智能仪表在水厂中的应用与管理维护
发布时间：2022-04-23
摘要：本文介绍了自动化在线仪表在自来水厂中的应用，并结合实际提出需注意的地方。
关键词：自来水厂;在线仪表;PLC;系统
1.概述
在现代化的水厂中，每一个生产过程总是与相应的仪表及自控技术有关。仪表能连续检测各工艺参数，根据这些参数的数据进行手动或自动控制，从而协调供需之间、系统各组成部分之间、各水处理工艺之间的关系，以便使各种设备与设施得到更充分、合理的使用。在水处理工艺流程中，在相应的工艺段必须配置检测和分析仪表。现场的仪器仪表作为自控系统的直接检测部分，其性能的优劣将直接影响整个工艺的运行。为此必须选用质量可靠、技术先进的、性价比高的现场仪器仪表。
自动化检测仪表主要由三个部分组成：传感器，利用各种信号检测被测模拟量;变送器，将传感器所测量的模拟信号转变为4~20mA的电流信号，并送到可编程序控制器(PLC)中;
显示器，将测量结果直观地显示出来，提供结果。这三个部分有机地结合在一起，缺少其中的任何一部分，则不能称为完整的仪表。自动化检测仪表以其测量精确、显示清晰、操作简单等特点，在工业生产中得到了广泛的应用，而且自动化检测仪表内部具有与PLC的接口，更是自动化控制系统中重要的部分，被称为“自动化控制系统的眼睛”。
2.计量仪表在使用出现的故障分析
2.1液位计
液位控制仪表系统指示值变化到最大或最小时，可以先检查检测仪表看是否正常，如指示正常，将液位控制改为手动遥控液位，看液位变化情况。如液位可以稳定在一定的范围，则故障在液位控制系统;如稳不住液位，一般为工艺系统造成的故障，要从工艺方面查找原因。液位控制仪表系统指示值变化波动频繁时，首先要分析液面控制对象的容量大小，来分析故障的原因，容量大一般是仪表故障造成。容量小的首先要分析工艺操作情况是否有变化，如有变化很可能是工艺造成的波动频繁。如没有变化可能是仪表故障造成。
2.2流量计
流量控制仪表系统指示值达到最小时，首先检查现场检测仪表，如果正常，则故障在显示仪表。当现场检测仪表指示也最小，则检查调节阀开度，若调节阀开度为零，则常为调节阀到调节器之间故障。当现场检测仪表指示最小，调节阀开度正常，故障原因很可能是系统压力不够、系统管路堵塞、泵不上量、介质结晶、操作不当等原因造成。流量控制仪表系统指示值达到最大时，则检测仪表也常常会指示最大。此时可手动遥控调节阀开大或关小，如果流量能降下来则一般为工艺操作原因造成。若流量值降不下来，则是仪表系统的原因造成，检查流量控制仪表系统的调节阀是否动作;检查仪表测量引压系统是否正常;检查仪表信号传送系统是否正常。流量控制仪表系统指示值波动较频繁，可将控制改到手动，如果波动减小，则是仪表方面的原因或是仪表控制参数PID不合适，如果波动仍频繁，则是工艺操作方面原因造成。
2.3压力变送器
压力控制系统仪表指示出现快速振荡波动时，首先检查工艺操作有无变化，这种变化多半是工艺操作和调节器PID参数整定不好造成。压力控制系统仪表指示出现死线，工艺操作变化了压力指示还是不变化，一般故障出现在压力测量系统中，首先检查测量引压导管系统是否有堵的现象，不堵，检查压力变送器输出系统有无变化，有变化，故障出在控制器测量指示系统。
2.4pH仪
在线pH控制器校正故障诊断基本现象：电极在测量pH值时显数值无波动;或进行校正时pH=7.00可以调整到位，pH=4.01无法调整到位，一般下调至pH5~6之间即不可继续下调。一、接线盒受潮打开接线盒盖，检查盒内是否有积水或受潮，确保盒内干燥，并检查接线盒各部位的密封性能到位，再进行校正，否则参考步骤二。二、电极缆线的接点开线错误打开主机后盖及接线盒盖，检查电极缆线的开线是否正确，常见问题是缆线中的黑色导电橡皮未完全剥除，包括接线盒内两处、主机后盖内一处，共三处，确保剥除，重新接线校正，否则参考步骤三。铜质内芯导线半透明绝缘层黑色导电橡皮铜质网线黑色绝缘外层三、电极护套管进水卸下电极延长缆线，将电极连同整个护套移至主机处，直接将电极的中芯线、网线分别接至主机的GLASS、REF两个接线柱上，进行校正，则参考步骤五，否则剪除露置于接线盒内的电极缆线部分，按步骤二的要求重新开线，再连接至主机进行校正，否则为电极受潮损坏，打开电极护套检查，套管内进水、受潮或电极破损，更换电极。四、电极破损在步骤三中，检查电极是否被打破，如是，更换电极。五、延长缆线破损进水在步骤三中，如第一次校正，则剪除露置于接线盒内的延长缆线部分，按步骤二的要求重新开线，连接后进行校正，否则，更换延长缆线。
