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自动化仪表及其相关设备在水处理系统中的应用
日期:2008-8-26 23:14:51 来源:中国自动化网  
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随着我国改革开放政策的深化和国外贷款项目的不断增多,计算机测控管理系统已普遍进入净水厂自动化领域。目前,国内净水厂自控系统采用最多的是由工业计算机 (IPC)+ 可编程序逻辑控制器 (PLC)+ 自动化仪表组成的多级分布式计算机测控管理系统。
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一 自动化仪表在水处理系统中的重要地位
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  在现代化的净水厂中,每一个生产过程总是与相应的仪表及自控技术有关。仪表能连续检测各工艺参数,根据这些参数的数据进行手动或自动控制,从而协调供需之间、系统各组成部分之间、各水处理工艺之间的关系,以便使各种设备与设施得到更充分、合理的使用。同时,由于检测仪表测定的数值与设定值可连续进行比较,发生偏差时,立即进行调整,从而保证水处理质量。根据仪表检测的参数,能进一步自动调节和控制药剂投加量,保证水泵机组的合理运行,使管理更加科学化,达到经济运行的目的。由于仪表具有连续检测、越限报警的功能,便于及时处理事故。仪表还是实现计算机控制的前提条件。所以在先进的水处理系统中,自动化仪表具有非常重要的作用。
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二 水处理系统常用仪表的分类
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  给水工程所用仪表大致可分为两大类:一类属于监测生产过程物理参数的仪表,如检测温度、压力、液位、流量等。这类仪表采用国产表,其性能和质量基本能满足要求。另一类属于检测水质的分析仪表,如检测水的浊度、 pH 值、溶氧含量、余氯、 SCD 值等。这些专用仪表在我国发展比较晚,因此,通常选用国外先进产品,从长远观点看是比较经济、可靠的。
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检测仪表的好坏直接关系到给水自动化的效果。在工程设计过程中,从仪表的性能、质量、价格、备件情况、售后服务等方面进行反复比较,我们一般采用进口仪表和国产仪表相结合的方法。
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三 净水厂监控系统的构成模式及监测参数
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1. 净水厂监控系统的构成模式
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  净水厂的监控系统一般由水厂管理层和现场监控层两级系统构成,按集中管理、分散控制的原则进行监控。在工程设计中,将厂级计算机系统 ( 即主站 ) 设在水厂中心控制室,各现场监控站 ( 即分站 ) 的数量和位置按工艺流程及构筑物的位置、分散程度来定。一般地表水厂现场分站的设置是:进水泵房分站、反应沉淀与加氯加药分站、过滤分站、送水泵房及变配电室分站、污泥处理分站。各监测仪表的数据均送到计算机系统,可在监控站的工控机上显示、控制并打印、记录、报警。
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2. 各分站监测参数
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a. 进水泵房分站监测参数
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水质参数:源水浊度、 pH 值、水温、溶解氧等。
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运行参数:调节池水位、吸水井水位、源水流量、泵机分电量、泵站总电量等。
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b. 反应沉淀、加氯加药分站
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水质参数:沉淀池出口浊度、滤后余氯、 SCD 值。
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运行参数:沉淀池水位、沉淀前流量、搅拌罐液位、药池液位、药液浓度、沉淀池泥位。
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c. 过滤分站
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水质参数:滤后水浊度、余氯。
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运行参数:滤池水位、水头损失、反冲洗水流量、冲洗水箱水位。
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d. 送水泵房及变配电室分站
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水质参数:出厂水流量、余氯。
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运行参数:出厂水压力、流量、清水池水位、吸水井水位、交流电压、交流电流、电量等。
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e. 污泥处理分站
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运行参数:回流池水位、水量、浓缩池水位、回流水浊度。
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四 水处理系统常用仪表在选型及设计中应注意的问题
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1. 仪表选配的一般要求
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(1) 精确度:是指在正常使用条件下,仪表测量结果的准确程度,误差越小,精确度越高。
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生产过程物理检测仪表的精确度为 ±1% ,水质分析仪表的精确度为 ±2%( 测高浊水的浊度仪的精确度为 ±5%) 。
