【文章內容簡介】 藝和設備。PLC在水廠自動控制中有廣泛應用，多臺PLC可實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡化，并與計算機工作站相連。本設計中濾池反沖洗控制采用了該控制方式。 加藥測控系統(tǒng)設計在自來水生產(chǎn)過程中,一般都要經(jīng)過由原水加入藥物(混凝劑)反應、沉淀、過濾、加氯氣消毒的工藝流程。在這一系列的處理過程中,藥物的投加是一個十分關鍵的環(huán)節(jié)。因為自來水的最終水質、生產(chǎn)成本等直接關系到藥物的投加量及其反應效果。目前,全國大多數(shù)自來水企業(yè)的藥物投加還停留在傳統(tǒng)的手工方式上,實際生產(chǎn)中完全憑借工作人員的經(jīng)驗來觀察判斷出水水質,然后根據(jù)具體情況采用手工投入藥物。在原水的加藥處理中,水廠采用的藥劑一般是FeCl3或者Al2(SO4)3,由于藥物有較強的腐蝕性,不利于工作人員的身體健康,而且手工操作難以保證制水水質。為此設計了可編程序控制器自動控制加藥處理系統(tǒng),以改變傳統(tǒng)的手工操作生產(chǎn)方式,實現(xiàn)藥劑的自動投加,達到節(jié)省藥劑、穩(wěn)定水質、提高管理水平、減輕勞動強度、改善勞動環(huán)境的目的,取得了很好的效果。 加藥測控系統(tǒng)的設計（1）混凝劑投加的自動控制長期以來，水廠的混凝劑投加量，有的由人工憑經(jīng)驗運行，有的采用燒杯試驗，根據(jù)原水水質進行不同的混凝劑投加量試驗，最后求得與要求的沉淀池出水渾濁度相等的混凝劑量。這些方法在原水水質變化不大時是可行的，但有些水源的水質瞬時變化，水廠制水量也有波動，如果由人工確定投藥量，往往會降低水質合格率并增加藥耗。為此不少水廠引進國外技術進行投藥的自動化控制，近年來國內混凝劑自動投加的技術也有所提高?；炷齽┩都拥淖詣涌刂品椒ㄈ缦拢孩贁?shù)學模型法 根據(jù)原水水質參數(shù)（渾濁度、水溫、堿度、氨氮、耗氧量）和流量對投藥量的影響，建立數(shù)學模型，通過計算機控制以改變投藥量?？刂仆端幜繒r通常有前饋控制和反饋控制法。前饋控制可由模擬沉淀池或濾池，或用流動電流法確定投藥量；而反饋控制是根據(jù)沉淀池或濾池的出水水質，對前饋投藥量加以微調，達到提高水質和降低藥耗的效果。前饋控制并未考慮后續(xù)凈水工藝和各種參數(shù)變化時對凈水效果的影響。有的數(shù)學模式則是采用前饋和反饋控制相結合，既考慮原水水質和產(chǎn)水量的變化，又考慮沉淀池或濾池的出水水質，實行優(yōu)化控制。目前一般采用的是前饋和反饋共同控制方法。由于各地水源水質不同，所選用的水質參數(shù)也有各地的特點，可靠的原始水質資料年限有長短，以致所建立的數(shù)學公式不可能相互套用。再者，為了簡化前饋控制的數(shù)學模型，往往其中不可能包括影響混凝的許多因素，所得出的投藥量必須加以反饋修正，使得使用并不方便。②特性參數(shù)控制法 除了燒杯攪拌混凝實驗外，混凝評價的其他方法有ζ電位和流動電流檢測法，可用以估計顆粒表面的電荷和實現(xiàn)自動控制。通過由膠體顆粒ζ電位原理制成的流動電流檢測器，將影響投藥量的各種因素用流動電流表示，只要控制流動電流在最佳范圍，就可以實現(xiàn)自動控制。還有用光電原理測定絮凝顆粒特性等，對加藥量進行控制。應運ζ電位法時，最佳混凝條件通過在ζ電位為0時，但去除渾濁度和去除有機物的最佳ζ電位是有差別的。例如，去除渾濁度的最佳條件是稍負的電位；而去除有機物的最佳條件經(jīng)常是接近零電荷點，即ζ電位為0時。流動電流檢測儀是一種在線檢測裝置，可以連續(xù)地獲得水處理工藝性能的資料。當然每種測定方法隨原水水質而異，并且季節(jié)性的水質變化也會影響最佳的混凝劑投加量。