隨著我國工業(yè)自動化程度的提高，計算機測控管理系統(tǒng)已普遍進入污水處理廠自動化領(lǐng)域。目前，國內(nèi)污水廠自控系統(tǒng)采用最多的是由工業(yè)計算機 (IPC)+可編程序邏輯控制器(PLC)+自動化儀表組成的多級分布式計算機測控管理系統(tǒng)。

一、自動化儀表在污水處理系統(tǒng)中的重要地位
　　在現(xiàn)代化的污水廠中，每一個生產(chǎn)過程總是與相應(yīng)的儀表及自控技術(shù)有關(guān)。儀表能連續(xù)檢測各工藝參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)的數(shù)據(jù)進行手動或自動控制，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，由于檢測儀表測定的數(shù)值與設(shè)定值可連續(xù)進行比較，發(fā)生偏差時，立即進行調(diào)整，從而保證污水處理質(zhì)量。根據(jù)儀表檢測的參數(shù)，能進一步自動調(diào)節(jié)和控制設(shè)備的合理運行，使管理更加科學(xué)化，達到經(jīng)濟運行的目的。由于儀表具有連續(xù)檢測、超高報警的功能，便于及時處理事故，同時儀表還是實現(xiàn)計算機控制的前提條件。所以在先進的污水處理系統(tǒng)中，自動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
1、常用儀表的分類
　　 在污水處理過程中，需要測量的參數(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BOD、在線COD、在線氨氮、在線總磷等。對于溫度、壓力、液位、流量這些物理量，一般稱其為熱工量。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)，稱之為成分量。用于測量熱工量的儀表一般稱之為熱工測量儀表；用于測量成分量的儀表一般稱之為成分分析儀表，在污水處理過程中常常稱之為水質(zhì)分析儀表。這些專用儀表在我國發(fā)展比較晚，因此，通常選用國外先進產(chǎn)品，從長遠觀點看是比較經(jīng)濟、可靠的。

2、測量儀表的構(gòu)成
　　 測量儀表種類多、類型復(fù)雜、結(jié)構(gòu)各異，但都擔(dān)負著共同的任務(wù)；測量出被測參數(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）構(gòu)成。各部分之間的關(guān)系如圖10-5所示。

三、咸陽路污水處理系統(tǒng)常用儀表及使用中應(yīng)注意的問題
　　 天津市咸陽路污水處理廠是一座日處理量45×10⁴m³/d、A/O二級生化處理工藝的污水處理廠。為保證污水處理的安全性、可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性，提高污水處理廠的自動化水平，全廠控制系統(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。管理層主要是對全廠的生產(chǎn)過程進行監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲和分析；控制層主要是通過現(xiàn)場PLC或計算機完成各自轄域內(nèi)工藝過程和工藝設(shè)備的自動控制。SCADA系統(tǒng)通過現(xiàn)場檢測儀表和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完成對主要工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)采集并對生產(chǎn)流程進行監(jiān)控。
　　污水處理流程中的各檢測儀表均為在線式智能儀表，變送器均帶有數(shù)字顯示裝置并通過可編程序控制器（PLC）的接口傳送標(biāo)準的模擬、數(shù)字信號。
　　污水處理廠的過程檢測儀表分散設(shè)置于各個工藝處理構(gòu)筑物及工藝管道上，作為自控系統(tǒng)的在線檢測和數(shù)據(jù)采集設(shè)備。所需檢測的主要參數(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BOD、在線COD、在線氨氮、在線總磷等。廠外泵站儀表包括液位、液位差、流量等。下面分類介紹一下廠區(qū)常用儀表。

