水处理自动化讲义
第一讲 水处理概述
一、水的定义
水是一切生物（动物﹑植物﹑人类）赖以生存的不可替代的资源。
二、供水行业的特点：
1． 水资源缺乏
(1) 资源性缺水
(2) 水质性缺水
2． 垄断性
3． 服务性
4． 社会性
5． 公益性
三、水处理的基本知识
1． 水处理的目的
去除杂质，使其达到一定的水质标准。
- 杂质
2.1 按其颗粒大小及存在形式分
(1) 悬浮物质：泥砂、粘土、水草、藻类、原生动物、细菌、病原菌等
(2) 胶体：水中粘土、硅酸胶体、腐植质胶体
(3) 溶解物质：钙、镁盐、其他盐类、氧、二氧化碳等溶解性气体
2.2 按其性质分
(1) 无机物
(2) 有机物
(3) 微生物
3． 水处理种类
净水处理（生活﹑工业用水）
水处理
污水处理（废水处理）
4． 净水处理
4.1 水源
(1) 地下水
(2) 地表水：江、河、湖泊、水库
水源不同，其水处理工艺不同。
4.2 地下水的特点
(1) 无色透明
(2) 含溶解盐多
(3) 硬度高
(4) 含细菌少
(5) 水温低且变化小
4.3 地下水处理工艺
4.4 河流水的特点
(1) 浊度高，且随季节变化
(2) 色度低、含盐量和硬度不大
(3) 细菌多
(4) 水温变幅大
4.5 水库水的特点
(1) 浊度较低，且随季节变化
(2) 藻类和贝类较多
(3) 细菌多
(4) 水温变幅大
4.6 地表水常规处理工艺
四、水质
1． 物理指标：水温、浊度、悬浮固体、色度、嗅、味等
2． 化学指标：pH值、硬度、硫酸盐、氯化物、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、耗氧量、溶解氧、铁、锰、铅、汞、氢化物、酚类化合物等各种有害或有毒物质、放射性物质等
3． 细菌：细菌、大肠菌群
4． 生活饮用水水质标准
(1) 国家生活饮用水水质标准
(2) 世界卫生组织生活饮用水水质标准
(3) 欧共体生活饮用水水质标准
五、主要给水处理工艺：
净水处理的目的是去除原水的悬浮物质、胶体、病菌及其他有害人体健康和影响工业生产的有害杂质，使其处理后的水满足现行的国家生活饮用水水质标准。
1．主要采用的单元工艺：
1.1 嚗气（气提）
嚗气或气提主要被用于去除水中溶解气体，例如二氧化碳、硫化氢、其他引起嗅、味的物质以及挥发有机物（VOC）。嚗气还能补充水中溶解，以氧化铁和锰。嚗气还是生物处理中提供溶解的重要手段。
1.2混凝沉淀
混凝过程是通过向水中投加药剂使胶体脱稳并聚集成较大的颗粒，以使在后续的沉淀过程中分离或在过滤过程中被截除。混凝、沉淀、过滤是去除悬浮物质最主要的手段。随着悬浮物质的去除，细菌等微生物也可有相当程度的降低。混凝对于大分子的天然有机物和合成有机物也有一定的去除效果。
1.3过滤
经氧化后的铁、锰可在过滤中得到有效去除
1.4化学沉析
一般用于软化处理和除铁、除锰。化学沉析对于重金属和放射性污染物的去除也有效。化学沉析还能去除部分溶解的有机化合物和使病毒、细菌有所降低。采用石灰进行软化处理和去除重金属及放射性污染物是化学沉析中应用较普遍的方法。高锰酸钾和氯是用来沉析溶解性铁和锰的最常用的氧化剂。
1.5 离子交换
离子交换在水处理中应用最多的领域是水的软化和脱盐。采用离子交换的小型软化装置有时比用石灰软化更经济，且容易达到自动化。
1.6膜处理
膜处理作为净水工艺近年来得到较迅速发展，包括反渗透、电渗析、微滤、超滤和纳滤。
1.7化学氧化及消毒
在水处理中采用化学氧化和消毒可以有多种目的，例如控制水池和管网中的生物生长、降低色度、控制臭和味、特定的有机物的去除、改善絮凝、铁和锰的氧化及消毒等。最常用的氧化剂有氯、氯胺、臭氧、二氧化氯、高锰酸钾等。
1.8 吸附
主要采用活性碳吸附，一般用作溶解有机物的去除、色度的降低、去除引起臭和味的物质。
1.9生物处理
主要是利用微生物对污染物质进行分解。对氨氮有良好的去除效果，对于有机物、色度、铁、锰等也有一定的去除效果，能减少后续工艺混凝剂的投机量。
2. 常规水处理工艺：
(1) 只用消毒处理的简单工艺
(2) 采用慢滤池处理工艺
(3) 直接过滤处理工艺
(4) 混凝、沉淀、过滤处理工艺
3. 强化常规水处理工艺：
(1) 强化混凝
主要方法：
1)加大混凝剂投加量，使无机胶体脱稳。
2)调整pH值。水的pH值对有机物去除影响明显。
3)投加絮凝剂，增加吸附、架桥作用，使有机物容易被絮体粘附而下沉。
4)完善混合、絮凝等设施，从水力条件上加以改进，使混凝剂能充分发挥作用。
(2) 强化过滤
主要技术措施和技术关键：
1)选择合适的滤料
2)滤池的反冲洗要既能有效地冲去积泥，又能保存滤料表面一定的生物膜。其冲洗方法和强度应结合选用滤料通过试验确定。
3)要求进滤池水有足够的溶解氧。氨氮的硝化过程需要消耗溶解氧。当原水的溶解氧较低时、可通过嚗气措施增加溶解氧。
4)不能在滤前进行加氯，反冲洗水也不应含余氯。
5)滤池去除氨氮的效果与温度有密切关系。
4. 高浊度水处理工艺：
需增加投絮凝剂和沉砂池
5. 低温低浊度水处理工艺：
低温时混凝、絮凝、沉淀和过滤的效果都受到影响、但主要矛盾是絮凝过程效果不佳。在絮凝过程中，最终未能生成较大的絮体，低浊度的因素起重要影响。
(1) 加强混凝过程，促使水中微粒逐渐生成粗大的絮体以便为后续的沉淀、过滤创造良好的条件。
(2) 利用泥渣剩余活性，消除低浊度的不足。一是将反冲洗水回流到混合槽内与原水混合；二是采用机械搅拌澄清池或水力循环澄清池，将泥渣回流到絮凝池内。
6. 微污染水处理工艺：
当常规处理难以使微污染原水达到饮用水水质标准时，一般可以采用下列措施：
(1) 加强常规处理，如加强混凝
(2) 增加预处理，如生物预处理
(3) 增加后处理，如活性碳吸附、生物活性碳法、膜处理等。后处理也称深度处理，主要有臭氧、活性碳、膜处理等。
7. 富营养化湖泊水处理工艺：
主要问题：
(1)水质：
1)藻
2)生物臭
3)铁和锰
4)氨氮和COD
(2)水处理
-
-
- 出厂水质不佳
- 制水困难
- 污染环境
-
六、预处理
1. 高浊度水预处理
1.1条渠沉砂池
1.2平流沉淀池
1.3辐流沉淀池
1.4斜管沉淀池
1.5旋流絮凝沉淀池
2. 化学预处理
2.1化学预氧化
2.2臭氧预氧化
2.3高锰酸钾预氧化
2.4预氯化
2.5二氧化氯预氧化
2.6高铁酸盐复合剂预氧化
3. 生物预处理
3.1颗粒填料生物接触氧化预处理
3.2弹性填料生物接触氧化预处理
3.3富营养化水源水的生物预处理
4. 粉末活性碳吸附预处理
七、混凝
混凝是给水处理中的一个重要过程。混凝包括凝聚和絮凝两个阶段。在给水处理中，向原水投机混凝剂，以破坏水中胶体颗粒的稳定状态，使颗粒易于相互接触而吸附称为凝聚；在一定水力条件下，通过胶粒间以及其他微粒间的相互碰撞和聚集，从而形成易于从水中分离的絮状物质，称为絮凝。
1. 混凝的过程
混凝除去浊度和色度，能部分除去无机和有机污染物。此外，对于合成表面活性物质、放射性物质、浮游生物和藻类的去除，混凝也是常用的方法之一。
2. 常用凝聚药剂
2.1固体硫酸铝
2.2液体硫酸铝
2.3明矾
2.4硫酸亚铁（绿矾）
2.5三氧化铁
2.6碱式氯化铝
2.7聚合氯化铝
3. 常用絮凝药剂
3.1合成高分子絮凝剂（聚丙烯酰胺）
3.2天然植物改性高分子絮凝剂（FN-A絮凝剂）
4. 常用助凝剂
4.1氯
4.2生石灰
4.3氢氧化钠
4.4活化硅盐
4.5骨胶
4.6海藻酸钠
5. 混凝剂投加
5.1重力投加
5.2压力投加
5.3投加系统
6. 混凝剂配置
7. 投加计量设备
7.1孔口计量
7.2浮杯计量
7.3转子流量计投加器
7.4加药计量泵
- 驱动器（电机）
- 齿轮机构
- 活塞
- 泵头：包括隔膜、吸入口和排出口的球型单向阀
- 冲程调节器
- 附件：包括过滤器、脉冲阻尼器、背压阀、安全阀。
8. 混合设施
8.1管道混合
8.2混合槽混合
8.3机械搅拌混合
8.4水泵混合
八、絮凝
1. 絮凝的过程
絮凝过程就是在外力作用下，使具有絮凝性能的微粒相互接触碰撞，而形成更大的絮粒，以适应沉降分离的要求。在净水构筑物，完成絮凝过程的设备称为絮凝池。絮凝过程是整个净水工艺中的一个十分重要的环节。
2. 絮凝池分类
2.1隔板絮凝池
2.2折板絮凝池
2.3机械絮凝池
2.4网格絮凝池
2.5穿孔旋流絮凝池
2.6波型板絮凝池
2.7摆动式搅拌絮凝池
2.8接触式絮凝池
3. 絮凝池技术参数
| 过程 |
速度梯度G |
停留时间（S） |
速度梯度GT |
| 混合至絮凝的配水渠 |
100-150 |
变化 |
|
| 直接过滤的高能絮凝 |
20-75 |
900-1500 |
40000-75000 |
| 常规絮凝（沉前） |
10-60 |
1000-1500 |
30000-60000 |
九、沉淀
1. 沉淀
沉淀工艺是指在重力作用下悬浮固体从水中分离的过程。沉淀过程是整个净水工艺中的一个十分重要的环节。
2. 沉淀过程的构筑物分类
2.1沉淀池：以悬浮颗粒下沉而去除杂质
2.2气浮池：通过微气泡与悬浮颗粒吸附，使其相对密度小于水而上浮去除杂质。
2.3澄清池：通过沉淀的泥渣与原水悬浮颗粒接触吸附而加速沉降而去除杂质。
3. 沉淀池分类
3.1竖流式沉淀池
3.2辐流式沉淀池
3.3平流式沉淀池
- 单层沉淀池
- 双层沉淀池
- 多层沉淀池
- 倾斜底沉淀池
4. 沉淀池技术参数（以平流沉淀为例）
| 水平流速(mm/s) |
停留时间(h) |
