自动化仪表在肖山水厂的应用_工业自动化仪表的应用

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自动化仪表在肖山水厂的应用

白朝晖

江苏江阴肖山水厂兴建于2000年，2001年投入运行，是一座现代化水厂。作为水厂自动化控制的一部分，自动化仪表在肖山水厂得到大量应用。下面我结合各类仪表的功能浅述肖山水厂自动化仪表的应用。

肖山水厂采用工业计算机(IPC)+可编程序逻辑控制器(PLC)+自动化仪表组成多级分布式计算机测控管理系统来实现自动化控制。每一个生产过程基本都有相对应的仪表。通过仪表连续检测各工艺参数，仪表测定值与设定值之间连续进行比较、反馈，根据这些参数的数据进行手动或自动控制，从而保证水处理质量。仪表还具有连续检测、越限报警的功能，便于及时处理事故。所以仪表是实现自动化控制的前提条件。

肖山水厂所用仪表按功能分大致可分为两大类：一类属于监测生产过程物理参数的仪表，如检测温度、压力、液位、流量等。这类仪表大多采用国产仪表，其性能和质量基本能满足要求。另一类属于检测水质的分析仪表，如检测水的浊度、pH值、溶氧含量、余氯等。这些专用仪表在我国发展比较晚，从可靠度考虑，基本选用国外产品，如HACH、W@T等公司产品。在实际应用中，我们一般采用进口仪表和国产仪表相结合的方法。

肖山水厂的监控系统由水厂管理层和现场监控层两级系统构成，按集中管理、分散控制的原则进行监控。其中厂级计算机系统(即主站)设在水厂中心控制室，各现场监控站(即分站)按工艺流程及各岗位的位置分布为：进水泵房分站、加氯加药分站、滤池分站、送水泵房及变电所分站，在即将投入运行的三期扩建工程中，还将加设污泥处理分站。各监测仪表的数据均送到计算机系统，可在监控站的工控机上显示、控制、记录、报警，并通过总线送至中控室。

进水泵房分站监测参数：长江水位、吸水井水位、泵机分电量、泵站总电量等。

加氯加药分站监测参数：水质参数有源水浊度，PH值，水温沉淀池出口浊度、滤后余氯； 运行参数有源水流量、沉淀池水位、进矾池液位、加矾池液位、加矾量。

过滤分站监测参数：水质参数有滤后水浊度、余氯；运行参数有滤池水位、水头损失、反冲洗水流量。

送水泵房分站监测参数：水质参数有出厂水流量、余氯、PH值； 运行参数有出厂水压力、流量、清水池水位、吸水井水位等。变电所分站监测参数：电量、电压、变压器温度等。

污泥处理分站监测参数：回流池水位、水量、浓缩池水位、回流水浊度。

根据仪表的不同功能，肖山水厂常用仪表有以下几种：

1.水位测量

选择液位计时应考虑以下因素：(1)测量对象，如被测介质的物理和化学性质，以及工作压力和温度、安装条件、液位变化的速度等；(2)测量和控制要求，如测量范围、测量精确度、显示方式、现场指示、远距离指示、与计算机的接口、安全防腐、可靠性及施工方便性。肖山水厂常用的液位计种类及具体应用如下：

浮球式液位计

在液体中放入一个空心的浮球，当液位变化时，浮球将产生与液位变化相同的位移。可用机械或电的方法来测得浮球的位移，其精确度为±(1~2)%，这种液位计不适用于高粘度的液体，其输出端有开关控制和连续输出。

这种液位计应用于肖山水厂一、二级泵房内，用于集水井的液位测量以控制排水泵的自动开停。

a电容式液位计

在容器内插入电极，当液位变化时，电极内部介质改变，电极间(或电极与容器壁之间)的电容也随之变化，该电容量的变化再转换成标准化的直流电信号。其精确度为±(0.5~1.5)%。

电容式液位计具有以下优点：传感器无机械可动部分，结构简单、可靠；精确度高；检测端消耗电能小，动态响应快；维护方便，寿命长。缺点是被测液体的介电常数不稳定会引起误差。这种液位计在肖山水厂选用德国VEGA公司产品，广泛应用于滤池、清水库、吸水井等处的液位测量。b超声液位计

超声液位计的传感器由一对发射、接收换能器组成。发射换能器面对液面发射超声波脉冲，超声波脉冲从液面上反射回来，被接收换能器接收。根据发射至接收的时间可确定传感器与液面之间的距离，即可换算成液位。其精确度为±0.5%。