（一）流量測量儀表
　　在污水處理工藝過程中，流量測量儀表應(yīng)該說是應(yīng)用最廣、最多的測量儀表。污水處理廠的進出水水量、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)所必須測量的流量參數(shù)。另外，為了對污水處理廠的運行經(jīng)濟效果進行考核、分析，也要依靠流量測量儀表來提供必要的數(shù)據(jù)。
　　咸陽路污水處理廠常用的流量計有超聲波流量計和電磁流量計等，下面分別做介紹。
1、電磁流量計
　　電磁流量計是利用電磁感應(yīng)原理制成的流量測量儀表，可測量含有纖維質(zhì)或固體顆粒懸浮物等具有導(dǎo)電性的介質(zhì)。在測量中，液體本身為導(dǎo)體，磁場通過安裝在管路中的兩個線圈產(chǎn)生。線圈由交流或直流電源勵磁，磁場作用于管道內(nèi)流動的液體，在管道中產(chǎn)生一個與被測流體平均流速V相對應(yīng)的電壓，且該電壓與流體的流速分布無關(guān)。
　　電磁流量計主要由變送器和轉(zhuǎn)換器組成。被測介質(zhì)的流量經(jīng)變送器變換成感應(yīng)電勢后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器把感應(yīng)電勢信號轉(zhuǎn)換成為電流信號作為輸出，以便進行遠方指示記錄或作為控制信號。
　　由于這種儀表的測量部分沒有深入管道內(nèi)部的部件，沒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、也可以測量脈動流量等特點。另外，其輸出電流與流量具有線性關(guān)系，它不受被測液體的物理性質(zhì)（溫度、壓力、粘度）變化和流動狀態(tài)的影響；電磁流量計的孔徑范圍大，可以從幾毫米到兩米以上。對于同一臺電磁流量計而言，它的測量范圍也很大，量程比可達1：100以上。所以，它在污水處理得到了廣泛應(yīng)用。
　　電磁流量計也有一定的局限性和不足之處，如被測液體必須是導(dǎo)電的，不能測量氣體流量等，另外電磁流量計的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。
2、超聲波流量計
　　隨著儀表技術(shù)的發(fā)展，各種類型的超聲波流量計用于渠道測量的明渠式超聲波流量計、用于管道測量的管道式超聲波流量計、管道鉗夾式超聲波流量計等被越來越多污水處理廠所采用。
　?。?）明渠式超聲波流量計 在污水處理廠流量測量儀表中，若按測量儀表的安裝形式來分類，實際上只有兩種形式的流量計：管道式和明渠式。明渠式超聲波流量計是一種在污水處理廠應(yīng)用很廣的流量計。在污水廠中常用的明渠有巴歇兒水槽、三角堰、梯形槽、矩形槽等。
　　明渠流量計實際上是通過渠中流量液位，再換算成流量的。
　?。?）管道鉗夾式超聲流量計 管道鉗夾式超聲流量計可以不用斷開管路安裝（不像電磁流量計那樣需要斷開管路安裝），也不需要安裝旁通管路和閥門，測量管路口徑可以幾十毫米到幾米，維護方便，可以對流體無任何影響下來進行流量測量，因此被廣泛采用。
　　管道鉗夾式超聲流量計的組成：管道外部的兩個傳感器、安裝導(dǎo)軌及附件、轉(zhuǎn)換器。
　　超聲流量計的主要優(yōu)點：
　　(1)安裝維護方便。隨著夾裝式傳感器的廣泛使用，在安裝和維護超聲流量計時不需在管道上打孔或切斷流量，就可在已存在的應(yīng)用場合很方便地進行安裝，尤其適用于大口徑管道檢測系統(tǒng)。
　　(2)口徑范圍大，且價格不受管徑影響。
　　(3)測量可靠性高。
　　(4)無壓力損失。
　　(5)不受流體參數(shù)影響。
　　(6)輸出標(biāo)準化直流信號，可方便地進入自控系統(tǒng)。
（二）液位測量儀表
　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及污水廠測量儀表精度、自動化程度的不斷提高，老式液位計、逐漸被淘汰。測量可靠、精確度高，既可就地指示，又可信號遠傳的儀表，特別是超聲波液位計的應(yīng)用越來越廣。
　　超聲液位計的傳感器由一對發(fā)射、接收換能器組成。發(fā)射換能器面對液面發(fā)射超聲波脈沖，超聲波脈沖從液面上反射回來，被接收換能器接收。根據(jù)發(fā)射至接收的時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%。
　　這種液位計無機械可動部分，可靠性高，安裝簡單、方便，屬于非接觸測量，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量。
　　根據(jù)超聲波液位計的非接觸式測量原理，因此從理論上來講，它適用于污水處理工藝過程中的液位測量。但在實際應(yīng)用中它會受到各種因素如安裝位置、溫度、壓力、濕度，以及被測介質(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有著十分實際的意義。應(yīng)根據(jù)實際的測量范圍來選擇合適的儀表。根據(jù)超聲波特性，頻率越低，傳輸距離越遠，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。目前超聲波液位計的測量范圍從0.5米到幾十米。