截留速度（m/h） |
备注 |
| 8-46 |
0.75-3.00 |
1.61-3.85 |
十、澄清
1. 澄清
澄清是利用原水中颗粒和池中积聚的沉淀泥渣相互碰撞接触、吸附、聚合，然后形成絮粒与水分离，使原水得到澄清的过程。澄清池综合了混凝和固液分离作用，在一个池内完成混合、絮凝、悬浮物分离等过程的净水构筑物。
2. 澄清池分类
2.1循环（回流）泥渣型
- 机械搅拌式
- 水力循环式
2.2悬浮泥渣*泥渣过滤）型。
- 脉冲式
- 悬浮式
3. 澄清池技术参数
停留时间一般为1.2-1.5h
十一、气浮
1. 气浮
气浮工艺采用人为向水中导入气泡，使其粘附于絮粒上，从而大幅度地降低絮粒的整体密度，并借助气体上升速度，强行使其上浮，以此来实现固液快速分离的目的，使原先单纯的固液二相分离，变为较复杂的气、固、液的三相分离。
2. 净水气浮分类
2.1微孔布气气浮法
2.2叶轮啐气气浮法
2.3电解凝聚气浮法
2.4真空释气气浮法
2.5压力容器气浮法
2.6生物或化学产气法
十二、过滤
1. 过滤
过滤一般是指通过过滤介质的表面或滤层截留水体中杂质的过程。过滤是大多数地表水处理工艺的重要环节。
2. 滤池的分类
2.1按滤料分
- 单层滤料滤池
- 双层滤料滤池
- 多层滤料滤池
- 混合滤料滤池
2.2按反冲洗配水系统分
(1)低水头冲洗（小阻力）滤池
(2)中水头冲洗（中阻力）滤池
(3)高水头冲洗（高阻力）滤池
2.3按水流方向分
(1)下向流滤池
(2)上向流滤池
- 双向流滤池
(4)幅向流滤池
2.4按滤速变化分
(1)恒速过滤滤池
(2)变速过滤滤池
2.5按滤池布置分
(1)普通（四阀）滤池
(2)双阀滤池
(3)无阀滤池
- 虹吸滤池
- 移动罩滤池
- V型滤池
(7)翻板滤池
3. 滤料
天然石英砂、无烟煤、颗粒活性碳、石榴石、钛铁矿石等
4. 滤池反冲洗
4.1 滤池反冲洗方式
- 按滤层状态分：膨胀冲洗、微彭胀冲洗
- 按冲洗方式分：水冲洗、气水反冲洗、带表面冲洗的水冲洗
4.2滤池反冲水的来源
(1)直接采用滤后反冲洗
(2)采用高位水池水冲洗
5. 滤池技术参数
| 类别 |
粒径(mm) |
滤层厚度（mm） |
滤速(m/h) |
| 石英砂滤料 |
0.5-1.2 |
700 |
8-10 |
| 双层滤料 |
无烟煤0.8-1.8 |
300-400 |
10-14 |
| 石英砂0.5-1.2 |
400 |
||
| 三层滤料 |
无烟煤0.8-1.8 |
450 |
18-20 |
| 石英砂0.5-1.2 |
230 |
||
| 重质矿石0.25-0.5 |
70 |
十三、深度处理
1. 活性碳吸附
2. 臭氧活性碳吸附
十四、消毒
1. 氯消毒
氯消毒的目的是消除水中各种细菌、芽胞、病毒等。
2. 消毒过程的影响因素
(1)微生物的类型、浓度、分布状况
(2)消毒剂的特性、浓度、接触时间
(3)水中的pH值、温度、其他有机物或杂志
3. 氯氨消毒
适用的范围：
- 原水中有机物较多。
- 出厂水管线较长。
4. 二氧化氯消毒
5. 臭氧消毒
6. 其他消毒法
(1) 紫外线消毒法
(2) 电场消毒法
(3) 固相接触消毒法
(4) 超声波消毒法
(5) 光催化氧化消毒法
第二讲 水厂设备
一．机电设备
1. 水泵
1.1 分类
(1) 按原理分叶片泵、容积泵、螺旋泵
(2) 离心泵
(3) 潜水式离心泵
(4) 轴流泵与混流泵
(5) 螺杆泵
(6) 隔膜式容积泵
(7) 螺旋泵
2． 电机
3． 鼓风机
3.1 离心鼓风机
3.2 罗茨鼓风机
3． 鼓风机
3.1 离心鼓风机
3.2 罗茨鼓风机
4． 空气压缩机
4.1 滑片式压缩机
4.2 螺杆式压缩机
4.3 液环式压缩机
4.4 活塞式压缩机
4.5 隔膜式压缩机
5． 格栅除污机
5.1 移动式格栅除污机
5.2 针齿式格栅除污机
5.3 高链式自动格栅除污机
5.4 弧形格栅除污机
5.5 钢绳式格栅除污机
5.6 背耙式格栅除污机
5.7 步进式格栅除污机
6． 除砂与砂水分离设备
6.1 抓斗式除砂机
6.2 桁车泵吸式除砂机
6.3 链斗式除砂机
6.4 砂水分离机
6.5 压力式斜板除砂机
6.6 XS型除砂机
7． 刮泥机
7.1 链条刮板式刮泥机
7.2 桁车式刮泥机
7.3 回转式刮泥机
8． 吸泥机
8.1 桁车式吸泥机
8.2 回转式吸泥机
9. 阀门
9.1 分类
(1) 从形式上分有蝶阀﹑闸阀﹑闸板阀﹑球阀；
(2) 从作用上分有排泥阀﹑止回阀；
(3) 从执行方式上分有手动阀﹑电动阀﹑气动阀。
10. 搅拌机
二、加氯设备
1． 主要生产厂家
- 美国WALLACE&TIERNAN公司
- 美国CAPITAL(首都)公司
- 德国ALLDOS公司
- 英国杰斯科公司
2. 形式
- 挂墙式
- 柜式
3. 加氯系统的组成
⑴ 气源系统
⑵ 真空加氯系统
⑶ 压力水供应系统
⑷ 电气、控制检测仪表系统
⑸ 氯气泄漏检测及安全防护系统
3.1气源系统
一般设两组气源，每组气源由若干个氯瓶组成。在一组氯瓶氯气供应完后通过自动切换装置，自动切换到另一组氯瓶，保证连续不断供应氯气。在气源部分设置有氯气过滤器，使真空调节器的入口阀能可靠的工作。
气源切换：压力切换、真空切换。
3.2 真空加氯系统
真空加氯系统包括：
⑴ 真空调节器：
两个真空调节器，一用一备。真空调节器将正压的氯气降压到真空状态，只有在真空调节器出口达到一定的真空度，其入口阀才会打开，否则会自动关闭，使系统在安全的真空状态下运行。真空调节器由入口调节阀和压力释放阀组成。
入口调节阀的作用是在调节器的出口达到设定的真空度以上时，调节阀会开启，负压氯气进入加氯机，否则阀门关闭。
压力释放阀的作用是在加氯系统停机时，如果入口阀不能完全关闭，会有微量的氯气泄漏到调节器的负压室中后，出现正压，这时释放阀会开启将泄漏的氯气排放到安全的地带。
⑵ 加氯机
标准的加氯机内配置有流量计、真空压力表、加氯自动调节阀、加氯伺服电机、复合环控制器（PCU单元）。选用柜式真空加氯机，前加氯机带比例流量控制器（SCU单元），后加氯机和补加氯机带复合环控制柜（PCU柜）。详细控制方式见加氯间控制设计部分。
⑶ 水射器
水射器由压力水的快速流动产生系统工作所需的真空度。为了防止停止加氯时倒灌到加氯机内而损坏加氯机，水射器内设有止回阀和排水阀。氯气和压力水在水射期内形成氯水溶液，通过扩散器加注到加氯点。
3.3 压力水供应系统
为了保障加氯系统的水射器的压力稳定，每个投加点设一台管道增压水泵进行增压（共六台管道增压水泵，五用一备）。这样可以保障其压力的稳定性，方便加氯自动投加的调节。压力水供应系统在每条增压水管上应配置有压力变送器，方便在压力低时及时报警。增压水泵进口配置有过滤器, 防止杂物进入水射器影响加氯或破坏水射器。
3.4 电气、控制及仪表系统
包括以下部分：
⑴ 加氯机电控部分:
加氯机电控部分主要包括电气接线盒、加氯伺服电机、位置变送器等。
⑵ 余氯分析仪：
余氯分析仪，连续测量水中的游离余氯量。取样点设在滤后水加氯点后。余氯分析仪输出4-20mA的余氯信号给后加氯机的控制器和PLC，加氯控制器根据检测到的流量和余氯来实现自动加氯控制。
3.5 氯气泄漏检测及安全防护系统
该系统包括：
⑴ 漏氯报警仪：
漏氯报警仪含有两个漏氯探头，一个安装在氯瓶间，另一个安装在加氯机室。每个探头可设两级报警，当漏氯检测仪检测到室内空气中的氯气浓度大于允许值时，漏氯检测仪发出报警并将报警信号送PLC站，管理计算机发出声光报警。
⑵ 氯气吸收装置：
氯气吸收装置选用吸氯量为1吨的国产吸氯装置，该装置是在氯气泄漏时自动启动该装置吸收泄漏的氯气，保障人身安全。
⑶ 液压电子称：
为了保障加氯系统的运行安全，防止氯气倒流，及时掌握氯瓶中剩余液氯的重量，配置了液压电子秤。现场显示氯瓶的重量。
三、加药设备
1． 主要生产厂家
(1) 美国Milton Roy公司
(2) 美国WALLACE&TIERNAN公司
(3) 德国ALLDOS公司
(4) 德国ProMinent公司
(4) 德国BRAN+LUEBBE公司
2. 形式
(1) 机械柱塞泵
(2) 机械隔膜泵
(3) 液压隔膜泵
3． 加药系统工艺
整个水厂的加药系统由六部分组成：
⑴ 投加的商品药物
⑵ 药液配制、输入部分
⑶ 投加设备
⑷ 药液输出部分
⑸ 药液投加点
⑹ 电气、控制检测仪表系统
3.1 投加的商品药物
投加的商品药物采用液体和固体硫酸铝。投固体药物时用水进行稀释, 在溶液池中利用压缩气体进行搅拌，然后用计量泵进行压力投加；如果投加药物为液态可以直接从贮液池中输入溶液池内进行稀释, 在溶液池中利用压缩气体进行搅拌，然后用计量泵进行压力投加。
3.2 药液配制、输入部分
⑴ 贮药池：在药库设两个贮药池，将液态药储存，以备配药投加。
⑵ 搅拌设备：为配合药物的溶解和药物的顺利投加，配置有压缩气体搅拌设备。搅拌设备选用鼓风机进行搅拌。选用鼓风机进行搅拌的优点是搅拌均匀，由于与搅拌设备不直接与药物接触，所以对设备无腐蚀作用。
⑶ 药液输送管路：由PVC管、PVC电动球阀和手动球阀组成。也可选用ABS管材。
⑷ 稀释溶解水管道：由PVC管、电动阀和手动球阀组成。也可选用ABS管材。
3.3 投加设备
投加药设备采用可进行变频率和冲程调节的计量泵。
3.4 药液输出部分
⑴ 脉冲阻尼器
脉冲阻尼器由上下腔堂和中隔膜构成，上部腔堂内充满惰性气体，下部腔堂连接出液管路，在出液管路形成一气态可压缩空间，从而减低脉动液流对塑料PVC管路的冲击，使输出的液流比较平稳。
