隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，計(jì)算機(jī)測(cè)控管理系統(tǒng)已普遍進(jìn)入污水處理廠(chǎng)自動(dòng)化領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)污水廠(chǎng)自控系統(tǒng)采用最多的是由工業(yè)計(jì)算機(jī) (IPC)+可編程序邏輯控制器(PLC)+自動(dòng)化儀表組成的多級(jí)分布式計(jì)算機(jī)測(cè)控管理系統(tǒng)。

一、自動(dòng)化儀表在污水處理系統(tǒng)中的重要地位
　　在現(xiàn)代化的污水廠(chǎng)中，每一個(gè)生產(chǎn)過(guò)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、各污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，從而保證污水處理質(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)和控制設(shè)備的合理運(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)、超高報(bào)警的功能，便于及時(shí)處理事故，同時(shí)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)的污水處理系統(tǒng)中，自動(dòng)化儀表具有舉足輕重的作用。

二、水處理系統(tǒng)常用儀表的分類(lèi)
1、常用儀表的分類(lèi)
　　 在污水處理過(guò)程中，需要測(cè)量的參數(shù)是多種多樣的，例如液位、液位差、流量、壓力、PH值、溫度、溶解氧、污泥濃度、氧化還原電位、污泥濃度、污泥界面、在線(xiàn)BOD、在線(xiàn)COD、在線(xiàn)氨氮、在線(xiàn)總磷等。對(duì)于溫度、壓力、液位、流量這些物理量，一般稱(chēng)其為熱工量。諸如PH值、溫度、溶解氧、污泥濃度、氧化還原電位、污泥濃度、等參數(shù)，稱(chēng)之為成分量。用于測(cè)量熱工量的儀表一般稱(chēng)之為熱工測(cè)量?jī)x表；用于測(cè)量成分量的儀表一般稱(chēng)之為成分分析儀表，在污水處理過(guò)程中常常稱(chēng)之為水質(zhì)分析儀表。這些專(zhuān)用儀表在我國(guó)發(fā)展比較晚，因此，通常選用國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品，從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀(guān)點(diǎn)看是比較經(jīng)濟(jì)、可靠的。

2、測(cè)量?jī)x表的構(gòu)成
　　 測(cè)量?jī)x表種類(lèi)多、類(lèi)型復(fù)雜、結(jié)構(gòu)各異，但都擔(dān)負(fù)著共同的任務(wù)；測(cè)量出被測(cè)參數(shù)的值。所以，它在構(gòu)成上就有明顯的共性。它們大致都由測(cè)量元件（傳感器）部分、中間傳送部分和顯示部分（包括變換成其他信號(hào)）構(gòu)成。各部分之間的關(guān)系如圖10-5所示。

三、咸陽(yáng)路污水處理系統(tǒng)常用儀表及使用中應(yīng)注意的問(wèn)題
　　 天津市咸陽(yáng)路污水處理廠(chǎng)是一座日處理量45×10⁴m³/d、A/O二級(jí)生化處理工藝的污水處理廠(chǎng)。為保證污水處理的安全性、可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性，提高污水處理廠(chǎng)的自動(dòng)化水平，全廠(chǎng)控制系統(tǒng)采用基于可編程邏輯控制器（PLC）的集散型控制系統(tǒng)，以及監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)。集散型控制系統(tǒng)包括管理層和控制層。管理層主要是對(duì)全廠(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析；控制層主要是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)PLC或計(jì)算機(jī)完成各自轄域內(nèi)工藝過(guò)程和工藝設(shè)備的自動(dòng)控制。SCADA系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完成對(duì)主要工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)采集并對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)控。
　　污水處理流程中的各檢測(cè)儀表均為在線(xiàn)式智能儀表，變送器均帶有數(shù)字顯示裝置并通過(guò)可編程序控制器（PLC）的接口傳送標(biāo)準(zhǔn)的模擬、數(shù)字信號(hào)。
　　污水處理廠(chǎng)的過(guò)程檢測(cè)儀表分散設(shè)置于各個(gè)工藝處理構(gòu)筑物及工藝管道上，作為自控系統(tǒng)的在線(xiàn)檢測(cè)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備。所需檢測(cè)的主要參數(shù)有：液位、液位差、流量、壓力、PH值、溫度、溶解氧、污泥濃度、氧化還原電位、混合液濃度、污泥界面、在線(xiàn)BOD、在線(xiàn)COD、在線(xiàn)氨氮、在線(xiàn)總磷等。廠(chǎng)外泵站儀表包括液位、液位差、流量等。下面分類(lèi)介紹一下廠(chǎng)區(qū)常用儀表。

