠也把燒杯試驗結(jié)果作為確定投藥量的重要參考依據(jù)，應(yīng)用廣泛。1.3 流動電流法該法以反映膠體荷電特性的另一參數(shù)-流動電流為因子，控制投藥。這種方法以膠體電荷為參數(shù)，抓住了影響混凝的本質(zhì)特性；同時，該方法是一種在線連續(xù)檢測法，易于實現(xiàn)投藥量的連續(xù)自動控制，因而成為各種膠體電荷控制法，以至現(xiàn)行各種投藥控制方法中很有發(fā)展前途的方法。2、流動電流與混凝工藝的相關(guān)性1）流動電流與動電位的相關(guān)性。流動電流與動電位良好相關(guān)性，以流動電流代替動電位來描述膠體的脫穩(wěn)程度是完全可能的在2）流動電流與混凝劑投量的相關(guān)性。向水中加入不同

31、量的硫酸鋁，測定水的流動電流。在硫酸鋁投量較少時，流動電流賂有上升，變化不大；隨著投藥量進一步增大，流動電流值迅速上升；隨后流動電流的增大趨勢逐漸變緩。3）流動電流與混凝效果的相關(guān)性。流動電流與濁度的這種相關(guān)性是普遍存在的，用范圍廣泛的、包括國內(nèi)國外、南方北方、江河水庫等多種原水及處理工藝進行試驗，都可以觀察到上述現(xiàn)象，說明流動電流是對混凝起決定性影響的主要因素。3、流動電流混凝控制工藝系統(tǒng)的組成與特點在流動電流與混凝工藝相關(guān)性的基礎(chǔ)上，可以建立流動電流很凝投藥控制系統(tǒng)工藝流程，該系統(tǒng)主要由檢測、控制、執(zhí)行三大部分組成，流動電流檢測器對加藥后水中膠體電荷進行檢測，并經(jīng)信號處理后將該流動電流信號

32、送至控制器；控制器對該檢測值與事先設(shè)定的設(shè)定值進行比較，并按一定控制策略對投藥量輸出進行調(diào)整，該藥量的調(diào)整通過變頻調(diào)運設(shè)備對投藥泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。1) 單因子控制：除流動電流參數(shù)外，不再要求測定任何其它參數(shù)。2) 小滯后系統(tǒng)：可以適應(yīng)水質(zhì)及水量等的突然變化。3) 中間參數(shù)控制：設(shè)定值是通過相關(guān)關(guān)系間接反映了濁度要求。4 透光脈動聚凝檢測技術(shù)的應(yīng)用透光脈動值能一定程度地反映加藥混凝后水中顆粒雜質(zhì)的絮凝情況，可以作為控制參數(shù)構(gòu)成反饋控制系統(tǒng)。對于一般濁度水，由于絮凝體形成的反應(yīng)過程進行緩慢，滯后時間長，反饋控制混凝劑投加量效果不太理想。高濁度水的絮凝過程進行迅速，一般只需數(shù)秒或數(shù)十秒時間即可完成

33、，因此可檢測其絮凝情況并根據(jù)絮凝過程控制投藥量，從而成為新的高濁度水絮凝控制方法，4.1 高濁度水絮凝過程與透光脈動值的相關(guān)性1）絮凝劑投加量和遠光脈動值的關(guān)系2）渾液面沉速與透光脈動值的關(guān)系3）出水余濁和透光脈動值的關(guān)系4）高濁度水透光脈動投藥控制系統(tǒng)4.2 高濁度水透光脈動投藥控制系統(tǒng)絮凝檢測儀的檢測值可以反映高濁度水渾液面沉速的大小，通過對檢測值的控制即可實現(xiàn)混液面沉速的控制，這樣就有一個方便的確定投藥量的方法，不需要檢測原水含砂量、粒徑組成、流量及原水的其它性質(zhì)，只要檢測加藥絮凝反應(yīng)后的透光脈動值一個參數(shù)，即可控制投藥，保證高濁度水處理運行經(jīng)濟可靠。 由于高濁度水的絮凝過程非常短，因此

