自来水厂自动测控系统设计(编辑修改稿)

自来水厂自动测控系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

中，有配电器、液位变送器、调节器、记录仪、伺服放大器、操作器 等。 由于电流信号适于远距离传输，并且液位变送器是用于现 场 的仪表，因此 变 送器的传输信号一般用 4~20mA DC 的电流信号。 配电器 对两线制变送器进行供电， 并 把变送器的 4~20mA DC 的电流信号转换成 1~5V 的电压信号，传递给记录仪和调节器，以便记录记录和调节 之用。 伺服放大器将来自调节器的电流信号和位置反馈信号进行综合比较，并将差值放大，以足够的功率去驱动伺服电机旋转。 操作器 用于 实现控制系统的自动操作和手动操作的相互切换。 当操作器的切换开关切向“手动”位置时， 可由面板 按钮直接控制电机的电源，以实现执行机构输出的正转和反转，进行遥控手动操作。 同时操作器接收位置发送器的反馈信号，并将其传递给伺服放大器。 反应池测控 仪表选型 反应池 控制 过程中的 主要检测 参数有 浊度、 PH 值 、电导率 和 液位等。 其 中的一些参数检测结果 ， 还是 控制加药量和加氯量 的依据。 ⑴ 浊度检测 纯净的水在普通条件下为无色、无味、无嗅的透明液体。 在自然界中没有纯净的水，内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 天然水中皆含有杂质。 所含杂质如溶解于水中（杂质颗粒大小在 106mm 以下，呈离子和低分子状态时），将不影响水的透明度。 若所含杂质颗粒大小超过 106mm，如各种有机物质、细菌、藻类、油脂、金属氢氧化物、粘土、砂、砾石等不溶解物，则会影响水的透明度，造成光学的综合现象，使人视觉上呈有浑浊的现象。 对这一光学现象的度量指标就是浊度。 浊度的高低直接关系到供水水质，它不仅与工业 产品的质量直接相关，更影响到人民身体健康。 降低水浊度，最大限度地提高制水质量，是保障人民健康所急需解决的问题。 浊度检测的原理详见 节 的浊度计原理。 中 国《生活饮用水水质卫生规范》（ 2020）规定出水水质 不超过 lNTU，特殊情况下不超过 5 NTU。 但一般情况下，进入反应池的水浊度一般情况下都在 100NTU 以下。 ⑵ PH 值 检测 [11] ① PH 值检测 原理 PH 值 检测就是为了检测原水的酸碱度，看原水的酸碱度在那一个范围内，这样可以为以后的控制 提供 依据。 PH 是氢离子活度的负对数： PH=lga （ 3— 2） 式中 ， a— 氢离子活度； PH— PH 值。 PH 值 的检测常用电极电位法，该方法是基于两个电极上所发生的电化学反应。 用电极电位法测量溶液 PH 值，可以获得较准确的结果。 ② PH 值测量 仪表 PH 测量仪表包括 PH 计和 PH 变送器（也称工业 PH 计）。 PH 计和 PH 变送器在功能或结构上的差异在于是否具有信号隔离作用。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 在自来水检测中用的仪表，必须使用具有信号隔离作用的 PH 检测仪表，否则可能造成 外参比 电极 极化，造成显示不稳定，使测量误差增大。 目前使用的 PH 仪表分辨率大都为 或者。 输出信号为电压（ 0~5V 或0~10V）和电流（ 0~10mA 或 4~20mA）。 中国《生活饮用水水质卫生规范》（ 2020） 规定 ， 出厂水的 PH 在 ~ 范围内。 PH 值的检测点请参考附录 A 自来水厂测控系统过程检测及控制流程图。 ⑶ 电导在线检测 [11] 由于电解质在 水溶液中以带电离子的形式存在，因此溶液具有导电的性质，其导电能力的强弱称为电导度，简称为电导。 测定水的电导，可以了解水被杂质污染的程度，电 导率是水质监测的常规项目之一。 测量电导用的仪器是电导仪，电导仪中的主要测量元件是电导电极，它是将惰性金属封接在玻璃或塑料管中制成的。 一般用铂金做电极。 电导率的连续测定是在测定槽中进行的。 待测水样在测定槽中连续流过，电导电极产生的信号通过放大器被调制为标准信号（电流或电压），然后输出。 ⑷ 液位控制器 [4] 在反应池中，要求液位维持在一定的高度，即要求液位在一定的高度波动。 对只需要实现平均控制的地方，宜用纯比例，并且比例度也要大。 比例控制器的优点：一是简单；二是调整方便。 比例控制器多用于就地控制和 允许有余差存在的场合，因为反应池中的液位控制系统不需要严格的控制，只要反应池不满溢或抽干，比例控制器就 是 特别适用的。 