1.概述

该自来水厂建于1997年，占地面积397亩，水源取自韩江支流梅溪河，总设计规模为80万立方米/日，现一期一阶段于1999年10月建成投产，日产量20万立方米。混凝工艺采用聚合氯化铝作为混凝剂，由计量泵送至原水管道，经管式静态混合器和原水混合。原投药控制采用北京精密单因子科技有限公司的成套加药系统，由取水流量比例控制计量泵频率，单因子流动电流控制仪（SCD）控制计量泵冲程，实现单因子混凝投药自动控制。

加药是净水系统中最重要的、也是最难管理的环节，是制水成本的主要组成部分及影响水质的主要因素，加药量投加是否准确直接影响到水处理的全过程。由于原单因子系统使用年限久，设备老化，配件停产，导致维修困难。主要存在一下问题：

（1）系统响应滞后, 准确度差，系统控制时常失灵，比如SCD检测值要求控制器调整计量泵以增大流量，但控制器无输出相应的信号。在系统已经无法实现自动投药控制之后，特别是河水浊度变化较大的季节，经常采用人工操作，而工人是凭借自己的经验来调节药量的。

（2）由于电极和活塞部件、变速器老化，输出的4～20mA的信号不稳定，因此SCD检测值很不稳定、波动变化大，使得药液流量波动幅度大，无法做到混凝剂投加量随原水变化进行准确调节，严重影响待滤水的控制，难以反映真正的投加情况，影响水质。

（3）由于SCD控制仪的输出不稳定导致计量泵的冲程调节器调节过于频繁，导致冲程控制器容易出现故障，冲程频繁调节影响计量泵的使用寿命。

（4）单因子控制的变频器由于使用时间长，零部件老化失灵，经常出现故障，导致出现加药中断现象。

如今国家对饮用水水质要求越来越高，而江河原水水质越来越差，更加需要加药自控系统的安全、可靠和技术领先。经与本厂领导讨论研究，我们组建技术团队，负责系统升级改造工作。本次改造将是打造一个全新的控制系统，技改的过程也使我们技术上得到提升。

本次改造任务要点：

（1）根据SC-9000型单因子混凝控制仪的安装要求，重新设计控制电路，能实现对计量泵进行手动/自动控制。

调试时需注意事项二：必须选择在I/O 板上的2 个开关DIP1(1，2)进行相应输入量的设置，同时利用参数P0756 可将设定选择为电压输入为10V 的模拟量输入或电流输入为20mA 的模拟量输入。由于SCD输出的是(0～20mA)信号，所以选择 P0756=（2），单极电流输入 (0～20mA)。

（2）完成新控制柜操作面板和控制电路的制作、安装、线路连接和调试等。

相较于普通高校，公安院校的专业具有很强的专有性、涉密性，其学生流失于社会是一种专业人才的浪费。正是基于提高公安院校公安专业毕业学生的入警率，国家才专门有针对性地指定了招录实施方案，有力地保障和解决了公安院校公安专业学生毕业入警的渠道与途径问题。但是，伴随着这一招录方案的出台，公安院校公安专业学生的入警渠道和入警率都大幅提升，公安院校公安专业学生不再过于担心就业问题。而伴随着就业问题的有效解决，学生的懈怠心理则有所增多，安于现状、不求上进等现象也有所上升，从而直接影响学生学习的积极性和主动性，缺乏学习主动性。

（4）由于本次改造是在不停产、不减产的状态下进行的，因此新、老系统线路的驳接必须保证安全，做到不影响生产。

2.SCD的控制原理简介

传统的混凝加药在没有采用自动投机时，加药必须通过人工调整来控制，需要检测影响混凝效果的各项参数：原水流量、浊度、pH、温度，混凝剂的流量、浓度等，然后工人根据以上参数和经验做出相应调整，这样存在可靠性较低、操作难，加药精度差、不利于水质控制、工人劳动强度大等缺点。流动电流检测技术的出现，使自来水自动控制混凝投加得到广泛的应用。

流动电流检测仪（SCD）是流动电荷的在线分析装置，用于检测水样中胶体离子的荷电特性，为混凝过程提供检测、记录、控制功能，是直接测量混凝投加效果的最佳在线仪表。水中的带电离子或颗粒在SCD取样室内的两个电极之间流动产生电流，如图1 。电极埋置于塑料壳体中，当被测水样以一定的速度流过传感器时,据胶体与表面化学理论，在固、液相界面(即在活塞～水样～套筒界面) 上, 由于固体表面物质的离解或对溶液中离子的吸附, 形成固液相界面的双电层,电机驱动活塞在壳体中做往复运动产生剪切作用，带动双电层的扩散层一起运动, 从而产生电流，由电极检出，该值是唯一反映混凝效果的独立因素，也称单因子，它的大小决定混凝后仍留在水中的正（负）离子的净余量。来自探头电极的流动电流信号，由主电路板处理后，输出一个4～20mA信号，此信号与水样的带电状态成比例，故可用以检测或控制混凝过程。

