一首先說下自動(dòng)化儀表在水處理系統(tǒng)中的重要地位
在現(xiàn)代化的凈水廠中,，每一個(gè)生產(chǎn)過程總是與相應(yīng)的儀表及自控技術(shù)有關(guān),。儀表能連續(xù)檢測(cè)各工藝參數(shù),，根據(jù)這些參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制，從而協(xié)調(diào)供需之間,、系統(tǒng)各組成部分之間,、各水處理工藝之間的關(guān)系，以便使各種設(shè)備與設(shè)施得到更充分,、合理的使用,。同時(shí)，由于檢測(cè)儀表測(cè)定的數(shù)值與設(shè)定值可連續(xù)進(jìn)行比較,，發(fā)生偏差時(shí),，立即進(jìn)行調(diào)整，從而保證水處理質(zhì)量,。根據(jù)儀表檢測(cè)的參數(shù),，能進(jìn)一步自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制藥劑投加量，保證水泵機(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,。由于儀表具有連續(xù)檢測(cè)、越限報(bào)警的功能,，便于及時(shí)處理事故,。儀表還是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的前提條件。所以在*水處理系統(tǒng)中,，自動(dòng)化儀表具有非常重要的作用,。
二 水處理系統(tǒng)常用儀表的分類
給水工程所用儀表大致可分為兩大類：一類屬于監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程物理參數(shù)的儀表，如檢測(cè)溫度,、壓力,、液位、流量等,。這類儀表采用國(guó)產(chǎn)表,，其性能和質(zhì)量基本能滿足要求。另一類屬于檢測(cè)水質(zhì)的分析儀表,，如檢測(cè)水的濁度,、pH值、溶氧含量,、余氯,、SCD值等。這些儀表在我國(guó)發(fā)展比較晚,，因此,，通常選用*產(chǎn)品，從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看是比較經(jīng)濟(jì),、可靠的,。
檢測(cè)儀表的好壞直接關(guān)系到給水自動(dòng)化的效果。在工程設(shè)計(jì)過程中,，從儀表的性能,、質(zhì)量、價(jià)格,、備件情況,、售后服務(wù)等方面進(jìn)行反復(fù)比較，我們一般采用進(jìn)口儀表和國(guó)產(chǎn)儀表相結(jié)合的方法,。
三 凈水廠監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)參數(shù)及構(gòu)成模式
1. 凈水廠監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成模式
凈水廠的監(jiān)控系統(tǒng)一般由水廠管理層和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層兩級(jí)系統(tǒng)構(gòu)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(jì)中,，將廠級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（即主站）設(shè)在水廠中心控制室,，各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站（即分站）的數(shù)量和位置按工藝流程及構(gòu)筑物的位置、分散程度來定,。一般地表水廠現(xiàn)場(chǎng)分站的設(shè)置是：進(jìn)水泵房分站,、反應(yīng)沉淀與加氯加藥分站、過濾分站,、送水泵房及變配電室分站,、污泥處理分站。各監(jiān)測(cè)儀表的數(shù)據(jù)均送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng),，可在監(jiān)控站的工控機(jī)上顯示,、控制并打印、記錄,、報(bào)警。
2. 各分站監(jiān)測(cè)參數(shù)
a. 進(jìn)水泵房分站監(jiān)測(cè)參數(shù)
水質(zhì)參數(shù)：源水濁度,、pH值,、水溫、溶解氧等,。
運(yùn)行參數(shù)：調(diào)節(jié)池水位,、吸水井水位、源水流量,、泵機(jī)分電量,、泵站總電量等。
b. 反應(yīng)沉淀,、加氯加藥分站
水質(zhì)參數(shù)：沉淀池出口濁度,、濾后余氯、SCD值,。
運(yùn)行參數(shù)：沉淀池水位,、沉淀前流量、攪拌罐液位,、藥池液位,、藥液濃度、沉淀池泥位,。
c. 過濾分站
水質(zhì)參數(shù)：濾后水濁度,、余氯。
運(yùn)行參數(shù)：濾池水位,、水頭損失,、反沖洗水流量、沖洗水箱水位,。