　?。ㄈ┤芙庋鯗y定儀
　　溶解氧的測量對于污水廠具有十分重要的意義。溶解氧在線測量儀表是污水處理廠溶解氧自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要組成部分，對于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常運行起著關(guān)鍵作用，它也是工藝運行人員控制工藝運行的重要依據(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：覆膜電極和無膜電極。
　　這兩種電極都由陰極、陽極和電解液組成。
　?。ㄋ模﹥x表使用注意事項
　　1、總體要求
（1）所有儀表的電路應(yīng)為固態(tài)電路，應(yīng)有溫度補償。
（2）在標(biāo)準的各電壓下，輸出的接點容量為≥2A。
（3）所有儀表負載阻抗＞750Ω。
（4）所有現(xiàn)場儀表應(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，便于儀表拆修。
　　2、儀表電源
　　現(xiàn)場儀表電源取自各分控站UPS配電系統(tǒng)，PLC內(nèi)設(shè)饋電回路單獨設(shè)置，并安裝保護開關(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。
（2）金屬撓性管應(yīng)滿足密封、抗沖擊、耐腐蝕和安裝維護方便的要求，管件必須齊全。
　?。?）平行明敷電纜較多的場所應(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、檢測儀表在自控程序中的應(yīng)用
　　在污水處理的自動控制過程中，檢測儀表起著非常重要的作用。根據(jù)儀表檢測的參數(shù)，能進一步自動調(diào)節(jié)和控制設(shè)備的合理運行，例如通過測量格柵前后的液位差對格柵的運行進行控制；根據(jù)泵房前池的液位對水泵進行編組控制；根據(jù)消化池、濃縮池的液位來決定進（排）泥泵的開停等。下面以PLC4中出水泵的自控為例加以說明。
　　出水泵房共安裝6臺軸流潛水泵（5用1備），自控程序根據(jù)出水前池液位計檢測到的液位來控制水泵的起停。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5.35米。并有水位升降趨勢判斷：默認時間間隔每2分鐘掃描一次水位，當(dāng)后一水位值大于前一水位值時即水位上升趨勢，反之即水位下降趨勢。根據(jù)實際情況上位中控室PC機可以設(shè)置掃描時間間隔。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。自控畫面如圖2所示。
　　（1）水位上升階段：
　　當(dāng)前池水位小于-1.95米時，所有水泵停止運轉(zhuǎn)。
　　當(dāng)前池水位升到-1.95米到-0.55米時，開一臺泵。
　　當(dāng)前池水位升到-0.05米到0.7米時，開二臺泵。
　　當(dāng)前池水位升到0.7米到1.8米 ，開三泵。
　　當(dāng)前池水位升到1.8米到2.7米之間時，開四臺泵。
　　當(dāng)前池水位升到2.7米到3.4米之間時，開五臺泵。
　　當(dāng)前池水位升到大于3.45米時，開六臺泵。即所有水泵全開。此時發(fā)出超高水位報警。
　　當(dāng)前池水位升到3.4米時發(fā)出高水位報警信號。
　?。?）水位下降階段：
　　當(dāng)前池水位大于3.4米時，所有水泵全部運轉(zhuǎn)。
　　當(dāng)前池水位降到3.4米到2.7米之間時，關(guān)一臺泵。
　　當(dāng)前池水位降到2.7米到1.8米時，關(guān)二臺泵。
　　當(dāng)前池水位降到1.8米到0.7米時，關(guān)三臺泵。
　　當(dāng)前池水位降到0.7米到-0.55之間時，關(guān)四臺泵。
　　當(dāng)前池水位降到-0.55米到-1.95米之間時，關(guān)五臺泵。
　　當(dāng)前池水位降到小于-1.95米時，關(guān)六臺泵，即所有水泵全停。此時發(fā)出低水位報警。
　　當(dāng)前池水位降到-2.6米時發(fā)出超低水位報警信號。

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

五、總結(jié)
　　(1)要實現(xiàn)污水廠的現(xiàn)代化管理，必須使用自動化儀表。
　　(2)在選用儀表時，應(yīng)做到：穩(wěn)定可靠，操作簡單，安裝方便，物美價廉，連續(xù)測量，反應(yīng)靈敏，互換性強，便于維護。
　　(3)儀表維護人員平時應(yīng)注意技術(shù)資料的收集、整理，以便于日常的維護。
　　(4)儀表投入使用后，應(yīng)保證儀表的準確性，以利于監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行。