黃國忠 李圭白
(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 市政環(huán)境工程學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150090)

　　摘　要：本文闡述在國內(nèi)一些自來水公司水廠應(yīng)用流動電流混凝投藥自動控制系統(tǒng)的調(diào)試過程中所遇干擾問題，并通過具體實(shí)驗(yàn)找到解決干擾問題的方法，為流動電流自控系統(tǒng)在有干擾存在的情況下的應(yīng)用提供了重要經(jīng)驗(yàn)。
　　關(guān)鍵詞：流動電流、混凝、投藥、自動控制、抗干擾

The study about ability of overcome the distutbance for streaming current system
Huang Gouzhong Li Guibai
(School of Municipal & Enviromental, Harbin Institude of Technology, Harbin 150090, China)

　　Abstract：The article discussed the problem which were found in using the streaming current control method for coagulant dosage system in the water treatment plants in our country, and have found the proper solution for this problem. Giving the important suggestion to overcome this disturbance situation.
　　Keywords：steaming current, coagulant, dosage, automatic controlling, overcome disturbance

1. 流動電流混凝投藥自動控制系統(tǒng)的檢測控制原理　　

　　混凝投藥是水處理工藝中的重要環(huán)節(jié)之一，位于水處理工藝的前端。投藥量的多少直接影響后續(xù)工藝的處理效果，因此，研究該環(huán)節(jié)的自動控制非常有意義，國內(nèi)外眾多學(xué)者都對其進(jìn)行了廣泛深入的研究。這些研究中，應(yīng)用的最為成功的當(dāng)屬流動電流混凝投藥自控技術(shù)。該技術(shù)在80年代開始應(yīng)用，到了90年代已經(jīng)被大量的國內(nèi)外水廠所采用。^[1]
　　流動電流混凝投藥自動控制技術(shù)的原理為：水中膠體粒子加藥后，其ζ電位會發(fā)生變化，從而引起流動電流的變化，膠體電荷遠(yuǎn)程傳感器通過檢測流動電流的變化可以準(zhǔn)確地反映水中加藥量的多少，并傳遞信號給檢測控制儀，控制儀根據(jù)傳感器傳遞來的信號，經(jīng)過程序的處理，輸出控制信號給變頻柜，通過改變供電頻率來調(diào)整投藥泵的投藥量，使之達(dá)到最佳值。
　　干擾問題是流動電流混凝投藥自動控制系統(tǒng)在生產(chǎn)應(yīng)用中常遇到的重要問題，常由于不能及時排除干擾而致應(yīng)用失敗。相反地，干擾問題卻很少得到報道。本文提供幾則排除干擾的實(shí)例，可供工程界參考。

2. 流動電流混凝投藥自動控制系統(tǒng)的干擾原因

　　流動電流混凝投藥自動控制系統(tǒng)在實(shí)際工程中遇到的干擾主要有以下的兩方面原因：
　　水質(zhì)及混凝藥劑方面；由于流動電流控制系統(tǒng)的檢測裝置傳感器是直接與水樣接觸的，因此，如水中含有大量藻類、大量有機(jī)污染物、混凝藥劑為有機(jī)高分子藥劑或粘附性強(qiáng)的藥劑會沾污傳感器探頭，造成檢測信號失真，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)不能正常的進(jìn)行控制工作。
　　電控方面；流動電流控制系統(tǒng)的傳感信號和控制信號均為弱電信號，因此一旦有強(qiáng)電信號在流動電流控制系統(tǒng)的傳感或控制信號線附近存在時就會產(chǎn)生干擾，會對控制系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生影響；當(dāng)傳感器接地不符合要求時，也會對流動電流的檢測造成干擾；電源的污染（如動力電源存在大幅度的電壓或電流變化）、控制系統(tǒng)周圍有強(qiáng)電信號源（如大的電控柜、控制器等）、控制系統(tǒng)所放置的房間屏蔽不好內(nèi)的都會造成流動電流控制系統(tǒng)的干擾，影響流動電流混凝投藥自動控制系統(tǒng)的正常工作。
　　流動電流投藥控制系統(tǒng)遇到干擾，可能出現(xiàn)檢測值無規(guī)律的上下波動、檢測值定時定向的有規(guī)律變化、計量泵的投藥量不能及時隨檢測值變化而變化等現(xiàn)象。此時流動電流控制系統(tǒng)已不能準(zhǔn)確及時的隨水質(zhì)水量的變化進(jìn)行投藥量的控制，必須找到干擾源并加以排除才能使其恢復(fù)正常工作。

