在現(xiàn)代化的凈水廠中,，每一個生產(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)檢測各工藝參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行手動或自動控制,，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,，由于檢測儀表測定的數(shù)值與設(shè)定值可連續(xù)進(jìn)行比較,，發(fā) 生偏差時，立即進(jìn)行調(diào)整,，從而保證水處理質(zhì)量,。根據(jù)儀表檢測的參數(shù)，能進(jìn)一步自動調(diào)節(jié)和控制藥劑投加量,，保證水泵機組的合理運行,，使管理更加科學(xué)化，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運行的目的,。由于儀表具有連續(xù)檢測,、越限報警的功能，便于及時處理事故,。儀表還是實現(xiàn)計算機控制的前提條件,。所以在*的水處理系統(tǒng)中，自動化儀表具有非常重要的作用,。
一,、 水處理系統(tǒng)常用儀表的分類：
一類屬于監(jiān)測生產(chǎn)過程物理參數(shù)的儀表,，如檢測溫度、壓力,、液位,、流量等。這類儀表采用國產(chǎn)表,，其性能和質(zhì)量基本能滿足要求,。
一類屬于檢測水質(zhì)的分析儀表，如檢測水的濁度,、pH值,、溶氧含量、余氯,、SCD值等,。這些專用儀表在我國發(fā)展比較晚，因此,，通常選用產(chǎn)品,，從長遠(yuǎn)觀點看是比較經(jīng)濟(jì)、可靠的,。
檢測儀表的好壞直接關(guān)系到給水自動化的效果,。在工程設(shè)計過程中，從儀表的性能,、質(zhì)量,、價格、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)口儀表和國產(chǎn)儀表相結(jié)合的方法。
二 凈水廠監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成模式及監(jiān)測參數(shù)
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)場監(jiān)控層兩級系統(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)計中,，將廠級計算機系統(tǒng)(即主站)設(shè)在水廠中心控制室,，各現(xiàn)場監(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)測儀表的數(shù)據(jù)均送到計算機系統(tǒng),，可在監(jiān)控站的工控機上顯示,、控制并打印、記錄,、報警,。
2. 各分站監(jiān)測參數(shù)
1）. 進(jìn)水泵房分站監(jiān)測參數(shù) 、 水質(zhì)參數(shù)：源水濁度,、pH值,、水溫、溶解氧等,。運行參數(shù)：調(diào)節(jié)池水位,、吸水井水位、源水流量,、泵機分電量,、泵站總電量等。
2）. 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,。
3）. 過濾分站、水質(zhì)參數(shù)：濾后水濁度,、余氯,。運行參數(shù)：濾池水位、水頭損失,、反沖洗水流量,、沖洗水箱水位。
4）. 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。
5）. 污泥處理分站,、運行參數(shù)：回流池水位,、水量、濃縮池水位,、回流水濁度,。
三、 水處理系統(tǒng)常用儀表在選型及設(shè)計中應(yīng)注意的問題
1. 儀表選配的一般要求：
(1)度：是指在正常使用條件下,，儀表測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度,，誤差越小，度越高,。
生產(chǎn)過程物理檢測儀表的*度為±1%,，水質(zhì)分析儀表的*度為±2%(測高濁水的濁度儀的*度為±5%)。
(2)響應(yīng)時間：當(dāng)對被測量進(jìn)行測量時,，儀表指示值總要經(jīng)過一段時間才能顯示出來,，這段時間即為儀表的響應(yīng)時間。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),。對水質(zhì)分析儀表要求的響應(yīng)時間應(yīng)不超過3min。
(3)輸出信號：儀表的模擬輸出應(yīng)是4～20mA DC信號,，負(fù)載能力不小于600Ω,。
(4)儀表的防護(hù)等級應(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)場監(jiān)測儀表宜選用數(shù)顯儀。
(7)儀表的工作電源應(yīng)獨立,，不應(yīng)和計算機共用電源,，以保證發(fā)生故障和檢修時電源互不干擾，使各自都能穩(wěn)定可靠地運行,。
(8)為使計算機能檢測到電壓互感器和電流互感器的異常信號并報警,，設(shè)計選配的電壓及電流變送器的輸入信號應(yīng)比電流及電壓互感器大，即分別為0～6A及0～120V,。
