淺談自動化儀表選型及管理實例
發布日期：2014-05-14 瀏覽次數 ：728
1自動化儀表在水處理生產中的基本作用
以秦皇島市某凈水廠為例：主要工藝過程基本與相應的儀表及自控技術有關。通過電子儀表連續檢測各工藝數據，根據這些即時數據進行手動或自動控制，從而協調供需之間、系統各組成部分之間、各水處理工藝之間的關系，以便使水處理設備與設施得到更充分、合理的使用。同時，由于檢測儀表測定的數值與設定值可連續進行比較，發生偏差時，立即進行調整，從而保證水處理質量。根據儀表檢測的參數，能進一步自動調節和控制藥劑投加量，保證水泵機組的合理運行，使管理更加科學化，達到經濟運行的目的。由于儀表具有連續檢測、越限報警的功能，便于及時處理事故。
2市政水處理工藝常用儀表的分類
市政水處理工藝所用儀表大致可分為兩大類：一類屬于監測生產過程物理參數的儀表，如檢測溫度、壓力、液位、流量等。這類儀表采用了一部分國產表，其性能和質量基本能滿足要求。另一類屬于檢測水質的分析儀表，如檢測水的濁度、pH值、溶氧含量、電導率、余氯、SCD值等。這些專用儀表在我國發展比較晚，因此，基本選用國外進口E+H產品，從實際效果看是比較經濟、可靠的。
檢測儀表的好壞直接關系到水廠自動化的效果，甚至是供水的安全性。在水廠儀表設計選型中，從儀表的性能、質量、價格、備件情況、售后服務等方面進行了反復比較，后采用進口儀表和國產儀表相結合的方法。
3水處理儀表選配的一般要求
（1）度：是指在正常使用條件下，儀表測量結果的準確程度，誤差越小，度越高。生產過程物理檢測儀表的度為±1%，水質分析儀表的度為±2%，測高濁水的濁度儀的度為±5%。（2）響應時間：當對被測量進行測量時，儀表指示值總要經過一段時間才能顯示出來，這段時間即為儀表的響應時間。一只儀表能不能盡快反應出參數變化的情況，是很重要的指標。對水質分析儀表要求的響應時間應不超過3min。（3）輸出信號：儀表的模擬輸出應是4mA～20mADC信號，負載能力不小于600Ω。（4）儀表的防護等級應滿足所在環境的要求，一般應不低于IP65，用于藥劑投加系統的檢測儀表要求能耐腐蝕。（5）四線制的儀表電源多為220VAC、50Hz，兩線制的儀表電源為24VDc。（6）現場監測儀表宜選用數顯儀。（7）儀表的工作電源應，不應和計算機共用電源，以保證發生故障和檢修時電源互不干擾，使各自都能穩定可靠地運行。（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，設計選配的電壓及電流變送器的輸入信號應比電流及電壓互感器大，即分別為0～6A及0～120V。（9）應選擇能夠提供可靠服務和有豐富經驗的儀表生產廠商。
4液位計的選型及注意事項
選型時應注意測量對象的性質，如被測介質的物理和化學性質，以及工作壓力和溫度、安裝條件、液位變化的速度等；還要兼顧測量和控制要求，如測量范圍、測量或控制度、顯示方式、現場指示、遠距離指示、與計算機的接口、安全防腐、可靠性及施工方便性。
現有市政給排水工程中常用的液位計如下：
（1）浮球式液位計：在液體中放入一個空心的浮球，當液位變化時，浮球將產生與液位變化相同的位移。可用機械或電的方法來測得浮球的位移，其度較低，這種液位計不適用于高粘度的液體，輸出端為開關控制。在我公司凈水廠及新建污水廠的設計中，多將此種液位開關用于地下設備間污水坑，用于控制排污泵的自動開停。
（2）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面上液柱的靜壓就可測得液位。根據被測介質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%。
（3）電容式液位計：在容器內插入電，當液位變化時，電內部介質改變，電間或電與容器壁之間的電容也隨之變化，該電容量的變化再轉換成標準化的直流電信號。其度為±0.5%～1.5%。
電容式液位計具有以下優點：傳感器無機械可動部分，結構簡單、可靠；度高；檢測端消耗電能小，動態響應快；維護方便，壽命長。缺點是被測液體的介電常數不穩定會引起誤差。電容式液位計一般用于調節池、清水池等的液位測量。當測量范圍不超過2m時，采用棒狀、板狀、同軸電；當超過2m時，采用纜式電。當被測介質為水時，采用帶緣層可用聚乙烯的電。