⑵ 安全阀
避免由于阀门误操作或管路阻塞，在管路或泵头处产生过压，造成设备损坏或事故。在过压的情况下，安全阀开启，将药液导入药池。
⑶ 背压阀
保持泵出口压力，防止产生虹吸现象。
⑷ 注射器
采用PVC材料，带止回阀防倒流。
3.5 投加点
投加点设在混合设备（管道混合器）前的稳压井出水总管上。
3.6 电气、控制检测及仪表系统
⑴ 冲程伺服电机
冲程伺服电机接收4-20mA的标准信号，自动调节计量泵的冲程长度(0-100%)。冲程远程调节有两种方式：远程手动调节和自动调节。远程手动调节是通过冲程控制器上的按键进行冲程的调节控制。自动调节是冲程驱动伺服电机接收PLC输出的4-20mA信号进行冲程调节。
⑵ 变频调速器
通过改变供电频率调节计量泵电机的转速，从而调节投加量。频率调节有键盘操作和远动调节两种方式。键盘操作是通过变频器所带的键盘上的按钮进行频率的调节。远动调节是接收PLC输出的4-20mA或0-5V信号进行频率调节。
⑶ 超声波液位计：
用于测定药池的液位，并将液位值送至加药站的PLC，当所测得的液位低于设定值时，PLC通过控制加药系统中的电动球阀的开关来实现药池的自动切换。
四、仪表
1. 仪表的分类
水厂用的都是在线仪表
(1) 过程仪表：水位计﹑压力变送器﹑流量计﹑压差计等
(2) 水质仪表：温度仪﹑PH值仪﹑浊度仪﹑氨氮分析仪﹑SCD（游离电流仪）﹑余氯分析仪、溶解氧仪等。
(3) 电气仪表：电流表﹑电压表﹑有功功率表﹑无功功率表﹑功率因数表﹑电量表（所有这些仪表都是输出4-20mA或1-5V的标准信号。）
2. 仪表的输出信号
(1) 4-20mA电流
(2) 0-5V 电压
- 脉冲信号
3． 常用仪表
3.1 浊度仪
3.1.1类别
(1) 高浊度仪
(2) 低浊度仪
3.1.2主要生产厂家
(1) 美国HACH公司
(2) 美国HF公司
(3) 德国E+H公司
3.2 流量计
3.2.1类别
(1) 电磁流量计
(2) 超声波流量计（分捆绑式和插入式）
(3) 涡轮式流量计
3.2.2主要生产厂家
(1) 上海光华公司
(2) 德国西门子公司
(3) 德国E+H公司
3.3 pH仪
(1) 德国西门子公司
(2) 德国E+H公司
(3) 德国ALLDOS公司
(4) 美国HACH公司
(5) 美国Milton Roy公司
3.4 余氯分析仪
(1) 美国W&T公司
(2) 美国CAPITAL公司
(3) 德国ALLDOS公司
(4) 美国HACH公司
3.5 游动电流仪
(1) 美国Milton Roy公司
(2) 英国SCD仪
(3) 美国HF公司
(4) 北京单因子公司
3.6 液位计
3.6.1 形式
(1) 接触式(投入式)
(2) 非接触式(超声波和雷达)
3.6.2 主要生产厂家
(1) 德国西门子公司
(2) 德国E+H公司
(3) 美国罗斯蒙特公司
3.7 压力变送器
3.7.1 形式
(1) 压感式
(2) 电容式
3.7.2 主要生产厂家
(1) 德国西门子公司
(2) 德国E+H公司
(3) 美国罗斯蒙特公司
五．电气设备
1. 供电
要求二级供电（2路进线，一备一用） 低压380V AC （一般取水泵用）；高压6KV或10KV（送水泵用）
2. 配电设备
变压器﹑进线柜﹑电容柜﹑开关柜﹑计量柜﹑连络柜（二路进线连络）﹑控制柜。
3. 电气控制设备（器件）
六．自控设备
1．可编程控制器（PLC）
2．工业控制计算机（IPC）
3．电脑（PC）
4. 控制柜
5．控制箱
6．网络设备
7. 监视设备
第三讲 水厂自控系统简介
一．基本概念
1.开环系统：没有反馈信号的控制系统。
2.闭环控制：带有反馈信号的控制系统。
二．自控系统结构
1.集中式
2.分散式
3.集散式：分散控制，集中管理。
三．水厂自控系统的组成
1. 控制器
- 可编程序控制器(PLC)
- 工业控制计算机(IPC)
- 电脑（PC）
2．结构
一般把“反应﹑沉淀”站并入“加药”站，把“配电”站并入“送水”站。
四、PLC的选型
本公司开发的控制系统工程，一般用AB﹑施耐德﹑西门子这三家的PLC。
1. 美国Rockwell公司
1.1 产品
(1) PLC5系列
(2) ControlLogix系列
(3) SLC500系列
(4) MicroLogix系列（1000型；1200型；1500型）。
1.2 网络
(1) DH+网（Data Hight Plus）……………………………..38K/s
(2) DH485网…………………………………………………19.6K/s
(3) 工业以太网………………………………………………..10M/S
(4) Control Net………………………………………………..5M/s
(5) Driver Net…………………………………………………
2. 施耐德公司
施耐德公司的产品包括美国Modicom公司产品和法国TE公司的产品。
2.1 产品
(1) Modicom产品有984系列﹑Quantum系列、Momentum系列。
(2) TE产品有Preminm系列﹑Micro系列﹑Nano系列。
2.2 网络
(1) MB+网……………………………………………………..1M/s
(2) 工业以太网……………………………………………..10M/S
(3) TE网络有：
UNI-TELWAY
TELWAY
FIPWAY
ETHWAY
3. 西门子公司
3.1 产品
(1) S5系列
(2) S7-400系列
(3) S7-300系列
(4) S7-200系列。
3.2 网络
(1) 工业以太网
(2) Profbus-DA
(3) Profbus-DP
(4) Profbus-FMS
四、PLC的模块类型
(1) DI—开关量输入
(2) DO—开关量输出
(3) AI—模拟量输入（0-5V，4-20mA）
(4) AO—模拟量输出（0-5V，4-20mA）
(5) PI—脉冲计数输入
(6) RI—热电偶输入
五、自控系统PLC编程，要遵循的程序设计方法
(1) 自顶向下，逐步求精。
(2) 模块化—结构化
(3) 编地址技巧
六、下位机编程
(1) 梯形图
(2) 语句表
(3) SFC
七、 上位机编程一般用组态的方法。
八、 水厂自控系统的要求
1. 取水泵站控制设计
1.1 PLC控制对象
⑴ 取水泵、出口阀门、真空电磁阀
⑵ 排污泵
⑶ 真空泵
1.2 监测对象
⑴ 取水泵运行状态
●遥控
●手动
●运行
●停止
●故障
●本次运行时间
●累计运行时间
●上次停机时间
●本次启动时间
⑵ 取水泵房电气参数：
●相电流：I1、I2、I3
●有效剩余电流:Io
●电压：U21、U32、U13、V1、V2、V3)
●剩余电压：Vo
●有功功率：P
●无功功率：Q
●功率因素
●频率
●有功电量：-Wh
●无功电量：-VARh
⑶ 控制柜状态：合闸、分闸、故障
⑷ 取水出口阀状态：手动、自动、开到位、关到位、故障
⑸ 取水泵出口压力
⑹ 取水总管口压力
⑺ 吸水井水位
⑻ 原水流量、当日取水量、累计取水量
⑼ 原水浊度
⑽ 原水PH值
⑾ 原水氨氮
⑿ 原水温度
⒀ 原水溶氧
⒁ 排水井高水位
⒂ 排水泵状态
⒃ 真空泵状态
⒄ 取水泵真空电磁阀状态
1.3 取水泵的控制方式
1.3.1 自动控制方式
根据清水池水位，PLC实现自动开/停固定泵进行取水泵的控制；并对泵的运行工况和数据进行检测，对被控设备进行故障保护。
在组态人机界面中操作员可以设定清水池的高限水位、超高限水位、低水位、超低限停水泵水位。具体的控制方式还要依据用户的工艺要求相应完善。
当取水房吸水井的水位降低高到超低限水位时PLC自动停止取水泵工作。
1.3.2 中控人工控制方式
PLC接收中控室计算机通过键盘或鼠标下达的指令，起/停水泵机组，并对被控设备进行故障保护。
1.3.3 取水泵就地手动控制方式
在手动方式下，通过现场就地开关柜上的按钮对水泵机组进行开/停控制。PLC只对其进行检测，不进行故障保护。
1.3.4 取水泵保护措施
⑴ 过电流预报警：
水泵电机电流大于预报警电流设定值时，计算机声光报警。
⑵ 过电流故障：
水泵电机电流大于额定电流时，立即关闭出水阀门和停水泵，计算机声光报警。
⑶ 空车故障：
水泵电机电流小于额定电流时或出水压力低于正常值时，为空车故障，立即停机保护，计算机声光报警。
⑷ 电气故障：
水泵电机正常启动运行后，运行信号持续丢失5秒为“电器”故障，PLC立即停机保护，计算机声光报警。
1.4 变配电系统故障监测和保护
PLC自动检测到的电流、电压信号，PLC自动判断“过压故障”、“欠压故障”、“过流故障”、“断线故障”以及PLC检测到的其他变配电系统的故障，PLC将依据各种故障不同情况对变配电设备的屏柜进行相应的保护，并进行声光报警。
1.5 排水泵控制
排水泵根据排水井水位就地自动控制，PLC只对其进行检测和报警。
1.6 真空系统控制
当启动某台取水泵时，PLC自动打开真空电磁阀，检查真空度，当真空度不够时启动真空泵直到真空形成。
2. 加药控制设计
2.1 控制对象
⑴加混凝剂计量泵
⑵加混凝剂和加助凝剂搅拌机系统
⑶溶液池进水电动阀
⑷溶液池出药电动阀
⑸溶液池进气电动阀
⑹溶液池进药电动阀
⑺储药池出药电动阀
⑻加药搅拌装置出药电动阀
⑼混凝剂计量泵出口电动阀
⑽搅拌鼓风机
⑾搅拌鼓风机电动阀
⑿加药搅拌装置
⒀排污泵
2.2 监测对象
(1) 浊度：