(9)應(yīng)選擇能夠提供可靠服務(wù)和有豐富經(jīng)驗的儀表生產(chǎn)廠商,。
2. 水位測量
選擇液位計時應(yīng)考慮以下因素：
(1)測量對象，如被測介質(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)測量和控制要求,，如測量范圍,、測量(或控制)*度、顯示方式,、現(xiàn)場指示,、遠(yuǎn)距離指示、與計算機的接口,、安全防腐,、可靠性及施工方便性。
給水工程中常用的液位計及選型要點如下：
a. 浮球式液位計
在液體中放入一個空心的浮球,，當(dāng)液位變化時,，浮球?qū)a(chǎn)生與液位變化相同的位移?？捎脵C械或電的方法來測得浮球的位移,，其*度為±(1～2)%，這種液位計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)計中，多將此種液位計用于集水井的液位測量以控制排水泵的自動開停,。
b.靜壓(或差壓)式液位計
由于液柱的靜壓與液位成正比,，因此利用壓力表測量基準(zhǔn)面上液柱的靜壓就可測得液位。根據(jù)被測介質(zhì)的密度及液體測量范圍計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。這種液位計的*度為±(0.5～2)%,。
c. 電容式液位計
在容器內(nèi)插入電極,，當(dāng)液位變化時，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。其*度為±(0.5～1.5)%,。
電容式液位計具有以下優(yōu)點：傳感器無機械可動部分,，結(jié)構(gòu)簡單、可靠;*度高;檢測端消耗電能小,，動態(tài)響應(yīng)快;維護(hù)方便,，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,。電容式液位計一般用于調(diào)節(jié)池,、清水池等的液位測量,。
當(dāng)測量范圍不超過2m時，采用棒狀,、板狀,、同軸電極;當(dāng)超過2m時，采用纜式電極,。當(dāng)被測介質(zhì)為水時,，采用帶絕緣層(可用聚乙烯)的電極。
d. 超聲液位計
超聲液位計的傳感器由一對發(fā)射,、接收換能器組成,。發(fā)射換能器面對液面發(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%,。
這種液位計無機械可動部分，可靠性高,，安裝簡單,、方便，屬于非接觸測量,，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量。但此種方法有一定的盲區(qū),，且價格較貴,。
3. 流量測量
流量測量分為兩種，一種用于流量檢測,，參與過程控制,，以達(dá)到提高生產(chǎn)自動化水平，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量，不僅計量產(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)計算的依據(jù),。在供水企業(yè)*主要的8項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中，有3項指標(biāo)是以流量計測量的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。
流量計的選型應(yīng)考慮以下因素：
(1)任何型號的流量計都必須有國家計量部門檢定的證書方可選用,。
(2)流量計本身的壓力損失要小,。
(3)根據(jù)行業(yè)要求，流量計的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于2.5級,。
(4)安裝現(xiàn)場條件應(yīng)滿足所選流量計對直管段的要求,。
(5)所選流量計應(yīng)能適應(yīng)安裝現(xiàn)場環(huán)境條件如溫度、濕度,、電磁干擾等,。
(6)所選流量計應(yīng)能適用于待測的液體介質(zhì),。
目前,，在給水工程設(shè)計中，采用*多的是電磁流量計和超聲流量計,。
a. 電磁流量計
電磁流量計的原理是應(yīng)用法拉弟電磁感應(yīng)定律,，由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。
在測量中,，液體本身為導(dǎo)體,，磁場通過安裝在管路中的兩個線圈產(chǎn)生。線圈由交流或直流電源勵磁,，磁場作用于管道內(nèi)流動的液體,，在管道中產(chǎn)生一個與被測流體平均流速V相對應(yīng)的電壓，且該電壓與流體的流速分布無關(guān),。
與管道絕緣的兩個電極監(jiān)測液體的感應(yīng)電壓,。磁場方向、流體流向及兩個檢測電極的相對位置三者互相垂直,。
電磁流量計的優(yōu)點：
(1)測量不受被測液體的溫度,、壓力或粘度的影響。
(2)沒有壓力損失,。
(3)能連續(xù)測量,，測量度高。
(4)口徑范圍和測量范圍大,，測量范圍連續(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,，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,，便于現(xiàn)場觀察。