“别插嘴，让我把话说完。徐艺，听我一句临别赠言，永远不要沾上赌博，否则，你早晚和我一样，从人生的最高处瞬间跌到地上，永远起不来。是的，永远。不过，我要谢谢你，小兄弟，是你让我明白我就是个彻底的失败者。刚才……我似乎有些留恋这个世界，但你给了我最后的勇气，你可以走了。”

图1 SCD传感器结构示意图

自来水加药(药，也称混凝剂, 一般为铁盐或铝盐)工艺是水净化处理中的一个重要环节，其投加量是根据原水流量和连续流而定的。采用SCD自动投药系统的话，由于SCD具有完整的流动信号检测处理和过程控制器双重功能，可控制任何可接收4～20mA过程信号的混凝剂投加泵或控制阀，因此系统中无需其他控制仪表。图2是自来水混凝加药工艺流程：

图2 自来水混凝加药工艺流程图

原水加药混合后, 取部分水样流经传感器, 传感器产生的流动电流值能反映加药量的大小, 而且在一定生产工艺条件下, 流动电流值（SCD）与沉淀池出水浊度有某种对应关系，即既影响混凝效果的几种主要因素在一定程度上反应在流动电流这一项混凝本质参数上，所以只需测定和控制这一因子，就可实现混凝剂投加量准确控制。因此, 将要求的沉淀池出水浊度对应的流动电流值作为系统的目标值, 由电脑控制器将传感器检出的流动电流值与该目标值相比较, 并按一定控制规律, 控制加药装置(变频调速器、投药泵) 调节混凝剂投量, 将系统的流动电流值控制在某一允许的范围内, 即实现了混凝投药自动控制,确保混凝、反应、沉淀工艺达到最佳效果，精度高、操作维护简单。

3.控制方案实施

3.1 主要设备选型

经过前期大量的准备工作，考虑到新、老系统的适用性、稳定性和技术过渡性，改造方案确定主要产品采用与原系统同一厂家的产品：

①SCD单因子控制器。采用北京精密单因子水工程技术有限公司制造的第三代SC-9000型单因子混凝投药全自动适应控制仪，淘汰原有的SC-4000型单因子投药自控系统。

生物是一门实验性学科，在素质教育背景下，学生除了需要学习和掌握书本上的知识外还需要经常做实验，以增加学生的动手能力，让学生在实验和实践的过程中发现和掌握更多的知识。而在目前的初中生物实验教学过程中，由于各种因素的影响，实验教学效率低下，不能激发学生的学习积极性和兴趣，无法达到预期的教学效果。因此，教师就应该完善和创新生物实验教学方法，提高实验教学的有效性。

4.3.2 适期栽秧。临沭地瓜根据栽插期分为春薯和夏薯。春薯适期为5月上旬，种植密度52 500～67 500株/hm2。夏薯要在6月底前栽完，种植密度60 000～75 000株/hm2。栽插时选用薯苗长度、粗细一致的顶段壮苗，避免大苗与小苗、壮苗与弱苗混栽，确保苗匀，一插全苗。

SC-9000型单因子自动控制仪采用闭环控制，浊度控制范围达到2～25NTU,具有在线化功能、自动诊断、自动增益补偿、误操作及传感器故障自动检测等智能化功能，以及过投药、欠投药报警、浊度报警等功能。系统集成度远远优于SC-4000，操作、维护简单。

SC-9000型单因子自动控制仪主要参数如下：

电源：220VAC，50Hz，38W 。

检测输出：隔离输出：4～20mA；控制输出：隔离输出：4～20mA。

3.3.4 实验室嗜酸性粒细胞检查 急性期周围血中嗜酸性粒细胞常达15%以上，因而引起白细胞总数的增高；而非急性期也可呈现轻度至中度嗜酸性粒细胞增多，白细胞总数大多正常，但是随着病程后期贫血日趋显著，嗜酸性粒细胞的百分率有逐渐减少的趋势[15]。本研究结果表明嗜酸性粒细胞数或嗜酸性粒细胞百分比升高共53例，对于不能从粪便中检出虫卵，结合流行病学史、血中嗜酸性粒细胞数或嗜酸性粒细胞百分比升高和临床症状者，是否可以诊断性驱虫治疗，由于本研究病例数局限，还需进一步大量临床研究。