（一）流量測(cè)量?jī)x表
　　在污水處理工藝過(guò)程中，流量測(cè)量?jī)x表應(yīng)該說(shuō)是應(yīng)用最廣、最多的測(cè)量?jī)x表。污水處理廠(chǎng)的進(jìn)出水水量、回流污泥量、曝氣量以及消化池產(chǎn)氣量等都是工藝生產(chǎn)所必須測(cè)量的流量參數(shù)。另外，為了對(duì)污水處理廠(chǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行考核、分析，也要依靠流量測(cè)量?jī)x表來(lái)提供必要的數(shù)據(jù)。
　　咸陽(yáng)路污水處理廠(chǎng)常用的流量計(jì)有超聲波流量計(jì)和電磁流量計(jì)等，下面分別做介紹。
1、電磁流量計(jì)
　　電磁流量計(jì)是利用電磁感應(yīng)原理制成的流量測(cè)量?jī)x表，可測(cè)量含有纖維質(zhì)或固體顆粒懸浮物等具有導(dǎo)電性的介質(zhì)。在測(cè)量中，液體本身為導(dǎo)體，磁場(chǎng)通過(guò)安裝在管路中的兩個(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生。線(xiàn)圈由交流或直流電源勵(lì)磁，磁場(chǎng)作用于管道內(nèi)流動(dòng)的液體，在管道中產(chǎn)生一個(gè)與被測(cè)流體平均流速V相對(duì)應(yīng)的電壓，且該電壓與流體的流速分布無(wú)關(guān)。
　　電磁流量計(jì)主要由變送器和轉(zhuǎn)換器組成。被測(cè)介質(zhì)的流量經(jīng)變送器變換成感應(yīng)電勢(shì)后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器把感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電流信號(hào)作為輸出，以便進(jìn)行遠(yuǎn)方指示記錄或作為控制信號(hào)。
　　由于這種儀表的測(cè)量部分沒(méi)有深入管道內(nèi)部的部件，沒(méi)有收縮或改變管道的截面，因此具有惰性小、反應(yīng)迅速、壓力損失小、也可以測(cè)量脈動(dòng)流量等特點(diǎn)。另外，其輸出電流與流量具有線(xiàn)性關(guān)系，它不受被測(cè)液體的物理性質(zhì)（溫度、壓力、粘度）變化和流動(dòng)狀態(tài)的影響；電磁流量計(jì)的孔徑范圍大，可以從幾毫米到兩米以上。對(duì)于同一臺(tái)電磁流量計(jì)而言，它的測(cè)量范圍也很大，量程比可達(dá)1：100以上。所以，它在污水處理得到了廣泛應(yīng)用。
　　電磁流量計(jì)也有一定的局限性和不足之處，如被測(cè)液體必須是導(dǎo)電的，不能測(cè)量氣體流量等，另外電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。
2、超聲波流量計(jì)
　　隨著儀表技術(shù)的發(fā)展，各種類(lèi)型的超聲波流量計(jì)用于渠道測(cè)量的明渠式超聲波流量計(jì)、用于管道測(cè)量的管道式超聲波流量計(jì)、管道鉗夾式超聲波流量計(jì)等被越來(lái)越多污水處理廠(chǎng)所采用。
　?。?）明渠式超聲波流量計(jì) 在污水處理廠(chǎng)流量測(cè)量?jī)x表中，若按測(cè)量?jī)x表的安裝形式來(lái)分類(lèi)，實(shí)際上只有兩種形式的流量計(jì)：管道式和明渠式。明渠式超聲波流量計(jì)是一種在污水處理廠(chǎng)應(yīng)用很廣的流量計(jì)。在污水廠(chǎng)中常用的明渠有巴歇兒水槽、三角堰、梯形槽、矩形槽等。
　　明渠流量計(jì)實(shí)際上是通過(guò)渠中流量液位，再換算成流量的。
　?。?）管道鉗夾式超聲流量計(jì) 管道鉗夾式超聲流量計(jì)可以不用斷開(kāi)管路安裝（不像電磁流量計(jì)那樣需要斷開(kāi)管路安裝），也不需要安裝旁通管路和閥門(mén)，測(cè)量管路口徑可以幾十毫米到幾米，維護(hù)方便，可以對(duì)流體無(wú)任何影響下來(lái)進(jìn)行流量測(cè)量，因此被廣泛采用。
　　管道鉗夾式超聲流量計(jì)的組成：管道外部的兩個(gè)傳感器、安裝導(dǎo)軌及附件、轉(zhuǎn)換器。
　　超聲流量計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)：
　　(1)安裝維護(hù)方便。隨著夾裝式傳感器的廣泛使用，在安裝和維護(hù)超聲流量計(jì)時(shí)不需在管道上打孔或切斷流量，就可在已存在的應(yīng)用場(chǎng)合很方便地進(jìn)行安裝，尤其適用于大口徑管道檢測(cè)系統(tǒng)。