34、采用以檢測值為控制對象的反饋控制系統(tǒng)，對擾動的響應(yīng)速度快，滯后很短，接近于同步控制。工作過程如下：反饋控制系統(tǒng)通過絮凝檢測儀在線連續(xù)檢測已進行絮凝反應(yīng)的高濁度水的值，并將信號傳到控制中心；控制器接收信號，并與給定的設(shè)定值進行比較、判斷，若檢測值R符合系統(tǒng)要求，其偏差在允許的范圍內(nèi)，說明投藥量正常；反之若檢測值A(chǔ)不在允許的范圍內(nèi)，控制器通過一定的算法指揮變頻器改變投藥泵電機的電源頻率、進而改變投藥泵轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)投藥量調(diào)整，修正偏差，直到檢測值R符合要求。第二節(jié)、濾池控制技術(shù)1、濾池控制的基本內(nèi)容與基本方式 濾他的自動控制基本上包括過濾、反沖洗兩個方面，其中以反沖洗為主。由于各種濾池的構(gòu)造、原理不同

35、，控制內(nèi)容與方法也有差別。在采用的技術(shù)方面，主要有水力控制與機電控制兩類。在本節(jié)中主要通過些實例介紹機電控制技術(shù)，特別是微電腦智能化控制技術(shù)的應(yīng)用情況。 濾池的反沖洗控制可以有不同的方式?？刂品桨敢鉀Q如何判斷反沖洗開始和反沖洗結(jié)束。反沖洗開始有下列方式判斷： (1)濾后水濁度監(jiān)控。連續(xù)檢測濾池出水的濁度，當濾后水濁度達到設(shè)定值時開始反沖洗； (2)濾池水頭損失監(jiān)控。連續(xù)檢測濾池的水頭損失，當水頭損失達到設(shè)定值時開始反沖洗； (3)定時控制。根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定濾池工作周期，當達到周期規(guī)定的時間后開始反沖洗。 反沖洗結(jié)束有下列方式判斷； (1)反沖洗水濁度監(jiān)控。連續(xù)檢測濾池反沖洗水的濁度，當該濁度降到

36、設(shè)定值時結(jié)束反沖洗，使濾池投入過濾工況； (2)定時控制。按經(jīng)驗設(shè)定濾池反沖洗歷時，當達到規(guī)定的反沖洗時間后結(jié)束反沖洗使濾池投入過濾工況。 上述濾池反沖洗的開始與結(jié)束的控制方式可以交叉組合應(yīng)用，也可以將幾種方式共同應(yīng)用，當其中的條件之一達到時，即應(yīng)當開始或結(jié)束反沖洗。另外，控制系統(tǒng)還應(yīng)具有隨時人工指令強制反沖洗的功能。 反沖洗進行的方式有采用各濾池連續(xù)順序進行的，也有采用各濾池分別按各自的條件控制、獨立進行反沖洗的。 一般在生產(chǎn)上不允許多座濾池同時反沖洗，在控制系統(tǒng)上應(yīng)當采取相應(yīng)的措施。2、虹吸濾池的運行控制實例 以可編程序控制器為核心、以U型氣水切換閥為執(zhí)行元件，進行虹吸濾池運行的自動控制。

37、 根據(jù)不同的工藝條件，可以按下列3種方式控制虹吸濾池的運行。 1)自動控制方式：根據(jù)各格濾池水位(濾池水頭損失)上升到達反沖洗水位的先后順序進行操作，依次控制濾池的反沖洗。 2)定時控制方式：以每格濾池的過濾時間為依據(jù)進行反沖洗控制，每當濾池工作達16-24h(可調(diào))時進行一次反沖洗； 3)手動控制方式：由值班人員根據(jù)具體生產(chǎn)情況，手動選定某格或某幾格濾池反沖洗，反沖洗過程由控制裝置指令自動完成。下面著重介紹自動控制運行方式。在每格濾池都裝有浮球液位檢測裝置以檢測濾池運行工況，過濾周期后期。當濾池水位上升到反沖洗水位時，液位檢測裝置發(fā)出反沖洗信號，控制裝置控制執(zhí)行機構(gòu)完成此格濾池反沖洗過程。即

