1概述

在現代化的水廠(chǎng)中，每一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程總是與相應的儀表及自控技術(shù)有關(guān)。儀表能連續檢測各工藝參數，根據這些參數的數據進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制，從而協(xié)調供需之間、系統各組成部分之間、各水處理工藝之間的關(guān)系，以便使各種設備與設施得到更充分、合理的使用。在水處理工藝流程中，在相應的工藝段配置檢測和分析儀表?，F場(chǎng)的儀器儀表作為自控系統的直接檢測部分，其性能的優(yōu)劣將直接影響整個(gè)工藝的運行。為此選用質(zhì)量可靠、技術(shù)的、性?xún)r(jià)比高的現場(chǎng)儀器儀表。

自動(dòng)化檢測儀表主要由三個(gè)部分組成：

①傳感器，利用各種信號檢測被測模擬量：

②變送器，將傳感器所測量的模擬信號轉變為4～20mA的電流信號，并送到可編程序控制器(PLC)中：

③顯示器，將測量結果直觀(guān)地顯示出來(lái)，提供結果。這三個(gè)部分有機地結合在一起，缺少其中的任何一部分，則不能稱(chēng)為完整的儀表。自動(dòng)化檢測儀表以其測量、顯示清晰、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，而且自動(dòng)化檢測儀表內部具有與PLC的接口，更是自動(dòng)化控制系統中重要的部分，被稱(chēng)為“自動(dòng)化控制系統的眼睛"。

根據水處理工藝的實(shí)際要求，結合我廠(chǎng)所積累的實(shí)際運行經(jīng)驗和國內外儀器儀表的實(shí)際情況。我們選用的分析儀表均為安科瑞產(chǎn)品，從而根本上保證了檢測部分的穩定性和準確性。

2水廠(chǎng)采用智能儀表系統原則

現場(chǎng)儀表作為計算機監控系統的檢測單元，其性能的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)計算機監控系統的好壞。所以在儀表選型中遵循以下原則：

(1)可靠性

由于現場(chǎng)儀表檢測的介質(zhì)成分比較復雜，儀表安裝的環(huán)境比較惡劣。為了保證水處理過(guò)程的安全、可靠的進(jìn)行，在選擇儀表時(shí)選用符合工業(yè)級標準的成熟定型的，且經(jīng)過(guò)現場(chǎng)使用并證明是成功的產(chǎn)品，儀表可在惡劣的溫度條件下工作。每個(gè)儀表均有防塵、防水型結構，并能承受偶然出現的高壓水和臺風(fēng)暴雨的沖擊，所有室外安裝儀表有自動(dòng)恢復功能，儀表外殼均可靠接地。

(2)性

在系統可靠性的前提下，也至關(guān)重要。產(chǎn)品的主要表現在：具有自動(dòng)補償功能、具有兼容性通訊協(xié)議、具有自診斷、信號保持、故障報警等功能。

(3)方便性

儀表在使用時(shí)具有安裝操作方便、簡(jiǎn)單易學(xué)、界面清楚、功能實(shí)用，維護人員可以很方便的對儀表進(jìn)行維護、檢修等操作。

3智能儀表應符合標準

整個(gè)水廠(chǎng)的過(guò)程檢測儀表分散設置于各個(gè)工藝處理構筑物及工藝管道上，作為自控系統的在線(xiàn)檢測和數據采集設備。所需檢測的主要參數有：液位、壓力、PH值、余氯、濁度等。

所有過(guò)程檢測儀表均符合下列標準：

(1)所有儀表型號均應為制造廠(chǎng)商的新型產(chǎn)品。

(2)產(chǎn)品應易于維護和檢查，并提供易損害的備用部件

(3)有零度和滿(mǎn)度調整電路，并能方便地進(jìn)行調整。

(4)設計有溫度補償電路和抗干擾電路。

(5)檢測度和響應時(shí)間應滿(mǎn)足水廠(chǎng)工藝和自控要求。

(6)螺紋或法蘭連接符合DIN標準。

(7)所有安裝在管道中的儀表都有連接閥門(mén)，便于儀表可以拆修。

(8)所有儀表都帶有4~20mADC輸出。

(9)所有儀表都有可靠的接地。

(1O)水質(zhì)分析儀使用化學(xué)試劑時(shí)，應遵循試劑價(jià)格低、無(wú)毒性、貨源廣的原則。

4主要儀表應用介紹

(1)霍爾電流傳感器

霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復雜信號的隔離轉換，通過(guò)霍爾效應原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集，廣泛應用于電流監控及電池應用、逆變電源及太陽(yáng)能電源管理系統、直流屏及直流馬達驅動(dòng)、電鍍、焊接應用、變頻器，UPS伺服控制等系統電流信號采集和反饋控制，具有響應時(shí)間快，電流測量范圍寬精度高，過(guò)載能力強，線(xiàn)性好，抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)。

