给排水仪表与控制

自动控制基础知识自动控制系统的概念自动控制：在人不直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（自动控制装置）使整个生产过程或工作机械（被控对象）自动地按预定规律运行，或使某个参数（被控量）按预定要求变化。

（测量元件、比较元件、调解元件和执行元件）反馈控制（闭环控制）：据被控量与给定值的偏差进行控制，最终达到消除或减少偏差，反馈控制系统的优点是能缩小或消除偏差，无论偏差的根源何在，他们都可以工作，具有普遍的适应性。

缺点是比较被动。

（由负反馈构成闭合回路/有偏差产生控制）开环控制系统(按给定值控制)：受控对象是被控量，但控制装置仅接受给定值，信号只有倾向作用，无反向联系。

开环控制系统－按干扰补偿（前馈控制）：直接根据扰动进行工作，扰动是控制的依据，没有被控量的反馈，不构成闭合环路，属开环控制，优点是能针对扰动迅速改变被控量传递函数：用来描述环节或自动控制系统的特征. 传递函数：一个环节或一个自动控制系统输出拉氏变换与输入拉氏变换之比，称为该系统或该环节的传递函数。

自动控制系统的品质指标双位控制控制器只有最大与最小两个输出值。

被控对象处于严重的不平衡状态，被控变量剧烈震荡。

比例控制控制结束时余差不为零，为有差系统。

比例积分控制无差控制。

积分时间缩短则消除余差快、稳定程度下降、最大偏差减小。

比例积分微分控制当对象存在较大滞后容量时，采用微分控制规律。

不单独使用。

PID以比例作为基本控制规律，以微分的超前作用克服容量滞后、测量滞后，以积分作为最后消除余差。

（1）最大偏差A被控参数测量值与给定值的最大差值，最大偏差不能超过允许范围，希望最大偏差尽量小。

第一峰值与新稳定值的偏差又称超调量B。

（2）过渡时间ts从干扰到建立新平衡所经历的时间ts过渡时间越短，稳定过程越快，控制质量越高。

（3）余差C控制调节时间结束，被控参数新的稳定值与给定值的偏差，余差的大小反应了控制系统的控制精度。

（4）衰减比Ψ相邻两个波峰值的比值，B:B’＝Ψ，定值系统低一些，随动系统高一些，一般4:1~10:1。

（5）振荡周期Tp相邻两个波峰值之间的时间成为过渡过程振荡周期，倒数为振荡频率，周期与过渡时间成正比。

仪表及设备测量误差量：由仪表读得的测量值与被测量真值之间存在的差距绝对误差：测量值与被测变量真值之间的差额：相对误差：绝对误差与标准值之比变差：测量范围正反行程测量时被测值正行和反行所得两条曲线的最大偏差。

灵敏度：单位输入量的变化所引起的输出量的变化。

分辨率：检测仪表能够精确检测出被测量的最小变化的能力。

漂移：一定工作条件下，保持输入信号不变时，输出信号随时间或温度的缓慢变化有效度：响应时间：当仪表输入阶越变化时，仪表输出从一个稳态到另一稳态值所需的时间。

pH值检测仪表原理：氢离子活度的负对数电极电位法要求：高输入阻抗，低输入电流，高稳定性，低漂移；具调节特性，零点调节，灵敏度调节，温度补偿调节和等电位点调节；显示：信号隔离和信号输出远传。

电导率检测仪表电导率：电流通过横截面积各为1cm，相距1cm的两电极之间水样的电导。

用以了解水被杂质污染的程度和溶液中所含离子的含量，是水质监测特别是高纯工业给水监测的常规项目之一。

溶解氧检测仪（传感器位于液面下0.5m，防护等级IP68，变送器IP66氧电极法(大于0.1mg/L的水样)：普通膜电极；金属膜电极；荧光溶氧仪；激光溶氧仪电导测定法（检测限为几个ug/L）传统的DO电极，如果污泥覆盖到半透膜，则氧气的透过会减少，如果氧气的透过速度小于电极对氧气的消耗，则测量结果会偏小，所以要经常清洗电极膜的表面；而荧光DO没有半透膜，它的反应只与传感器表面接触的氧气的浓度有关，即是有一些淤泥覆盖到传感器，也不会影响测量结果的准确性。

浊度测量（光电光度法）对水中所含不溶性杂质的光学度量指标。

透射光测定法散射光测定法透射光和散射光比较测定法：交替或同时测定透射光和散射光强度，求出两者之比值来表示浊度的方法。

表面散射光测定法：优点：无测定窗污染；线性好；色度影响小；测定范围广；可用散射板校正维护量低。

缺点：表面易结膜，聚集杂质。

COD测定重铬酸钾法双氧水氧化法电化学氧化法：快速准确，瞬间尖峰检测，30秒可完成一次测试；不用有害试剂，操作环境安全，运行费用省；适用各种污水水质，与标准方法相关性好；免维护，简单可靠，可多通道测量。