根据安全考虑，控制阀采用了电动控制阀，其放大倍数符号为正。 被控对象为反应池的液位，当阀门开大时，反应池液位升高，因此被控对象放大倍数为正。 变送器的放大倍数符号为正。 根据开环放大倍数为负的要求，因此控制器采用反作用。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） ⑸ 液位 传感器 [3] 液位的测量在工业自动化生产中占有很重要的地位。 液位测量是利用液位传感器将非电量的参量转变为可测量的电量信号，通过液位传感器输出的电信号的计算和处理，可以确定液位的高低。 液位传感器的种类很多，按照测量原理可分为电容式、静压式、超声波式、微波式、光纤式等等。 从自来水的反应池的基本情况来看，选择电容式液位传感器比较合适。 电容式 液 位计由电容 液 位传感器和检测电容的测量线路组成。 他适用于各种导电、非导电液体的液位或粉装料未的远距离连续测量和指示，也可以和电动单元组合仪表配套使用，以实现液位和料位的自动记录、控制和调节。 电容式传感器的特性： ① 性能参数 温度范围： 20~1000℃ ；压力范围： 50Mpa 以下；测量范围： 0~20m；精度： ~2% ② 应用 范围 限位点设置的控制和报警；连续测量物位及储量；用于各种 不 同性质的液体及固体散粒；用于易爆区及粉尘易爆区。 由于电容式液位计适用于浑浊度高的液体，并且灵敏度高的特点，因此在此选用电容式液位计。 ⑹ 电动控制阀 [3] 用电机带动阀芯。 电动阀一般是管径大，应用于流体的流通、截止、流量、压力等控制。 电动阀的驱动一般是用电机，开或关动作完成需要一定 时间 的 模 拟量。 可以做调节 ， 比较耐电压冲击。 电动阀 的开度可以控制，可以控制管道中介质的流量。 液位 控制器经 PID 运算后的信号可直接控制电动阀门，免去伺服放大器，可选择是否指 示阀门开度 ， 实现自动调节的目 的。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 沉淀池 测控 系统 沉淀池是水处理工艺中去除水中絮凝体及粗大杂质的构筑物。 沉淀池的运行控制，主要是沉淀池排泥的控制 ， 沉淀池底的积泥必须及时排出，才能保证沉淀池的正常运行，否则就会导致出水浊度 升高，发生水质事故。 排泥水耗量较大，是水厂自用水的重要组成部分。 在良好排泥的前提下，节约排泥用水是水厂经济运行的重要内容。 排泥周期过短或者排泥历时过长都会造成浪费 [15]。 排泥控制的基本内容就是根据池内积泥量的多少，来决定排泥的周期排泥的历时等等。 在去包钢给水厂参观时，发现该厂用 5 分钟沉淀 比来决定该沉淀池是否需要排泥。 而每次取水的时间也是 由 经验来确定的，排泥的时间同样用 5 分钟沉淀比来决定是否需要关闭排泥管道，进行正常沉淀。 在去参观之后 了解到 该给水厂的自动化程度偏低，以至于接近不用的地步， 所以 饮用 水质量 也很难达到指标。 在此选用平流式沉淀池，原水经投药、混合与絮凝后，水中悬浮杂质已形成粗大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来以完成澄清的作用。 对某些工业用水，允许浑浊度较高，经混凝沉淀后即可使用。 但对于城市水厂，出厂水要求浑浊度在 3NTU 以下，今后的趋势，出厂水浊度还将进一步降低（目前不少水厂出厂水浊 度已达 1NTU以下 ，甚至 以下 ），故必须经过澄清工艺中的过滤处理。 混凝沉淀池的出水浑浊度一般宜在 10NTU以下，甚至更低 [9]。 平流式沉淀池为矩形水池，上部为沉淀区，下部为污泥区，池前部有进水区，池后部有出水区。 经混凝的原水流入沉淀池后，沿进水区整个截面均匀分配，进入沉淀区，然后缓慢地流向出口区。 水中的颗粒沉于池底，沉积的污泥连续或定期排出池外。 排泥量控制系统 设计 排泥量控制系统 ⑴ 系统 原理 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 平流式沉淀池排泥的方式有多种，在 此 采用斗形底排泥的方法进行控制。 必须在沉淀池的底部设置 存泥区，利用沉淀池的斗形底、污泥自身的重力以及池水的冲力作用，将污泥排出沉淀池 [6]。 利用浊度计检测池中存泥区与池水区的浊度，检测点是两者的界面的一部分水的浊度，然后把信号传送给 PID 控制器去调节排泥管道的阀门的开度。 其系统结构如图 所示。 T B C沉淀池排 泥 管 道sT B T 图 排泥管道控制系统 ⑵ 系统方框图 浊度控制系统采用开环控制，其方框图如图 所示。 