38、：1)破壞小虹吸；2)形成大虹吸；3)反沖洗計時，4)破壞大虹吸，5)形成小虹吸；6)反沖洗完畢(濾池恢復(fù)正常過濾)，當有兩格或兩格以上濾池到達反沖洗水位時，控制裝置根據(jù)各池水位到達的先后次序按先到先沖的原則，依次對此部分濾池進行反沖洗。為保證沖洗強度，反沖洗時間從大虹吸形成后開始計時，保證每次只沖洗一格。自動控制流程見圖 第三節(jié)、氯氣自動投加與控制技術(shù)1、氯氣投加系統(tǒng)與設(shè)備 氯氣的投加方式主要可分為兩種形式：即正壓投加和真空投加。傳統(tǒng)的加氯方式多采用正壓投加。采用正壓投加時，由于所有的投加管線都處于正壓狀態(tài)，一旦發(fā)生故障或者管線破裂，容易出現(xiàn)氯氣泄漏事故，安全可靠性低、設(shè)備維護量大。同時，氯

39、氣投加主要依靠經(jīng)驗，精度不高，難以保證水質(zhì)標準和余氯合格率。而真空投加，由于所有的投加管線都處于真空狀態(tài)。即使管道出現(xiàn)破裂，也不會出現(xiàn)泄氯現(xiàn)象具有很好的安全可靠性。根據(jù)真空投加的原理真空加氯機加氯系統(tǒng)由氣液分離器、真空調(diào)節(jié)器、加氯機、取樣泵、余氯分析儀、水射器、漏氯檢測儀等組成。2、氯氣投加的自動控制 對于氯氣的自動投加控制，按控制系統(tǒng)的形式劃分，可以有以下幾種： 1)流量比例前饋控制：即控制投加量與水流量成一定比例； 2)余氯反饋控制：按照投加以后水中的余氯進行反饋控制； 3)復(fù)合環(huán)控制：即按照水流量和余氯進行的復(fù)合控制，或雙重余氯串級控制等， (4)其它控制方式：加以pH值和氧化還原電勢為

40、參數(shù)進行控制等。 根據(jù)具體情況，對于前加氯和后加氯，宜采用不同的控制方式。 前加氯系統(tǒng)主要目的是殺死水中的微生物或氧化有機物，對投加量準確性要求不高，以采用原水流量進行比例投加為好。投加量控下式確定：式中：Y-前加氯的投加量； K-單位原水投氯量； Q-與投加點對應(yīng)的原水進水量； 后加氯系統(tǒng)主要目的是對水進行消毒，并使管網(wǎng)水中保持一定的余氯量。這是保證出廠水滿足衛(wèi)生學指標要求的把關(guān)環(huán)節(jié)，必須嚴格控制。由于要求水中的余氯量位比較恒定，而濾后水的需氯量是個變值。采用流量比例控制很難達到要求。因此，可采用投氯后水余氯簡單反饋控制、復(fù)合環(huán)控制等方式。前饋反饋復(fù)合環(huán)控制就是按前饋流量比例和余氯反饋進行復(fù)

41、合調(diào)節(jié)。前饋比例調(diào)節(jié)可以迅速地調(diào)整由于處理水量變化產(chǎn)生的氯需求變化；反饋調(diào)節(jié)可以對余氯偏差進行更精確的修正，調(diào)節(jié)特性較簡單反饋控制有所改善(見上圖)。但是這種調(diào)節(jié)方式仍不能解決水質(zhì)迅速變化所產(chǎn)生的問題。3、應(yīng)用中的一些問題1.投加點和取樣點的選擇相當重要?？梢愿鶕?jù)工藝要求選擇確定氯氣投加點，而選擇取樣點時必須保證氯溶液與待處理水能充分混合，又不產(chǎn)生過長的滯后時間，以便控制器能及時地對加氯工藝進行控制。為保證充分混合，可以采用機械攪拌、彎頭混合、噴撒擴散器等方式。一般說來，對于飲用水系統(tǒng)，取樣點與加氯注入點之間的距離應(yīng)十倍于管道的直徑。余氯檢測是實現(xiàn)控制調(diào)節(jié)的重要環(huán)節(jié)，為了加氯及控制系統(tǒng)的正常工