●原水浊度
●沉淀池出水浊度
●滤后水浊度
●出厂水浊度
(2) 源水溶解氧
(3) 源水氨氮
(4) pH值
●源水pH值
●沉淀后pH值
●出厂水pH值
(5) 源水温度
(6) 余氯
●沉淀后水余氯
●滤后水余氯
●出厂水余氯
(7) 原水流量
●原水流量
●滤后水流量
(8) 液位
●溶液池液位
●储药池液位
●加药装置液位
(9) 加药流量
●加药流量
(10)电动阀门状态
●溶液池进水电动阀状态：手动、自动、开到位、关到位、故障
●溶液池出药电动阀状态：手动、自动、开到位、关到位、故障
●溶液池进气电动阀状态：手动、自动、开到位、关到位、故障
●溶液池进药电动阀状态：手动、自动、开到位、关到位、故障
●储药池出药电动阀状态：手动、自动、开到位、关到位、故障
●加药搅拌装置出药电动阀状态：手动、自动、开到位、关到位、故障
●混凝剂计量泵出口电动阀状态：手动、自动、开到位、关到位、故障
●搅拌鼓风机电动阀状态：手动、自动、开到位、关到位、故障
●溶液池进药电动阀状态：手动、自动、开到位、关到位、故障
●储药池出药电动阀状态：手动、自动、开到位、关到位、故障
●加药搅拌装置出药电动阀状态：手动、自动、开到位、关到位、故障
(11)计量泵状态
●遥控
●手动
●运行
●停止
●故障
●冲程、
●频率
●本次运行时间
●累计运行时间
(12) 搅拌鼓风机状态
●手动
●自动
●运行
●停止
●故障
●本次运行时间
●累计运行时间
2.3 加药系统控制设计
2.3.1 药液配制
药液配制在储药池、溶液池里完成。溶液池的溶积是固定的，在储药池的浓液进入溶液池后，加满水进行稀释和搅拌。自动药液配置方式有上位机人工选择配药和完全自动配药两种方式。
自动药液配置的过程如下：
(1) 上位机人工选择配药
操作员将配药模式选择为“上位机人工配药”方式，上位机人工配药有利于操作员监视整个配药过程。
当工作中溶液池的液位降低到设定液位时，PLC自动关闭该药池的出口阀，同时打开备用药池出口阀，保证连续供药，同时发出“空池”报警信号，请求配药。操作员收到“空池”报警信号后，在上位机按“配药”钮，PLC自动进入配药程序：PLC打开储药池的出药阀，接着打开溶液池的进药阀。因为每次流入溶液池的浓液液位值是一定的，进水容量也是一定的，所配制的浓度也就基本固定的。当流入溶液池浓液液位值与设定的进药液位相等时，PLC自动打开溶液池进水阀，当水位上升至设定水位时，关进水阀，开启搅拌鼓风机，搅拌时间可由电脑设定。溶解过程完成后该药池自动进入备用状态。
(2) 完全自动配药
操作员将配药模式选择为“完全自动配药”方式，完全自动配药有利于无人职守时完成整个配药过程。
当工作中溶液池的液位降低到设定液位时，PLC自动关闭该药池的出口阀，同时打开备用药池出口阀，保证连续供药，同时发出“空池”报警信号，请求配药。“空池”报警信号十分钟后，PLC自动进入配药程序：PLC打开储药池的出药阀，接着打开溶液池的进药阀。因为每次流入溶液池的浓液液位值是一定的，进水容量也是一定的，所配制的浓度也就基本固定的。当流入溶液池浓液液位值与设定的进药液位相等时，PLC自动打开溶液池进水阀，当水位上升至设定水位时，关进水阀，开启搅拌鼓风机，搅拌时间可由电脑设定。溶解过程完成后该药池自动进入备用状态。
2.3.2 药池自动切换
药池两个，一用一备，当药池的液位降低到设定液位时，PLC自动关闭该药池的出口阀，同时打开备用药池出口阀，保证连续供药，同时发出“空池”报警信号，请求配药。
2.3.3 药池搅拌
正在使用的药池每隔一定时间自动搅拌几分钟，时间可调（由中控室电脑人工设定）。PLC检测药液流量、加药泵的运行频率和冲程，计算加药流量。如果实际测量的加药流量低于应有加药流量40%时，PLC判定为加药管道堵塞，发出故障报警。
2.3.4 加药控制原理和比较
根据水质水量变化及时并准确投加所需要的混凝剂药量是取得完善混凝效果的关键问题。在以往是人工操作，依靠沉淀后的浊度及反应池矾花形态进行判断投加。滞后因素强，连续性差，故投加量难以准确。耗矾量往往大于实际需要量。八十年代起，人们探索了根据原水水质进行前馈控制的各种自动化投加技术。在国际上出现了如数学模型法，模型滤池法以及流动电流法等，但由于影响原水混凝效果的因素（流量、浊度、PH、碱度、温度、耗氧量和氨氮等）变化太多，使投加混凝剂的自动控制效果难以稳定，干扰性强，运行不尽人意，成为实现水厂自动化的一个难题和重点。
实施混凝剂加注自动化的目的首先是稳定水质，其次是由于合理加注，可节约一定数量的混凝剂，再次是节省劳动力。关于水质的目标通常有两种考虑，一种是在条件相同的情况下，滤后水浊度基本上与待滤水浊度成正比，因此要求沉淀池出水浊度达到一定的目标要求；另一种是以滤后水浊度作为目标要求，这样包括了原水水质发生较大变化时，过滤特性有所变化和滤池运行条件等因素。通常混凝剂加注以沉淀池出水浊度作为控制目标。实施混凝剂加注自动化除了要求稳定地降低出厂水浊度达到某个目标值外，还要求降低成本。加混凝剂控制有多种方式。目前在国内常用的有以下几种：
(1) 采用流动电流测定仪(SCD)，对加药进行控制。
(2) 采用单因子法，对加药进行控制。
(3) 采用反应池对“矾花”进行水下摄影分析法即通常称为FCD(Flocclation Control Device)技术。
(4) 采用对原水浊度、温度、PH值、流量等因素自建数学模型，以沉淀后浊度作反馈参考值进行控制。
单因子法其原理实质上与流动电流法是一样的，只不过是其测量仪表是国产的而矣，该方法无论设备性能还是价格都没有优势。
水下摄影法，其原理很好，但具体实施有较大的难度，在国内实施的不多。
自建数学模型的方法都是一些个别例子，不能作为经验推广。
采用流动电流测定仪（SCD）对混凝剂加注实施自动控制。本方案采用流动电流测定仪（SCD）对混凝剂加注实施自动控制。该方案在国内、国外都有非常多成功的范例，我们在绝大多数工程均采用，并受到很好的效果。有个别使用效果不理想的主要有以下几个方面的原因：
⑴取样点和SCD仪的安装位置不适合，仪器很容易受到外界环境的干扰，并且导致加药自动控制失败；
⑵SCD仪没有定期维护；
⑶部分药剂对SCD的探头有吸附作用；
⑷控制模型选择不当
测定流动电流（SCD）值也就是间接测定流动电位（Zeat值）。以沉淀池出水浊度目标要求时的SCD值作为设定值，以实测的流动电流值与设定值进行比较，通过控制器的PID调节及时调整投加量。用此种方式有两种控制模型。一种是在原水流量变化不大或不发生突变的情况下，以流动电流值（SCD值）反馈通过PID调节控制混凝剂投加泵的频率，使SCD值控制在设定的范围内，达到控制沉淀池出水浊度的目标，其控制模型见图一。
图一所示的控制数学模型如下：
IO=KP(E)+Ki∫0t(e)dt+Kd*d(E)/dt+B
其中：IO=控制器输出（4~20mA）
B=输出补偿或前馈
E=偏差（设定值SP-过程变量PV）
KP=比例增益
Ki =积分增益（1/秒）
Kd =微分调节（秒）
对于控制模型一（见图一），由于采用单回路控制，即用SCD值反馈通过PID调节输出控制投加泵的频率。该控制模型不要求原水流量，可减少原水流量计，同时投加泵不需要冲程自动调节。如果有原水流量信号，输出补偿或前馈B取与原水流量成比例的值。由于SCD仪反应较慢，对原水流量变化大或经常发生突变的水厂不宜采用。
另一种是流动电流值作为被控对象，以原水流量控制混凝剂投加泵的频率，SCD值反馈通过PID调节控制混凝剂加注泵的冲程，其控制模型见图二。
对于控制模型二（见图二），由于采用双回路控制，即用原水流量控制投加泵的频率，SCD值反馈通过PID调节控制投加泵的冲程。该控制模型要求有原水流量信号和投加泵冲程自动调节装置。该控制模型的输出补偿或前馈B可设定为零。
SCD设定值一般随季节不同和原水水质的差异而不同。SCD的设定值可根据搅拌实验确定。
PID调节参数设定根据原水水质和经验进行设定。比例（P）调节的作用是快速调节偏差的大小，偏差大，调节作用大，偏差小，调节作用小。积分（I）调节作用是逐步改变调节作用，偏差大，调节作用变化速度快，反之则慢。微分（D）调节的作用是使偏差快速消除。根据经验微分增益Kd值不宜过大。
其控制的数学模型为：
IO=Km*Kf*Qm+(1-Km)[KP(E)+Ki∫0t(e)dt+Kd*d(E)/dt+B]
其中：IO=控制器输出（4~20mA）
B=输出补偿或前馈
E=偏差（设定值SP-过程变量PV）
KP=比例增益
Ki =积分增益（1/秒）
Kd =微分调节（秒）
Km=复合环系数（小于1）
Kf=比例系数
Qm=原水瞬时流量
本方案采用第二种控制模型。该控制模型通过我们在较多的工程中采用，均收到良好的效果。
根据原水瞬时流量对加药的输出进行最大和最小值限幅，保证计量泵的频率和冲程在一定的范围内运行。
FCD水下摄影法（以下简称FCD），其原理先进，也是近年欧洲国家正在研究水处理新课题，由于其数学计算模型复杂，具体实施有一定的难度，在国内有部分水厂实施。FCD技术是在中国土木工程学会水工业分会给水委员会和中国城镇供水协会科学技术委员会与上海大学合作共同开发研究。应用了当今国际上最新的絮凝控制理论，直接利用絮凝后絮粒形态，数量与投药计量和影响沉淀池效果的关系，把复杂的加药自动化过程用简单直观的形象和精确的数据表达出来。反映混凝效果并合理地确定最佳投药量。从而把加药自动化控制达到了一个新的水平。并创造了显示式絮凝控制仪FCD和絮凝显示仪FMD两项在线测控仪表。
FCD工作原理：