3. 流動電流混凝投藥自動控制系統(tǒng)干擾問題及解決方法實(shí)例

3.1 流動電流混凝投藥控制系統(tǒng)由混凝藥劑所引起的干擾
3.1.1 應(yīng)用水廠情況簡介
　　該水廠位于四川某城市，水廠原水為黃河水，平時濁度為100~1000NTU，最高濁度10000NTU以上，pH為中性，其余的水質(zhì)指標(biāo)無特異的變化。該水廠的工藝流程見下圖1。

3.1.2 初始應(yīng)用情況
　　流動電流控制系統(tǒng)安裝完成后，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。開始兩天系統(tǒng)采用手動控制的方式運(yùn)行，檢測值比較穩(wěn)定可以隨著原水濁度變化及時調(diào)整混凝劑的投加量，兩天后改為自動控制，開始時系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，但隨著時間的推移檢測值變得很不穩(wěn)定，檢測值在一天之內(nèi)在水質(zhì)水量都無很大變化的情況下發(fā)生數(shù)次無規(guī)律的變化，混凝劑投量無法達(dá)到自動控制，導(dǎo)致澄清池的出水時清時渾不能達(dá)到出水水質(zhì)要求。具體情況見下面圖2。

3.1.3 解決方法的研究
　　根據(jù)以上分析，進(jìn)行了逐項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)研究。首先，排除儀器設(shè)備存在質(zhì)量問題，逐一更換了流動電流檢測系統(tǒng)中的各部裝置，從傳感器到控制儀都用嶄新的并經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)的儀器進(jìn)行替代實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)檢測值仍然呈不定時無規(guī)律變化，從而確定不是儀器質(zhì)量問題。其次，排除了電源污染的因素，認(rèn)真檢查了電源并對其周圍的用電單位進(jìn)行了細(xì)致的調(diào)查，確認(rèn)該廠內(nèi)部及周圍不存在能對其動力電源造成污染的污染源。并且由以上紀(jì)錄情況可知，流動電流檢測值的變化是無規(guī)律的而且是不定時的，這樣就可以排除是由于象定時電源污染引起的定時干擾的存在。由于流動電流的檢測值的變化是逐漸出現(xiàn)而不是一開始運(yùn)行就有的，因此可以排除由電控方面的干擾所引起的。再次，對流動電流控制系統(tǒng)傳感器的接地情況進(jìn)行了重新檢查，經(jīng)過仔細(xì)的分析和測試，確定其傳感器的地線不合要求。因此，重新進(jìn)行了傳感器的地線安裝，以三根銅管焊接而成的柱體為接地線的基礎(chǔ)，并深埋入地面1.5米以下，測得的電阻R〈1Ω，完全符合國際標(biāo)準(zhǔn)。改造完成后進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)在無計量泵的啟停時流動電流系統(tǒng)可以正常工作，檢測值變化穩(wěn)定及時。接下來將變頻控制柜的安裝位置移至電控間，而自動控制儀仍留在值班室。方案實(shí)施后，流動電流控制系統(tǒng)仍然未能正常的工作，經(jīng)一周的監(jiān)測，檢測值仍然不穩(wěn)定，投藥量也不能得到很好的控制。最后，取混凝劑進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在高濁度水的情況下使用了含有有機(jī)高分子成分的助凝劑。因此，改變了高分子助凝劑的投加點(diǎn)，使其在流動電流取樣完成后再投加，而助凝劑的控制采用按一定的比例投加的方式。方案實(shí)施后，經(jīng)半月的監(jiān)測流動電流混凝投藥控制系統(tǒng)檢測值穩(wěn)定，投藥量得到很好的控制，出水水質(zhì)達(dá)到所要求的標(biāo)準(zhǔn)。圖3是一天運(yùn)行情況的紀(jì)錄。