d. 送水泵房及變配電室分站
水質(zhì)參數(shù)：出廠水流量,、余氯。
運(yùn)行參數(shù)：出廠水壓力、流量,、清水池水位,、吸水井水位、交流電壓,、交流電流,、電量等。
e. 污泥處理分站
運(yùn)行參數(shù)：回流池水位,、水量,、濃縮池水位、回流水濁度,。
四 水處理系統(tǒng)常用儀表在選型及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題
1. 儀表選配的一般要求
（1） 響應(yīng)時(shí)間：當(dāng)對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量時(shí),，儀表指示值總要經(jīng)過一段時(shí)間才能顯示出來，這段時(shí)間即為儀表的響應(yīng)時(shí)間,。一只儀表能不能盡快反應(yīng)出參數(shù)變化的情況,，是很重要的指標(biāo)。對(duì)水質(zhì)分析儀表要求的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不超過3min,。
（2） 度：是指在正常使用條件下,，儀表測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，誤差越小,，度越高,。
生產(chǎn)過程物理檢測(cè)儀表的度為±1%，水質(zhì)分析儀表的精1f77確度為±2%（測(cè)高濁水的濁度儀的度為±5%）,。
（3）輸出信號(hào)：儀表的模擬輸出應(yīng)是4~20mA DC信號(hào),，負(fù)載能力不小于600Ω。
（4）儀表的防護(hù)等級(jí)應(yīng)滿足所在環(huán)境的要求,，一般應(yīng)不低于IP65,，用于藥劑投加系統(tǒng)的檢測(cè)儀表要求能耐腐蝕。
（5）四線制的儀表電源多為220V AC,、50Hz,，兩線制的儀表電源為24V DC。
（6）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表宜選用數(shù)顯儀,。
（7） 為使計(jì)算機(jī)能檢測(cè)到電壓互感器和電流互感器的異常信號(hào)并報(bào)警,，設(shè)計(jì)選配的電壓及電流變送器的輸入信號(hào)應(yīng)比電流及電壓互感器大，即分別為0~6A及0~120V,。
（8） 儀表的工作電源應(yīng)獨(dú)立,，不應(yīng)和計(jì)算機(jī)共用電源，以保證發(fā)生故障和檢修時(shí)電源互不干擾,，使各自都能穩(wěn)定可靠地運(yùn)行,。
（9）應(yīng)選擇能夠提供可靠服務(wù)和有豐富經(jīng)驗(yàn)的儀表生產(chǎn)廠商,。
2. 水位測(cè)量
選擇液位計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下因素：（1）測(cè)量對(duì)象，如被測(cè)介質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì),，以及工作壓力和溫度,、安裝條件、液位變化的速度等,；（2）測(cè)量和控制要求,，如測(cè)量范圍、測(cè)量（或控制）度,、顯示方式,、現(xiàn)場(chǎng)指示、遠(yuǎn)距離指示,、與計(jì)算機(jī)的接口,、安全防腐、可靠性及施工方便性,。
給水工程中常用的液位計(jì)及選型要點(diǎn)如下：
a. 超聲液位計(jì)
超聲液位計(jì)的傳感器由一對(duì)發(fā)射,、接收換能器組成。發(fā)射換能器面對(duì)液面發(fā)射超聲波脈沖,，超聲波脈沖從液面上反射回來，被接收換能器接收,。根據(jù)發(fā)射至接收的時(shí)間可確定傳感器與液面之間的距離,，即可換算成液位。其度為±0.5%,。
這種液位計(jì)無機(jī)械可動(dòng)部分,，可靠性高，安裝簡(jiǎn)單,、方便,，屬于非接觸測(cè)量，且不受液體的粘度,、密度等影響,，因此多用于藥池、藥罐,、排泥水池等的液位測(cè)量,。但此種方法有一定的盲區(qū)，且價(jià)格較貴,。
b. 浮球式液位計(jì)
在液體中放入一個(gè)空心的浮球,，當(dāng)液位變化時(shí)，浮球?qū)a(chǎn)生與液位變化相同的位移,?？捎脵C(jī)械或電的方法來測(cè)得浮球的位移,，其度為±（1~2）%，這種液位計(jì)不適用于高粘度的液體,，其輸出端有開關(guān)控制和連續(xù)輸出,。
在凈水廠的設(shè)計(jì)中，多將此種液位計(jì)用于集水井的液位測(cè)量以控制排水泵的自動(dòng)開停,。
c. 電容式液位計(jì)
在容器內(nèi)插入電極,，當(dāng)液位變化時(shí)，電極內(nèi)部介質(zhì)改變,，電極間（或電極與容器壁之間）的電容也隨之變化,，該電容量的變化再轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的直流電信號(hào)。其度為±（0.5~1.5）%,。