实时进行水下摄像，摄像絮粒（矾花）活动图像，通过放大后传送给计算机图象接口，显示屏直接显示絮凝后水中絮粒的分布状态的图像。并由计算机进实时图像处理，计算出沉淀池出水浊度相关参数，计算出“絮粒”的实时“等效直径”值，并结合设定的目标值和进水量计算出矾液加注量，然后换算成标准电流信号来控制加注药泵，实现自动化控制，进行优化药剂投加。
FCD同时采用沉淀后浊度反馈方法，用以修正多种因素造成的偏差，使控制更加精确。由于系统采用了絮粒颗粒等效直径的概念以代替絮凝整体效果，从而判断出水浊度，计算应加药量，避免了传统采用沉淀后浊度控制投药而造成的滞后问题。
絮凝“等效直径”经过多年试验研究，已确立了一个全新的反映絮凝效果的一项新概念。根据研究这一概念数值是反映了全部颗粒在沉淀池进行沉淀时的代表值。亦是判断在某一絮凝剂加注量下产生沉淀效果的代表值。利用“等效直径”避免了造成絮凝效果的原水不同水质和各种影响因素的干扰。直接判断沉淀水出水浊度是否符合目标。如果FCD技术应用成功，则完全超过一个有经验的操作工人在沉淀池边对沉淀效果的判断，是科学化，智能化。
目前，国内应用较好方法是：采用对原水浊度、温度、PH值、原水流量等因素自建数学模型，形成的自适应前馈控制，以FCD值作中馈，以沉淀后浊度作后馈的三级控制。
用FCD值作为被控对象，以原水流量自建的数学模型控制混凝剂投加泵的频率，FCD值反馈通过PID调节控制混凝剂加注泵的冲程，以沉淀后浊度作后馈的控制模型见图二。
对于控制模型二（见图二），由于采用多级回路控制，即用原水流量控制投加泵的频率，FCD值反馈通过PID调节控制投加泵的冲程，以沉淀后水浊度为最终控制目标值作后馈去修正投加的三级控制模型，该控制模型要求有原水流量信号和投加泵冲程自动调节装置。
FCD设定值一般随原水浊度和原水流量的差异而不同。FCD的设定值可由计算机自行模糊修正。
PID调节参数设定根据原水水质和经验进行设定。比例（P）调节的作用是快速调节偏差的大小，偏差大，调节作用大，偏差小，调节作用小。积分（I）调节作用是逐步改变调节作用，偏差大，调节作用变化速度快，反之则慢。微分（D）调节的作用是使偏差快速消除。根据经验微分增益Kd值不宜过大。
其控制的数学模型为：
IO1=Km1*Kf*Q1+(1-Km1)[KP1(E) +Kd1*d(E)/dt+B1]
IO2=Km2*Kf*Q2+(1-Km2)[KP2(E)+Ki2∫0t(e)dt+Kd2*d(E)/dt+B2]
其中：IO1，IO2 =控制器输出（4~20mA）
B=输出补偿或前馈
E=偏差（设定值SP-过程变量PV）
KP=比例增益
Ki =积分增益（1/秒）
Kd =微分调节（秒）
Km=复合环系数（小于1）
Kf=比例系数
Q=原水瞬时流量
其中最常见的扰动是原水流量的变化，也是扰动因素中比较主要的一个，由计量泵工作原理函数可知：
q=K·60/P（1-S）fH=KfH (q为输出流量，K特性常数，P极对数，S转差率，F其他可能的扰动参数)
通常我们可以在F=1时，q转换成电流值即可替代F（IO1）函数。
根据原水瞬时流量对加药的输出进行最大和最小值限幅，保证计量泵的频率和冲程在一定的范围内运行。
2.3.5 故障保护
PLC对药池电动球阀提供故障保护（开故障和关故障）。开故障：在一步化启/停程序中，程序发出“开阀”指令后，在设定时间内（由实际调试时决定）没有开到位或仍在关位置时PLC判定为“开故障”，立即切断阀门动力电源和停泵机，并发故障报警。关故障：在一步化启/停程序中，程序发出“关阀”指令后，在设定时间内（由实际调试时决定）没有关到位或仍在开位置时PLC判定为“关故障”，立即切断阀门动力电源和停泵机，并发故障报警。
2.3.6 药池超限报警
当药池的液为超过其设定的上限或下限时，计算机发出声光报警，提醒值班人员，以便即使处理。
2.3.7 加药控制方式
⑴ 自动控制
根据确定的控制模式，实现自动加药、自动检测工况、数据，并对被控设备进行保护。
⑵中控人工控制
PLC接收中控室计算机通过键盘或鼠标下达的指令，开/停加药泵和阀门及其他被控设备，对加药泵的频率和冲程进行遥控调节，并对被控设备进行故障保护。
⑶ 手动控制
在手动状态下，PLC只进行检测，不进行故障保护。通过现场加药控制柜或箱上的按钮对加泵进行开/停控制，通过变频器上的键盘调节频率，通过控制柜的手操器上的开关按钮调节冲程。
3. 加氯控制设计
3.1 控制对象
(1) 加氯机
(2) 管道增压泵
(3) 漏氯报警
(4) 氯气吸收装置
(5) 氯气压力切换系统
3.2 检测对象
(1) 加氯机运行状态
●手动
●自动
●运行
●停止
●开度
(2) 加氯切换系统运行状态
(3) 氯瓶重量
(4) 漏氯报警：氯瓶间漏氯报警、加氯间漏氯报警
(5) 氯气吸收装置运行状态
●耐腐蚀泵状态：运行、停止、故障
●抽风机状态：运行、停止、故障
(6) 管道增压水泵运行状态
●手动
●自动
●运行
●停止
●故障
(7) 采样水泵状态
●手动
●自动
●运行
●停止
●故障
(8) 氯瓶间轴流风机状态
●手动
●自动
●运行
●停止
●故障
3.3 加氯控制设计
加氯控制系统由氯瓶、电动球阀、过滤器、真空调节器、加氯机、水射器、真空自动切换装置及漏氯检测探头等组成。真空切换装置可使两组氯瓶在空瓶与满瓶之间自动切换。
为了掌握加氯是否处在手动或自动加氯状态在加氯机中引出了加氯机的手动/自动选择信号。
3.3.1前加氯控制设计
前加氯的作用主要是防止藻类和破坏胶体，所以前加氯一般根据原水流量按比例投加，控制的数学模型如下：
IO=Kf*Qm 其中：IO=控制器输出（4-20mA）
Kf=比例系数
Qm=原水瞬时流量
比例系数Kf的设定根据前加氯量的多少而定。
前加氯控制过程由加氯机自带的控制器完成，PLC只用来检测生产工况、数据。
3.3.2 后加氯控制设计
后加氯直接关系到出厂余氯的合格率和稳定性，在后加氯控制中，以水中所含游离余氯作为被控对象。其控制模型见下图。以滤后水流量作前馈，投加点混合后的游离余氯作反馈，通过PID调节控制加氯量，使游离余氯控制在设定的范围内，以达到消毒和保持一定的余氯在管网中的目的。PID控制的数学模型与加混凝剂类似。
Km*Kf*Qm+(1-Km)[KP(E)+Ki∫0t(e)dt+Kd*d(E)/dt+B]
其中：IO=控制器输出（4~20mA）
B=输出补偿或前馈
E=偏差（设定值SP-过程变量PV）
KP=比例增益
Ki =积分增益（1/秒）
Kd =微分调节（秒）
Km=复合环系数（小于1）
Kf=比例系数
Qm=滤后水瞬时流量
其输出补偿或前馈B取与滤后水流量成比例的值。游离余氯的设定值根据水质要求进行设定，保证管网末端游离余氯符合国家标准。随着气候的变化和供水管网的情况以及原水水质的不同，游离余氯的设定值也会随着改变。
后加氯控制过程可以由加氯机自带的控制器完成，也可以通过PLC来控制和检测生产工况、数据。由于PLC的处理器计算功能强大，上述的加氯原理也只有PLC能够充分模拟到此功能；而加氯机自带的控制器（PCU）单元实际上内部是一个单片机处理器，再与外设驱动器系统集成为一个整体控制器。
3.3 补加氯控制设计
补加氯直接关系到出厂余氯的合格率和稳定性，在补加氯控制中，以水中所含游离余氯作为被控对象。其控制模型见下图。以出厂水流量作前馈，出厂水的游离余氯作反馈，通过PID调节控制加氯量，使游离余氯控制在设定的范围内，以达到消毒和保持一定的余氯在管网中的目的。PID控制的数学模型与后加氯类似。
IO=Km*Kf*Qm+(1-Km)[KP(E)+Ki∫0t(e)dt+Kd*d(E)/dt+B]
其中：IO=控制器输出（4~20mA）
B=输出补偿或前馈
E=偏差（设定值SP-过程变量PV）
KP=比例增益
Ki =积分增益（1/秒）
Kd =微分调节（秒）
Km=复合环系数（小于1）
Kf=比例系数
Qm=滤后水瞬时流量
其输出补偿或前馈B取与出厂水流量成比例的值。游离余氯的设定值根据水质要求进行设定，保证管网末端游离余氯符合国家标准。随着气候的变化和供水管网的情况以及原水水质的不同，游离余氯的设定值也会随着改变。
补加氯控制过程可以由加氯机自带的控制器完成，也可以通过PLC来控制和检测生产工况、数据。由于PLC的处理器计算功能强大，上述的加氯原理也只有PLC能够充分模拟到此功能；而加氯机自带的控制器（PCU）单元实际上内部是一个单片机处理器，再与外设驱动器系统集成为一个整体控制器。
3.4 影响加氯效果的主因素
⑴ 加氯目的是为了消毒。在加氯控制中，一般以水中的游离余氯作为被控对象，保持出厂水的游离余氯在一定范围内。但是，原水的氨氮对加氯后的游离余氯的形成起到非常重要的作用。由于氨氮与氯在水中形成氯胺，原水的氨氮对加氯后的游离余氯的形成影响很大，特别是在原水氨氮变化较大的水厂，采用游离余氯作为被控对象，很难达到理想的效果，在这种情况下，可采用总氯作为对比参考。
⑵ 采样时间的长短，直接影响加氯的效果。通常后加氯在投加氯后经过充分混合后，尽量缩短采样时间，一般以3分钟为宜。缩短采样时间通常有两种方法：一是尽量缩短采样水管的长度；二是提高采样水管的流速。
⑶ 余氯分析仪的检测值的正确性是控制加氯的关键。由于余氯分析仪存在零点漂移，应定期进行校正。在校正时应在余氯分析仪探头附近取样，并立即进行分析，将人工检测到的余氯值对余氯分析仪进行标定。人工检测余氯一定要及时，否则检测到的不是游离余氯而是总氯。
⑷ 滤后水流量因反应沉淀池排泥和滤池的反冲洗发生较大的变化。也是影响加氯的一个重要因素。