3.2 流動電流混凝投藥自動控制系統(tǒng)由于電源污染所造成的干擾
3.2.1 應(yīng)用水廠情況簡介
　　此水廠位于山東沿海某城市。該水廠原水為地表水，常年濁度為20~30NTU，最高濁度100NTU，pH為中性，其余的水質(zhì)指標(biāo)無特異的變化。該水廠的工藝流程見下圖4。
　　投藥點(diǎn)在進(jìn)水管管式混合器之前，傳感器的取樣點(diǎn)設(shè)在管式混合器出口處。傳感器設(shè)在靠近取樣點(diǎn)的反應(yīng)池壁上。
3.2.2 流動電流的初始應(yīng)用情況
　　流動電流控制系統(tǒng)安裝完成后，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。開始兩天系統(tǒng)采用手動控制的方式運(yùn)行，檢測值比較穩(wěn)定。兩天后開始自動控制，第一天運(yùn)行基本穩(wěn)定，但發(fā)現(xiàn)在上午7-8時及下午4-5時，檢測值發(fā)生有規(guī)律變化。在上午7-8時之間，檢測值在加藥量及水質(zhì)不變的情況下會向上波動，導(dǎo)致加藥量直線下降，出水水質(zhì)變渾；在下午3-4時之間，在同樣情況下檢測值向下波動，導(dǎo)致加藥量直線上升，出水水質(zhì)變的過清。過了這兩個時段，檢測值會自動調(diào)整回正常狀態(tài)，加藥量及水質(zhì)也會恢復(fù)正常。但這兩個時段正好是一泵站調(diào)整流量的時候，所以認(rèn)為是由于水量的變化引起的。但隨著時間的推移，這種檢測值的變化有時出現(xiàn)一天變化數(shù)次，并且有時又沒有規(guī)律，以至混凝劑的投量無法達(dá)到自動控制。具體情況如圖5所示。

　根據(jù)以上紀(jì)錄可知，流動電流控制系統(tǒng)檢測值的變化多數(shù)是定時而且有規(guī)律的，并且在除此之外的時段內(nèi)系統(tǒng)可正常工作，這就排除了流動電流控制系統(tǒng)自身以及傳感器地線的問題。從控制理論分析，可能存在強(qiáng)電信號的干擾和電源有定時污染兩方面干擾。3.2.3 解決方法的研究
　　根據(jù)以上的分析進(jìn)行了解決方法的研究，首先對傳感信號線的屏蔽情況進(jìn)行檢查，從新作了屏蔽工作，在信號線外加上金屬套管并將其與強(qiáng)電電纜線分離。采取此種措施后，檢測值的定時變化仍然存在，證明不是由于強(qiáng)電信號干擾。接著檢測動力電源是否有污染的存在，終于發(fā)現(xiàn)在此水廠的附近有一大型工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)工廠，每當(dāng)它啟動和停止工作時，水廠的動力電源即便非常不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致了控制儀工作的波動，我們即采取了相應(yīng)的措施，在控制儀的電源上加上了穩(wěn)壓保護(hù)裝置，干擾現(xiàn)象隨即得到消除，控制儀開始穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過一周的連續(xù)監(jiān)測和觀察，干擾現(xiàn)象已全部消除，控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，投藥量得到非常好的控制，沉淀池出水穩(wěn)定地保持在6~9NTU范圍內(nèi)，整套流動電流控制系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的自控投藥的目的。圖6紀(jì)錄的一天運(yùn)行數(shù)據(jù)。

