工程儀表自控與給水排水工程

王雄　任垠安

摘 要：給水排水工程一般可分為市政給排水和建筑給排水，而市政給排水很重要的一環(huán)是污水的處理。隨著社會(huì)的發(fā)展與人類生活進(jìn)步，污水處理所要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷的提高，而作為工程的神經(jīng)，儀表自動(dòng)化也需要達(dá)到相應(yīng)的水平。本文分析了儀表自動(dòng)化在給排水工程中的作用，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：工程儀表；自動(dòng)化；水處理；發(fā)展

1 自動(dòng)化儀表簡介

（一）概念

自動(dòng)化儀表由若干自動(dòng)化元件構(gòu)成的，具有較完善功能的自動(dòng)化技術(shù)工具。它一般同時(shí)具有數(shù)種功能，如測(cè)量、顯示、記錄或測(cè)量、控制、報(bào)警等。自動(dòng)化儀表本身是一個(gè)系統(tǒng)，又是整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)。自動(dòng)化儀表是一種“信息機(jī)器”，其主要功能是信息形式的轉(zhuǎn)換，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)。信號(hào)可以按時(shí)間域或頻率域表達(dá)，信號(hào)的傳輸則可調(diào)制成連續(xù)的模擬量或斷續(xù)的數(shù)字量形式。

（二）分類

自動(dòng)化儀表分類方法很多，根據(jù)不同原則可以進(jìn)行相應(yīng)的分類。例如按儀表所使用的能源分類，可以分為氣動(dòng)儀表、電動(dòng)儀表和液動(dòng)儀表（很少見）；按儀表組合形式，可以分為基地式儀表、單元組合儀表和綜合控制裝置；按儀表安裝形式，可以分為現(xiàn)場(chǎng)儀表、盤裝儀表和架裝儀表；隨著微處理機(jī)的蓬勃好燕尾服，根據(jù)儀表有否引入微處理機(jī)（器）又可分為智能儀表與非智能儀表。根據(jù)儀表信號(hào)的形式可分為模似儀表和數(shù)字儀表。

（三）組成

顯示儀表根據(jù)記錄和指示、模擬與數(shù)字等功能，又可分為記錄儀表和指示儀表、模擬儀表和數(shù)顯儀表，其中記錄儀表又可分為單點(diǎn)記錄和多點(diǎn)記錄（指示亦可以有單點(diǎn)和多點(diǎn)），其中又有在紙記錄或無紙記錄，若是有紙記錄又分筆錄和打印記錄。

執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)按能源劃分有氣動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)執(zhí)行器和液動(dòng)執(zhí)行器，按結(jié)構(gòu)形式可以分為薄膜式、活塞式（氣缸式）和長行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)閥根據(jù)其結(jié)構(gòu)特噗和流量特性不同進(jìn)行分類，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分通常有直通單座、直通雙座、三通、角形、隔膜、蝶形、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)、套筒、閥體分離等，按流量特性分為直線、對(duì)數(shù)、拋物線、快開等。

（四）性能

衡量儀器儀表性能的主要技術(shù)指標(biāo)有精確度、靈敏度、響應(yīng)時(shí)間等。精確度表示儀表測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值的一致程度。儀器儀表的精確度常用精確度等級(jí)來表示，例如0.1級(jí)、0.2級(jí)、0.5級(jí)、1.0級(jí)、1.5級(jí)等。0.1級(jí)表儀表總的誤差不超過±1.0%范圍。精確度等級(jí)數(shù)小，說明儀表的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都小，也就是這種儀表精密。靈敏度表示當(dāng)被測(cè)的量有一個(gè)很小的增量時(shí)與此增量引起儀表示值增量之比，它反映儀表能夠測(cè)量的最小被測(cè)量。響應(yīng)時(shí)間是指儀表輸入一個(gè)階躍量時(shí)，其輸出由初始值第一次到達(dá)最終穩(wěn)定值的時(shí)間間隔，一般規(guī)定以到達(dá)穩(wěn)定值的95%時(shí)的時(shí)間為準(zhǔn)。此外，還有重復(fù)性、線性度、滯環(huán)、死區(qū)、漂移等性能技術(shù)指標(biāo)。

2 自動(dòng)化儀表與污水處理

（一）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。所以在先進(jìn)的水處理系統(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。這些專用儀表在我國發(fā)展比較晚，因此，通常選用國外先進(jìn)產(chǎn)品，從長遠(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)口儀表和國產(chǎn)儀表相結(jié)合的方法。

（三）凈水廠監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成模式及監(jiān)測(cè)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(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.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）精確度、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。

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)最主要的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。

4.濁度的測(cè)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(cè)量水體渾濁程度的儀器，主要用于對(duì)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)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(xiàng)很重要的水質(zhì)指標(biāo)，因此對(duì)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(cè)定）濁度儀和實(shí)驗(yàn)室（包括便攜式）濁度儀，就其設(shè)計(jì)原理又可分為透射光濁度儀和散射光濁度儀。

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(hào)處理，實(shí)現(xiàn)控制功能，而且測(cè)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后，它的優(yōu)勢(shì)沒有完全發(fā)揮出來，而被計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)未調(diào)試投運(yùn)階段或發(fā)生故障時(shí)的輔助儀表，也能滿足現(xiàn)場(chǎng)控制、顯示的要求。

3 結(jié)語

智能化的自動(dòng)化儀表被運(yùn)用在水處理方面，這種具體的運(yùn)用是時(shí)代進(jìn)步的表現(xiàn)，也是社會(huì)發(fā)展的產(chǎn)物，這種進(jìn)步本身也有助于改進(jìn)水處理的具體使用性能，還有助于降低網(wǎng)絡(luò)可能在運(yùn)行過程中出現(xiàn)或者發(fā)生故障的具體比例。在儀表正確投入水處理使用后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)多下現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)儀表的使用情況做跟蹤調(diào)查，了解儀表的工作情況，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以利于今后的設(shè)計(jì)工作日趨完善。而在今后的發(fā)展中。設(shè)計(jì)人員應(yīng)站在用戶的角度上，為用戶著想，在設(shè)計(jì)與選用儀表時(shí)，應(yīng)做到：穩(wěn)定可靠，操作簡單，安裝方便，物美價(jià)廉，連續(xù)測(cè)量，反應(yīng)靈敏，互換性強(qiáng)，便于維護(hù)。

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