由于影响后加氯控制的因素较复杂，因此，控制比较麻烦。基于以上几种因素，采用比例加PID的复合环控制，比单独采用PID控制的效果要好得多。
3.5 漏氯检测
氯瓶间和加氯机室配置有漏氯检测仪，当漏氯浓度达到一定值时报警,并起动排气机和氯气吸收装置。
3.6 漏氯吸收安全系统控制
氯气吸收装置由吸收塔、风机、吸收液循环泵和相应的附件组成。由于环保机构对大气的污染控制加强，现在的氯气吸收装置其特点是尾气不向大气排放, 通过回收管与氯库相连, 形成一闭路循环系统, 不污染环境。
当漏氯报警仪检测到空气中的含氯量大于设定值时，漏氯报警仪发出漏氯报警预报警信号, 自动启动氯气吸收装置, 送报警信号到PLC，PLC送信号至管理计算机，并发声光报警。风机和循环泵的运行、停止、故障信号送PLC。
3.7 管道增压泵的控制
增压泵与加氯机启动实现联动控制, 并给出前后加氯管压力低报警信号。三台增压泵两用一备，有PLC自动决定其备用。增压泵的自动起停由PLC根据管道压力进行调节控制。
4. 反应沉淀池控制设计
4.1 控制对象
(1) 4组反应沉淀池，每组反应沉淀池6组排泥阀
(2) 4台排泥机
4.2 监测对象
(1) 排泥阀状态
●手动
●自动
●开
●关
●上次开阀时间
●本次开阀时间
●排泥周期
●开阀时间
(2) 排泥机状态
●手动
●自动
●通讯状态
●前进
●后退
●上次排泥时间
●本次排泥时间
●排泥周期
●液下泵状态
●虹吸状态
(3) 浊度
●原水浊度
●沉淀后浊度
(4) 反应沉淀池泥位
4.3 絮凝池排泥阀控制设计
絮凝池排泥阀控制有就地手动、远程手动、自动控制三种方式。每两个阀为一组，在同一时间只能一组阀门打开，以保证不超过排水沟和排水泵的容量。自动控制时由排泥周期和开阀时间决定，排泥周期和开阀时间均可在电脑上设定, 也可根据原水流量和浊度计算其排泥周期。开阀时间采取先长后短、即絮凝池入口处的排泥阀排泥时间长、反应池出口处的排泥阀排泥时间短。
4.4 刮泥机控制设计
沉淀池刮泥机有就地手动、远程手动、自动控制三种控制方式。自动控制时由排泥周期决定，排泥周期可根据原水浊度和原水流量计算确定或由人工在电脑上设定。
⑴ 就地手动控制方式
通过刮泥机上的就地控制箱对其刮泥进行手动控制。
⑵ 远程手动控制方式
PLC接收中控室计算机通过键盘或鼠标下达的指令，对刮泥机进行刮泥控制。
⑶ 自动控制方式
PLC自动检测排泥周期，当排泥周期到时PLC自动启动排泥机进行排泥。
5. 滤池控制设计
5.1 PLC控制及检测对象
5.1.1 反冲PLC站控制对象
(1) 三台反冲洗泵及出口阀
(2) 三台鼓风机
(3) 两台采样水泵
(4) 两台空压机
(5) 16格滤池的反冲洗
(6) 沉淀池刮泥机
5.1.2 反冲PLC站监测对象
(1) 浊度
●沉淀后水浊度
●滤后水浊度
●出厂水浊度
(2) 空压机状态
●运行
●停止
●故障
●累计运行时间
(3) 控制气路压力行状态
●压力高
●压力低
●压力
(4) 反冲泵运行状态
●手动
●自动
●运行
●停止
●故障
●累计运行时间
(5) 鼓风机运行状态
●手动
●自动
●运行
●停止
●故障
●累计运行时间
●出口压力
(6) 流量
●原水流量
●滤后水流量
(7) 沉淀池刮泥机状态
●手动
●自动
●通讯状态
●前进
●后退
●上次排泥时间
●本次排泥时间
●排泥周期
●液下泵状态
●虹吸状态
5.1.3 滤格站控制对象
(1) 进水阀
(2) 排水阀
(3) 反冲洗气阀
(4) 反冲洗水阀
(5) 滤后水调节阀
(6) 排气阀
5.1.4 滤格站监测对象
(1) 滤格的水位
(2) 滤格的堵塞值（压差值）
(3) 滤格的过滤时间
(4) 滤格滤后水阀状态
●开到位
●关到位
●故障
●阀门开度
(5) 16个格滤池运行状态
●就地手动
●中控人工
●自动
●过滤
●停止过滤
●反冲洗、
●故障
(6) 气动阀门运行状态（开关型）
●开到位
●关到位
●故障
(7) 隔膜阀运行状态
●开状态
●关状态
5.2 滤格操作台设计
每格滤池配置一台琴式操作台，每个操作台内配置一台小型PLC。在自动过滤和反冲洗时对滤格的阀门进行控制，并与反冲洗PLC交换信息。操作台在PLC出故障或调试时期进行手动过滤和反冲洗控制。保证在PLC出故障的情况下仍能进行过滤和反冲洗。对某一滤格进行操作时可以看到其阀门的状态、调节阀的开度、滤格的水位等信息。
该控制柜包括：
⑴ 滤后水阀门开度指示和故障指示
⑵ 滤格的水位
⑶ 滤格手动/自动转换开关
⑷ 滤后水调节阀控制器（可手动调节）
⑸ 进水阀开关，开到位、关到位、故障指示灯
⑹ 排水阀开关，开到位、关到位、故障指示灯
⑺ 排气阀开关，开到位、关到位、故障指示灯
⑻ 反冲洗气阀开关，开到位、关到位、故障指示灯
⑼ 反冲洗水阀开关，开到位、关到位、故障指示灯
⑽ 每台反冲洗泵手动/自动转换开关
⑾ 反冲洗水泵开关，运行、停止、故障指示灯
⑿ 每台鼓风机手动/自动转换开关
⒀ 反冲洗鼓风机开关，运行、停止、故障指示灯
考虑到滤池控制室比较潮湿，加之水中散发出的氯气对电气设备和元器件有一定的腐蚀作用。因此选用保护等级较高的进口的琴台式操作柜。该控制柜应用在很多工程中，均收到很好的效果，操作简单、方便、可靠性很高，深受用户的欢迎。
5.3 滤池过滤控制设计
滤池过滤控制分为就地/遥控两种。在操作台通过按钮开关对滤池每个阀门进行开/关控制、通过手操器对滤后水调节阀进行手动调节和自动调节。在上位机电脑上能开启滤池过滤或停止自动过滤。滤池的开启或停止由原水流量计算滤池的开启个数，具体开启或停止哪个池由先开先停队列决定。
⑴ 自动过滤控制
在自动过滤状态下，滤池在过滤过程中，PLC依据水位传感器测得的滤池水位的变化，调节滤池出水阀的开度，以保证滤池水位恒定。以进水流量作前馈、滤池水位作反馈，用PID调节控制滤后水调节阀开度。调节周期大于1分钟，水位调节范围小于10mm，调节过程不受滤料堵塞程度和滤池进水量变化的影响。
⑵ 中控人工过滤控制
选中在中控人工过滤，通过人工输入滤后水阀开度（%）对滤后水阀门进行调节控制。
⑶ 就地自动过滤控制
利用就地控制柜中的手操器，将水位信号引入到手操器中，利用手操器的控制功能对滤后水调节阀进行自动调节控制。该方式我们在很多工程采用，效果很好。该方式可以独立于PLC，即在PLC不工作的情况下仍能保证正常的恒水位过滤，使用十分方便、可靠。
⑷ 人工就地手动过滤控制
在手动方式下，通过就地集中控制柜上的按钮对阀门进行开/关控制，通过手操器的按钮对滤后水阀进行开度调节，以此来实现人工过滤。
5.4 滤池反冲洗控制设计
滤池冲洗气强度为13-17L/s.m2；气水联合反冲时气冲强度为13-17L/s.m2、水冲强度为3-4.5L/s.m2；水漂洗强度为4-6L/s.m2;表面扫洗强度为1.4-2.4L/s.m2。
滤池反冲洗控制分为就地、遥控、自动三种。在上位机上能强制对某一滤池进行反冲洗。滤池反冲洗有以下列四种反冲洗情况。
⑴ 人工反冲洗：
在就地操作台切换到手动的情况下，操作人员在滤池就地控制台上使用开关按钮手动对某一滤格进行反冲洗，反冲洗的过程应严格遵从反冲洗的流程、反冲洗时间由操作人员掌握。
⑵ 中控人工反冲洗
在就地操作台切换到自动的情况下，中控室值班人员在电脑上选择人工反冲洗，使用鼠标要求滤池立即反冲洗。整个反冲洗过程由PLC来完成。
⑶ 过滤时间超过设定时间进行反冲洗
在就地操作台切换到自动状态且中控室的电脑设置为自动反冲洗状态时，PLC自动记录过滤时间，当PLC检测到过滤时间（周期）达到设定值（可在中控室电脑上设定）时，在其他滤格无反冲洗的情况下，PLC控制进行反冲洗，整个反冲过程完全由PLC来完成。
⑷ 堵塞值（压差值）大于设定值进行反冲洗
在就地操作台切换到自动状态且中控室的电脑设置为自动反冲洗状态时，当PLC检测到压差值（堵塞值）达到设定值（可设定，如1000mm）时（表明其滤料堵塞程度很高，需要反冲洗），在其他滤格无反冲洗的情况下，PLC控制进行反冲洗，整个反冲过程完全由PLC来完成。
在中控人工反冲洗和自动反冲洗完成后自动进入过滤过程。反冲分为三个阶：
⑴ 气冲洗阶段(1-5分钟可调)
⑵ 气水混合反冲洗阶段(4-6分钟可调)
⑶ 水漂洗阶段(4-6分钟可调)
反冲洗过程为了节约冲洗水用量，采用过滤降低水位，再进入正常的反冲洗过程。而不是排水降低水位。具体反冲洗步骤如下：
⑴ 关闭进水阀
⑵ 滤后水调节阀开到一定开度，过滤降低水位到设定的反冲洗水位（滤料上500mm）
⑶ 关闭滤后水调节阀、开排水阀
⑷ 启动一号鼓风机、开反冲洗气阀
⑸ 启动二号鼓风机(气洗时间1～3分钟)
⑹ 停一号鼓风机
⑺ 启动一号水泵、开反冲洗阀（气水洗时间4～6分钟）
⑻ 停二号鼓风机、关反冲洗气阀
⑼ 开排气阀到设定时间后关阀
⑽ 启动二号水泵（水漂洗时间4～6分钟）
⑾ 停一号水泵
⑿ 停二号水泵、关反冲洗水阀
⒀ 转到过滤状态
5.5 滤格反冲洗判断功能设计
滤池PLC在控制滤格运行过程中，不断判断滤格是否需要反冲洗。
5.5.1 过滤周期
业主根据水厂的工艺上提出的要求，确定滤格的最大过滤时间。在滤格开时过滤运行时，PLC开始计时，当过滤时间大于设定的最大过滤周期时，立即发反冲洗请求，PLC根据每个滤格请求反冲洗的先后次序安排反冲洗（由队列安排）。一个滤格发出反冲洗请求后，如果有其他滤格在反冲洗，则该滤格继续过滤等待反冲洗。滤格反冲洗完成后，立即将过滤时钟复位（置零）。
5.5.2 滤格堵塞值
