在現(xiàn)代化凈水廠，所有的生產(chǎn)過程總是與相應(yīng)的儀表和自控技術(shù)有關(guān)。 儀表連續(xù)檢測各工藝參數(shù)，基于這些參數(shù)數(shù)據(jù)進行手動或自動控制，協(xié)調(diào)供需間、系統(tǒng)各組成部分之間、各水處理工藝之間的關(guān)系，使各種設(shè)備和設(shè)施能夠更加充分、合理地使用。 同時，可連續(xù)比較測量儀測量的數(shù)值與設(shè)定值，因此發(fā)生偏差時，可立即進行調(diào)整，保證水處理的品質(zhì)。 儀表檢測參數(shù)可以進一步自動調(diào)節(jié)和控制用藥量，保證泵機組的合理運行，使管理更加科學(xué)化，達到經(jīng)濟運行的目的。 儀表具有連續(xù)檢測、超過限度報警的功能，對于及時處理事故非常方便。 儀表仍然是實現(xiàn)計算機控制的前提條件。 因此，在先進的水處理系統(tǒng)中，自動儀表具有十分重要的作用。 　　 　　

一、水處理系統(tǒng)常用儀表的分類

供水工程中使用的儀表大致可分為:一種是監(jiān)測生產(chǎn)過程中物理參數(shù)的儀表，用于檢測溫度、壓力、液位、流量等。 這種儀表采用國產(chǎn)鐘表，其性能和質(zhì)量基本可以滿足要求。 另一種是測定水質(zhì)的分析器，例如測定水的濁度、pH值、溶解氧量、馀氯、SCD值等。 這些專用儀器在我國發(fā)展緩慢，通常選擇國外先進產(chǎn)品，從長遠角度看經(jīng)濟可靠。 檢測儀表的好壞直接關(guān)系到供水自動化的效果。 在工程設(shè)計過程中，一般從儀表性能、質(zhì)量、價格、用品狀況、售后服務(wù)等方面反復(fù)比較，采用進口儀表與國產(chǎn)儀表相結(jié)合的方法。 　　 　　

二、凈水廠監(jiān)控系統(tǒng)的組成模式和監(jiān)控參數(shù)

構(gòu)成凈水廠監(jiān)控系統(tǒng)的模型凈水廠監(jiān)控系統(tǒng)一般由水廠管理層和現(xiàn)場監(jiān)控層兩級系統(tǒng)組成，按集中管理分散控制的原則進行監(jiān)控。 在工程設(shè)計中，工廠級計算機系統(tǒng)(即主站)安裝在水廠中心控制室，每個現(xiàn)場監(jiān)測站(即子站)的數(shù)量和位置取決于過程流和建筑物的位置和分布程度。 一般地表水廠廠房子站的設(shè)置是供水泵室子站、反應(yīng)沉淀和氯化藥子站、過濾子站、送水泵室和配電室子站、污泥處理子站。 各監(jiān)測儀表的數(shù)據(jù)均傳送至計算機系統(tǒng)，可在監(jiān)測站控制臺顯示、控制、打印、記錄、報警。 　　 　　

2 .各從站的監(jiān)測參數(shù)

a .供水泵室子站監(jiān)測參數(shù)水質(zhì)參數(shù):水源水渾濁度、pH值、水溫、溶解氧等。 運轉(zhuǎn)參數(shù):調(diào)節(jié)池水位、吸水井水位、水源水流量、泵分電量、泵站總電量等。 　　 　　

b .反應(yīng)沉淀、加氯藥房水質(zhì)參數(shù):沉淀池出口濁度、過濾后的剩馀氯、SCD值。 運轉(zhuǎn)參數(shù):沉淀池水位、沉淀前流量、罐液位、罐液位、藥液濃度、沉淀池泥位。 　　 　　

c .過濾分站水質(zhì)參數(shù):過濾后的水濁度、馀氯。 運轉(zhuǎn)參數(shù):過濾池水位、水頭損失、逆洗水流量、沖洗水箱水位。 　　 　　

d .送水泵室和配電室分局的水質(zhì)參數(shù):出廠水流量、剩馀氯。 運轉(zhuǎn)參數(shù):出廠水壓、流量、清水池水位、吸水井水位、交流電壓、交流電流、電量等。 　　 　　

e .污泥處理子站運行參數(shù):回流池水位、水量、濃縮池水位、回流濁度。 三、水處理系統(tǒng)常用儀表選型與設(shè)計應(yīng)注意的問題

1 .儀表選項的一般要求

(1)度:在正常使用條件下，儀表測量結(jié)果的準(zhǔn)確度、誤差越小，度越高。 生產(chǎn)過程物理檢測儀表的度數(shù)為±； 1%，水質(zhì)分析儀度±； 2% (高濁水濁度計的度數(shù)為±； 5% )。 　　 　　