42、作必須保證余氯檢測的精確可靠性，這就需要采用質(zhì)量良好的余氯檢測設(shè)備，并配備有一定專業(yè)技能的專門人才，定期監(jiān)測和維護加氯與控制設(shè)備。由于氯氣危害性很大，因此設(shè)計加氯及控制系統(tǒng)時，對整個系統(tǒng)的安全性能必須引起足夠的重視：實際使用經(jīng)驗表明。采用自動加氯，能隨時根據(jù)水量和水質(zhì)的變化對加氯量進行調(diào)節(jié)，出廠水余氯合格率可達到99.9以上，比傳統(tǒng)方式有明顯提高，并且使液氯的耗量有所降低。第四節(jié)、供水企業(yè)SCADA系統(tǒng)1、水廠自動監(jiān)控系統(tǒng)的組成與形式 隨著計算機及控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了集中式控制形式出中心控制室的一臺計算機系統(tǒng)對各個環(huán)節(jié)的參數(shù)進行巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、控制運算，然后發(fā)出控制信號，直接控制被控對象

43、。一臺計算機體往往同時控制多個回路、即多個水處理工藝環(huán)節(jié)。在這種控制系統(tǒng)中，集中檢測、控制運算工作量大，要求計算機功能強大，有很高的可靠性。 進入70年代以來，以微處理器為核心的各種控制設(shè)備發(fā)展迅速，使得控制系統(tǒng)的形式也發(fā)生了相應(yīng)的變化、結(jié)構(gòu)組成種類很多。當前水廠采用的自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，從自控的角度可以劃分為SCADA系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、IPC+PLC系統(tǒng)、總線式工業(yè)控制機構(gòu)系統(tǒng)等。(1) SCADA系統(tǒng)由一個主控站和若干個遠程終端站組成。該系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)通訊功能鉸強。通訊方式可以采用無線、微波、同軸電線、光纜、雙絞線等，監(jiān)測的點數(shù)多，控制功能強，該系統(tǒng)側(cè)重于監(jiān)測和少量的控制一般適用于被測點的地

44、域分布較廣的場合，如無線管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)等。該系統(tǒng)的基本特點是：1)組網(wǎng)范圍大，通訊方式靈活?？梢詫崿F(xiàn)一個城市或地區(qū)那樣的較大的地理分布的監(jiān)測和控制。2)系統(tǒng)分為主控機和遠程終端機兩部分，終端機處理能力較小。3)系統(tǒng)實時性較低，對大規(guī)模和復(fù)雜的控制實現(xiàn)較為困難。(2) DCS系統(tǒng)DCS稱為集散型控制系統(tǒng)。是由多臺計算機和現(xiàn)場終端機聯(lián)接組成。通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場控制站、監(jiān)測站俐操作管理站、控制管理站及工程師站聯(lián)接起來，共同完成分散控制和集中操作、管理的綜合控制系統(tǒng)。 DCS側(cè)重于連續(xù)性生產(chǎn)過程的控制。該系統(tǒng)的基本特點是：1)采用分級分布式控制。系統(tǒng)按不同功能組成分級分布子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)執(zhí)行自己的控制程序，