　　(2)口徑范圍大，且價(jià)格不受管徑影響。
　　(3)測(cè)量可靠性高。
　　(4)無(wú)壓力損失。
　　(5)不受流體參數(shù)影響。
　　(6)輸出標(biāo)準(zhǔn)化直流信號(hào)，可方便地進(jìn)入自控系統(tǒng)。
（二）液位測(cè)量?jī)x表
　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及污水廠(chǎng)測(cè)量?jī)x表精度、自動(dòng)化程度的不斷提高，老式液位計(jì)、逐漸被淘汰。測(cè)量可靠、精確度高，既可就地指示，又可信號(hào)遠(yuǎn)傳的儀表，特別是超聲波液位計(jì)的應(yīng)用越來(lái)越廣。
　　超聲液位計(jì)的傳感器由一對(duì)發(fā)射、接收換能器組成。發(fā)射換能器面對(duì)液面發(fā)射超聲波脈沖，超聲波脈沖從液面上反射回來(lái)，被接收換能器接收。根據(jù)發(fā)射至接收的時(shí)間可確定傳感器與液面之間的距離，即可換算成液位。其精確度為±0.5%。
　　這種液位計(jì)無(wú)機(jī)械可動(dòng)部分，可靠性高，安裝簡(jiǎn)單、方便，屬于非接觸測(cè)量，且不受液體的粘度、密度等影響，因此多用于藥池、排泥水池等的液位測(cè)量。
　　根據(jù)超聲波液位計(jì)的非接觸式測(cè)量原理，因此從理論上來(lái)講，它適用于污水處理工藝過(guò)程中的液位測(cè)量。但在實(shí)際應(yīng)用中它會(huì)受到各種因素如安裝位置、溫度、壓力、濕度，以及被測(cè)介質(zhì)表面的泡沫、浪涌等的影響。因此，正確選擇和使用超聲波液位計(jì)有著十分實(shí)際的意義。應(yīng)根據(jù)實(shí)際的測(cè)量范圍來(lái)選擇合適的儀表。根據(jù)超聲波特性，頻率越低，傳輸距離越遠(yuǎn)，但聲波的指向性就越差；頻率越高，指向性越好，但傳輸距離越小。目前超聲波液位計(jì)的測(cè)量范圍從0.5米到幾十米。
　?。ㄈ┤芙庋鯗y(cè)定儀
　　溶解氧的測(cè)量對(duì)于污水廠(chǎng)具有十分重要的意義。溶解氧在線(xiàn)測(cè)量?jī)x表是污水處理廠(chǎng)溶解氧自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著關(guān)鍵作用，它也是工藝運(yùn)行人員控制工藝運(yùn)行的重要依據(jù)。
　　溶氧儀主要由傳感器和變送器兩部分組成。若從傳感器的結(jié)構(gòu)形式上分，主要有兩種：覆膜電極和無(wú)膜電極。
　　這兩種電極都由陰極、陽(yáng)極和電解液組成。
　?。ㄋ模﹥x表使用注意事項(xiàng)
　　1、總體要求
（1）所有儀表的電路應(yīng)為固態(tài)電路，應(yīng)有溫度補(bǔ)償。
（2）在標(biāo)準(zhǔn)的各電壓下，輸出的接點(diǎn)容量為≥2A。
（3）所有儀表負(fù)載阻抗＞750Ω。
（4）所有現(xiàn)場(chǎng)儀表應(yīng)適合于天津地區(qū)氣候條件和海拔高度。
（5）現(xiàn)場(chǎng)儀表應(yīng)有防水，防塵型的結(jié)構(gòu)，室外儀表應(yīng)具備全天候運(yùn)行記錄要求，具有防曬、防雨、防變形、防雷擊影響的措施，所有儀表都應(yīng)有可靠接地。
（6）儀表水下傳感器探頭應(yīng)具有防止纖維繞纏裝置，并便于清洗，以保證儀表正常使用。
（7）儀表電源220V/AC、50Hz，和24V/DC電源兩種。
（8）現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的所有部件的安裝應(yīng)便于調(diào)整和讀數(shù)，并提供變送接口。
　?。?）所有安裝在管道中的儀表都應(yīng)有連接閥門(mén)，便于儀表拆修。
　　2、儀表電源
　　現(xiàn)場(chǎng)儀表電源取自各分控站UPS配電系統(tǒng)，PLC內(nèi)設(shè)饋電回路單獨(dú)設(shè)置，并安裝保護(hù)開(kāi)關(guān)，不間斷電源和主要供電回路由中控室操作站或分控站監(jiān)控。
　　各分控站設(shè)單獨(dú)接地系統(tǒng)，接地電阻不大于1歐姆。模擬量電纜、通信電纜均采用屏蔽。
　　3、儀表電纜敷設(shè)
（1）所有儀表變送器至電源或端子箱的電纜均穿封閉撓性金屬管保護(hù)。
（2）金屬撓性管應(yīng)滿(mǎn)足密封、抗沖擊、耐腐蝕和安裝維護(hù)方便的要求，管件必須齊全。
　?。?）平行明敷電纜較多的場(chǎng)所應(yīng)采用電纜槽、橋架及其必要的附件，電纜槽、橋架應(yīng)是適合室內(nèi)、外安裝并防腐的。