(2)響應(yīng)時間:測量時，到儀表的指示值顯示為止需要花費時間。 這個時間是儀表的響應(yīng)時間。 一個儀表能否快速反映參數(shù)的變化，是重要的指標(biāo)。 水質(zhì)分析儀所要求的響應(yīng)時間不得超過3min。 　　 　　

(3)輸出信號:儀表的模擬輸出為4~20mADC信號，負載能力選擇為600&Omega以上。 　　 　　

(4)儀表保護等級應(yīng)符合環(huán)境要求，一般在IP65以上，藥劑投入系統(tǒng)的檢測儀表要求耐腐蝕。 　　 　　

(5)四線式儀表電源多為220VAC、50Hz，二線式儀表電源為24VDC。 　　 　　

(6)現(xiàn)場監(jiān)測儀表應(yīng)選用數(shù)顯表。 　　 　

(7)儀表的工作電源獨立，與計算機共享電源，避免故障和檢修時電源相互干擾，確保各自穩(wěn)定可靠運行。 　　 　　

(8)為了使計算機能夠檢測出變壓器和變流器的異常信號并進行警報，選購件的電壓和變流器的輸入信號應(yīng)大于電流和變流器，分別為0~6A和0~120V。 　　 　　

(9)必須選擇能夠提供可靠服務(wù)和豐富經(jīng)驗的儀器制造商。 　　 　　

2 .水位測量

在選擇液位計時，必須考慮以下因素

(1)測定對象，例如被測定介質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)、工作壓力和溫度、設(shè)置條件、液位變化的速度等

(2)測量范圍、測量(或控制)度、顯示方式、現(xiàn)場指示、遠程指示、與計算機的接口、安全防腐、可靠性、施工便利性等測量和控制要求。 　　 　　

供水工程常用的液位計和選型要點如下:

a .浮動式液位計

將中空浮球放入液體中，液面水平發(fā)生變化時浮球會產(chǎn)生與液面水平變化相同的位移。 可通過機械或電氣方法測量浮球的位移，其次為±； (1~2)%，該液位計不適用于高粘度液體，其輸出端有開關(guān)控制和連續(xù)輸出。 在凈水廠的設(shè)計中，多將該水平計用于集水井的水平測量來控制排水泵的自動開閉。 　　 　　

b .靜壓(或差壓)式液位計

由于液柱的靜壓與液位成正比，因此可通過壓力計測量基準(zhǔn)面上液柱的靜壓來測量液位。 根據(jù)被測量介質(zhì)的密度和液體測量范圍計算壓力和差壓范圍，選擇適合微波爐、溫度等性能的壓力計和差壓計。 這個液位計的度數(shù)是±； ( 0.5~2)%。 　　 　　

c .電容式液位計

將電極插入容器內(nèi)，液位變化時，電極內(nèi)部的電介質(zhì)發(fā)生變化，電極間(或電極與容器壁之間)的靜電電容也發(fā)生變化，該靜電電容的變化再次轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的直流信號。 其次是±； ( 0.5到1.5 ) %。

電容式液位計在傳感器上沒有機械可動部分，結(jié)構(gòu)簡單，具有可靠性優(yōu)點，靈敏度高，檢測側(cè)功耗小，動態(tài)響應(yīng)快，維護方便，使用壽命長。 缺點是被測液體的介電常數(shù)不穩(wěn)定會引起誤差。 電容式液位計通常用于調(diào)節(jié)水池和清水池等的液位。 　　 　　

測量范圍不超過2m時，采用棒狀、板狀、同軸電極；超過2m時，采用電纜電極。 被檢測介質(zhì)為水時，使用帶絕緣層(可使用的聚乙烯)的電極。 　　 　　

d .超聲波液位計

超聲波液位計的傳感器由一對收發(fā)換能器構(gòu)成。 發(fā)送換能器向液面發(fā)送超聲波脈沖，超聲波脈沖從液面反射回來，被接收換能器接收。 從發(fā)送到接收的時間決定傳感器與液面的距離，可換算成液面水平。 其次是±； 0.5%。 　　 　　

