循環水水質自動監控系統

在生產過程中，為了保證生產設備的穩定運行和產品質量的持續提高，對循環水系統的水質要求越來越高。生產循環水系統若能實現水質在線監測，將對整個生產工藝起到重要的調控作用。

循環水水質自動監控系統針對生產循環水系統增加水質在線監測設備，實現前端儀表監測、數據采集傳輸、上位機自動控制加藥或水處理設備運行技術的需求，對水質硬度、堿度、TDS、pH值、氯離子、飽和指數等參數進行檢測和分析，實現參數對水質在線監測和控制投加的意義。

（一）水質硬度

水質硬度是指水中可溶解的鈣、鎂、鐵等金屬離子含量。硬度較高的水在加熱時易結垢，降低循環水系統傳熱效率，影響穩定生產。在線監測水質硬度，可實時控制循環水系統中水的硬度，保證生產過程中傳熱效率和節能減排效果。在缺水的西北和華北地區以及具有顯著喀斯特地貌高硬度水質的西南地區，結構問題尤其突出。

（二）水質堿度

堿度是指水中的堿性物質可以和酸中和的能力，單位為毫克/升。衡量水質堿度能夠反映水中的碳酸鹽、氫碳酸鹽、水合氧化物等成分含量。水質堿度是水中堿性物質(如碳酸鹽、碳酸氫鹽等)的含量。在循環水系統中，水質堿度是水的重要指標之，意義如下：

1. 確定水的堿性程度：水質堿度的含量越高，水的堿性程度就越高。

2. 滿足消耗堿性物質的需求：在循環水系統中，堿性物質會被水中的酸性物質消耗掉，如果水質堿度太低，會導致消耗不足，鋼制設備會發生腐蝕。

3. 保障水質穩定：經過水處理后，循環水的堿度應保持在一定范圍內，以保證水的品質不變化，防止對設備造成損害。

因此，循環水系統中的水質堿度不應該過低或過高，通常應控制在100~300mg/L之間，具體要視情況而定。

（三）TDS/ pH值

TDS反映水中可溶解無機鹽離子濃度的高低。TDS較高的水中，離子濃度高，導電性強，析出的沉積物容易結垢，影響系統傳熱效率。在線監測TDS，可以實時調節循環水中的總離子濃度，為企業節能減排提供重要數據支持。

pH值表示溶液的酸堿度，以負對數形式表示。pH值的在線監測可以提供實時的酸堿度數據，對術中酸堿度的調控起到重要作用。當循環水系統的pH值過高，可能導致設備的腐蝕；pH值過低，會導致水的硬度迅速升高，結垢等問題產生。因此，對pH值進行在線監測，有助于優化調節循環水系統的運行參數。

（四）硫酸鹽

硫酸鹽含量對水的結垢性質有一定的影響，過高和過低都不利于系統穩定運行。

1、防止鈣鎂鹽沉積：硫酸鹽含量過高，會加速水中鈣鎂鹽的沉積速度，導致設備產生結垢，影響熱交換效率。

2、防止腐蝕：水中硫酸鹽含量過低，會導致空氣中的氧氣進入水中形成氧化物，同時易被微生物利用，產生腐蝕性酸，破壞水循環系統中的金屬材料。

（五）氯離子

氯離子是指水中氯元素所占比例。高濃度氯離子會導致設備腐蝕、結垢等現象，影響設備的使用壽命和性能。通過在線監測氯離子，實時控制水中氯離子濃度，可有效減輕設備的腐蝕，延長其使用壽命。

（六）飽和指數/污垢厚度

飽和指數是指水中某種鹽類（如碳酸鈣、硫酸鈣等）在當前溫度和pH值下溶解的飽和程度的指標，小于零則處于亞飽和狀態，等于零則處于飽和狀態，大于零則處于過飽和狀態。。飽和指數在線監測，有助于通過控制飽和指數，指導針對性的矯正化學平衡，保證循環水系統的正常運行實現循環水系統的優化調節，達到防止結垢、防止腐蝕的目的。

產生水垢或污垢會，造成熱交換器表面形成一層隔熱層并阻礙熱能流向外部。這些污垢的形成會使熱阻增加，從而影響了設備的熱交換效率和長時間的耐受性。污垢層的形成導致熱阻增加，設備熱交換效率下降

（七）濃縮倍數

循環水系統的濃縮倍數指的是冷卻水中總溶解固體物質的濃度與進入系統水質的濃度的比值。它的含義和作用如下：

1. 濃縮倍數反映循環水系統的結垢或沉積情況：隨著循環次數的增加，水中的總溶解固體物質濃度會不斷增加，此時的濃縮倍數也會逐漸上升。一旦濃縮倍數達到一定程度時，就會出現結垢或沉積現象，從而影響循環水系統的運行效率。

