流動(dòng)電流混凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)抗干擾能力的研究

流動(dòng)電流混凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)抗干擾能力的研究

摘要本文闡述在國內(nèi)一些自來水公司水廠應(yīng)用流動(dòng)電流混凝投藥自動(dòng)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(dòng)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(dòng)電流混凝投藥自動(dòng)控制抗干擾

Thestudyaboutabilityofovercomethedistutbanceforstreamingcurrentsystem

Abstract：Thearticlediscussedtheproblemwhichwerefoundinusingthestreamingcurrentcontrolmethodforcoagulantdosagesysteminthewatertreatmentplantsinourcountry,andhavefoundthepropersolutionforthisproblem.Givingtheimportantsuggestiontoovercomethisdisturbancesituation.

Keywords：steamingcurrent,coagulant,dosage,automaticcontrolling,overcomedisturbance

1.流動(dòng)電流混凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)的檢測(cè)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(dòng)控制非常有意義，國內(nèi)外眾多學(xué)者都對(duì)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(dòng)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(dòng)電流混凝投藥自動(dòng)控制技術(shù)的原理為：水中膠體粒子加藥后，其ζ電位會(huì)發(fā)生變化，從而引起流動(dòng)電流的變化，膠體電荷遠(yuǎn)程傳感器通過檢測(cè)流動(dòng)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(hào)給檢測(cè)控制儀，控制儀根據(jù)傳感器傳遞來的信號(hào)，經(jīng)過程序的處理，輸出控制信號(hào)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(dòng)電流混凝投藥自動(dòng)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(shí)排除干擾而致應(yīng)用失敗。相反地，干擾問題卻很少得到報(bào)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(dòng)電流混凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)的干擾原因

流動(dòng)電流混凝投藥自動(dòng)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(dòng)電流控制系統(tǒng)的檢測(cè)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(huì)沾污傳感器探頭，造成檢測(cè)信號(hào)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(dòng)電流控制系統(tǒng)的傳感信號(hào)和控制信號(hào)均為弱電信號(hào)，因此一旦有強(qiáng)電信號(hào)在流動(dòng)電流控制系統(tǒng)的傳感或控制信號(hào)線附近存在時(shí)就會(huì)產(chǎn)生干擾，會(huì)對(duì)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(shí)，也會(huì)對(duì)流動(dòng)電流的檢測(cè)造成干擾；電源的污染、控制系統(tǒng)周圍有強(qiáng)電信號(hào)源、控制系統(tǒng)所放置的房間屏蔽不好內(nèi)的都會(huì)造成流動(dòng)電流控制系統(tǒng)的干擾，影響流動(dòng)電流混凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常工作。

流動(dòng)電流投藥控制系統(tǒng)遇到干擾，可能出現(xiàn)檢測(cè)值無規(guī)律的上下波動(dòng)、檢測(cè)值定時(shí)定向的有規(guī)律變化、計(jì)量泵的投藥量不能及時(shí)隨檢測(cè)值變化而變化等現(xiàn)象。此時(shí)流動(dòng)電流控制系統(tǒng)已不能準(zhǔn)確及時(shí)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(dòng)電流混凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)干擾問題及解決方法實(shí)例

流動(dòng)電流混凝投藥控制系統(tǒng)由混凝藥劑所引起的干擾

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(shí)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。

初始應(yīng)用情況

流動(dòng)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(dòng)控制的方式運(yùn)行，檢測(cè)值比較穩(wěn)定可以隨著原水濁度變化及時(shí)調(diào)整混凝劑的投加量，兩天后改為自動(dòng)控制，開始時(shí)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，但隨著時(shí)間的推移檢測(cè)值變得很不穩(wěn)定，檢測(cè)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(dòng)控制，導(dǎo)致澄清池的出水時(shí)清時(shí)渾不能達(dá)到出水水質(zhì)要求。具體情況見下面圖2。

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(dòng)電流檢測(cè)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(cè)值仍然呈不定時(shí)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(duì)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(duì)其動(dòng)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(dòng)電流檢測(cè)值的變化是無規(guī)律的而且是不定時(shí)的，這樣就可以排除是由于象定時(shí)電源污染引起的定時(shí)干擾的存在。由于流動(dòng)電流的檢測(cè)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(duì)流動(dòng)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(cè)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)，并深埋入地面米以下，測(cè)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(cè)，發(fā)現(xiàn)在無計(jì)量泵的啟停時(shí)流動(dòng)電流系統(tǒng)可以正常工作，檢測(cè)值變化穩(wěn)定及時(shí)。接下來將變頻控制柜的安裝位置移至電控間，而自動(dòng)控制儀仍留在值班室。方案實(shí)施后，流動(dòng)電流控制系統(tǒng)仍然未能正常的工作，經(jīng)一周的監(jiān)測(cè)，檢測(cè)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(dòng)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(cè)流動(dòng)電流混凝投藥控制系統(tǒng)檢測(cè)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。