該液位計無機械活動部分，可靠性高，安裝簡單方便，非接觸式測量，不受液體粘度、密度等影響，多用于藥池、藥罐、排泥池等液位測量。 但是，這種方法有一定的死角，價格很高。 　　 　　

流量測量流量分為兩部分，一部分用于流量測量，參與過程控制，提高生產(chǎn)自動化水平，改善生產(chǎn)工藝條件，達到提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的目的。 另一種流量計量不僅是產(chǎn)品產(chǎn)量，也是供水企業(yè)主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的計算依據(jù)。 供水企業(yè)zui的主要8個經(jīng)濟指標(biāo)中，有3個指標(biāo)是以流量計測得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。 　　 　　

選擇流量計時，請考慮以下因素

(1)任何型號的流量計沒有國家計量部門審定的證明書都不能選定。 　　 　　

(2)流量計本身的壓力損失小。 　　 　　

(3)按行業(yè)要求，流量計的精度必須在2.5級以上。 　　 　　

(4)安裝現(xiàn)場的條件應(yīng)符合所選流量計對直管段的要求。 　　 　　

(5)選定的流量計應(yīng)適用于設(shè)置現(xiàn)場的環(huán)境條件，如溫度、濕度、電磁干擾等。 　　 　　

(6)選定的流量計應(yīng)適用于測量的液體介質(zhì)。 　　 　　

現(xiàn)在供水工程設(shè)計中zui較多的是電磁流量計和超聲波流量計。 　　 　　

電磁流量計的電磁流量計原理應(yīng)用法拉德電磁感應(yīng)定律，由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。 在測量中，液體本身是導(dǎo)體，通過安裝在管路上的2個線圈產(chǎn)生磁場。 線圈被交流或直流電源激勵，磁場作用于在管路內(nèi)流動的液體，在管路中產(chǎn)生與被測定流體的平均流速v對應(yīng)的電壓，該電壓與流體的流速分布無關(guān)。 　　 　　

與管道絕緣的兩個電極監(jiān)視液體的感應(yīng)電壓。 磁場的方向、流體的流動以及兩個檢測電極的相對位置這三者相互垂直。 　　 　　

電磁流量計的優(yōu)點:

(1)測定不受被測定液體的溫度、壓力、粘度的影響。 　　 　　

(2)無壓力損失。 　　 　　

(3)可連續(xù)測量，測量度高。 　　 　　

(4)口徑范圍和測量范圍廣，測量范圍可連續(xù)調(diào)整。 　　 　　

(5)與流速分布無關(guān)。 　　 　　

(6)前后直管段較短，前直管段為5D(D為儀表直徑)，后直管段為3D。 　　 　　

(7)穩(wěn)定性好，輸出標(biāo)準(zhǔn)化的信號，能夠簡單地進入自控系統(tǒng)。 　　 　　

(8)變送器導(dǎo)管內(nèi)壁有襯里材料，具有良好的耐磨性。 　　 　　

(9)轉(zhuǎn)換器體積小，功耗小，抗干擾性能強，便于現(xiàn)場觀察。 　　 　

適用于水處理系統(tǒng)的電磁流量計的襯里材料多使用氯丁橡膠，耐磨性優(yōu)良。 安裝時要注意遠離外部電磁場源，不要影響傳感器的工作磁場和流量信號，水平安裝傳感器時，兩個電極的中心軸線為水平狀態(tài)，要防止微粒堆積，不要影響電極的動作。 測量管內(nèi)必須滿管，大量氣泡不允許通過傳感器。 不符合條件的，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)措施。 　　 　　

確保儀表工作，提高測度，不受外部寄生電位的影響，傳感器需要良好的單獨接地線，接地電阻必須小于10&Omega，特別是安裝在陰極保護管上時。 安裝在水源工廠的干燥管上的電磁流量計，由于配管采用陰極保護，防止電解腐蝕的配管內(nèi)壁和外壁之間絕緣，被測量介質(zhì)沒有接地電位，因此在傳感器的兩端面安裝傳感器接地環(huán)，與連接配管的法蘭絕緣。 傳感器與接地環(huán)用的接地線連接，與接地極連接。 管法蘭之間用電纜連接，但沒有與傳感器連接。 法蘭連接螺栓通過絕緣襯套和墊圈隔離。 這種電磁流量計自生產(chǎn)以來效果一直很好。 　　 　　