電容式液位計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：傳感器無機(jī)械可動(dòng)部分,，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠,；度高,；檢測(cè)端消耗電能小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,；維護(hù)方便,，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是被測(cè)液體的介電常數(shù)不穩(wěn)定會(huì)引起誤差,。電容式液位計(jì)一般用于調(diào)節(jié)池,、清水池等的液位測(cè)量。
當(dāng)測(cè)量范圍不超過2m時(shí),，采用棒狀,、板狀、同軸電極,；當(dāng)超過2m時(shí),，采用纜式電極。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)為水時(shí),，采用帶絕緣層（可用聚乙烯）的電極,。
d. 靜壓（或差壓）式液位計(jì)
由于液柱的靜壓與液位成正比，因此利用壓力表測(cè)量基準(zhǔn)面上液柱的靜壓就可測(cè)得液位,。根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的密度及液體測(cè)量范圍計(jì)算出壓力或壓差范圍,，再選用量程、度等性能合適的壓力表或差壓表,。這種液位計(jì)的度為±（0.5~2）%,。
3. 流量測(cè)量
流量測(cè)量分為兩種，一種用于流量檢測(cè),，參與過程控制,，以達(dá)到提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平,，改善生產(chǎn)工藝條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的目的,。另一種用于流量的計(jì)量,，不僅計(jì)量產(chǎn)品的產(chǎn)量，還是供水企業(yè)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算的依據(jù),。在供水企業(yè)zui主要的8項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中,，有3項(xiàng)指標(biāo)是以流量計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。
流量計(jì)的選型應(yīng)考慮以下因素：
（1）任何型號(hào)的流量計(jì)都必須有國(guó)家計(jì)量部門檢定的證書方可選用,。
（2）流量計(jì)本身的壓力損失要小,。
（3）根據(jù)行業(yè)要求，流量計(jì)的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于2.5級(jí),。
（4）安裝現(xiàn)場(chǎng)條件應(yīng)滿足所選流量計(jì)對(duì)直管段的要求,。
（5）所選流量計(jì)應(yīng)能適應(yīng)安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件如溫度、濕度,、電磁干擾等,。
（6）所選流量計(jì)應(yīng)能適用于待測(cè)的液體介質(zhì)。
目前,，在給水工程設(shè)計(jì)中,，采用zui多的是電磁流量計(jì)和超聲流量計(jì)。
a. 電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)的原理是應(yīng)用法拉弟電磁感應(yīng)定律，由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。
在測(cè)量中,，液體本身為導(dǎo)體，磁場(chǎng)通過安裝在管路中的兩個(gè)線圈產(chǎn)生,。線圈由交流或直流電源勵(lì)磁,，磁場(chǎng)作用于管道內(nèi)流動(dòng)的液體,，在管道中產(chǎn)生一個(gè)與被測(cè)流體平均流速V相對(duì)應(yīng)的電壓，且該電壓與流體的流速分布無關(guān),。
與管道絕緣的兩個(gè)電極監(jiān)測(cè)液體的感應(yīng)電壓,。磁場(chǎng)方向、流體流向及兩個(gè)檢測(cè)電極的相對(duì)位置三者互相垂直,。
電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：
（1）測(cè)量不受被測(cè)液體的溫度,、壓力或粘度的影響。
（2）沒有壓力損失,。
（3）能連續(xù)測(cè)量,，測(cè)量度高。
（4）口徑范圍和測(cè)量范圍大,，測(cè)量范圍連續(xù)可調(diào),。
（5）與流速分布無關(guān),。
（6）前后直管段較短，前置直管段為5D（D為儀表的直徑）,，后置直管段為3D,。