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(2) 响应时间:当对被测量进行测量时,仪表指示值总要经过一段时间才能显示出来,这段时间即为仪表的响应时间。一只仪表能不能尽快反应出参数变化的情况,是很重要的指标。对水质分析仪表要求的响应时间应不超过 3min 。
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(3) 输出信号:仪表的模拟输出应是 4~20mA DC 信号,负载能力不小于 600Ω 。
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(4) 仪表的防护等级应满足所在环境的要求,一般应不低于 IP65 ,用于药剂投加系统的检测仪表要求能耐腐蚀。
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(5) 四线制的仪表电源多为 220V AC 、 50Hz ,两线制的仪表电源为 24V DC 。
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(6) 现场监测仪表宜选用数显仪。
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(7) 仪表的工作电源应独立,不应和计算机共用电源,以保证发生故障和检修时电源互不干扰,使各自都能稳定可靠地运行。
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(8) 为使计算机能检测到电压互感器和电流互感器的异常信号并报警,设计选配的电压及电流变送器的输入信号应比电流及电压互感器大,即分别为 0~6A 及 0~120V 。
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(9) 应选择能够提供可靠服务和有丰富经验的仪表生产厂商。
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2. 水位测量
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  选择液位计时应考虑以下因素:
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(1) 测量对象,如被测介质的物理和化学性质,以及工作压力和温度、安装条件、液位变化的速度等;
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(2) 测量和控制要求,如测量范围、测量 ( 或控制 ) 精确度、显示方式、现场指示、远距离指示、与计算机的接口、安全防腐、可靠性及施工方便性。
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给水工程中常用的液位计及选型要点如下:
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a. 浮球式液位计
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在液体中放入一个空心的浮球,当液位变化时,浮球将产生与液位变化相同的位移。可用机械或电的方法来测得浮球的位移,其精确度为 ±(1~2)% ,这种液位计不适用于高粘度的液体,其输出端有开关控制和连续输出。
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在净水厂的设计中,多将此种液位计用于集水井的液位测量以控制排水泵的自动开停。
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b. 静压 ( 或差压 ) 式液位计
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由于液柱的静压与液位成正比,因此利用压力表测量基准面上液柱的静压就可测得液位。根据被测介质的密度及液体测量范围计算出压力或压差范围,再选用量程、精确度等性能合适的压力表或差压表。这种液位计的精确度为 ±(0.5~2)% 。
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c. 电容式液位计
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在容器内插入电极,当液位变化时,电极内部介质改变,电极间 ( 或电极与容器壁之间 ) 的电容也随之变化,该电容量的变化再转换成标准化的直流电信号。其精确度为 ±(0.5~1.5)% 。
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电容式液位计具有以下优点:传感器无机械可动部分,结构简单、可靠;精确度高;检测端消耗电能小,动态响应快;维护方便,寿命长。缺点是被测液体的介电常数不稳定会引起误差。电容式液位计一般用于调节池、清水池等的液位测量。
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当测量范围不超过 2m 时,采用棒状、板状、同轴电极;当超过 2m 时,采用缆式电极。当被测介质为水时,采用带绝缘层 ( 可用聚乙烯 ) 的电极。
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d. 超声液位计
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超声液位计的传感器由一对发射、接收换能器组成。发射换能器面对液面发射超声波脉冲,超声波脉冲从液面上反射回来,被接收换能器接收。根据发射至接收的时间可确定传感器与液面之间的距离,即可换算成液位。其精确度为 ±0.5% 。
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这种液位计无机械可动部分,可靠性高,安装简单、方便,属于非接触测量,且不受液体的粘度、密度等影响,因此多用于药池、药罐、排泥水池等的液位测量。但此种方法有一定的盲区,且价格较贵。
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3. 流量测量
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  流量测量分为两种,一种用于流量检测,参与过程控制,以达到提高生产自动化水平,改善生产工艺条件,提高产品质量和产量的目的。另一种用于流量的计量,不仅计量产品的产量,还是供水企业主要技术经济指标计算的依据。在供水企业最主要的 8 项经济指标中,有 3 项指标是以流量计测量的数据为基础的。
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流量计的选型应考虑以下因素:

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