轉(zhuǎn)換器設(shè)置在滿足其防護等級要求的場所，在滿足安裝環(huán)境、使用要求的前提下，轉(zhuǎn)換器與傳感器之間的距離和連接電纜越短，越好，節(jié)約投資，減少可能發(fā)生的強電信號干擾。 　　 　　

超聲波流量計zui近十多年來隨著電子技術(shù)的發(fā)展，超聲波流量計被應(yīng)用于流量測量。 利用超聲波流量計進行測量的方法有很多，其中典型的有時差法和多普勒法。 凈水廠多采用時差法流量計，其方法是在測量管道上安裝兩個換能器，在順流和逆流流速之差的影響下，測量從發(fā)射到接收的時間差，從而測量流速。 　　 　　

超聲波流量計的主要優(yōu)點:

(1)設(shè)置、維護方便。 隨著夾裝式傳感器的普及，在設(shè)置、維護超聲波流量計時，不會在配管上開孔或切斷流量，可以在現(xiàn)有的用途中簡單地設(shè)置，特別適用于大口徑配管檢查系統(tǒng)。 　　 　　

(2)口徑范圍廣，價格不受管徑影響。 　　 　　

(3)測量的可靠性高。 　　 　　

(4)無壓力損失。 　　 　　

(5)不受流體參數(shù)的影響。 　　 　　

(6)輸出標(biāo)準(zhǔn)化的直流信號，能夠容易地進入自控系統(tǒng)。 　　 　　

選擇超聲波流量計時，要特別注意傳感器的安裝誤差、管道內(nèi)壁污垢、防腐層是否均勻。 這些因素對測量結(jié)果有很大影響。 另外，根據(jù)超聲波流量計的測量原理，由于只有在流速分布均勻的情況下才能保證測量的精度，因此流量計的上下游需要足夠的直管段，參考各種資料和流量計的使用說明書，上游zui要求為10D以上，下游要求為5D以上。 　　 　　

由于自來水行業(yè)是連續(xù)生產(chǎn)，因此進行無中斷計量是極其重要的，一般來說安裝在管道上的流量計總是不能拆卸檢查。 一般采用高密度便攜式超聲波流量計，周期性地向國家認(rèn)證機構(gòu)進行校準(zhǔn)，作為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)器具，采用對照方式定期檢查在線流量計。 設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)使用單位的要求，考慮到將來的生產(chǎn)管理需要，確保測量空間，使用戶方便。 也就是說，除了稍微擴大流量計的井，設(shè)置固定式流量計之外，還需要如圖1那樣確保用便攜式流量計進行測量的空間。 　　 　　

濁度的測定是水體混濁程度的測定，即水體中存在微細分散的懸浮微粒，降低水的透明度。 濁度計是一種測量水體濁度的儀器，主要用于水質(zhì)監(jiān)測和管理。 凈水廠負責(zé)供應(yīng)居民生活用水和工業(yè)用水，供水質(zhì)量直接關(guān)系到人民的健康、安全、食品、釀造、醫(yī)藥、紡織、印染、電力等各行業(yè)的正常生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。 濁度是重要的水質(zhì)指標(biāo)，濁度計的選擇尤為重要。 濁度計有目視濁度計和光電濁度計兩種。 光濁度計按其用途分為過程監(jiān)測(連續(xù)測量)濁度計和實驗室(包括便攜式)濁度計，其設(shè)計原理分為透射光濁度計和散射光濁度計。 　　 　　

散射光濁度計對水的低濁度有高靈敏度，精度高，相對誤差小，重現(xiàn)性好，水的色度不顯示濁度，散射光與入射光強度比有直線關(guān)系，因此在1992年9月世界衛(wèi)生組織頒布的《飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定散射光濁度計為測量儀。 同時，“ 供水行業(yè)2000年技術(shù)進步發(fā)展規(guī)劃” 明確規(guī)定了水管網(wǎng)的水濁度指標(biāo)為1NTU。 凈水廠的設(shè)計中經(jīng)常使用HACH公司的1720D、SS6系列濁度計(屬于散射光式濁度計)。 過濾后的水及出廠水的測定一般采用1720D (原來是1720C )系列濁度計。 使用時水樣連續(xù)流入濁度計，通過脫泡器排出水流中的氣泡，進入濁度計的中柱內(nèi)，進入測量室，越過其邊緣進入排出口。 聚光束從傳感頭組件向下投影到濁度計主體內(nèi)的水樣上，浸入水樣的光電管在測量水中浮游固體90°的方向上的散射光、散射光的量與水樣的濁度成比例。 由于1720D不需要采用采樣池，因此，可以減少雜散光并提高測量精度。 1720D的精度在0到0~40NTU的范圍內(nèi)±； 2%，在40到100 n tu的范圍內(nèi)±； 5%，分辨率為0.001NTU，響應(yīng)時間為75s。 　　 　　