45、處理現(xiàn)場輸入輸出信息，減少了對系統(tǒng)的信息傳輸量，使系統(tǒng)應(yīng)用程序較為簡單。2、水廠SCADA系統(tǒng)的功能 (1)水質(zhì)優(yōu)化。通過自動化控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，提高給水水質(zhì)的安全可靠性、并降低水處理系統(tǒng)的運行費用。例如可以根據(jù)濾池出水濁度及原水水質(zhì)情況，控制系統(tǒng)自功調(diào)節(jié)沉淀池出水濁度目標，在保證出廠水水質(zhì)合格的前提下，實現(xiàn)水處理系統(tǒng)運行的總費用最低(藥劑費用、排泥水費、濾池反沖洗水費之和)。 (2)能耗優(yōu)化。水廠是耗能大戶。通過自控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，可以最大限度地節(jié)約能耗，例如通過對取水泵站和送水泵站水泵電機的調(diào)速控制，使之按恒定流量或恒定壓力方式運轉(zhuǎn)避免能量浪費，即實現(xiàn)能耗優(yōu)化。 (3)單體構(gòu)筑物運行優(yōu)化?？梢愿?/p>

46、據(jù)系統(tǒng)總體運行條件要求(原水水質(zhì)、產(chǎn)水量等，各控制單元對各個水處理構(gòu)筑物的運行工況進行自動調(diào)節(jié)，通過改變投藥量、排泥工況、反 沖洗周期及沖洗時間等實現(xiàn)各構(gòu)筑物在最優(yōu)工況下運行。為了實現(xiàn)上述要求，典型的水廠自控系統(tǒng)功能介紹如下：1)中央控制室的軟硬件配置與功能 中央控制室的硬件配置采用如下方案： a)三臺電腦：一臺用于控制，一臺用于監(jiān)視報管和報表輸出，另一臺用于驅(qū)動模擬屏，用于控制和監(jiān)視的兩臺電腦可以互為備用，大大提高系統(tǒng)的可靠性。 b)三臺打印機：一臺打報表，一臺作報警輸出，一臺作屏幕監(jiān)視的硬拷貝。 c)配置大模擬顯示屏或高清晰度投影機，用以顯示工藝流程及水質(zhì)參數(shù)、過程參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等。 軟件

47、配置：自控系統(tǒng)軟件分為各分控站PLC應(yīng)用程序和中控室上位機主控軟件，主控軟件具有方便靈活的系統(tǒng)組態(tài)功能，良好的人機界面，完善的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、控制和信息處理功能，系統(tǒng)有良好的可擴充件，方便與其它系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)等。2)取水泵房控制。包括水位監(jiān)測，電源、水量、水質(zhì)等方面的參數(shù)監(jiān)測水泵電機的開停、調(diào)速控制閥門的開關(guān)、調(diào)節(jié)控制等。3）投藥控制。包括絮凝劑、消毒劑、助凝劑等的投加按制與設(shè)備運行狀態(tài)檢測；4)反應(yīng)池、沉淀池的自動排泥控制，回收水池的水泵及液位控制等。5)濾池控制。包括過濾和反沖洗的自動控制。6)送水泵房控制。對水泵機組、閥門的啟停、水泵的轉(zhuǎn)速等進行控制。第五章：污水處理廠的檢測儀表與ICA技術(shù)第

48、一節(jié)、污水處理廠常用檢測方法與儀表1、概述與給水處理廠相比，污水處理廠的處理方法、工藝流程、污水和污泥的指標等都有很大不同，其檢測項目與方法也有很多特殊性。本節(jié)主要介紹一些活性污泥法污水處理廠中員常用的檢測方法及其儀表設(shè)備。2、污泥濃度的檢測方法與儀表由于污水處理過程中污泥產(chǎn)量大、成分復(fù)雜，污泥處理與處置是污水處理系統(tǒng)中重要的組成部分，所以污泥的檢測也占有重要的地位。污泥濃度的檢測方式有光學式、超聲波式和放射線式等，一般對低濃度污泥的檢測多采用光學式、對高濁度則多采用超聲波式。2.1 MLSS濃度的檢測 MLSS濃度般在1500-4000mgl之間，屬于低濃度污泥，常采用光學式檢測計。光學式檢