(2) APM系列網(wǎng)絡(luò )電力儀表

在廠(chǎng)區出水安裝了安科瑞電氣APM系列網(wǎng)絡(luò )電力儀表是按IEC標準設計，與國際技術(shù)同步的網(wǎng)絡(luò )電力儀表。具有全電量測量，電能統計，電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò )通訊等功能，主要用于對電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監控。該系列儀表采用了模塊化設計，配合功能豐富的外部DI/DO模塊、AI/AO模塊、MicroSD卡(TF卡)事件記錄(SOE)模塊、網(wǎng)絡(luò )通訊模塊、溫濕度測溫模塊，可以靈活實(shí)現電氣回路全電量測量及開(kāi)關(guān)狀態(tài)監控，雙RS485和以太網(wǎng)接口配合可實(shí)現RS485主站數據抄送，省去數據交換機。PROFIBUS-DP接口可以實(shí)現高速數據傳輸及組網(wǎng)功能，將測量的結果傳輸到PLC及上位機。

（3） PZ系列智能直流電能表

PZ系列智能直流電能表是針對直流屏、太陽(yáng)能供電、電信基站、充電樁等應用場(chǎng)合而設計的，該系列儀表可測量直流系統中的電壓、電流、功率、正向與反向電能。既可用于本地顯示，又能與工控設備、計算機連接，組成測控系統。同時(shí)它具有多種外圍接口功能可供用戶(hù)選擇：帶有RS-485通訊接口，采用Modbus-RTU協(xié)議；可帶繼電器報警輸出、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出。根據不同要求，通過(guò)儀表面板按鍵，對變比、通訊進(jìn)行設置與控制。

5儀表安裝規范及日常維護要求

(1)霍爾電流傳感器

霍爾傳感器在使用時(shí)，為了得到較好的動(dòng)態(tài)特性和靈敏度，注意原邊線(xiàn)圈和副邊線(xiàn)圈之間的耦合，建議使用單根導線(xiàn)且導線(xiàn)填滿(mǎn)霍爾傳感器模塊過(guò)線(xiàn)孔；

霍爾傳感器在使用時(shí)，在額定輸入電流值下才能得到佳的測量精度，當被測電流遠低于額定值時(shí)，若要獲得佳精度，原邊可使用多匝，即：IpNp=額定安匝數。另外，原邊饋線(xiàn)溫度不應超過(guò)80℃；