浊度控制范围：滤后水2～25NTU。

苏州园区的用地在规划时意图明确，在宏观上形成了具有主题的区域，如独墅湖高教区和金鸡湖商业区等，这种做法一方面将资源集中，另一方面也造成了城市层面的资源分配不合理的局面。基于TND的理论，可以通过在各个区域内的5min步行圈中设置具有一定容积率且功能丰富的“活力点”，最大程度地吸引人到各“活力点”中活动，并在“活力点”之间产生流动，以提高城市活力。

报警输出：250V 2A阻性。

PID参数：比例P、积分I和微分D参数是决定系统调节品质的重要参数，通过操作面板选择定值控制或者程序控制。在设置PID参数前必须先对控制器端口设置，以确定传感器类型和量程范围。每组PID号都对应一组输出限幅参数，我们的办法是利用控制器的自整定功能（AT），自动找到系统最佳的PID参数，在AT自整定启动后，当PV测量值达到SV设定值后，产生对系统的二次扰动。系统根据超调振荡的大小和恢复的周期，自动算出系统的PID参数，如图4（左）。

控制仪电源：220VAC

① 试验法：改变投药量，测定相应的滤前水浊度与检测值之间的关系，与要求的滤前水浊度相对应的检测值即为应采用的设定值。也可用烧杯试验方法进行上述试验。

Linke Guo等人为在线社交网络提出了一种基于信任度的隐私保护的好友推荐的方法，用户根据自己的隐私偏好找到匹配的好友并与之建立社交关系[11]。文章通过为用户选择信任度高的好友进行社交来避免用户隐私泄露，但是不能灵活的控制用户发布消息的暴露程度。

6、7号端子：流动电流检测值隔离输出：4～20mA。

8、9号端子：投药量流量比例控制值输出：4～20mA。

10、11号端子：传感器报警继电器接点输出：250V 2A阻性。

14、15号端子：投药量流动电流控制值输出：4～20mA。

16、17号端子：沉淀池（滤后水）浊度测量值输入：4～20mA。

18、19号端子：原水流量测量值输入：4～20mA。

② 变频器的选型。采用西门子MICROMASTER 6440（3.7A 0.75 kW）， 更 换 原 来 变 频 器MICROMASTER 3212(2.10A 0.75kW)。ICROMASTER 6440变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率输出器件和脉冲频率可选的专用脉宽调制技术，具有很高的运行可靠性和功能的多样性以及较高的过载能力。可使电动机低噪声运行。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。西门子MICROMASTER 6440 变频器具有缺省的工厂设置，参数设置快捷方便。比老型号变频器有更好的运行安全和可靠性。

③新增控制柜一个，线路设计及电气设备安装均由自己完成，保证整个改造过程不影响生产线正常供水。

表1 SCD升级改造材料表

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④计量泵为美国进口的米顿罗隔膜计量泵(1534L/h,0.35Mpa)，电机功率：0.56kW，额定电压230/400V,额定电流：2.9/1.7A。

详见表1材料清单。

3.2 SCD控制线路设计和安装

控制线路的设计是本次改造的难点和重点。SCD控制器和变频器应严格按照说明书提供的电气连接端子进行设计、连接。传感器和控制仪之间用一根单芯屏蔽线和一根双芯屏蔽线作为信号传送线，传送距离可达300米，信号线布设在专用金属套管中，以防止电磁干扰和机械损伤。SCD控制仪与滤后水浊度仪和原水流量计之间采用二芯双屏蔽线连接。

根据控制要求形成了具体的控制原理图和各电气图，参见后面附图：图5和图11。其中图5为控制系统原理；图6为SCD控制仪电气图；图7计量泵主电路的一次电气图；图8为二次控制原理图；图9为信号隔离电气图；图10为变频器接线图，图11为面板及柜内布线实物图。

下面根据图8二次控制原理图进行设计说明：

QF1是控制电源开关，QF2、QF3、QF4分别是三台泵的独立控制开关，QF5是SCD控制器电源开关。以1#泵为例：

当合上QF2后，当控制柜面板上的选择开关SA1置手动位置时，按下面板上的SB2启动按钮以启动计量泵，按钮SB1计量泵停止运行。当SA1置于自动位置时，则由远程计算机实现自动控制，通过中间继电器KA1和KA2分别控制开、停泵。泵的开、停状态同时由安装于控制柜面板上的指示灯显示。在启动泵的同时，通过KM1的一个常开触点控制1#变频器启动运行。

4.系统调试和运行

系统调试是在对控制箱上电并进行电气模拟动作调试正常后进行的。控制箱通电进行电气模拟动作，是检验二次电气控制设计和接线是否正确的必须步骤，其中还必须对变频器进行带负载调试。在手动模式下,检测输出是否正常，当模拟动作确认正常无故障后，控制箱才运送至加药控制室安装，进行现场接线，包括相关各信号线和电源输入、输出的连接。