利用滤板上下的压力差作为滤料堵塞的程度，当堵塞值(即压差值达到1000mm)达到设定值时，立即向控制反冲的PLC发出反冲洗请求，PLC根据每个滤格请求反冲洗的先后次序安排反冲洗（由队列安排）。一个滤格发出反冲洗请求后，如果有其他滤格在反冲洗，则该滤格继续过滤等待反冲洗。滤格反冲洗完成后，立即将过滤时钟复位（置零）。
5.5.3 强制反冲洗
由操作员通过鼠标或键盘对某一滤格向PLC发出强制反冲洗命令，滤池PLC接受命令后自动对其滤格进行反冲洗。滤格反冲洗完成后，立即将过滤时钟复位（置零）。
5.6 反冲洗水泵一步化启停设计
5.6.1 开泵过程：闭阀启动。
⑴ 开泵指令
⑵ 检查出水阀门是否关到位，没有关到位，则关到位。
⑶ 启动水泵电机
⑷ 水泵电机运行信号到，检测水泵出口压力，达到设定值时开阀门。
⑸ 阀开到位
5.6.2 停泵过程：关阀停泵
⑴ 停泵指令
⑵ 关出水阀
⑶ 阀关到位
⑷ 停泵电机
5.7 反冲洗鼓风机一步化启停设计
5.7.1 开鼓风机过程：开阀启动
⑴ 开风机指令
⑵ 开旁通阀
⑶ 启动鼓风机
⑷ 开出气阀
⑸ 关旁通阀
5.7.2 停鼓风机过程：停机关阀
⑴ 停风机指令
⑵ 开旁通阀（卸荷阀）
⑶ 关出气阀
⑷ 停鼓风机
⑸ 关旁通阀（卸荷阀）
5.8 每格滤池阀门故障检测和保护设计
⑴ 冲洗程序发出该滤格滤后水调节阀关阀指令后，在设定时间内，关阀不到位，PLC作关阀故障，立即切断该阀电源，并报警。中断冲洗，请求人工处理。
⑵ 冲洗程序发出该滤格进水闸阀开/关阀指令后，在设定时间内，开/关阀不到位，PLC作开/关阀故障，立即切断该阀电源，并报警。中断冲洗，请求人工处理。
⑶ 冲洗程序发出该滤格排水阀开阀指令后，在设定时间内，开阀不到位，PLC作开阀故障，立即切断该阀电源，并报警。中断冲洗，请求人工处理。
⑷ 冲洗程序发出该滤格反冲洗气阀开阀指令后，在设定时间内，开阀不到位，PLC作开阀故障，立即切断该阀电源，并报警。中断冲洗，把反冲洗鼓风机等相关设备作停机保护，请求人工处理。
⑸ 冲洗程序发出该滤格反冲洗水阀开阀指令后，在设定时间内，开阀不到位，PLC作开阀故障，立即切断该阀电源，并报警。中断冲洗，把反冲洗水泵等相关设备作停机保护，请求人工处理。
⑹ 冲洗程序发出该滤格反冲洗气阀关阀指令后，在设定时间内，关阀不到位，PLC作开阀故障，立即切断该阀电源，并报警。反冲洗继续进行。
⑺ 冲洗程序发出该滤格反冲洗水阀关阀指令后，在设定时间内，关阀不到位，PLC作开阀故障，立即切断该阀电源，并报警。中断冲洗，把反冲洗水泵等相关设备作停机保护，请求人工处理
5.9 反冲洗水泵故障检测和保护设计
⑴ 过电流预报警
反冲洗水泵电机电流大于额定电流时，计算机声光报警。
⑵ 过电流故障
反冲洗水泵电机电流大于额定电流时，立即关闭出水阀门和停水泵，计算机声光报警。
⑶ 空车故障
反冲洗水泵电机电流小于额定电流时或出水压力低于正常值时，为空车故障，立即停机保护，计算机声光报警。
⑷ 电器故障
反冲洗水泵电机正常启动运行后，运行信号持续丢失5秒为“电器”故障，PLC立即停机保护，计算机声光报警。
5.10反冲洗水泵出口阀门故障检测和保护设计
⑴ 开阀故障
发出开阀指令后，在设定时间内，开阀不到位，PLC作开阀故障，立即切断该阀电源，对反冲洗水泵作停泵保护，并报警。
⑵ 关阀故障
发出关阀指令后，在设定时间内，关阀不到位，PLC作关阀故障，立即切断该阀电源，并报警。
5.11反冲洗鼓风机故障检测和保护设计
⑴ 过电流预报警
鼓风机电机电流大于额定电流时，计算机声光报警。
⑵ 过电流故障
鼓风机电机电流大于额定电流时，立即关闭出水阀门和停水泵，计算机声光报警。
⑶ 空车故障
鼓风机电机电流小于额定电流时或出水压力低于正常值时，为空车故障，立即停机保护，计算机声光报警。
⑷ 电器故障
鼓风机电机正常启动运行后，运行信号持续丢失5秒为“电器”故障，PLC立即停机保护，计算机声光报警。
5.12反冲洗鼓风机出口阀门故障检测和保护设计
⑴ 开阀故障
发出开阀指令后，在设定时间内，开阀不到位，PLC作开阀故障，立即切断该阀电源，对反冲洗水泵作停泵保护，并报警。
⑵ 关阀故障
发出关阀指令后，在设定时间内，关阀不到位，PLC作关阀故障，立即切断该阀电源，并报警。
6. 送水泵站控制设计
6.1控制对象
⑴ 送水泵
⑵ 送水泵出口阀
⑶ 泵房排污泵
⑷ 进线柜
⑸ 分段柜
⑹ 变压器柜
⑺ 取水泵出线柜
⑻ 内反馈调速装置
6.2 监测对象
⑴ 送水泵出口阀运行状态
●遥控
●手动
●开到位
●关到位
●故障
⑵ 送水泵（定速泵）运行状态
●遥控
●手动
●运行
●停止
●本次运行时间
●累计运行时间
●故障
●上次停机时间
●本次启动时间
⑶ 送水泵（变速泵）运行状态
●遥控
●手动
●运行
●停止
●本次运行时间
●累计运行时间
●故障
●上次停机时间
●本次启动时间
●频率
⑶ pH值
●原水pH值
●出厂水pH值
⑷ 流量
●出厂水瞬时流量
●当日供水量
●累计供水量
⑸ 浊度
●原水浊度
●沉淀后浊度
●滤后水浊度
●出厂水浊度
⑹ 余氯
●滤后水余氯
●出厂水余氯
⑺ 排污泵运行状态
●遥控
●手动
●运行
●停止
●故障
⑻ 变压器柜状态
●合闸
●分闸
●故障
⑼ 进线柜状态
●合闸
●分闸
●故障
⑽ 电气参数
●相电流：I1、I2、I3
●有效剩余电流:Io
●电压：U21、U32、U13、V1、V2、V3)
●剩余电压：Vo
●有功功率：P
●无功功率：Q
●功率因素
●频率
●有功电量：-Wh
●无功电量：-VARh
⑾ 清水池水位
⑿ 送水泵出口压力
⒀ 吸水井水位
⒁ 变频器控制柜状态：
●手动
●自动
●运行
●停止
●故障
●本次运行时间
●累计运行时间
●上次停机时间
●本次启动时间
6.3 定速水泵控制
6.3.1 自动控制方式
根据设定的出厂水压力，PLC实现自动开/停固定泵、泵阀联动；对调速泵按设定的压力进行调速运行；对运行工况和数据进行检测；对被控设备进行故障保护。
6.3.2 中控人工控制方式
PLC接收中控室计算机通过键盘或鼠标下达的指令，停送水泵机组和出水阀，对被控设备进行故障保护。
6.3.3 就地手动控制方式
在手动方式下，通过现场就地开关柜上的按钮对水泵机组进行开/停控制。PLC只对其进行检测，不进行故障保护。
6.4 调速控制
6.4.1 自动控制
根据设定的出厂水压力，PLC对调速泵按设定的压力进行调速运行；对运行工况和数据进行检测；对被控设备进行故障保护。
调速方式主要是采用分时段进行恒压闭环控制，在水厂的应用能起到节能、稳定供水、减少爆管次数的事实已经得到广泛的认可。
系统设定多种供水模式可供选择, 固定泵和调速泵配合使用。
为了适应城市供水的压力/流量波动特性, 如通常白天的3个用水高峰期流量波动, 以及其他一些特殊应用, 系统设计了6段的定时压力给定控制, 以满足使用。一天的流量波动和多段压力控制曲线如下(具体时段的压力设定与业主共同商定):
该方案包括用户常规日和用户指定日多时段压力给定控制。其中用户常规日是指除用户指定日以外的日期时间段。用户指定日控制包括周六或周日的指定, 以及年/周循环方式下的3个日期段的指定选择。
在夜间供水量急剧减少的情况下(对供水规模较小,且以生活用水为主的水厂适合) 。可采用休眠泵控制方式。休眠期间, 休眠小泵工作, 控制系统只监测管网压力, 当管网压力低于设定值时, 系统自动唤醒, 调速泵投入工作, 而管网压力高于设定值时, 系统再次进入休眠状态, 即只有休眠小泵运行。这样, 便实现了休眠泵的控制, 最大限度地实现节能。
6.4.2中控室人工控制
PLC接收中控室计算机通过键盘或鼠标下达的指令，开/停送水泵机组和出水阀，对变频器的频率进行调节，对被控设备进行故障保护。
6.4.3 就地手动控制方式
在手动方式下，通过现场就地开关柜上的按钮变频器进行手动调节控制。PLC只对其进行检测，不进行故障保护。
6.5 送水泵保护措施
⑴ 过电流预报警：
送水泵电机电流大于预报警电流设定值时，计算机声光报警。
⑵ 过电流故障：
送水泵电机电流大于额定电流时，立即关闭出水阀门和停水泵，计算机声光报警。
⑶ 空车故障：
送水泵电机电流小于额定电流时或出水压力低于正常值时，为空车故障，立即停机保护，计算机声光报警。
⑷ 电气故障：
送水泵电机正常启动运行后，运行信号持续丢失5秒为“电器”故障，PLC立即停机保护，计算机声光报警。
6.6 送水泵出口阀门故障检测和保护
⑴ 开阀故障
发出开阀指令后，在设定时间内，开阀不到位，PLC作开阀故障，立即切断该阀电源，对送水泵作停泵保护，并报警。
⑵ 关阀故障
发出关阀指令后，在设定时间内，关阀不到位，PLC作关阀故障，立即切断该阀电源，并报警。
6.7 变配电系统故障监测和保护
PLC自动检测到的电流、电压信号，PLC自动判断“过压故障”、“欠压故障”、“过流故障”、“欠流故障”以及PLC检测到的其他变配电系统的故障，PLC将依据各种故障不同情况对变配电设备的屏柜进行相应的保护，并进行声光报警。
6.8 其他被控设备的故障监测和保护
PLC对其他被控设备，如排渍泵、真空泵等设备的故障信号，立即作出相应的保护，并声光报警。
7．自控系统功能设计
自控系统是硬件和软件功能的有机结合。一个优良的自控系统，应该是硬件配置合理，软件功能完善、强大、人机界面友善充分，整个自控系统稳定可靠。业主可以放心大胆地使用。即使键盘操作有失误，计算机也会加以屏蔽，并立即用声音提醒您，同时在CRT上指示您操作。
