宋啟敏 (上海大學)
丁云鶴 (臺州中昌水處理設備有限公司)

一、前言

　　加藥自動化是當前提高水廠管理水平，確保供水水質(zhì)，降低水廠制水成本最為現(xiàn)實而有效的措施。由于混凝劑投加量隨水量、水質(zhì)的波動而變化，如何精確控制混凝加藥，長期困擾著人們。十幾年來。我國各地水廠探索試用了各種自動加藥方法。也引進了不少國外自動控制系統(tǒng)。如數(shù)學模型、模型濾池、流動電流測定等技術。但調(diào)查表明，這些加注方案通常存在著對水質(zhì)變化難以適應，滯后現(xiàn)象嚴重及當流量改變時抗干擾性差等不盡人意的地方。對此，我國水廠設計、管理方面的技術專家強烈希望改變這種局面， 并探索更理想的產(chǎn)品，以適應我國水質(zhì)現(xiàn)狀，滿足加藥自動化的要求。顯示式絮凝控制系統(tǒng)是目前唯一可直接觀察絮凝體圖象和絮凝過程的在線監(jiān)控自動化加藥裝置。

二、特點

　　評價某一種加藥自動化水平高低的主要因素是選擇參數(shù)與沉淀池出水濁度的相關性及其 控制滯后原水水質(zhì)的適應性。
　　目前加藥自動化除了攪拌試驗(燒杯試驗)確定加注率之外，主要分為后饋控制。前饋控制和中饋控制三種類型。八，九十年代世界銀行和外國政府貸款成套引進了許多水廠，配備了流動電流測定的SCD，成為大家較為熟悉的加藥控制系統(tǒng)，然而由于SCD是一種膠體電 荷檢測技術；當如有害物質(zhì)干擾、強吸附鈍化、檢測室積泥和電極腐蝕等因素存在時，都會導致流動電流與懸浮物線形關系失調(diào)。往往使用效果不佳。據(jù)建設部科技司的抽樣調(diào)查表明，進口的SCD能夠正常工作的不足1／10。
　　絮凝絨體探測法是國外最新發(fā)展的檢測方法。原理是當絨體通過一束光時，透射光的強度發(fā)生變化，計算透射光的變化的均方值與直流分量之比，可代表絨體的大小。它能模擬水質(zhì)的絮凝效果，控制滯后時間也較短，由于其模擬性能好，所以近年來成為國外廣泛研究的新趨勢，譬如紅外線激光穿透式在線絮疑粒子檢測傳感器等也已面世。
　　顯示式絮凝控制系統(tǒng)(FCD)是在絮凝體探測法基礎上開發(fā)出來的新一代加藥自動化裝置。通浴地講，是人工智能加礬工。眾所周知，有經(jīng)驗的加礬工通過觀察水體中礬花顆粒的大小。比重和強度來判斷混凝效果的優(yōu)劣，預測沉淀池出水的合格宰，并以此來調(diào)整加藥量。FCD構思巧妙，獨辟蹊徑，用水下攝象機構絮凝體活動圖象放大后直接顯示在屏幕上，直接反映絮凝效果，有一種全新的感受。并由汁算機進行實時圖象處理，計算出與沉淀池出水濁度相關的參數(shù)。根據(jù)工藝要求設定絮凝體“等效直徑”和目標值，并采集進水流量前饋信號和沉淀池出水濁度后饋信號，計算出混凝劑加注量，并具有自識的智能功能。
　　顯示器絮凝控制系統(tǒng)(FCD)，突破了現(xiàn)行國內(nèi)外自動加藥控制系統(tǒng)間接表達和反映混凝效果的局限性，采用高科技手段把復雜的加藥自動化過程用直觀的形象和精確的數(shù)據(jù)表達出來，實現(xiàn)了把絮凝體狀態(tài)的定性概念升級轉(zhuǎn)換成精確的數(shù)字表達的定量領域。FCD使用Smith 予估控制的雙閉環(huán)的控制方法和計算機處理。而處理能力比SCD內(nèi)的單片機大大提高，允許采用運算量較大的先進的圖像和數(shù)據(jù)處理方法以及智能化控制功能，因而控制效果大為提高，而且各生產(chǎn)工藝參數(shù)的設置也很靈活。使用方便，同時可以在控制室直接觀察絮凝絨體圖象，畫出各種參數(shù)曲線，并能記錄存儲。
　　FCD在以下幾個方面取得突破性成果：
　　1、非球狀絮凝體的等效直徑測定；
　　2、絮凝體中有效組成的實時預算；
　　3、絮凝體等效直徑與沉淀池出水濁度的相關可行性。

三、軟硬件功能

　　顯示式絮凝控制系統(tǒng)(FCD)由絨體圖象采集傳感器和計算機二大部分組成。
　　采集傳感器設在絮凝池末端，水樣經(jīng)取樣窗由高分辨CDD攝像，由LED發(fā)光管照明以提高絮凝體圖象清晰度，經(jīng)視頻電纜傳送進計算機。對數(shù)據(jù)進行圖象預處理以排除噪聲的干擾。改善圖象的成象質(zhì)量；將灰度圖象通過計算機轉(zhuǎn)換成二值化圖象找出絨體顆粒分界線：進行圖形連通性判別從而得出每一幅圖象中每一個絮凝體的大小和其他參數(shù)。
　　其系統(tǒng)硬件結構框圖如下：

　　其軟件功能
　　1、可以直接采集并在計算屏幕上顯示絨體的活動圖象；
　　2、具有絮凝體等效直徑反饋和沉淀水濁度雙重反饋來自動調(diào)整設定值，從而對投藥量作出及時調(diào)整，優(yōu)化加注量，具有自適應能力的智能控制系統(tǒng)。
　　3、具有水量變化的同步加藥功能，井具有較高的抗干擾能力．由計算機根據(jù)流量信號的變化計算后，直接控制加注泵的沖程，與SCD相比，可省去加注泵的變頻變速系統(tǒng)，降低了成本。
　　4、可以測定多種絨體參數(shù)可供混凝工藝研究所用：
　　 如絮凝體的等效直徑，總顆粒數(shù)，不同顆粒直徑及其分布比例(研究表明小顆粒在沉淀池中不易沉淀．它的比例決定了沉淀池最低濁度，這一論點，筆者將專題撰稿闡述)。
　　5、各類參數(shù)在計算機屏幕上直接顯示，并繪制對應相關曲線并能記錄存儲?？纱婵刂剖绎@示儀表，并可根據(jù)需要貯存十年以上數(shù)據(jù)存檔。
　　FCD由上海尼臣環(huán)保實業(yè)有限公司與上海大學機械電子工程學院共同合作，歷時三年之久，通過不斷探索試驗才取成功。FCD的研究是自始至終在中國土木工程學會給排水委員會專家鐘淳昌先生和中國城鎮(zhèn)供水協(xié)會科學技術委員會專家宋仁元先生的直接指導下進行的，得到了上海臨江水廠、上海南匯自來水公司、武漢自來水公司、杭州自來水公司、上海金山石化總廠水廠、上海長橋水廠、上海閘北水廠、鎮(zhèn)江京西水廠、南京北河口水廠等單位的大力協(xié)助和積極支持，在此表示衷心的感謝和深切的謝意。FCD在上述單位使用，效果顯著運行可靠。FCD同時獲取兩項專利，并在98年7月經(jīng)上海市科學委員會組織鑒定，認為這是加藥自動化的一項新的突破，達到國際先進國內(nèi)領先水平。專題論述發(fā)表在《中國給水排水》1999年第15卷第4期，工程實例見2000年第16卷第3期。

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