（7）穩(wěn)定性好，輸出為標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào),，可方便地進(jìn)入自控系統(tǒng),。
（8）變送器導(dǎo)管內(nèi)壁有襯里材料，具備良好的耐腐,、耐磨性,。
（9）轉(zhuǎn)換器體積小，消耗功率小,，抗干擾性能強(qiáng),，便于現(xiàn)場(chǎng)觀察。
應(yīng)用于水處理系統(tǒng)的電磁流量計(jì)的襯里材料多選用氯丁橡膠,，因其有較好的耐磨性,。安裝時(shí)應(yīng)注意遠(yuǎn)離外界的電磁場(chǎng)源，以免影響傳感器的工作磁場(chǎng)及流量信號(hào),，傳感器水平安裝時(shí),，要求兩個(gè)電極的中心軸線處于水平狀態(tài)，防止顆粒雜質(zhì)沉積,，影響電極工作,。測(cè)量管內(nèi)應(yīng)為滿管，不允許大量氣泡通過傳感器,，當(dāng)不能滿足條件時(shí),，應(yīng)采取相應(yīng)措施。
為使儀表可靠地工作,，提高測(cè)量度,，不受外界寄生電勢(shì)的干擾，傳感器應(yīng)有良好的單獨(dú)接地線,，且接地電阻應(yīng)小于10Ω,，尤其是安裝在陰極保護(hù)管道上時(shí)。如在天津水源廠出廠干管上安裝的電磁流量計(jì),，由于管道采用了陰極保護(hù),，防護(hù)電解腐蝕的管道內(nèi)壁和外壁之間是絕緣的，被測(cè)介質(zhì)沒有接地電位,，所以,，將傳感器接地環(huán)裝在傳感器的兩個(gè)端面上，與連接管道的法蘭絕緣,。傳感器與接地環(huán)用接地線相連,，并引至接地極,。管道法蘭之間用電纜相連但不連到傳感器上。法蘭連接螺栓用絕緣襯套和墊圈隔離,。該電磁流量計(jì)自投產(chǎn)使用以來,，效果一直較好。
轉(zhuǎn)換器應(yīng)安裝在符合其防護(hù)等級(jí)要求的場(chǎng)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,，以節(jié)約投資,，減少可能產(chǎn)生的強(qiáng)電信號(hào)的干擾。
b. 超聲流量計(jì)
zui近十幾年來,，由于電子技術(shù)的發(fā)展,，超聲流量計(jì)才得以應(yīng)用于流量測(cè)量。利用超聲流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量的方法有很多種,，其中較為典型的是時(shí)差法和多普勒法,。凈水廠多選用時(shí)差法流量計(jì)，其方法是在測(cè)量管道上安裝兩個(gè)換能器,，因順流與逆流流速差別的影響,，測(cè)量從發(fā)射到接收而產(chǎn)生的時(shí)間差，據(jù)此測(cè)出流速,。
超聲流量計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)：
（1）安裝維護(hù)方便,。隨著夾裝式傳感器的廣泛使用，在安裝和維護(hù)超聲流量計(jì)時(shí)不需在管道上打孔或切斷流量,，就可在已存在的應(yīng)用場(chǎng)合很方便地進(jìn)行安裝,，尤其適用于大口徑管道檢測(cè)系統(tǒng)。
（2）口徑范圍大,，且價(jià)格不受管徑影響,。
（3）測(cè)量可靠性高。
（4）無壓力損失,。
（5）不受流體參數(shù)影響,。
（6）輸出標(biāo)準(zhǔn)化直流信號(hào),，可方便地進(jìn)入自控系統(tǒng),。
選用超聲流量計(jì)要特別注意傳感器的安裝誤差、管道內(nèi)壁結(jié)垢,、防腐層均勻與否,，這些因素對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大。另據(jù)超聲流量計(jì)的測(cè)量原理,，只有流速分布均勻時(shí)才能保證測(cè)量的度,，所以在流量計(jì)的上下游要有足夠的直管段,，參考各種資料及流量計(jì)的使用手冊(cè)，要求上游zui少不小于10D,，下游大于5D,。
由于自來水行業(yè)為連續(xù)生產(chǎn)，進(jìn)行不間斷計(jì)量是極為重要的,，所以一般安裝于管道上的流量計(jì)不能經(jīng)常拆卸送檢,，一般做法是采用度較高的便攜式超聲流量計(jì)，按周期送國(guó)家認(rèn)證單位進(jìn)行校準(zhǔn),，作為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)器具,，再用比對(duì)的方式定期檢測(cè)在線流量計(jì)。這需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)使用單位要求,，考慮將來生產(chǎn)管理的需要,，預(yù)留出比對(duì)測(cè)量的空間，以方便用戶,，即將流量計(jì)井做得稍大一些,，除安裝固定式流量計(jì)外，還應(yīng)如圖1所示預(yù)留出便攜式流量計(jì)測(cè)量的空間,。