2. 保證水質穩定：濃縮倍數過高或過低都會影響水中的溶解固體物質含量，從而影響水的質量，進而對設備造成損害。適當地控制濃縮倍數可保證水質穩定，避免出現異常情況。

3. 評估水處理設備的效果：濃縮倍數能夠反映水處理設備的效果。能夠通過不斷地監測濃縮倍數，評估水處理設備的效果，并及時采取措施進行調整。

濃縮倍數是循環水系統中需要關注的一項指標，通常應控制在2-6倍左右，不同設備和場景下的具體標準會有所不同。

濃縮倍數一般采用對循環水氯離子和補給水氯離子濃度來計算。

數據采集傳輸及控制柜

數據采集的機柜，碳鋼噴塑，2mm板材。測量柜長500mm，高1800mm（含200mm底座），厚度350mm，為電氣控制柜仿威圖柜型。

控制部分由10吋觸摸屏和PLC及電氣附件組成，方便自動操作和實時監測，設定控制參數、數據采集周期、報警閾值、存儲、查詢及曲線等，以保證數據采集的準確性和系統的穩定性。輸出部分實現控制取樣模塊的所有功能實現。

數據采集傳輸模塊是水質在線監測柜的重要組成部分，可以將多參數的數據采集并整合成標準的MODBUS RTU協議485信號、HART協議或HTTP協議的信號，實現與上位機之間的數據通訊。其中，MODBUS RTU協議作為RS485自控通訊協議，便于各種設備進行接口。HART協議常用于一些現場維護，或者參數調整或者更改設備的時候用的，而HTTP協議則常用于組建網站或者在本地網實現各種軟硬件的整合。

組成：數據采集傳輸模塊包含采集模塊、數據整合模塊和信號傳輸模塊。

1. 采集模塊：采用高精度的傳感器進行數據采集，包括PH值、溶解氧、濁度、余氯、水溫、TDS等多個參數實現自動化監控。

2. 數據整合模塊：將采集到的多參數數據進行整合并轉換成標準的MODBUS RTU協議、HART協議或HTTP協議的485信號。

3. 信號傳輸模塊：通過RS485、HART或者Ethernet等協議進行數據傳輸，與上位機完成數據通訊。

4、云端數據：通過現場無線4G，上傳數據，通過登錄云平臺，可在web端查詢和下載數據、查詢曲線圖表，實現微信小程序的報警推送等功能，

自動加藥系統

循環水自動加藥系統以自動監測水質的信號為依據，按設定邏輯或智能算法控制添加適量的化學藥劑以保持循環水的所需要成份質量。該系統包含主要模塊和功能描述：

1. 控制柜：控制柜是整個系統的控制中心，其中包含了各種控制元件、接口和電路。它用于監控系統的運行狀態，接收傳感器和儀表的數據，并控制各個子系統的操作。

2. 觸摸屏：觸摸屏用于用戶與系統進行交互。操作員可以通過觸摸屏界面來監控和控制系統的各個參數，調整設定值以滿足水質要求。

3. PLC及控制算法：PLC是用于執行系統控制邏輯的計算機控制器。它接收來自傳感器的數據，并根據預設的程序來控制計量加藥泵、變頻器等設備的運行。

4. 電氣元件：包括開關、繼電器、保險絲等電氣元件，用于確保系統的安全運行和電氣連接。

5. 變頻器：變頻器用于調節泵和其他設備的電機轉速，以確保藥劑的精確控制和節能。

6. 計量加藥泵：計量加藥泵用于準確地將化學藥劑注入循環水系統中。它的操作由PLC控制，根據檢測到的水質參數來調整藥劑的投加量。

7. 配液系統：配液系統用于混合和稀釋化學藥劑，確保它們以適當的濃度被加入循環水中。

8. 熒光示蹤劑的檢測 ：這是一個用于監測緩釋阻垢劑濃度的關鍵模塊。熒光示蹤劑被添加到水中，然后使用紫外熒光的傳感器檢測其濃度。通過測量示蹤劑的濃度，系統可以判斷藥劑濃度是否在合適的范圍內，并根據需要進行藥劑投加。

循環水水質自動監控系統整個系統的工作原理是：傳感器不斷監測循環水的水質參數，例如pH值、濁度、溶解氧等。PLC接收這些數據，并與預設的水質標準進行比較。如果水質不在合適的范圍內，PLC將發送信號給計量加藥泵，根據需要投加適量的化學藥劑，同時變頻器控制泵的運行以確保精確的投加。熒光示蹤劑檢測用于驗證水質改善的效果。

這種系統的主要優點是可以實現水質的自動監測和調整，確保水循環系統始終保持理想的水質，同時節省了操作員的時間和勞動力。