流動電流檢測儀（SCD）使用時，需先設定基準值?；鶞手档脑O定需通過試驗，即在穩(wěn)定的原水水質和水量條件下，投加不同混凝劑量，其中沉淀水渾濁度符合要求的一種劑量，其基準值為0。運行時，隨著水量和水質的變化，流動電流檢測儀會偏移0而顯示不同的值，即可輸出信號到投藥控制器，自動調整投藥量。投藥控制儀設定了正負投藥量幅度，在這范圍內投藥泵的加藥量不變，可無需頻繁的調整。采用這一方法時，應了解其他水廠的使用情況，注意是否適用于當?shù)氐脑|和混凝劑品種，例如，原水中鹽類、pH值、油類、農藥、表面活性劑等可使SCD測定結果發(fā)生偏差，甚至失效。投加高分子絮凝劑也不適用，即使同一水源在不同季節(jié)，SCD的測定效果也相差很大。在開啟或停用一臺原水泵時，因流量突然增大或減少，這時投藥效果將較差，出水渾濁度可能超標。改正的方法可采用以原水流量為前饋，SCD值為反饋的投藥方式。顆粒計數(shù)儀是評價混凝過程的另一種方法，因為應用渾濁度儀測定時，對于水中大于1181。m的顆粒，測定的精度和靈敏度都會下降，測定結果經(jīng)常偏低。由于水中的病原微生物都大于1181。m，而隱孢子蟲和賈第蟲的大小都為2~10181。m，所以用渾濁度儀檢測水質，難以保證出廠水的生物安全性。而顆粒計數(shù)儀不僅可以測定水中雜質顆粒的數(shù)量和大小，還可以看出混凝以后顆粒大小增加的程度，特別適用于不設沉淀池而直接過濾時，濾后水中顆粒的測定。（2）混凝劑的投加量根據(jù)原水水質的測定結果，了解其變化情況后，及時調整混凝劑投加量，做到既能保證出水水質，又節(jié)約混凝劑用量，也是運行管理的重點?；炷齽┩都恿恳话闶怯苫炇彝ㄟ^攪拌試驗決定，但生產(chǎn)運行情況同試驗結果總有差異，所以加藥量還需根據(jù)生產(chǎn)運行情況適當調整。①投藥控制化學藥劑的投加對濾池過濾性能的影響是水處理時應該注意的問題。投藥時會有不少問題，如投加那些藥劑，投加量的多少，在哪點投加等，盡管投藥可以控制整個水處理工藝的效果，但也是最易出問題的水處理環(huán)節(jié)。投藥后的混凝會影響到過濾的性能，為了有效地混凝和過濾，需要注意以下幾點。① 需加足夠數(shù)量的混凝劑，用以中和原水中膠體顆粒的電荷，并產(chǎn)生氫氧化物沉淀，達到網(wǎng)捕和卷掃水中膠體的作用，有些混凝劑如聚合氯化鋁和某些集合電解質，混凝時比較多的是電荷中和作用，而硫酸鋁、三氯化鐵和硫酸亞鐵則兼有電荷中和與網(wǎng)捕和卷掃的作用。② 混凝時控制水的pH值非常重要，例如許多鋁鹽混凝劑，去除渾濁度時的最佳pH值范圍為6~7。運行過程中，水的pH值最好能稍低些，目的是多去除些產(chǎn)生色度和消毒副產(chǎn)物母體的天然有機物，使用其他混凝劑也是這樣。③ 投加混凝劑時應有適當?shù)臈l件，例如在混合之前投加時，溶液池中的硫酸鋁濃度不低于1%，否則在溶液池中會出現(xiàn)預絮凝現(xiàn)象而影響效果。硫酸鋁投加到水中后，應盡快分散到水中，這樣效果最佳，否則如隨意混合就會浪費藥劑。④ 許多混凝劑如硫酸鋁、三氯化鐵和硫酸亞鐵是酸性的，可以明顯降低水的pH值，混凝劑投加量越多，所降低的pH值和堿度越多。如果所處理水的堿度很低，投加硫酸鋁以后，pH值會下降到最佳混凝所需pH值以下，這時可適當補充加堿；如果所處理的是高堿度水，則可加酸使pH值在最佳混凝的范圍。但這種pH值補償措施國內應有還不多。②投藥經(jīng)驗有些水廠根據(jù)生產(chǎn)上的礬花絮凝和沉淀情況，來判斷投藥量和沉淀池的運行情況，其經(jīng)驗如下。原水渾濁度為200度左右時，在絮凝池進口處如已能看到細小密集的礬花顆粒，隨著絮凝池內流速的逐漸減小，礬花越結越大，到了絮凝池的出口處，礬花已經(jīng)結大，水中礬花清晰分離，看上去像秋天的成堆云塊在水里流動。