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）