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(jìn)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(jìn)行調(diào)整，保證水處理的品質(zhì)。 儀表檢測參數(shù)可以進(jìn)一步自動調(diào)節(jié)和控制用藥量，保證泵機(jī)組的合理運(yùn)行，使管理更加科學(xué)化，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(jī)控制的前提條件。 因此，在先進(jìn)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(jìn)產(chǎn)品，從長遠(yuǎn)角度看經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(jìn)行監(jiān)控。 在工程設(shè)計中，工廠級計算機(jī)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(jī)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(fèi)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(fù)載能力選擇為600&Omega以上。 　　 　　

(4)儀表保護(hù)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(dú)立，與計算機(jī)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(yùn)行。 　　 　　

(8)為了使計算機(jī)能夠檢測出變壓器和變流器的異常信號并進(jìn)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(yuǎn)程指示、與計算機(jī)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(jī)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(jī)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(hù)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(jī)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(dá)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(jì)指標(biāo)的計算依據(jù)。 供水企業(yè)zui的主要8個經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(qiáng)，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(yuǎn)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(dú)接地線，接地電阻必須小于10&Omega，特別是安裝在陰極保護(hù)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(hù)，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(hù)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(qiáng)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(jìn)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(hù)方便。 隨著夾裝式傳感器的普及，在設(shè)置、維護(hù)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(jìn)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(jìn)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(jī)構(gòu)進(jìn)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(kuò)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(jìn)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(xì)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(fù)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)入濁度計的中柱內(nèi)，進(jìn)入測量室，越過其邊緣進(jìn)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(jìn)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(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后，其優(yōu)勢未能完全發(fā)揮，已被計算機(jī)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(jī)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(yuǎn)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(hù)接地和工作接地。 保護(hù)接地是為了保護(hù)作業(yè)人員因機(jī)器的絕緣破壞和絕緣性能的降低而觸電的危險和機(jī)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(hù)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(qiáng)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(jìn)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(dú)設(shè)置，也可以與保護(hù)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(hù)等不可缺少的保護(hù)措施，效果良好

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