这种液位计无机械可动部分，可靠性高，安装简单、方便，属于非接触测量，且不受液体的粘度、密度等影响，但此种方法有一定的盲区，且价格较贵。这种液位计在肖山水厂采用E+H公司产品，少量用于某些特殊环境，如进矾池、加矾池、排污池等。

2.流量测量

流量测量分为两种，一种用于流量检测，参与过程控制，以达到提高生产自动化水平，改善生产工艺条件，提高产品质量和产量的目的。另一种用于流量的计量，不仅计量产品的产量，还是供水企业主要技术经济指标计算的依据。

目前，在肖山水厂现场采用最多的是电磁流量计，而用高精度超声波流量计对现场电磁流量计进行校验。

a电磁流量计

电磁流量计的原理是应用法拉弟电磁感应定律，由传感器和转换器组成。在测量中，液体本身为导体，磁场通过安装在管路中的两个线圈产生。线圈由交流或直流电源励磁，磁场作用于管道内流动的液体，在管道中产生一个与被测流体平均流速V相对应的电压，且该电压与流体的流速分布无关。

与管道绝缘的两个电极监测液体的感应电压。磁场方向、流体流向及两个检测电极的相对位置三者互相垂直。

应用于水处理系统的电磁流量计的衬里材料多选用氯丁橡胶，因其有较好的耐磨性。安装时应注意远离外界的电磁场源，以免影响传感器的工作磁场及流量信号，传感器水平安装时，要求两个电极的中心轴线处于水平状态，防止颗粒杂质沉积，影响电极工作。测量管内应为满管，不允许大量气泡通过传感器，当不能满足条件时，应采取相应措施。

为使仪表可靠地工作，提高测量精确度，不受外界寄生电势的干扰，传感器应有良好的单独接地线，且接地电阻应小于10Ω，尤其是安装在阴极保护管道上时。转换器应安装在符合其防护等级要求的场所，在满足安装环境、使用要求的前提下，转换器与传感器之间的距离和连接电缆越短越好，以节约投资，减少可能产生的强电信号的干扰。

肖山水厂电磁流量计主要采用上海光华•爱而美特公司（KROHNE）产品，用于水量、加矾量等流量参数的计量。

b.超声流量计

超声流量计进行测量的方法有很多种，其中较为典型的是时差法和多普勒法。净水厂多选用时差法流量计，其方法是在测量管道上安装两个换能器，因顺流与逆流流速差别的影响，测量从发射到接收而产生的时间差，据此测出流速。

选用超声流量计要特别注意传感器的安装误差、管道内壁结垢、防腐层均匀与否，这些因素对测量结果影响很大。为保证测量的精确度，管内流速分布必须均匀，所以在流量计的上下游要有足够的直管段，一般要求上游最少不小于10D，下游大于5D。

3.浊度的测量

浊度是水体浑浊程度的度量，也就是水体中存在微细分散的悬浮性粒子，使水透明度降低的程度。浊度仪是测量水体浑浊程度的仪器，主要用于对水质的监测和管理。

浊度仪可分为目视浊度仪和光电浊度仪两大类。光电浊度仪就其用途可分为工艺监控(连续测定)浊度仪和实验室(包括便携式)浊度仪，就其设计原理又可分为透射光浊度仪和散射光浊度仪。

肖山水厂一期工程浊度仪采用美国GLI公司（现已被HACH公司并购）产品Accu4和model 8324。二期工程浊度仪改用HACH公司的1720E。

4.余氯的测量

余氯是出厂水的一个重要指标，反映饮用水加氯消毒经30min接触时间后，水体中未反应掉的氯量，以保证持续杀菌能力，防止外来污染。余氯通常以Hclo和cl0-方式存在。余氯分析仪是专门用来测量余氯含量的仪器。

肖山水厂在线监测余氯值采用美国HACH公司的CL17余氯仪，此分析仪使用DPD比色方法，指示剂（DPD）和缓冲剂被引入采样水中，反应产生红色，其颜色深浅与余氯浓度成正比，通过光度测量转换后得出余氯浓度。

除了上述仪表以外，还有用于压力测量的德国VEGA公司BAR40系列电子压力表、用于PH值测量的美国GLI公司P53系列PH计、测温仪、称重计以及各种电力仪表，限于篇幅，不再一一赘述。

在现代化水厂中，各种仪表是实现自动化控制的眼睛。在实际应用中，要充分考虑到各种参数对仪表在精确度、响应时间、输出信号、防护等级等等各方面的要求，参考各类仪表的价格和售后服务，合理选择最适合水厂使用的产品。