霍爾電流傳感器正常工作時(shí)的輔助電源不應超過(guò)標定值的±20%；

霍爾電流傳感器在安裝使用過(guò)程中嚴禁從高處摔落(≥1m)；

不能調節零點(diǎn)、滿(mǎn)度調節電位器；

輔助電源需要自行配置；

電源正負極不能接反。

(2)APM系列網(wǎng)絡(luò )電力儀表

安裝在連通井內并與池壁應保持足夠的距離，以消除浪涌和池壁對超聲波的干擾。

超聲波的發(fā)射方向應與物位面應保持垂直，并應采取保護措施，防止被測介質(zhì)表面產(chǎn)生或形成泡沫和可凝氣體導致產(chǎn)生測量誤差。

.       PZ系列智能直流電能表

安裝時(shí)，將儀表嵌入安裝孔內，裝上塑料支架，擰緊螺釘，使儀表安裝牢固，不松動(dòng)即可。

6儀表在使用出現的故障分析

.       霍爾電流傳感器

在布線(xiàn)工程上要嚴格按要求施工；

對于暫時(shí)不需要通信的儀表都要將他們連接到 RS-485 網(wǎng)絡(luò )上，以便于診斷和測試；

進(jìn)行 RS-485 電纜連接時(shí)，盡量使用雙色雙絞線(xiàn)，485 通信口“A"端接同一種顏色，“B"端接另一 種顏色。

RS-485 總線(xiàn)(從上位機通信口開(kāi)始到末端被連接的儀表終端通信口)長(cháng)不超過(guò) 1200 米。

(2)APM系列網(wǎng)絡(luò )電力儀表

供電電壓儀表常規供電電壓為：AC/DC85-265V；帶P2功能時(shí)供電電壓為：AC/DC115-415V。

.       PZ系列智能直流電能表

輸入的電壓不得高于產(chǎn)品的額定輸入電壓的 120%，在電壓輸入端須安裝 1A 保險絲；

電流輸入應使用外部分流器或霍爾電流傳感器。

7AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

7.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過(guò)在污水廠(chǎng)源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠(chǎng)能耗總量和能耗強度，重點(diǎn)監測主要用能設備能效，保護污水廠(chǎng)運行安全可靠，提高污水廠(chǎng)能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。

7.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統由變電站綜合自動(dòng)化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過(guò)一套平臺、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務(wù)后勤部門(mén)管理需要。

7.3平臺拓撲圖

7.4平臺子系統

7.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統及電力監控

對水務(wù)配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實(shí)現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時(shí)預警。

監測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

7.4.2電能質(zhì)量監測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動(dòng)導致配電系統中存在大量諧波，通過(guò)監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

7.4.3電動(dòng)機管理

馬達監控實(shí)現水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動(dòng)機保護器能對過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護、監測和報警。高效、準確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對電機進(jìn)行健康診斷和預防性維護。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

7.4.4能耗管理

為水務(wù)搭建計量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過(guò)能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。

將所有有關(guān)能源的參數集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現各個(gè)工藝環(huán)節的能耗對比，幫助領(lǐng)導掌控整個(gè)工廠(chǎng)的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務(wù)中污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車(chē)間/職能部門(mén)的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過(guò)污水處理產(chǎn)量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)國際指標對標，以便企業(yè)能夠根據產(chǎn)品單耗情況來(lái)調整生產(chǎn)工藝，從而降低能量。

7.4.5智能照明控制

系統為污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動(dòng)控制、感應控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經(jīng)緯度自動(dòng)識別日出日落時(shí)間實(shí)現自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現室內、廠(chǎng)區照明的智能控制達到安全、節能、舒適、高效的目的。

7.4.6電氣安全

7.4.6.1電氣火災監測

監測配電系統回路的漏電電流和線(xiàn)纜溫度，實(shí)現對污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站的電氣安全預警。

7.4.6.2消防應急照明和疏散指示

根據預先設置的應急預案快速啟動(dòng)疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過(guò)平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

7.4.6.3消防設備電源監測

監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時(shí)消防設備可以正常投入使用。

7.4.6.4防火門(mén)監控系統

防火門(mén)監控系統集中控制其各終端設備即防火門(mén)監控模塊、電動(dòng)閉門(mén)器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測疏散通道防火門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開(kāi)路、短路等故障信號。系統采用消防二總線(xiàn)將具有通信功能的監控模塊相互連接起來(lái)，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門(mén)監控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

7.4.7環(huán)境監測

污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等場(chǎng)所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

7.4.8分布式光伏監測

實(shí)時(shí)監測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監視，對逆變器直流側每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)行監測，以曲線(xiàn)方式繪制上述監測的各個(gè)參量的歷史數據。

平臺結合廠(chǎng)區實(shí)際分布情況，通過(guò)3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車(chē)棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂的裝機容量。

7.4.9工藝仿真監控

平臺通過(guò)2D、3D方式實(shí)時(shí)監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機保護，進(jìn)行短路、過(guò)流、過(guò)載、起動(dòng)超時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

8相關(guān)平臺部署硬件選型清單

8.1電力監控、電能質(zhì)量、電動(dòng)機管理及配電室環(huán)境監控系統

9結語(yǔ)

自動(dòng)化在線(xiàn)儀表在自來(lái)水廠(chǎng)自動(dòng)化控制中應用越來(lái)越廣泛，合理地使用在線(xiàn)儀表并科學(xué)管理及維護保養，能夠為供水水質(zhì)提供有力保證。另外，適當增加閉路電視監視系統，對一些關(guān)鍵生產(chǎn)場(chǎng)所進(jìn)行直接監視，可為安全生產(chǎn)提供更有效保障。

參考文獻：

[1]《給水排水自動(dòng)控制與儀表》．劉自放主編．機械工業(yè)出版社．

[2]《檢測與轉換技術(shù)》．常健生主編．機械工業(yè)出版社．

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

[4]吳勇.智能儀表在水廠(chǎng)中的應用與管理