7.1 自控系统的功能
水厂自控系统将实现以下几大功能：
⑴ 数据采集功能
●模拟量采集
系统对水厂各种仪表以及各种模拟量信号进行采集和整定。
●开关量采集
系统对水厂各种设备运行、停止、开到位、关到位、故障等开关量进行采集。
●脉冲量采集
系统对水厂各种脉冲量(流量、电度等)进行采集。
⑵ 自动检测功能
自动检测功能是利用计算机和PLC 的高速特性，自动、连续地检测并记录和显示出水处理过程中各工艺环节的水质参数（浊度、余氯、PH值等）、过程参数（压力、压差、水位、液位、流量、重量）、电气参数（电流、电压、有功功率、电量）等生产数据，以及设备的运行工况（自动、手动、运行、停止、故障、本次运行时间、累计运行时间、阀门开、阀门关、阀门开度等）。
⑶ 自动保护功能
计算机和PLC自动连续地检测生产数据、设备运行状况，并进行综合分析，综合判断用户生产过程中有可能发生的事故，自动报警和自动采取措施防止事故的发生和扩大，保护人身和设备的安全等。
⑷ 自动控制功能
计算机和PLC能根据工艺条件和控制要求，按规定时间周期设定的逻辑顺序等自动地启动或停止某些设备，或进行交替运行等等。对加氯、加药、过滤、反冲洗、排泥、水泵的启/停进行自动控制。
⑸ 自动调节功能
根据清水池水位PLC自动调节取水泵的开停，根据原水参数、SCD值和沉淀池出水浊度等对加药泵的频率和冲程进行自动调节控制，根据滤格的水位自动调节滤后水阀门的开度，根据原水流和设定参数自动调节加氯机的调节阀开度控制前加氯量，根据滤后水流量和余氯反馈自动调节加氯的调节阀控制后加氯量等等。
⑹ 系统组态和参数设定功能
授权工程师可对系统进行组态和参数设置。
⑺ 管理功能
根据全厂生产工艺过程仪表采集到的数据，生产设备运行中状态信号和电气数据以及化验数据和其他信息等，协调和管理全厂生产过程的生产调度，打印生产报表、绘制趋势曲线图，预留有与水厂MIS的接口，可以做管理方面的工作，必要时还可做一些其他办公自动化应用工作。
自动控制系统的一切是服务于工艺，服务于生产，又能指导工艺，指挥生产，保障出厂水水质和压力达标，同时降低药耗、氯耗、电耗等成本指标，减轻劳动强度，提高生产效率，改善工作环境。
7.2 上位计算机的主要功能
上位计算机的主要功能有三大类：
⑴ 管理功能
生成水厂的生产工艺流程实时动态图，给水厂生产值班人员提供清晰、友善的人机界面。生动形象地反映生产工艺流程的实时数据、完成报警、历史数据、历史趋势曲线的存储、显示和查询。生成各类生产运行管理的班报、日报、月报和年报表。
⑵ 控制功能
在基于图形界面和中文提示方式下，水厂的生产值班人员在中控室通过计算机的键盘或鼠标开启或停止设备、设定控制调节参数。
⑶ 通讯功能
自控系统与其他系统的通讯都是通过中控室计算机来完成的。如与现场的各PLC站之间的通讯，与模拟显示屏或大屏幕投影机之间的通讯，与水厂管理信息系统（MIS）之间的通讯，与公司供水调度系统之间的通讯等等。
7.3 工艺控制显示功能设计
工艺控制显示功能主要是人机界面功能和界面功能。人机界面是指在水厂中心控制室（CCR）的计算机或就地触摸屏上动态显示全厂各工艺流程、各工艺设备的实时运行工况，加药、加氯过程控制的运行趋势，各环节的水质参数（浊度、PH值、余氯）、过程参数（水位、液位、压力、压差、流量、重量）、电气参数等生产数据的指示。使生产管理人员一目了然当前全厂的生产运行情况。能从总图到详图多层次监视。界面功能是指给生产和管理人员有清晰、准确的操作指示和对错误操作的屏蔽功能。
⑴ 整体显示
能显示整个水厂的生产系统的概貌、全厂工艺流程参数、自控系统的运行情况。
⑵ 分屏显示
能分屏显示各子系统的运行情况、详细显示各分控站所监控设备的运行状态和相关参数。
⑶ 趋势显示
能实时显示所有工艺参数和电气参数的变化趋势。
⑷ 图形曲线显示
能单独或四个参数显示参数的曲线图。
⑸ 工艺流程显示
能根据水处理的工艺流程进行显示，显示监控设备的运行状态和检测点的参数。
⑹ 运行参数显示
能显示主要设备的启/停时间、本次运行时间、累计运行时间等。
⑺ 工况显示
●就地手动：显示“M”
●自 动：显示“A”
●运 行：显示绿色
●停 止：显示红色
●故 障：闪烁
●阀开到位：显示绿色
●阀关到位：显示红色
●阀中间位：显示黄色
●阀 故 障：闪烁
●滤池过滤：显示绿色
●滤池停止：显示红色
●滤池故障：闪烁
●反 冲 洗：显示黄色
●具体故障：以文字显示
7.4 事件驱动和报警功能设计
当某一参数超过设定值或设备出现故障时，在管理计算机上能及时发出声光报警，在报警时显示终端发出声音和闪光提醒值班人员，同时显示相应的提示和画面，并记录在报警数据库中，及时打印。在模拟屏上以闪动报警。此外还有报警复位功能。系统在显示总图和分系统图以及单体设备工艺图时，均在画面的下表栏处显示故障登记表，使值班人员随时随地都能了解全厂的故障实况。
7.5 操作窗口功能设计
在管理计算机上能对工艺设备进行远程人工控制。值班人员用鼠标选中所要操作的设备，则弹出一个操作窗口，选中人工，通过键盘或鼠标能对设备进行开停控制或调节控制。这为值班人员处理一些突发事件提供了极大的便利。在需要时可切换到远程人工控制。能确保系统的连续可靠地运行。
7.6 水厂生产指标表功能设计
在管理计算机上无论在哪个画面均可用鼠标选中生产指标表图标，弹出生产指标表，用表格的形式显示水厂的主要生产指标。使值班人员随时了解全厂的生产运行情况。
7.7 工艺参数设定功能设计
工艺参数设定有两大类：
⑴ 参数设定
在管理计算机上均可对加药系统的SCD控制值进行设定，滤池过滤水位和反冲水位设定，排泥机排泥周期设定，排泥阀排泥周期和排泥时间设定，滤池反冲洗周期设定，出厂水压力设定，出厂水余氯设定等。
⑵ 报警限设定
在管理计算机上均可取水水位上下限报警水位设定，清水池上下报警水位设定，药池液位上下限设定等。
对于设定值都必须经过确认，对于错误的设定和超范围的设定计算机要进行屏蔽并送出“错误”信息，要求立即改正。
7.8 运行记录功能设计
计算主要设备的本次运行时间和累计运行时间，计算当日取水量和累计取水量，计算当日供水量和累计供水量，记录主要设备的上次停止时间和本次启动时间。记录排泥机的排泥时间和排泥阀的排泥时间等。
7.9 数据库管理功能设计
具有较强的数据库管理功能。整个系统将采集或计算得到的数据记录在服务器的SQL Server数据库中，能与水厂的MIS实现无缝连接。
⑴ 建立生产日志数据库
记录每小时的原始的生产数据，供统计、分析用。
⑵ 建立生产运行数据库
记录设备的运行数据,以便管理人员能及时掌握设备的本次运行情况和累计运行情况。
⑶ 建立故障数据库
记录系统的故障和PLC的故障。
⑷ 建立报警数据库
记录历史报警数据库。
7.10数据处理功能设计
具有较强的数据处理功能，能利用在线数据和数据库中的数据计算主要生产指标。(如最大值、最小值、平均值、配水电耗、综合电耗、药耗、氯耗、成本等)。
⑴ 实时数据显示
⑵ 实时数据自动更新
⑶ 实时数据的自动保存和自动删除
⑷ 实时数据转换成历史数据，作长期保存。
⑸ 小时数据保存
⑹ 日数据保存
⑺ 记录并计算主要设备的启/停时间、本次运行时间和累计运行时间。
7.11报表功能设计
⑴ 打印/显示水厂日台帐
⑵ 打印/显示水厂生产日运行报表
⑶ 打印/显示水厂生产综合日报表
⑷ 打印/显示水厂生产月台帐
⑸ 打印/显示水厂生产月运行报表
⑹ 打印/显示水厂生产综合月报表
⑺ 打印/显示水厂生产季台帐
⑻ 打印/显示水厂生产综合季报表
⑼ 打印/显示水厂生产年台帐
⑽ 打印/显示水厂生产运行年报表
⑾ 打印/显示水厂生产综合年报表
⑿ 打印/显示报警历史记录
7.12曲线功能设计
⑴ 打印/显示取水吸水井水位日变化曲线图
⑵ 打印/显示原水温度日变化曲线图
⑶ 打印/显示原水浊度日变化曲线图
⑷ 打印/显示原水流量日变化曲线图
⑸ 打印/显示原水PH日变化曲线图
⑹ 打印/显示加药量日变化曲线图
⑺ 打印/显示加氯日变化曲线图
⑻ 打印/显示沉淀池出水浊度日变化曲线图
⑼ 打印/显示清水池余氯日变化曲线图
⑽ 打印/显示清水池水位日变化曲线图
⑾ 打印/显示出厂水流量日变化曲线图
⑿ 打印/显示出厂水压力日变化曲线图
⒀ 打印/显示出厂水余氯日变化曲线图
⒀ 打印/显示出厂水浊度日变化曲线图
⒁ 打印/显示溶解氧日变化曲线图
⒂ 打印/显示氨氮日变化曲线图
7.13自控系统自诊断功能
系统具有自诊断功能,能对自动控制系统中的设备进行自我诊断。
7.14电源保护
水厂控制室和PLC柜配置UPS电源，对其室内设备进行电源保护，防止电源波动损坏设备、突然失电损坏系统或数据丢失。
7.15防雷措施
在水厂控制室和PLC柜或箱的总电源上安装防雷器，对主要设备的电源部分安装防雷器。对仪表电源和信号安装防雷器，对自控网络线进行屏蔽并安装防雷器，保护设备的安全。
7.16系统后备
水厂控制室两台电脑可互为备用。服务器采用双硬盘作磁盘镜像，提高其可靠性。
7.17数据后备
能调用数据后备功能进行光盘数据备份。
7.18系统恢复
当断电或意外事故恢复正常后，由系统的断点记录本系统现场，系统能从断点开始恢复。程序系统由光盘恢复。
7.19出错处理
系统在运行过程中出现非致命性错误，由终端显示报警信息。但不中止系统的运行。系统在运行过程中出现致命性错误，由终端显示错误信息，并记录此信息,自动退回到初始状态。
7.20远程监视功能
系统提供Internet/Intranet接口，可通过Internet上公司网络，监视水厂的生产运行情况。