應(yīng)用于水處理系統(tǒng)的電磁流量計的襯里材料多選用氯丁橡膠,，因其有較好的耐磨性,。安裝時應(yīng)注意遠(yuǎn)離外界的電磁場源，以免影響傳感器的工作磁場及流量信號,，傳感器水平安裝時,，要求兩個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,，應(yīng)采取相應(yīng)措施。
為使儀表可靠地工作,，提高測量*度,，不受外界寄生電勢的干擾，傳感器應(yīng)有良好的單獨接地線,，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。如在天津水源廠出廠干管上安裝的電磁流量計,，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,，以節(jié)約投資,，減少可能產(chǎn)生的強電信號的干擾。
b. 超聲流量計
近十幾年來,，由于電子技術(shù)的發(fā)展,，超聲流量計才得以應(yīng)用于流量測量。利用超聲流量計進(jìn)行測量的方法有很多種,，其中較為典型的是時差法和多普勒法,。凈水廠多選用時差法流量計，其方法是在測量管道上安裝兩個換能器,，因順流與逆流流速差別的影響,，測量從發(fā)射到接收而產(chǎn)生的時間差，據(jù)此測出流速,。
超聲流量計的主要優(yōu)點：
(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)超聲流量計時不需在管道上打孔或切斷流量,，就可在已存在的應(yīng)用場合很方便地進(jìn)行安裝，尤其適用于大口徑管道檢測系統(tǒng),。
(2)口徑范圍大,，且價格不受管徑影響。
(3)測量可靠性高,。
(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,，可方便地進(jìn)入自控系統(tǒng),。
選用超聲流量計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,，這些因素對測量結(jié)果影響很大。另據(jù)超聲流量計的測量原理,，只有流速分布均勻時才能保證測量的*度,，所以在流量計的上下游要有足夠的直管段，參考各種資料及流量計的使用手冊,，要求上游少不小于10D,，下游大于5D。
由于自來水行業(yè)為連續(xù)生產(chǎn),，進(jìn)行不間斷計量是極為重要的,，所以一般安裝于管道上的流量計不能經(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，按周期送國家認(rèn)證單位進(jìn)行校準(zhǔn),，作為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)器具,，再用比對的方式定期檢測在線流量計。這需要設(shè)計人員在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)使用單位要求,，考慮將來生產(chǎn)管理的需要,，預(yù)留出比對測量的空間，以方便用戶,，即將流量計井做得稍大一些,，除安裝固定式流量計外，還應(yīng)如圖1所示預(yù)留出便攜式流量計測量的空間,。
4.濁度的測量
濁度是水體渾濁程度的度量,，也就是水體中存在微細(xì)分散的懸浮性粒子，使水透明度降低的程度,。濁度儀是測量水體渾濁程度的儀器,，主要用于對水質(zhì)的監(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,，供水的質(zhì)量直接涉及人民的健康,、安全，以及食品,、釀造,、醫(yī)藥、紡織,、印染,、電力等各行各業(yè)的正常生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。濁度是一項很重要的水質(zhì)指標(biāo),，因此對濁度儀的選擇顯得尤為重要,。濁度儀可分為目視濁度儀和光電濁度儀兩大類。光電濁度儀就其用途可分為工藝監(jiān)控(連續(xù)測定)濁度儀和實驗室(包括便攜式)濁度儀,，就其設(shè)計原理又可分為透射光濁度儀和散射光濁度儀,。
由于散射光濁度儀對水的低濁度有較高的靈敏度，準(zhǔn)確度高,，相對誤差小,，重復(fù)性好，水的色度不顯示濁度,，且散射光與入射光強度比可呈線性關(guān)系,，故 1992年9月世界衛(wèi)生組織公布的《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》中規(guī)定將散射光濁度儀作為測定儀器。同時,，“供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃"中已明確規(guī)定一類水司管網(wǎng)水濁度指標(biāo)為1NTU,。
在凈水廠設(shè)計中常用HACH公司的1720D,、SS6系列濁度儀(屬于散射光式濁度儀)。