3.3 流動電流自動控制投藥系統(tǒng)由于信號線屏蔽問題所引起的干擾
3.3.1 應(yīng)用水廠情況簡介
　　該水廠位于安徽某市，該水廠原水為湖泊水，常年濁度為10NTU左右，最高濁度30NTU，pH為弱堿性，夏季水中藻類較多，以蘭藻和褐藻為主。該水廠的工藝流程同圖4。
　　投藥點(diǎn)在進(jìn)水管管式混合器之前，傳感器的取樣點(diǎn)設(shè)在反應(yīng)池入口處，傳感器的安裝箱設(shè)在反應(yīng)池的墻壁上。由于傳感器安裝位置與控制儀所在位置距離較遠(yuǎn)，因此為方便傳感信號線的鋪設(shè)，直接將其鋪設(shè)在已有的動力電纜溝內(nèi)與動力電電纜一起進(jìn)入加藥間室內(nèi)。
3.3.2 流動電流的初始應(yīng)用情況
　　流動電流控制系統(tǒng)安裝完畢后，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。開始兩天系統(tǒng)采用手動控制的方式運(yùn)行，檢測值有不規(guī)律和不定時的變化，有時檢測值在一段時間內(nèi)非常穩(wěn)定，有時卻波動的非常厲害，在水質(zhì)水量沒有任何變化的情況下，投藥量相差懸殊，導(dǎo)致沉淀池出水水質(zhì)在一天內(nèi)甚至幾個小時內(nèi)變化非常大。兩天后改為自動控制，運(yùn)行時上述情況依然存在，混凝劑投量無法得到控制，具體情況見下圖7。

　　從上面的曲線圖可以看出，流動電流的檢測值變化很不穩(wěn)定，而且并不是隨水質(zhì)水量而變化的。因?yàn)槠錇椴欢〞r及無規(guī)律變化，所以可能是由于流動電流控制系統(tǒng)本身電器元件有問題、或傳感器與控制儀及控制儀與變頻柜之間連接信號被強(qiáng)電信號干擾、或變頻柜在工作時對控制儀有干擾、或不定時電源受污染等情況造成的。
3.2.3 解決方法的研究
　　根據(jù)以上分析，進(jìn)行了一步一步的排除實(shí)驗(yàn)，最后對傳感器與控制儀之間的雙芯屏蔽信號線重新進(jìn)行了鋪設(shè)，將其從動力電纜溝中撤出，另設(shè)一專門的管溝鋪設(shè)信號線，并在信號線的外面加套一金屬套管，以確保流動電流信號不受強(qiáng)電信號的干擾。方案實(shí)施后，流動電流控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定正常地工作了。經(jīng)一周的監(jiān)測，檢測值穩(wěn)定準(zhǔn)確，投藥量得到了很好的控制，出水水質(zhì)符合水廠的要求。圖8為所紀(jì)錄的一天運(yùn)行數(shù)據(jù)。

4 總結(jié)

　　流動電流混凝投藥自動控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，遇到的干擾因素非常復(fù)雜，因此必須在現(xiàn)場進(jìn)行細(xì)致的分析和實(shí)驗(yàn)研究才能確定其解決方法。混凝劑的問題一般可以通過改變投加點(diǎn)或更換混凝劑種類加以解決。對于電控方面，由于其檢測和傳遞的信號為弱電信號，非常容易受到外界電源污染以及強(qiáng)電及其它強(qiáng)信號的干擾，因此系統(tǒng)儀器儀表的安裝環(huán)境，信號線的鋪設(shè)以及有關(guān)地線的制作等都要嚴(yán)格遵守相應(yīng)電控要求，這樣才能有效的防止可能出現(xiàn)的干擾現(xiàn)象?？傊?，干擾問題是流動電流混凝投藥自動控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中所遇的一個重要問題，必須認(rèn)真加以解決才能保證該系統(tǒng)的成功應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 楊萬東, 石穎, 呂德宏, 等. 水廠自動控制中串級調(diào)節(jié)的應(yīng)用研究. 哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報[J]. 1998, (10): 64—67
　　[2] 黃國忠. 流動電流混凝投藥自動控制技術(shù)在不同水質(zhì)中應(yīng)用綜合研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2001