進入沉淀池后，礬花與水分離而下沉，池內的水就逐步變清。到沉淀池出口處，水的渾濁度可以滿足進入慮池的渾濁度要求時，說明運行正常，混凝劑投量適宜。至于沉淀水的渾濁度是多少才合適，要由當時的飲用水水質標準決定，比如過去設計時，沉淀水渾濁度采用10度以下，現(xiàn)在有了新的水質規(guī)范，沉淀水渾濁度可能需要降低到2~3NTU甚至小于1NTU,才可進入濾池，要求更高了。如果絮凝池后部已經(jīng)出現(xiàn)泥水分離，并且在進入沉淀池后礬花很快沉淀，說明混凝劑投加過量。反之，如果絮凝池中可看到細小礬花，但在沉淀池進口處還沒有泥水分離現(xiàn)象，說明混凝劑投加量不足。原水渾濁度在50度以下時，因為水中膠體顆粒的數(shù)量較少，結成的礬花一般像小雪花，密度小，顆粒不結實。在絮凝池進口處不能清楚看到礬花，直到絮凝池中段和出口處才看到有小雪花般的礬花。進入沉淀池后，礬花隨沉淀池水的流動而逐步下沉，表明運行正常，混凝劑投量適宜。但這種礬花下沉慢，受到風浪或低溫影響時，會有少量礬花從沉淀池流出，但因數(shù)量較少對沉淀池出水渾濁度影響不大。如沉淀池進口處已看到礬花和水分離，水路分明，而出口處卻有大量礬花帶出，出水渾濁度較高，表明投藥量過大。如在絮凝池出口處和沉淀池進口處見不到小雪花狀的礬花，同時也沒有泥水分離現(xiàn)象，說明投藥量不夠。原水渾濁度低于10度時，不能直接過濾，還是需要投加少量混凝劑，否則沉淀水的渾濁度增高，會因此縮短過濾周期，增加沖洗水量和制水成本。有時過濾效果不好，甚至慮后水的渾濁度幾乎和慮前相等。雖然這時降低慮速能使出水渾濁度達到要求，但因水廠運行需滿足產(chǎn)水量等原因，并不允許隨意降低慮速。因暴雨等原因使原水渾濁度突然升高，如發(fā)現(xiàn)絮凝池后部的礬花很少，而沉淀池進口處表層水很清，可是水面下1m處卻看到渾水進入，這是沉淀池水質即將變壞的預兆。上清下渾是因為后來進池的渾水比沉淀池內的水重，產(chǎn)生了異重流。如不及時增加投藥量很好混凝，等到沉淀池的上層清水逐漸流光，池水將全部變渾。這時除了立即投加過量混凝劑外，還要分析原水堿度夠不夠，是否需要加石灰以提高堿度等。投加過量混凝劑的時間要延續(xù)到原水水質好轉時為止本設計中的自動控制加藥系統(tǒng)的設計，要根據(jù)地區(qū)和水質不同，例如混凝劑品種、流量、水溫、pH值、溶解氧和咸度等都會影響混凝效果，熟練的運行人員憑自身的經(jīng)驗進行現(xiàn)場觀察，就能很好進行控制。如臭味、氨氮和耗氧量較大時，可先做混凝攪拌試驗，再總結運行經(jīng)驗，進而設計控制系統(tǒng)。本設計所選用的水源是黃河水，它的pH值、溶解氧、色度和咸度等基本不變，所以在加藥之前，通過實驗或者多年經(jīng)驗決定混合比例。水溫平時基本沒有變化，只隨季節(jié)變化，并且由于之前經(jīng)過了原水箱，所以它的變化不會太大。其變化因素基本忽略不計。如有時隨季節(jié)變化太大時，會根據(jù)經(jīng)驗或試驗適當人為改變混合比例。所以主要影響加藥量的因素為流量。所以選用了流量比值控制，其詳細設計如下。首先是混凝劑的選定，在所有混凝劑中，聚合氯化鋁是一種無機高分子混凝劑，簡稱PAC。聚合氯化鋁的投加方式與一般混凝劑相同，投加的溶液濃度不應低于5%。投加后能夠生成高價聚合陽離子，在電性中和及架橋作用下使水中膠體相互絮凝。并且聚合氯化鋁溶液的腐蝕性小，產(chǎn)生的礬花顆粒大，沉淀性能良好，產(chǎn)生污泥量少，混凝效果優(yōu)于硫酸鋁，投藥操作方便，成本較低，適用的pH值范圍為5~9，其范圍較廣，并且適應低溫、高色度水的處理。由于本設計中以黃河水為原水，并且是北方的水廠，所以溫度較低，色度較高，所以選用聚合氯化鋁，成本不僅低并且能夠達到工藝要求。