（4）超聲液位計：超聲液位計的傳感器由一對發射、接收換能器組成。發射換能器面對液面發射超聲波脈沖，超聲波脈沖從液面上反射回來，被接收換能器接收。根據發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，且價格較貴。
5流量儀表的選型及注意事項
流量測量分為兩種，一種用于流量檢測，參與過程控制，以達到提高生產自動化水平，改善生產工藝條件，提高產品質量和產量的目的。另一種用于流量的計量，不僅計量產品的產量，還是供水企業主要技術經濟指標計算的依據。在供水企業主要的8項基本經濟指標中，有4項指標是測量的數據為基礎的。
流量計的選型應考慮以下因素：任何型號的流量計都必須有計量部門檢定的證書方可選用。流量計本身的壓力損失要小。根據行業要求，流量計的準確度應不低于2.5級。安裝現場條件應滿足所選流量計對直管段的要求。所選流量計應能適應安裝現場環境條件如溫度、濕度、電磁干擾。所選流量計應能適用于待測的液體介質。
目前，在給排水工程設計中，采用多的是電磁流量計和超聲流量計。
（1）電磁流量計：電磁流量計的原理是應用法拉弟電磁感應定律，由傳感器和轉換器組成。在測量中，液體本身為導體，磁場通過安裝在管路中的兩個線圈產生。線圈由交流或直流電源勵磁，磁場作用于管道內流動的液體，在管道中產生一個與被測流體平均流速V相對應的電壓，且該電壓與流體的流速分布無關。與管道緣的兩個電監測液體的感應電壓。磁場方向、流體流向及兩個檢測電的相對位置三者互相垂直。
電磁流量計的優點：測量不受被測液體的溫度、壓力或粘度的影響。沒有壓力損失。能連續測量，測量度高。口徑范圍和測量范圍大，測量范圍連續可調。與流速分布無關。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。穩定性好，輸出為標準化信號，可方便地進入自控系統。變送器導管內壁有襯里材料，具備良好的耐腐、耐磨性。轉換器體積小，消耗功率小，抗干擾性能強，便于現場觀察。應用于水處理系統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。
安裝時應注意遠離外界的電磁場源，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，要求兩個電的中心軸線處于水平狀態，防止顆粒雜質沉積，影響電工作。測量管內應為滿管，不允許大量氣泡通過傳感器，當不能滿足條件時，應采取相應措施。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，傳感器應有良好的單獨接地線，且接地電阻應小于10Ω，尤其是安裝在陰保護管道上時。
在滿足安裝環境、使用要求的前提下，轉換器與傳感器之間的距離和連接電纜越短越好，以節約投資，減少可能產生的強電信號的干擾。
（2）超聲流量計：近十幾年來，由于電子技術的發展，超聲流量計才得以應用于流量測量。利用超聲流量計進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，測量從發射到接收而產生的時間差，據此測出流速。
超聲流量計的主要優點：安裝維護方便。隨著夾裝式傳感器的廣泛使用，在安裝和維護超聲流量計時不需在管道上打孔或切斷流量，就可在已存在的應用場合很方便地進行安裝，尤其適用于大口徑管道檢測系統。口徑范圍大，且價格不受管徑影響。測量可靠性高。無壓力損失。不受流體參數影響。輸出標準化直流信號，可方便地進入自控系統。
選用超聲流量計要特別注意傳感器的安裝誤差、管道內壁結垢、防腐層均勻與否，這些因素對測量結果影響很大。另據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。
由于自來水行業為連續生產，進行不間斷計量是為重要的，所以一般安裝于管道上的流量計不能經常拆卸送檢，一般做法是采用度較高的便攜式超聲流量計，按周期送認證單位進行校準，作為企業的標準器具，再用比對的方式定期檢測在線流量計。