流動(dòng)電流混凝投藥自動(dòng)控制系統(tǒng)由于電源污染所造成的干擾

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。

流動(dòng)電流的初始應(yīng)用情況

流動(dòng)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(dòng)控制的方式運(yùn)行，檢測(cè)值比較穩(wěn)定。兩天后開始自動(dòng)控制，第一天運(yùn)行基本穩(wěn)定，但發(fā)現(xiàn)在上午7-8時(shí)及下午4-5時(shí)，檢測(cè)值發(fā)生有規(guī)律變化。在上午7-8時(shí)之間，檢測(cè)值在加藥量及水質(zhì)不變的情況下會(huì)向上波動(dòng)，導(dǎo)致加藥量直線下降，出水水質(zhì)變渾；在下午3-4時(shí)之間，在同樣情況下檢測(cè)值向下波動(dòng)，導(dǎo)致加藥量直線上升，出水水質(zhì)變的過清。過了這兩個(gè)時(shí)段，檢測(cè)值會(huì)自動(dòng)調(diào)整回正常狀態(tài)，加藥量及水質(zhì)也會(huì)恢復(fù)正常。但這兩個(gè)時(shí)段正好是一泵站調(diào)整流量的時(shí)候，所以認(rèn)為是由于水量的變化引起的。但隨著時(shí)間的推移，這種檢測(cè)值的變化有時(shí)出現(xiàn)一天變化數(shù)次，并且有時(shí)又沒有規(guī)律，以至混凝劑的投量無法達(dá)到自動(dòng)控制。具體情況如圖5所示。

根據(jù)以上紀(jì)錄可知，流動(dòng)電流控制系統(tǒng)檢測(cè)值的變化多數(shù)是定時(shí)而且有規(guī)律的，并且在除此之外的時(shí)段內(nèi)系統(tǒng)可正常工作，這就排除了流動(dòng)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(hào)的干擾和電源有定時(shí)污染兩方面干擾。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(duì)傳感信號(hào)線的屏蔽情況進(jìn)行檢查，從新作了屏蔽工作，在信號(hào)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(cè)值的定時(shí)變化仍然存在，證明不是由于強(qiáng)電信號(hào)干擾。接著檢測(cè)動(dòng)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(dòng)和停止工作時(shí)，水廠的動(dòng)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(dòng)，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(cè)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(dòng)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)。

流動(dòng)電流自動(dòng)控制投藥系統(tǒng)由于信號(hào)線屏蔽問題所引起的干擾

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(hào)線的鋪設(shè)，直接將其鋪設(shè)在已有的動(dòng)力電纜溝內(nèi)與動(dòng)力電電纜一起進(jìn)入加藥間室內(nèi)。

流動(dòng)電流的初始應(yīng)用情況

流動(dòng)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(dòng)控制的方式運(yùn)行，檢測(cè)值有不規(guī)律和不定時(shí)的變化，有時(shí)檢測(cè)值在一段時(shí)間內(nèi)非常穩(wěn)定，有時(shí)卻波動(dòng)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(gè)小時(shí)內(nèi)變化非常大。兩天后改為自動(dòng)控制，運(yùn)行時(shí)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(dòng)電流的檢測(cè)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(shí)及無規(guī)律變化，所以可能是由于流動(dòng)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(hào)被強(qiáng)電信號(hào)干擾、或變頻柜在工作時(shí)對(duì)控制儀有干擾、或不定時(shí)電源受污染等情況造成的。

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(duì)傳感器與控制儀之間的雙芯屏蔽信號(hào)線重新進(jìn)行了鋪設(shè)，將其從動(dòng)力電纜溝中撤出，另設(shè)一專門的管溝鋪設(shè)信號(hào)線，并在信號(hào)線的外面加套一金屬套管，以確保流動(dòng)電流信號(hào)不受強(qiáng)電信號(hào)的干擾。方案實(shí)施后，流動(dòng)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(cè)，檢測(cè)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(dòng)電流混凝投藥自動(dòng)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(chǎng)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?；炷齽┑膯栴}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(duì)于電控方面，由于其檢測(cè)和傳遞的信號(hào)為弱電信號(hào)，非常容易受到外界電源污染以及強(qiáng)電及其它強(qiáng)信號(hào)的干擾，因此系統(tǒng)儀器儀表的安裝環(huán)境，信