供水厂自动投药控制系统的探讨

摘要:目前供水厂在城市化建设中有着不可或缺的地位，然而在供水厂中如何实现自动投药控制一直是行内所研究的热点话题。而投药量得控制对于供水厂的水质和成本都有着非常重要的意义。本文着重探讨了单闭环控制系统、串级控制系统和浓度自控系统，并对其优缺点进行了分析讨论。

关 键 词:自动投药控制系统;流动电流法;浓度控制

随着时代的发展，各种工业都有很大的进步，供水厂的投药系统也向着自动化方向前进。在80年明了流动电流法（简称SCD）混凝投药控制技术。目前其方法在国内外供水厂还有广泛的应用。在给水处理工艺中，很重要的一个环节就是混凝沉淀。这个环节的好坏直接决定这供水的质量和制水成本。如何有效的控制混凝剂的加入量，在保证水质的前提下，最大限度的节约成本是国内外供水厂所共同关注的问题。

1 单闭环控制系统（单因子控制系统）

单闭环控制系统是供水厂的自动投药控制系统，其典型的流程图如图1所示。其流程为投药在混合器前，然后在混合器后进行取样，把取样水放到SCD检测仪中。可以得出投药后混合水中的胶体相对流动电流值，把测得的数值与设定值进行比较，通过PID调节器的运算，再经过调节变频器的频率对执行设备计量泵进行控制，从而控制了投药量，使得检测得到的检测值与设定值达到一致，最终实现了混凝投药的自动控制。

图1单闭环控制系统流程图

然而分析整个流程的过程控制，可以看出，虽然单闭环控制系统能够满足大部分控制对象的要求，但是在实际的运用中发现了许多缺点与不足。例如：SCD检测仪有很大的滞后性，又因为是单因子控制，所以SCD检测仪中设定值的大小就对混凝效果起到决定性的作用，但是实践证明要想在整个工艺过程中，得到最佳投药效果，那SCD检测仪中给定值就不能是个定值，它也受到流量、原水浊度、pH值和温度等参数的影响，这样就对SCD检测仪的使用造成了很大的困难。

2 串级控制系统（双因子控制系统）

在实际运用中，为了弥补单闭环控制系统的不足，很多人做出了深入的研究，就在其基础上提出了一种SCD双因子控制系统，也叫串级控制系统。其系统流程图如图2所示，系统将沉淀出水的浊度另设为一个控制回路，利用这个回路对SCD检测仪的设定值进行修正。

图2串级控制系统流程图

对于单闭环系统来说，串级控制系统很好的改善了其调节品质，加强了其抗干扰的能力。当原来的水中某些参数突然发生了变化，这时一般单闭环系统就能对其进行调整；但是当干扰过大或者产生一些单闭环系统所不能克服的干扰，这时才会产生沉淀出水浊度的变化，最后导致系统偏离了给定值。但对于串级控制系统，这时增加的浊度控制回路就可以开始发挥作用，能触发启动，其主要功能就是对流动电流的设定值进行修订，然后由系统调节器进行计算并控制执行器对其投药量做出改变，最后把沉淀出水浊度调回到给定值。因为SCD检测仪设定值的变化幅度和范围都较小，所以浊度控制回路只是起到了一种微调的作用，是对单闭环控制系统的完善和补充，从而提高了系统的调节精度和调节品质。

3 浓度自控系统

综上所述，可以看出不论是单闭环控制系统，还是串级控制系统，其控制原理基本上都是相同的。其原理是先对流动电流进行定量测定，变频器由PID调节器来进行控制，从而实现了通过调节计量泵的频率来控制系统投药量大小的目的。但是这两系统都有个缺点就是没有强调药浓度的问题。而在实际工作当中，正确控制药液的浓度对于投药自控系统有着极其重要的意义。因为在某种程度上投药的自控系统就是一个计量泵的调速问题，但是计量泵的调速是有个范围的，一般都是在10%至100%之间。

在单闭环控制系统中，如果没有控制药液的浓度，有时仅仅依靠调速是不能满足投药的要求的，比如水质的突变或流量的突然变化等情况，虽然把频率调到了极限但是仍然不能满足要求。虽然串级控制系统中，面对此类问题可以通过调节SCD检测仪的设定值来改变投药量，但是这种方法有很长的滞后时间，不能及时的解决问题。对于这种情况，如果可以控制调节药液的浓度，则能很好的解决上述问题。把溶解系统进行相应的修改，如果3所示。

图3浓度自控系统示意图

浓度自控系统的原理是：假设调速频率范围在15至45Hz之间，当实际频率在15Hz保持了一定的时间时，就说明系统药液的浓度太高了。按照图3的示意图，此时触发PID调节器，把电磁阀A打开，则自来水进入到溶液池，对药液浓度进行稀释。随着浓度的逐渐降低，系统中变频器的输出频率也逐渐升高。当变频器频率升高到32Hz时，则电磁阀A自动关闭。同理，当变频器频率在45Hz保持了一段时间，则说明了药液的浓度太低，此时系统电磁阀B自动打开，溶解池进水，从图中穿孔管中流出压力水，从而对混凝剂进行溶解，使药液的浓度慢慢升高，同时使变频器的频率逐渐降低，当频率降至30Hz时，电磁阀B则自动关闭。

当系统频率在15至45Hz之间变化时，则属正常范围，此时溶液池和溶解池都在进自来水，但是这两个池的进水量不相同，要控制在相应的比例范围内，其比例系数的大小应该依据实际情况来进行测定调试。在SCD自动投药系统中，加上浓度自控系统，则大大提高了系统的调节范围，也大大增强了系统的适应能力也。比如，浓度的变化范围为1%至10%，水泵的调速范围为20%至90%，则整个控制系统的调节范围就变为1%至100%，其调节范围增大了很多。

4 结 论

综上所述，在供水厂的自动投药系统中，不论采用单闭环控制系统还是串级控制系统，其系统中的浓度控制都是非常重要的。尤其是对于单闭环系统，如果拥有浓度调节功能，则可以大大提高其调节范围，提高其实际适应能力。总之，供水厂自动投药控制系统加上浓度调节功能，可以使计量泵保持高效率的工作，减少系统波动，提高其稳定性，优化系统自动投药，控制沉淀池出水浊度，延长供水厂滤池工作周期。所以，要实现供水厂自动投药控制系统，就必须先保证其浓度自控系统，才能使其有现实意义。

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。