UV紫外光有机物检测BOD测定五日生化需氧量检压法库仑法微生物电极法检测仪表：微生物膜电极测定仪：适用于多种易降解废水的BOD检测。

库仑法BOD测定仪：总有机碳（TOC）检测仪表以碳的含量表示水中有机物总量的综合指标余氯在线检测仪表采水样系统、加试剂系统、测量传感器和微机处理控制器一般比色法和电极法的使用条件：1. 在出厂水及管网水质监测中，使用比色法测量的余氯仪，维护量低2. 在加氯间使用电极法的余氯仪，以保证及时的控制3. pH变化大时用比色法的仪器4. 源水氨氮较高时用比色法测量总余氯水质自动监测系统监测站选点中心站与子站构成对于工矿企业：通常设在污废排放口对于流域或区域：划分监测范围和监测断面分流动站和固定站，固定站一般设置：（1）大型集中给水系统上游一定距离处，监测河水水质；（2）工业废水排出口的下游；（3）江河入海口，支流入口（4）跨行政边界水体（5）重要水资源水域或重点水源保护区自动站水样采集瞬时采样：在规定时间地点取瞬时样；周期采样：定时或定流量采样；连续采样：连续采样测量流量测定压差流量计孔板流量计浮子流量计：利用恒压降、变节流面积的测量方法。

特别适合小流量、小管径流体的测量超声波流量计：超声波传播时差法和多普勒法超声波流量计应用条件：不妨碍流动，无压力损失，与液体不接触，安装方便，各种流体各种管材适合（水泥管不适），大流量测量优点明显。

速度差法用于干净液体，气泡和悬浮物影响大，一般水平安装；多普勒适用于含杂质较多的污水污泥测量；安装要求直管段前10后5D。

电磁流量计利用电磁感应定律，测量管道中导电性液体流量，应用广泛。

管道内无运动部件，维护方便，压力损失小；可测各种腐蚀性介质（防腐内衬），测量范围大；介质需导电，不能测量气体和油类流体；满管流，流速有一定要求，安装直段要求：前5后3D液位计浮力式液位计静压式液位计辐射式液位计超声波液位计可编程控制器（PLC）硬件组成：中央处理器、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口点源等。

软件组成：系统程序（诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序）和用户程序（开关量逻辑程序、模拟量运算程序、操作站系统应用程序）扫描工作原理扫描工作过程：内部处理、通信服务、输入采样、执行程序、输出刷新PLC的性能指标（1）存储容量：用户程序存储容量（最早4kB）（2）I/O点数：反应控制规模（3）扫描速度：PLC执行用户程序的速度，ms/k（4）指令功能和数量：反应编程和控制能力（5）内部元件种类和数量：存储处理各种信息能力（6）特殊功能单元：强化功能（7）可扩展能力：I/O扩展、功能模块扩展PLC发展趋势（1）高速度大容量发展：提高扫描速度，扩大存储容量（2）向超大型，超小型发展：适用市场需求：大中小（3）开发智能模块，加强联网通信能力（4）增加外部故障检测能力（5）编程语言的多样化：使用更高级的语言编程执行机构:往复泵流量调节用旁路阀调节流量：小流量调节改变电机转速或行程离心泵调节离心泵的调节可以采用变速调节和阀门调节两种方式；变速调节改变水泵特性曲线，阀门调节改变管路特性曲线；变速调节为节能调节，阀门调节为耗能调节。

变频调速调节调节阀直通式和隔膜式气动式和电动式快开特性开度较小时就有较大流量变化，随着开度的增大，流量很快达到最大。

适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。

直线流量特性相对流量与相对开度呈直线关系。

直线流量特性在小流量时，流量变化范围相对较大，控制调节作用偏强；在大流量时，流量变化相对值小，控制调节作用偏弱。

抛物线流量特性相对流量变化与相对阀位变化成抛物线关系。

等百分比（对数）流量特性相对流量变化与此点的相对流量成正比关系,控制阀放大系数随相对流量的增加而增大。

相对开度与相对流量成对数关系，流量小时变化小，控制平和，流量大时变化大，控制灵敏有效。

混凝控制过程混凝与混凝控制：混凝剂投加量的控制给水主要处理对象：浊度胶体的稳定性，压缩双电层脱稳，絮凝架桥，网捕作用随时调整混凝剂的投量，以适应原水水质、水量、混凝剂自身效能等因素的变化，达到一定的目标水质要求。

控制方式分类脱机控制/在线控制模拟法/水质参数法/特性参数发/效果评价法流动电流混凝控制流动电流是表征水中胶体杂质表面电荷特性的一项重要参数，在外力作用下液体相对于固体表面流动而产生的电场现象。

流动电流加药控制系统特点：单因子控制：仅测流动电流参数小滞后系统：取样及时，控制及时中间参数控制：与沉淀出水浊度相关性好，注意次要因素流动电流加药控制系统适用性：适用于电解质类混凝剂,不适用于吸附架桥的非电解质类存在有效检测范围注意使用的混凝剂种类透光脉动混凝加药控制技术直接测量絮凝过程的光学仪器，直接测定絮凝体形成过程的絮凝体粒径变化，在线连续监测，用于研究混凝特性，确定最佳投药量。

高浊度絮凝沉淀特性：自然沉降时形成清浑界面不需要电中和而主要表现为絮凝作用，以投加长链高分子絮凝剂为主加药量过高会在管道中沉积滤池运行控制技术自动控制方式：根据滤池水头损失达到反冲洗液位的先后顺序，依次冲洗，或据出水浊度、或据过滤时间定时控制方式：以每格滤池的过滤时间进行反冲洗手动控制方式：人工选定某格进行反冲洗氯气自动投加正压投加/负压投加前加氯/后加氯流量配比前馈控制：加药量与水量成比例余氯反馈控制：投加后水的余氯反馈控制复合环路控制：水量和余氯复合控制其它控制方式：pH浓度，二氧化硫浓度等。