宋啟敏 (上海大學(xué))
丁云鶴 (臺(tái)州中昌水處理設(shè)備有限公司)

一、前言

　　加藥自動(dòng)化是當(dāng)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(shí)而有效的措施。由于混凝劑投加量隨水量、水質(zhì)的波動(dòng)而變化，如何精確控制混凝加藥，長(zhǎng)期困擾著人們。十幾年來(lái)。我國(guó)各地水廠探索試用了各種自動(dòng)加藥方法。也引進(jìn)了不少國(guó)外自動(dòng)控制系統(tǒng)。如數(shù)學(xué)模型、模型濾池、流動(dòng)電流測(cè)定等技術(shù)。但調(diào)查表明，這些加注方案通常存在著對(duì)水質(zhì)變化難以適應(yīng)，滯后現(xiàn)象嚴(yán)重及當(dāng)流量改變時(shí)抗干擾性差等不盡人意的地方。對(duì)此，我國(guó)水廠設(shè)計(jì)、管理方面的技術(shù)專家強(qiáng)烈希望改變這種局面， 并探索更理想的產(chǎn)品，以適應(yīng)我國(guó)水質(zhì)現(xiàn)狀，滿足加藥自動(dòng)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(guò)程的在線監(jiān)控自動(dòng)化加藥裝置。

二、特點(diǎn)

　　評(píng)價(jià)某一種加藥自動(dòng)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(guān)性及其 控制滯后原水水質(zhì)的適應(yīng)性。
　　目前加藥自動(dòng)化除了攪拌試驗(yàn)(燒杯試驗(yàn))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(guó)政府貸款成套引進(jìn)了許多水廠，配備了流動(dòng)電流測(cè)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(cè)技術(shù)；當(dāng)如有害物質(zhì)干擾、強(qiáng)吸附鈍化、檢測(cè)室積泥和電極腐蝕等因素存在時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)電流與懸浮物線形關(guān)系失調(diào)。往往使用效果不佳。據(jù)建設(shè)部科技司的抽樣調(diào)查表明，進(jìn)口的SCD能夠正常工作的不足1／10。
　　絮凝絨體探測(cè)法是國(guó)外最新發(fā)展的檢測(cè)方法。原理是當(dāng)絨體通過(guò)一束光時(shí)，透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化，計(jì)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(shí)間也較短，由于其模擬性能好，所以近年來(lái)成為國(guó)外廣泛研究的新趨勢(shì)，譬如紅外線激光穿透式在線絮疑粒子檢測(cè)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(cè)法基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的新一代加藥自動(dòng)化裝置。通浴地講，是人工智能加礬工。眾所周知，有經(jīng)驗(yàn)的加礬工通過(guò)觀察水體中礬花顆粒的大小。比重和強(qiáng)度來(lái)判斷混凝效果的優(yōu)劣，預(yù)測(cè)沉淀池出水的合格宰，并以此來(lái)調(diào)整加藥量。FCD構(gòu)思巧妙，獨(dú)辟蹊徑，用水下攝象機(jī)構(gòu)絮凝體活動(dòng)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(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)圖象處理，計(jì)算出與沉淀池出水濁度相關(guān)的參數(shù)。根據(jù)工藝要求設(shè)定絮凝體“等效直徑”和目標(biāo)值，并采集進(jìn)水流量前饋信號(hào)和沉淀池出水濁度后饋信號(hào)，計(jì)算出混凝劑加注量，并具有自識(shí)的智能功能。
　　顯示器絮凝控制系統(tǒng)(FCD)，突破了現(xiàn)行國(guó)內(nèi)外自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)間接表達(dá)和反映混凝效果的局限性，采用高科技手段把復(fù)雜的加藥自動(dòng)化過(guò)程用直觀的形象和精確的數(shù)據(jù)表達(dá)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了把絮凝體狀態(tài)的定性概念升級(jí)轉(zhuǎn)換成精確的數(shù)字表達(dá)的定量領(lǐng)域。FCD使用Smith 予估控制的雙閉環(huán)的控制方法和計(jì)算機(jī)處理。而處理能力比SCD內(nèi)的單片機(jī)大大提高，允許采用運(yùn)算量較大的先進(jìn)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(shè)置也很靈活。使用方便，同時(shí)可以在控制室直接觀察絮凝絨體圖象，畫(huà)出各種參數(shù)曲線，并能記錄存儲(chǔ)。
　　FCD在以下幾個(gè)方面取得突破性成果：
　　1、非球狀絮凝體的等效直徑測(cè)定；
　　2、絮凝體中有效組成的實(shí)時(shí)預(yù)算；
　　3、絮凝體等效直徑與沉淀池出水濁度的相關(guān)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(jì)算機(jī)二大部分組成。
　　采集傳感器設(shè)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(jìn)計(jì)算機(jī)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖象預(yù)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(guò)計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換成二值化圖象找出絨體顆粒分界線：進(jìn)行圖形連通性判別從而得出每一幅圖象中每一個(gè)絮凝體的大小和其他參數(shù)。
　　其系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如下：

　　其軟件功能
　　1、可以直接采集并在計(jì)算屏幕上顯示絨體的活動(dòng)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(lái)自動(dòng)調(diào)整設(shè)定值，從而對(duì)投藥量作出及時(shí)調(diào)整，優(yōu)化加注量，具有自適應(yīng)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(jì)算機(jī)根據(jù)流量信號(hào)的變化計(jì)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(cè)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(diǎn)，筆者將專題撰稿闡述)。
　　5、各類參數(shù)在計(jì)算機(jī)屏幕上直接顯示，并繪制對(duì)應(yīng)相關(guān)曲線并能記錄存儲(chǔ)?？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(shí)業(yè)有限公司與上海大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院共同合作，歷時(shí)三年之久，通過(guò)不斷探索試驗(yàn)才取成功。FCD的研究是自始至終在中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)給排水委員會(huì)專家鐘淳昌先生和中國(guó)城鎮(zhèn)供水協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)委員會(huì)專家宋仁元先生的直接指導(dǎo)下進(jìn)行的，得到了上海臨江水廠、上海南匯自來(lái)水公司、武漢自來(lái)水公司、杭州自來(lái)水公司、上海金山石化總廠水廠、上海長(zhǎng)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(yùn)行可靠。FCD同時(shí)獲取兩項(xiàng)專利，并在98年7月經(jīng)上海市科學(xué)委員會(huì)組織鑒定，認(rèn)為這是加藥自動(dòng)化的一項(xiàng)新的突破，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。專題論述發(fā)表在《中國(guó)給水排水》1999年第15卷第4期，工程實(shí)例見(jiàn)2000年第16卷第3期。

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