在濾后水及出廠水的測量中,，一般采用1720D(原為1720C)系列濁度儀,。使用時水樣連續(xù)流入濁度儀，流經(jīng)脫泡器以排空水流中的氣泡,，然后進(jìn)入濁度儀的中柱內(nèi),，上升至測量室并溢過其邊緣進(jìn)入排放口。聚光束從傳感器頭部組件中向下投射到濁度儀主體內(nèi)的水樣中,，浸在水樣中的光電管測量水中懸浮固體 90°方向的散射光,，散射光的量與水樣的濁度成正比。1720D不需采用樣品池,，這樣可減少雜散光,，提高測量準(zhǔn)確度。1720D的準(zhǔn)確度為：0～40NTU范圍內(nèi)為±2%,，40～100NTU范圍內(nèi)為±5%,，分辨力為0.001NTU，響應(yīng)時間為75s,。
測量濾后水的濁度儀多安裝于濾站管廊內(nèi),，可采用壁掛或柜裝，出廠水的測量一般在送水泵房設(shè)置水質(zhì)儀表間,，將濁度儀及其他水質(zhì)檢測儀表置于儀表間內(nèi),，再將信號引至監(jiān)控站。
雖然1720D的測量范圍為0～ 100NTU,，但*不用其測量濾前水，因為雖然光學(xué)上能測到100NTU,，但在生產(chǎn)使用上會帶來許多不便,。測量源水及濾前水多使用SS6系列表面散射式濁度儀，它是將光束射在液體表面,，測定來自液面的散射光,，避免了光學(xué)系統(tǒng)與水樣直接接觸，消除了清洗流通池時帶來的信號丟失,。
SS6系列的測量范圍為0～9999NTU,，一般地表水廠的源水均在此范圍內(nèi)。它在0～2000NTU范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度為±5%,，2000～9999NTU范圍內(nèi)準(zhǔn)確度為±10%,。
濁度儀取樣點的選擇應(yīng)與工藝專業(yè)緊密結(jié)合，選取*有代表性的點,，取樣孔*不要開在被取樣管道的頂部,，避免將管道中的氣泡抽進(jìn)取樣管而影響濁度儀的測量準(zhǔn)確度,，水樣的提取*用小型采樣泵取樣，保證取樣管內(nèi)有一定流速,，不易在管道內(nèi)壁結(jié)垢,。取樣管道的口徑應(yīng)根據(jù)儀表取樣水的總需要量決定。
5. 顯示儀表的選用
一般凈水廠工程多選用智能化顯示儀表,，其功能齊全,，能進(jìn)行數(shù)字信號處理，實現(xiàn)控制功能,，而且測量值以液晶顯示,，操作方便，可以保存數(shù)據(jù),，具有自診斷功能,。雖然與計算機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后，它的優(yōu)勢沒有發(fā)揮出來,，而被計算機系統(tǒng)所取代,，但在目前凈水廠的建設(shè)中，使用智能化的顯示儀表作為在計算機系統(tǒng)未調(diào)試投運階段或發(fā)生故障時的輔助儀表,，也能滿足現(xiàn)場控制,、顯示的要求。
在某些情況下,，同時需要本地顯示與遠(yuǎn)程傳送,，此時不宜采取信號串聯(lián)方式，而應(yīng)采用信號分配器,，即1路輸入,，兩路輸出，一路輸出送顯示儀表,，另一路輸出可輸入PLC,，如常用的WS15242。
6. 儀表系統(tǒng)的接地和防雷
接地可分為保護(hù)接地和工作接地,。保護(hù)接地是為避免工作人員因設(shè)備絕緣損壞或絕緣性能下降時遭受觸電危險和保護(hù)設(shè)備的安全,。工作接地是為保證儀表穩(wěn)定可靠地運行。一般凈水廠儀表系統(tǒng)的接地采用TN-S系統(tǒng),，即3根相線A,、B、C,，1根中性線N即保護(hù)線PE,。用電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分接到PE線上，其優(yōu)點是PE線在正常工作時不呈現(xiàn)電流,，因此設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分不呈現(xiàn)對地電壓而且在事故時也容易切斷電源,，有較強的電磁適應(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)一個以上的接地點就會形成地回路，將干擾引入儀表中,，所以,，同一信號回路、同一屏蔽層只能有一個接地點,。
儀表工作接地可單獨設(shè)置或與保護(hù)接地共用同一接地體,。從工程實踐經(jīng)驗來看，接地電阻一般應(yīng)不超過1Ω,。
一般凈水廠設(shè)施分散,，構(gòu)筑物低矮，地形平坦,、空曠,，特別是有些流量計井位于廠區(qū)之外，在這種情況下,，儀表設(shè)備的被雷擊率增加,。在實踐中，筆者多次遇到過雷擊損壞儀表或儀表不明原因損壞的事件,。因此,，安裝品質(zhì)優(yōu)良，動作可靠的避雷器,，是的保護(hù)措施,，如采用德國Pepperl+Fuchs公司的ESP系列避雷柵用于流量計的信號和電源的保護(hù)，效果良好,。
四 總結(jié)
(1)要實現(xiàn)凈水廠的現(xiàn)代化管理,，必須使用自動化儀表。
(2)設(shè)計人員應(yīng)站在用戶的角度上,，為用戶著想，在設(shè)計與選用儀表時,，應(yīng)做到：穩(wěn)定可靠,，操作簡單，安裝方便,，物美價廉,，連續(xù)測量，反應(yīng)靈敏,，互換性強,，便于維護(hù),。
(3)設(shè)計人員平時應(yīng)注意技術(shù)資料的收集、整理,，以便于消化吸收,。
(4)凈水廠建成通水，儀表正確投入使用后,，設(shè)計人員應(yīng)多下現(xiàn)場,，對儀表的使用情況做跟蹤調(diào)查，了解儀表的工作情況,，及時總結(jié)經(jīng)驗,，以利于今后的設(shè)計工作日趨完善。