測量過濾后水的濁度計多設(shè)置在過濾所的管廊內(nèi)，可以采用壁掛和柜裝置，出廠水的測量通常是在送水泵室設(shè)置水質(zhì)計之間，設(shè)置濁度計和其他水質(zhì)測量計，向監(jiān)視站引導(dǎo)信號。 　　 　　

1720D的測量范圍為0~100NTU，zui無需測量過濾前的水。 光學(xué)可測量100NTU，但給生產(chǎn)帶來很多不便。 測量源水和過濾前水多使用SS6系列的表面散射式濁度計，它將光束照射到液體表面，測量來自液面的散射光，避免光學(xué)系統(tǒng)和水樣直接接觸，消除了清洗流動池時的信號損失。 　　 　　

SS6系列的測量范圍為0~9999999ntu，一般地表水廠的水源水在此范圍內(nèi)。 0~2000NTU范圍內(nèi)的精度為±； 5%，2000~9999999ntu范圍內(nèi)的精度為±； 百分之十。 　　 　　

濁度計取樣點的選擇應(yīng)與技術(shù)專業(yè)緊密結(jié)合，選擇zui的代表點，取樣孔zui不應(yīng)開在取樣管道頂部。 水樣萃取zui用小型取樣泵取樣，保證取樣管內(nèi)有一定的流速，不會影響濁度計的測量精度。 取樣管道的口徑由儀表取樣水的總需求量決定。 　　 　　

選擇顯示儀表一般凈水廠工程多選擇智能顯示儀表，功能完備，可進行數(shù)字信號處理，實現(xiàn)控制功能，且測量值用液晶顯示，操作簡便，可保存數(shù)據(jù)，具有自診斷功能。 與計算機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后，其優(yōu)勢未能完全發(fā)揮，已被計算機系統(tǒng)所取代，但是在現(xiàn)在的凈水廠建設(shè)中，智能顯示器還可以作為計算機系統(tǒng)未調(diào)整的發(fā)貨階段和故障時的輔助顯示器，滿足現(xiàn)場控制、顯示的要求。 　　 　　

在一些情況下，如果同時需要本地顯示和遠程傳輸，則不應(yīng)當(dāng)采用信號分離器，例如，單路輸入、雙路輸出、單路輸出顯示計算器，以及另一路輸出可以被輸入PLC，例如常用的WS15242。 　　 　　

儀表系統(tǒng)的接地和防雷接地分為保護接地和工作接地。 保護接地是為了保護作業(yè)人員因機器的絕緣破壞和絕緣性能的降低而觸電的危險和機器的安全。 工作接地是為了保證儀表穩(wěn)定可靠地工作。 一般凈水廠儀表系統(tǒng)的接地采用TN-S系統(tǒng)，即相線a、b、c為3根，中性線n為1根，保護線PE為1根。 電氣設(shè)備的露出的導(dǎo)電性部分與PE線連接的優(yōu)點是，PE線正常工作時不產(chǎn)生電流，設(shè)備的露出的導(dǎo)電性部分不會產(chǎn)生對地電壓，事故時也容易切斷電源，具有強的電磁適應(yīng)性，避免了高次諧波的干擾。 　　 　　

工作接地的原則是單點接地。 由于對地電位差的存在，如果出現(xiàn)一個以上的接地點，則形成接地電路，噪聲進入儀表，因此同一信號電路、同一屏蔽層中只有一個接地點。 設(shè)計作業(yè)接地可以單獨設(shè)置，也可以與保護接地共用同一接地體。 從工程實踐經(jīng)驗看，選擇接地電阻一般應(yīng)小于1&Omega。 　　 　　

普通凈水廠設(shè)施分散、構(gòu)筑物低、地形平坦、寬敞，尤其是流量計井在廠外時，儀表設(shè)備的雷擊率會增加。 在實踐中，筆者曾多次遇到雷擊損壞儀表、儀表原因不明等事件。 因此，安裝質(zhì)量優(yōu)良、動作可靠的避雷器是德國peperl+fujihs公司的ESP系列避雷門用于流量計信號和電源保護等不可缺少的保護措施，效果良好

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