其次是投藥過程中所涉及的控制系統(tǒng)，其中，首先是將聚合氯化鋁配成一定濃度溶液，在配溶液的過程中，第一，控制的是混合器的液位，選用的是單閉環(huán)控制，而在此配合的過程中，為了使溶液濃度一定，應使稀釋水和藥的投加量成比例加入，并進行不斷的攪拌，使其混合（）。第二，在配溶液的過程中還應有比值控制，即以加藥量隨著稀釋水的流量變化而變化。其次是藥物混合液的投加，由于藥物混合液的投加是隨著原水流量而變，所以，此處選用比值控制（），從而達到控制效果。 配藥控制系統(tǒng)圖 加藥控制系統(tǒng)圖 加藥系統(tǒng)測控儀表選型該測控系統(tǒng)包括一個串接控制系統(tǒng)、兩個比值控制系統(tǒng)。這三個控制系統(tǒng)，共涉及工藝參數(shù)三個（流量、液位、速度），、。 液位流量串接控制 配藥開環(huán)比值控制 加藥流量單閉環(huán)比值控制在這些控制系統(tǒng)中，涉及到了兩個工藝過程參數(shù)，即流量、液位，具體有液位的檢測、原水流量的檢測、稀釋水流量檢測以及控制、溶液管道流量檢測以及控制。在這些檢測和控制中，關于儀表選型等，如下所述。（1）流量檢測儀測定流量用的儀表叫做流量計，它是水廠進行生產(chǎn)管理、計量和經(jīng)濟核算的必須儀表。水廠中使用的水和藥劑的流量計類型非常多，在費用、可靠性、精確度和維護保養(yǎng)等方面各有其優(yōu)缺點。對于流量計形式的選擇，要考慮本身水頭損失小，耗能也小，價格適宜，經(jīng)久耐用，計量準確和穩(wěn)定可靠，類型不要過多以便于維修。流量計有不同形式，有些只能指示某一瞬時的流量，有些可以指出一段時間內的累計流量，也就是在該段時間內通過的總水量。水廠使用的流量計大致有文氏管流量計、電磁流量計、超聲波流量計、插入式渦輪、渦街流量計等，分述如下：①差壓流量計 差壓（DP）流量計是根據(jù)管道中的流量和節(jié)流裝置倆側壓力差的平方根成正比的原理來測定流量，節(jié)流裝置有文丘里管、孔板和噴嘴等。差壓式流量計由節(jié)流裝置量出壓差，差壓變送器把壓差轉換成電信號，運算器計算流量，然后在顯示器中顯示流量值。所有差壓流量計所測的流量，由變送器發(fā)出4~20mA的直流電（DC）信號，通過電子裝置轉換為流量讀出。新型的差壓變送器采用微處理器，有很高的精確度。差壓式流量計的特點是結構簡單，價格較低。②電磁流量計 電磁流量計可用于測定含有大量懸浮固體的水，或適用于在很大流量范圍內有高測量精度要求時。只要水的電導率大于5—20181。S/cm,測量值更不受水壓、溫度、黏度、密度和電導率的影響。電磁流量計是根據(jù)管道中的流速來測定流量，在管道內裝一對電極，使管道在磁場作用范圍內，能導電的水在管中流過時，切割磁場的磁力線，產(chǎn)生感應電勢，感應電勢和平均流速承正比，電勢通過電極引出。流量大則感應電勢高，流量小感應電勢低，測定電勢就可知道管中水的瞬時體積流量。電磁流量計的傳感器和信號轉換器（放大器）配套使用，倆者的安裝距離有一定要求。傳感器安裝在管道上，將管中的流量轉化為交流的毫伏級信號，轉換器將信號放大并轉換成10mA直流電信號輸出，配套的其他儀表可進行記錄和控制。電磁流量計的傳感器所發(fā)出的流量信號很小，為減少干擾信號，應有接地線，接地線用直徑1~2mm的銅絲，埋在深度至少1m的地下接地棒上，不允許把地線接在公共地線或自來水管上。在傳感器附近不應有電力設備和其他強磁場，也不要在連接管道上進行電焊，以免影響儀表正常工作。測量時管道內必須滿流。長期使用后，管道內壁會結垢，必須定期清洗。傳感器水平安裝時應低于連接管道，垂直安裝時水流方向應從下向上，否則會有很大的干擾信號，甚至不能使用。測量點前后應有直管段，上游應不小于5D（管道直徑），下游不小于2D。從傳感器引出的信號線不能和電源線平行，也不能穿在