四、檢測(cè)儀表在自控程序中的應(yīng)用
　　在污水處理的自動(dòng)控制過(guò)程中，檢測(cè)儀表起著非常重要的作用。根據(jù)儀表檢測(cè)的參數(shù)，能進(jìn)一步自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制設(shè)備的合理運(yùn)行，例如通過(guò)測(cè)量格柵前后的液位差對(duì)格柵的運(yùn)行進(jìn)行控制；根據(jù)泵房前池的液位對(duì)水泵進(jìn)行編組控制；根據(jù)消化池、濃縮池的液位來(lái)決定進(jìn)（排）泥泵的開(kāi)停等。下面以PLC4中出水泵的自控為例加以說(shuō)明。
　　出水泵房共安裝6臺(tái)軸流潛水泵（5用1備），自控程序根據(jù)出水前池液位計(jì)檢測(cè)到的液位來(lái)控制水泵的起停。自控設(shè)置的水位是從最低液位（-1.95米）到警戒液位（3.4米）的距離共計(jì)5.35米。并有水位升降趨勢(shì)判斷：默認(rèn)時(shí)間間隔每2分鐘掃描一次水位，當(dāng)后一水位值大于前一水位值時(shí)即水位上升趨勢(shì)，反之即水位下降趨勢(shì)。根據(jù)實(shí)際情況上位中控室PC機(jī)可以設(shè)置掃描時(shí)間間隔。將水位高度5.35米劃分為5份不等。0.7米、0.9米、1.1米、1.25米、1.4米，間隔遞減。自控畫(huà)面如圖2所示。
　?。?）水位上升階段：
　　當(dāng)前池水位小于-1.95米時(shí)，所有水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　當(dāng)前池水位升到-1.95米到-0.55米時(shí)，開(kāi)一臺(tái)泵。
　　當(dāng)前池水位升到-0.05米到0.7米時(shí)，開(kāi)二臺(tái)泵。
　　當(dāng)前池水位升到0.7米到1.8米 ，開(kāi)三泵。
　　當(dāng)前池水位升到1.8米到2.7米之間時(shí)，開(kāi)四臺(tái)泵。
　　當(dāng)前池水位升到2.7米到3.4米之間時(shí)，開(kāi)五臺(tái)泵。
　　當(dāng)前池水位升到大于3.45米時(shí)，開(kāi)六臺(tái)泵。即所有水泵全開(kāi)。此時(shí)發(fā)出超高水位報(bào)警。
　　當(dāng)前池水位升到3.4米時(shí)發(fā)出高水位報(bào)警信號(hào)。
　?。?）水位下降階段：
　　當(dāng)前池水位大于3.4米時(shí)，所有水泵全部運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　當(dāng)前池水位降到3.4米到2.7米之間時(shí)，關(guān)一臺(tái)泵。
　　當(dāng)前池水位降到2.7米到1.8米時(shí)，關(guān)二臺(tái)泵。
　　當(dāng)前池水位降到1.8米到0.7米時(shí)，關(guān)三臺(tái)泵。
　　當(dāng)前池水位降到0.7米到-0.55之間時(shí)，關(guān)四臺(tái)泵。
　　當(dāng)前池水位降到-0.55米到-1.95米之間時(shí)，關(guān)五臺(tái)泵。
　　當(dāng)前池水位降到小于-1.95米時(shí)，關(guān)六臺(tái)泵，即所有水泵全停。此時(shí)發(fā)出低水位報(bào)警。
　　當(dāng)前池水位降到-2.6米時(shí)發(fā)出超低水位報(bào)警信號(hào)。

　　在這個(gè)自控程序中，不論是水泵的起停還是水位趨勢(shì)的判斷，都是以液位計(jì)測(cè)量到的數(shù)據(jù)為依據(jù)的。由此可見(jiàn)，檢測(cè)儀表的好壞直接關(guān)系到污水處理自動(dòng)化的效果。

五、總結(jié)
　　(1)要實(shí)現(xiàn)污水廠(chǎng)的現(xiàn)代化管理，必須使用自動(dòng)化儀表。
　　(2)在選用儀表時(shí)，應(yīng)做到：穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)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)。
　　(3)儀表維護(hù)人員平時(shí)應(yīng)注意技術(shù)資料的收集、整理，以便于日常的維護(hù)。
　　(4)儀表投入使用后，應(yīng)保證儀表的準(zhǔn)確性，以利于監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。