（3）明渠流量計：公司東區污水廠現有明渠流量計的實質為超聲波液位計與巴歇爾槽的配合使用。巴歇爾槽可以把明渠內流量的大小轉成液位的高低。巴歇爾槽的優點是水位損失小、水中即使有固態物質也幾乎不沉淀、對下流側的水位影響比較小等，所以被用來測量農業用水、工業用水等其它液體的流量。
超聲波明渠流量計特點：可測量非滿管（圓管、蛋形管或其它異形管）流量。可測量渠道（圓形渠、矩形渠或其它異形渠）流量。可測量天然的河、溪流量。可測量污水排放渠道或管道（下水道）流量。可測量正向和反向流速和流量。可提供瞬時流量值和累計流量值。輸出信號：RS-485、Modbus、4～20Ma電流信號和多路開關量。傳感器可在惡劣的現場和污水水質下長期工作。可選配短信或GPRS無線模塊實現遠程遙測。傳感器外殼為聚碳酸酯，防護等級IP68。內置自動溫度補償。盲區可調節，屏蔽探頭附近干擾信號。
超聲波明渠流量計的精度有兩個概念：超聲波探頭和變送器處理液位值的精度，以及液位信號、面積、時間經過積分計算后的精度，一般為0.2%～0.5%。
6濁度儀表的選型及注意事項
濁度是水體渾濁程度的度量，凈水廠負責供應居民生活用水和工業用水，供水的質量直接涉及人民的健康、安全，以及食品、釀造、醫藥、紡織、印染、電力等各行各業的正常生產和產品質量。濁度是一項很重要的水質指標，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控連續測定濁度儀和化驗室固定及便攜式濁度儀，就其設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，準確度高，相對誤差小，重復性好，水的色度不示濁度，且散射光與入射光強度比可呈線性關系，故1992年9月衛生組織公布的《飲用水水質準則》中規定將散射光濁度儀作為測定儀器。
我公司凈水廠工藝中使用E+H散射光式濁度儀，水質化驗室及龍海道二期使用HACH散射光式濁度儀。聚光束從傳感器頭部組件中向下投射到濁度儀主體內的水樣中，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。
濁度儀取樣點的選擇應與工藝專業緊密結合，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取樣管而影響濁度儀的測量準確度，水樣的提取用小型采樣泵取樣，保證取樣管內有一定流速，不易在管道內壁結垢。取樣管道的口徑應根據儀表取樣水的總需要量決定。測量濾后水的濁度儀安裝于濾站管廊內，采用壁掛及柜裝，出廠水的測量在送水泵房設置水質儀表間進行，將濁度儀及其他水質檢測儀表置于儀表間內，再將信號引至監控站。
7自動化儀表系統的接地和防雷
接地可分為保護接地和工作接地。保護接地是為避免工作人員因設備緣損壞或緣性能下降時遭受觸電危險和保護設備的安全。工作接地是為保證儀表穩定可靠地運行。一般凈水廠儀表系統的接地采用TN-S系統，即3根相線A、B、C，1根中性線N即保護線PE。用電設備的外露可導電部分接到PE線上，其優點是PE線在正常工作時不呈現電流，因此設備的外露可導電部分不呈現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置或與保護接地共用同一接地體。從工程實踐經驗來看，接地電阻一般應不超過1Ω。凈水廠設施分散，構筑物低矮，地形平坦、空曠，特別是有些流量計井位于廠區之外，在這種情況下，儀表設備的被雷擊率增加。在實踐中，2009年4月，凈水廠曾發生過雷擊損壞設備事件。因此，安裝品質優良，動作可靠的避雷器是不可缺少的保護措施。
8自動化儀表選型安裝及管理措施的總結
（1）要實現水處理行業的現代化管理，必須使用自動化儀表。（2）儀表安裝人員應具有專業技能，為用戶著想，在設計與選用儀表時，應做到：穩定可靠，操作簡單，安裝方便，物美價廉，連續測量，反應靈敏，互換性強，便于維護等。（3）水處理企業應有專業技術人員進行管理，平時應注意技術資料的收集、整理，以便于消化吸收。儀表正確投入使用后，技術人員應多下現場，對儀表的使用情況做跟蹤調查，了解儀表的工作情況，及時總結經驗，以利于今后的管理工作日趨完善。
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