49、測儀又分為透射光式、散射光式和透光散射光式3種。在使用MLSS檢測儀時應(yīng)注意以下事項：1)為了避免由于檢視窗口的污染引起的檢測誤差，應(yīng)當定期清洗。 2)為了避免由于來自上方直射日光等強光的射入引起的誤差，檢測儀的傳感器部分常常放置在水面以下30-50cm處： 3)由于MLSS檢測儀是根據(jù)光學原理測定濃度，當被檢測的混合液顏色變化影響透光率變化時，宜使用受其影響較小的透光散射光式檢測儀。4)在對MLSS檢測儀進行較正時，將MLSS的分析值和檢測儀的測定值進行比較，并作成表示相關(guān)關(guān)系的曲線圖，用來校正檢測儀。2.2 污泥濃度檢測儀污泥濃度較高時常采用超聲波式濃度檢測儀：將對超聲波發(fā)射器與接收器相對

50、安裝在測定管兩側(cè)，超聲波在傳播時被污泥中的固形物吸收和分散而發(fā)生衰減，其衰減量與污泥濃度成正比，通過測定超聲波的衰減量來檢測污泥濃度。試樣中的氣泡也會引起檢測誤差。它的優(yōu)點是受污染的影響較小，缺點是間歇式檢測。使用時應(yīng)注意的事項如下：1)試樣中的氣泡將異常地增大超聲波的衰減量而引起檢測誤差；2)當有加壓消泡裝置時，應(yīng)定期檢查加壓機構(gòu)和空氣壓縮機；3)當由于季節(jié)變化而引起污泥顆粒形狀的變化，應(yīng)用正常的污泥檢測結(jié)果來校正。3、污泥界面的檢測方法與儀表為了進行必要的污泥管理必須設(shè)置污泥界面計，它也是利用光學和超聲波的原理來檢測，在設(shè)置和檢測時，還應(yīng)注意藻類與氣泡的影響，以及污泥界面的凹凸不平等引起的

51、誤差；分位光學式和超聲波式。4、有機物的檢測方法與儀表(1)COD自動檢測儀 是將指定的檢測的步驟自動化了的儀器，每隔1-2h間歇自動檢測，根據(jù)氧化分解的條件有酸性法檢測儀和堿性法檢測儀。通過更換試劑、也有酸性法和堿性法兩種方法交替使用的儀表：酸性法適用于水樣中含微量氯離子或不含氯離子的檢測，而堿性法受氯離子影響不大，所以用于含有大量氯離子水樣的檢測。 (2)TOD自動檢測儀TOD的檢測原理是將水樣和含有一定量氧的載流氣體一起，送人高溫加熱后的催化劑填充燃燒管中，使水樣中的有機物氧化分解，然后測定消耗的氧量。(3) UV計 利用溶解件有機物吸收紫外線范圍波長的光的特性，將水樣連續(xù)送進測定瓶，用

52、紫外線照射，然后根據(jù)其吸光度來檢測其污染程度，在各種有機物中，有的不吸收紫外線最大波長光，也有完全不吸收紫外線光的有機物。但是，二級處理水的UV與COD往往有很好的相關(guān)關(guān)系。(3) TOC計 有兩種方式，一是首先利用低溫加熱催化劑檢測無機碳，然后把無機碳的值從總碳中減去的檢測方式，稱雙通道方式；二是預(yù)先將水樣用鹽酸調(diào)至酸性然后用氮氣吹脫水樣中的無機碳后，再送入高溫催化劑填充管進行檢測的方式，稱為單通道方式。第二節(jié)、污水處理系統(tǒng)ICA技術(shù)1 ICA技術(shù)簡介儀表、控制和自動化(ICA)技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的重要性越來越明顯，在未來1020年內(nèi)其投資將占整個污水處理系統(tǒng)投資的20 50。ICA技術(shù)可為