2.5电磁流量计
流量控制仪表系统指示值达到最小时，首先检查现场检测仪表，如果正常，则故障在显示仪表。当现场检测仪表指示也最小，则检查调节阀开度，若调节阀开度为零，则常为调节阀到调节器之间故障。当现场检测仪表指示最小，调节阀开度正常，故障原因很可能是系统压力不够、系统管路堵塞、泵不上量、介质结晶、操作不当等原因造成。
流量控制仪表系统指示值达到最大时，则检测仪表也常常会指示最大。此时可手动遥控调节阀开大或关小，如果流量能降下来则一般为工艺操作原因造成。若流量值降不下来，则是仪表系统的原因造成，检查流量控制仪表系统的调节阀是否动作;检查仪表测量引压系统是否正常;检查仪表信号传送系统是否正常。
流量控制仪表系统指示值波动较频繁，可将控制改到手动，如果波动减小，则是仪表方面的原因或是仪表控制参数PID不合适，如果波动仍频繁，则是工艺操作方面原因造成。
2.6超声波液位计
液位控制仪表系统指示值变化到最大或最小时，可以先检查检测仪表看是否正常，如指示正常，将液位控制改为手动遥控液位，看液位变化情况。如液位可以稳定在一定的范围，则故障在液位控制系统;如稳不住液位，一般为工艺系统造成的故障，要从工艺方面查找原因。液位控制仪表系统指示值变化波动频繁时，首先要分析液面控制对象的容量大小，来分析故障的原因，容量大一般是仪表故障造成。容量小的首先要分析工艺操作情况是否有变化，如有变化很可能是工艺造成的波动频繁。如没有变化可能是仪表故障造成。
3.水质仪表方面的管理与维护
《生活饮用水水质卫生规范》中水质指标共96项，常规检测项目34项，其中浊度、余氯、pH是三个最重要的监控指标，也是在线水质监测的核心内容;浊度是最常用的感官性指标，浊度的变化直接反映了供水水质是否受到了污染，通常浊度变化，必然伴随着无机物、有机物进入水中，也很可能有微生物、细菌、病原菌的入侵。设置在线连续浊度仪可在第一时间掌握水质动态变化，及时处理可能出现的水质问题，把对用户的影响降低到最底程度。余氯是保证供水安全性的一项重要指标，通常情况下，经过水厂的净化处理过程，原水中的各种污染物已得到了有效的去除和全面的净化，包括能引起人体致病微生物均得以杀灭。自来水中的余氯是防止输水过程中微生物再生长，保持水的持续杀菌能力，降低微生物再污染的可能性，是一项保证供水安全性的重要措施之一。为此，设置水质余氯在线监测，亦为当务之急。pH值标准的制定主要是考虑到管道的影响。pH值过低会腐蚀管道，过高容易结垢。实际上，pH值对人体健康的影响也有一定关系。
我厂采用法国得力满技术，以高密度沉淀池、V型滤池为主体，预留深度处理工艺用地，目前省内没有采用相同工艺的水厂。我厂主要在线水质仪表有哈希1720E浊度仪、1870E余氯仪表、ALLDOS余氯仪表、SOLITAX™sc浊度仪，GLIPH分析仪，分别应用在源水，沉淀池，滤后水，出厂水等工艺环节,对浊度、余氯、pH等主要参数进行检测。
3.1仪表的日常维护
仪表的清洗和校准是日常维护的主要工作，确定清洗和校准的频率对仪表工作的稳定性有很大影响。我们以前每周清洗一次1720E浊度仪，在清洗的过程中，我们发现浊度仪在自来水中工作本身就是一个水洗的过程，比较干净，而我们在清洗后多次出现读数漂移。当仪表读数漂移后，我们又要对仪表进行校准，增加了工作量。频繁的清洗仪表会增加随机误差产生的可能性，影响了仪表的正常工作。结合实际和相关资料，目前，我们将清洗1720E浊度仪的周期定为一个月。
在清洗完浊度仪后，我们会对浊度仪进行检验校准。浊度仪应用在不同的工作环境中，需要的校准周期并不一样。滤后水浊度仪在9月8号进行过一次校准，到10、11月份检验依然合格。根据实际情况，一个月对浊度仪进行清洗检验校准可以保证仪表的正常工作。
定期检查仪表的进水，水样有可能带入气泡进入仪表，不稳定的流量，大流量会使仪表的读数产生误差。出厂水浊度仪出现过过这样一种情况，与化验室实测误差较大，夜间误差会增加。经过检查发现，稳流箱流进仪表的进水不稳定，带来大量气泡和杂质。滤后水浊度仪读数曾出现过始终维持在0.30NTU以上，与实测误差较大，经检查是因为流量过大了。1720E浊度仪的流量在200mL~700mL，经过观察，水样刚刚能从溢流口溢出时就达到了700mL的流量。