浊 度 控 制 器 电 动 控 制 阀 排 泥 管 道沉 淀 池 水 浊 度 图 排泥控制系 统方框图 沉淀池在排泥过程中要求不是很严格 ,并且要以浊度作为检测信号来控制排污管道的阀门。 因此可采用开环控制系统， 若系统的输出量对系统的控制作用不产生影响（即无检测反馈单元），则称为开环控制系统。 开环控制系统的控制精度完全取决于各单元的精度，因此，它主要使用在精度要求不高并且不存在内外干扰的场合。 但开环控制系统结构简单，且一般不存在稳定性的问题。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 排泥 测控 仪表选型 ⑴ 浊度计 [11] 浊度是用一种称作浊度计的仪器来测定的。 浊度计发出光线，使之穿过一段样品，并从与入射光呈 90176。 的方向上检测有多少 光被水中的颗粒物所散射。 这种散射光测量方法称作散射法。 任何真正的浊度都必须按这种方式测量。 浊度计既适用于野外和实验室内的测量，也适用于全天候的连续监测。 浊度也可以利用色度计或分光光度计测量样品中颗粒物的阻碍作用造成的透射光强衰减程度来估计。 然而，管理机构并不承认这种方法的有效性，这种方法也不符合美国公共卫生协会对浊度的定义。 利用透光率测量容易受到颜色吸收或颗粒物吸收等干扰的影响。 而且，透光率和用散射光测量法测得的结果之间并无相关性。 尽管如此，在某些时候色度计和分光光度计的测量结果可以在水处理系统或过程 控制中用于测定浊度的大幅度变化。 浊度计 用于在线测量悬浮于不 透明 或透明液体中不溶体颗粒物质所产生的光的散射程度，并能定量表征这些悬浮颗粒物质的含量。 可以广泛应用于发电厂、纯净水厂、自来水厂、生活污水处理厂、饮料厂、环保部门、工业用水、制酒行业及制药行业、防疫部门、医院等部门的现场在线浊度测量。 浊度计具有 可靠的定位结构及高精度光路系统，响应速度快，测量准确； 4~20mA 信号输出， 仪器能长时间稳定工作。 量程宽，稳定可靠；校准简单， ABS 塑料分体壁挂式，安装维护简单。 浊度的检测点请参考附录 A 自来水厂 测控系统过程检测及控制流程图。 ⑵ 浊度控制器 在沉淀池中， 当检测到 浊度 达到 一定的度数，就会让控制器开启阀门，排除池中的泥沙。 在此开环控制 系统中，控制精度要求不高，浊度要求达到要求， 可选 用比例控制。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 根据实际考虑，控制阀采用了电磁阀，其放大倍数符号为正。 被控对象为 沉淀 池的浊度 ，当阀门开大时，反应池 浊度降低 ，因此被控对象放大倍数为 负。 变送器的放大倍数符号为正。 根据开环放大倍数为负的要求，因此控制器采用 正 作用。 沉淀池 液位 控制系统 设计 ⑴ 系统 原理 沉淀池由于泥沙存储的影响，如果不及时排除泥沙，致使 液位过高，而引起大量池水溢出，不但造成水源浪费，而且引起不必要的麻烦，在设计沉淀池中控制系统时 ，必须考虑液位的影响，利用液位计检测 信号 ， 与控制器的设定值进行比较， 去确定进水管道上阀门的开度。 如图 所示。 ML C L T进 水 管 道沉淀池 图 液位控制系统 ⑵ 系统方框图 沉淀池 液位 控制 的 设定值是根据自身的水位高低来进行设定的， 规定在沉淀池处于安全状态下的液位高度。 该系统采用了单回路控制系统，其结构图如图 所示。 液 位 控 制 器 电 动 阀 沉 淀 池液 位 变 送 器s pp ve液 位 图 沉淀池 液位 控制系统方框图 单回路控制系统具有简单、可靠等 优点，而且运行的费用相对较低，同时也便于实内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 现控制。 滤池测控 系统 过滤是原水（沉淀水）通过颗粒介质（如无烟煤、石英沙、硅藻土等，总成滤料）以去除水中悬浮杂质使水澄清的过程。 在滤池中，颗粒介质的排列总是上面细下面粗，滤 料之间的孔隙尺寸也是从上往下越来越大。 滤池进水的絮凝后颗粒，在电性中和、吸附、架桥等作用下会黏附在滤料的表面上。 当滤料层空隙中截留了大量杂质，孔隙堵塞严重时还有机械隔滤作用可以去除杂质 [20]。 开始过滤时，表面滤料 首先黏附了絮凝后的颗粒，过滤一段时间以后，滤层中逐渐积累了杂质颗粒又会脱落下来，而向下面的滤层移动，于是下层滤料发挥黏附截留杂质的作用。 过滤时，在整个滤层中，杂质颗粒的去除过程就是这样一层层地进行下去，直到表。