53、污水處理廠的運行帶來以下主要優(yōu)勢：降低系統(tǒng)的運行能耗，保證系統(tǒng)的高效運行；保證出水水質(zhì)穩(wěn)定并滿足污水排放標準；增加污水廠的處理能力，在現(xiàn)有污水廠反應(yīng)器容積下充分提高系統(tǒng)的脫氮率，無需改建或擴建污水處理廠。2 ICA技術(shù)的限制性因素和發(fā)展動力目前ICA技術(shù)并沒有在污水廠獲得廣泛應(yīng)用，其主要原因有： 不完善的教育-培訓-知識體系；風險投資者或組織機構(gòu)之間缺乏合作；缺乏應(yīng)用ICA技術(shù)所能帶來的經(jīng)濟效益的認識；檢測工具不可靠、不穩(wěn)定；污水處理廠設(shè)計存在限制性因素，排水收集系統(tǒng)不完善；ICA技術(shù)缺乏透明度以及軟件和儀器行業(yè)不規(guī)范。ICA技術(shù)的發(fā)展動力如下：逐漸嚴格的污水排放標準；污泥減量的需求；經(jīng)濟動力

54、；降低運行能耗和增加產(chǎn)出的需求；污水處理廠的設(shè)計越來越復(fù)雜；污水再生回用等觀點的出現(xiàn)；新型、便宜、操作簡單技術(shù)的出現(xiàn)(如計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù))。 3 ICA技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀目前，我國污水處理廠的自控系統(tǒng)一般設(shè)置手動與自動兩套系統(tǒng)。由于小型污水處理廠(如啤酒廠、飲料廠、味精廠等)資金不足、技術(shù)力量薄弱及生產(chǎn)的季節(jié)性等原因，所采用的檢測儀表大部分是國產(chǎn)的離線儀表，監(jiān)測手段為取樣后測定各水質(zhì)指標，然后根據(jù)測定結(jié)果調(diào)整設(shè)備的運行狀態(tài)。由于這些儀表的準確性差且非連續(xù)性監(jiān)測，故設(shè)備運行狀態(tài)的調(diào)整滯后，常常導(dǎo)致出水水質(zhì)不穩(wěn)定。一些大型污水處理廠為了實現(xiàn)自動化控制、保證出水水質(zhì)達標，或借鑒國內(nèi)外先進的技術(shù)和經(jīng)驗自行

55、開發(fā)，或利用政府投資和國外的優(yōu)惠低息貸款成套引進德國、丹麥、澳大利亞等國的污水處理工藝、設(shè)備、監(jiān)測儀器儀表、自控系統(tǒng)及相應(yīng)的軟件。由于設(shè)備配套性好、技術(shù)先進、自動化程度高，系統(tǒng)能夠連續(xù)、穩(wěn)定地運行，并能保證出水水質(zhì)達標。但上述運行未考慮系統(tǒng)的控制優(yōu)化，僅僅保證了系統(tǒng)連續(xù)運行這一最基本要求，對出水水質(zhì)的達標是基于足夠大的反應(yīng)器或較高的曝氣量，這就造成國內(nèi)污水處理廠運行和管理費用約是國外的2倍，而運行管理人員數(shù)又是其若干倍，且大部分已建污水處理廠仍處于人工操作狀態(tài)，至今未考慮其過程控制和運行的優(yōu)化。4 污水處理系統(tǒng)ICA技術(shù)的發(fā)展趨勢未來1O年污水處理面臨的主要問題是新建或升級現(xiàn)有污水廠以實現(xiàn)脫氮除磷的深度處理，因此對營養(yǎng)物去除效果的控制是ICA技術(shù)一個重要內(nèi)容。調(diào)查發(fā)現(xiàn)對更便宜和更穩(wěn)定的在線傳感器需求較大，尤其是營養(yǎng)物測定裝置。對儀器的冗余、傳感器綜合數(shù)據(jù)質(zhì)量的監(jiān)測和故障監(jiān)測系統(tǒng)的需求也很大。除常用類型的傳感器，還需要一些新型技術(shù)如軟件傳感器、綜