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pH计、余氯仪都需要定期清洗校准，保持仪表干净和正常工作，根据不同仪表的需要，制定了清洗校准周期。水质仪表日常巡检，发现问题即使解决，对于无法解决的故障与仪器厂家联系，尽快落实维修，保证仪器正常连续运转。定期补充水质仪表试剂，如余氯缓冲液一周补充一次，更换消耗件和易损件。
3.2仪表维护中遇到的问题
哈希的在线浊度仪是直接放在水样中进行检测，实验室需要经过取样，放在玻璃器皿中检测，所以一般会比在线水质仪表略大一些。实验室的测量瓶需要用33%的HCL清洗，然后检测空瓶读数，需要小于0.03NTU，才能与在线浊度仪作比较。
1720E浊度仪需要定期更换灯泡，旧的灯泡会导致仪表读数偏低。检测灯泡的电压，灯泡电压低于4.2V时，灯泡将无法继续使用，需要进行更换。GLIpH分析仪的使用对于水的电导率有一定的要求，出厂水的电导率偏低。滤后水余氯仪的流量会出现波动，导致读数不准确，需要当班人员调节校准。源水浊度仪的量程为4000NTU，一般源水都在5~10NTU，远远大于实际需要，测量中始终与化验室实测存在一定的误差。
4.总结建议
目前，六水厂的主要工艺段都安装了在线水质检测仪表，对浊度、pH、余氯等主要指标实时监测。但是为了生产需要，还应该增加一些仪表。夏天藻类等微生物会增加，导致水中的氨氮含量会增加，会影响水处理的效果。我们可以在源水增加氨氮有机物检测仪表，对有机物进行检测，防止藻类等有机物爆发影响水处理。经过前混凝，沉淀后的澄清水浊度很低，而微小的颗粒在V型滤池中的过滤效果很差。澄清水经过后混凝加药，结晶形成大的矾花，浊度会变大，一般在2NTU左右。后混凝的结晶效果对滤池的过滤效果影响很大，可以在后混凝段增加浊度仪检测后混凝浊度，制水人员可以根据检测数据调整加药量，也可以防止由于加药管堵塞加不上药等情况的发生。
六水厂仪表现有仪表在选型中有一定的问题，如浊度仪表的量程太大。源水节约资金，应对环保检查，总是选取价格较低的仪器。但是价格低廉的仪器往往在稳定性等方面难如人意，对后期的使用维护造成许多麻烦;二是盲目追求进口仪器。认为进口仪器性能优异，而实际上进口仪器不一定适用本单位水质的情况，或没有完整的解决方案，从而造成不必要的浪费;三是盲目选型。一些单位在选型时存在求同心理，没有详细了解仪器的性能及自身的水质情况，造成系统的先天不足。
选型时还应特别注意数据传输联网问题，目前大部分还是以有线传输为主，接人端同时具备模拟、数字两种传输方式。用户在选型时既要优先考虑仪器本身，又要充分考虑本地监控网络对入网仪器的技术标准，以保证所安装的在线监测仪器能顺利接入在线监控网络。总之，不同厂家的仪器在测试原理、适用领域、测量范围、运行条件及费用、维护的难易程度等方面存在较大差异，各企业外排水质差异也较大，场地环境也不一样。用户一定要结合自身的实际情况综合考虑，选择适合自己水质及排放特点的在线仪器，切不可盲目选型安装。
进口仪表的备件、部件昂贵而且购买困难，影响仪表的使用、维修。例如，一个1720E灯泡价格600元，哈希仪表送修一次就要1000元(不包括更换配件)，而且进口配件的订货周期都在三个月左右。根据仪表的使用情况，适当的延长配件的使用周期可以节约部分经费。进口仪表的标准化校对困难，一般的质量检验部门都不接收在线水质仪表的检测。国产仪表的普及仍跟不上，价格优势不能很好的体现，一定程度上影响了在线水质仪表在饮用水处理厂中的应用。此外，一些线水质仪表维修检测需要由工程师在实验室里进行检修，为了进一步提高完善仪表的维护，可以将部分维护工作服务外包。
总体来讲，在线水质仪表应用在六水厂水处理工艺中发挥很大作用，但在实际应用中仍存在一些问题，我们需要进一步完善仪表的日常维护管理，使其更好的服务制水生产工作。自动化在线仪表在自来水厂自动化控制中应用越来越广泛，合理地使用在线仪表并科学管理及维护保养，能够为供水水质提供有力保证。另外，适当增加闭路电视监视系统，对一些关键生产场所进行直接监视，如高密度沉淀池，滤池等直接观察水质情况，这样可大大减轻当班制水人员劳动强度，可为安全生产提供更有效保障。——论文作者：吴 勇
参考文献：
[1]刘自放主编.《给水排水自动控制与仪表》.机械工业出版社
[2]常健生主编.《检测与转换技术》.机械工业出版社
[3]俞金寿主编.《过程自动化及仪表》.化学工业出版社
[4]夏德钤主编.《自动控制理论》.机械工业出版社