4.1 变频器参数设置和调试

图5 SCD控制系统原理图

图6 SCD控制仪电气图

图7 主电路一次电气图

图8 二次控制原理图

图9 信号隔离器电气图

图10 变频频器电气图

图11 正面板及柜内排布

为了保证不影响正常生产，利用原两台计量泵其中一台接入新系统，留一台在老系统中继续运行，等新系统调试完毕，观察记录运行相关数据正常后，再接入另一台计量泵。当全部线路都接到新系统后，就可以对变频器进行参数设置。对于MICROMASTER，可用可选操作单元访问和设置参数： BOP操作方式和AOP操作方式。

图3 变频器控制面板

BOP(基本操作面板)或AOP(高级操作面板)。我们选用BOP，比较经济实用。通过BOP 允许设置变频器参数。它有一个5 位LCD 显示器，它可显示参数号rxxxx 和Pxxxx、参数值、参数单位(如 [A]、[V]、[Hz]、[s]）、报警 Axxxx 或故障信息Fxxxx 和给定值、实际值等。

西门子MICROMASTER 6440变频器具有快速调试选项，表2是参数快速设置操作步骤：

调试时需注意事项一：在执行快速调试设置P1910()时，必须分别执行P1910=1和P1910=3，分开执行，才能自动对电机参数的辨识。

合上电动机电源，执行ON 命令开始测量运行。对流过电机中的电流大小，能通过r0069(CO：相电流)进行监控。输出报警信息A0541(电机数据辨识程序激活)。在电机数据辨识程序完成后设置：

1.P1910 复位 (P1910=0)

2.A0541 取消

采用电喷雾离子源（ESI），正离子模式检测，毛细管电压3.1 kV，锥孔电压35 V；离子源温度110 ℃，脱溶剂气温度400 ℃；锥孔气流量50 L/h；脱溶剂气为氮气，体积流量800 L/h；扫描范围m/z 50～1 200。

4) 在根系形态方面,外源压力处理对砂土中根尖数的影响与黏土不一致,即外源压力处理对根尖数在砂土中具有显著影响;其中外源压力处理和根长之间没有显著关系,而生育期和土壤类型对根长具有显著影响;生育期、外源压力处理和土壤类型对根平均直径、根表面积和根体积均具有显著影响．根平均直径、根表面积和根体积在T2处理中最高．

新课改的提出，要求教师必须以更为先进的思想看待教学活动，注重对学生专业知识培养的同时，也要以更具大局观的角度培养能够有利于其长远发展的能力。在高中物理教学中对于网络的利用，一方面能够使物理教学活动实现创新，另一方面也有利于学生接触网络技术。因此，如何在当前的环境下，利用网络技术实现高中物理教学创新改革就成了一个值得探讨的问题。

4.2 SCD控制仪参数设置和调试

图4

本SCD混凝控制器采用日本原装产品：SHIMADEN SRA14可编程PID调节器，保证了控制系统的稳定性和使用寿命。

部分电气连接端子要求如下：

（3）SCD控制器参数设置前必须完成前期电气调试工作，包括对变频器参数设置，变频器空载和带载调试，SCD参数设置须由厂家技术人员协助现场指导完成。

新安装设定值的确定方法，有试验法和观察法两种。

1～5号端子：接与远程胶体电荷传感器对应的端子。

② 观察法：按经验选取设定值进行控制操作，观察滤前水浊度。如果滤前水高于要求值，则适当调高设定值，反之就适当调低，直到滤前水浊度满足要求。

控制器有手动控制、自动混凝控制、全自动浊度控制三种工作方式，有较高的适应性和灵活性，操作和切换可以通过控制面板进行。在运行中应观测滤前水浊度的变化，必要时对设定值进行适当调整，只要滤前水浊度被控制在允许的范围内，就无需重新对设定值进行调整。

（2）开题报告是学生毕业设计前期工作重点。学生在获取任务书后，通过文献检索了解选题在相应学科领域中的发展进程和研究方向和最新成果，并阅读教师在任务书中规定的中外文献参考资料。学生在阅读文献和社会调研的基础上写出开题报告。

当向原水中投加混凝剂后，胶体碰撞后并发生混凝，混凝的程度就是SCD控制系统的检测值，检测值与滤前水程正比关系，因而控制目标（设定）值与滤前水浊度就存在一一对应关系。按照滤前水的浊度要求，设定值越高，滤前水浊度越低，但药耗也越高；反之如滤前水浊度高，则药耗低。通过多次反复试验，得出了反映出滤前水与试验值FP对应关系的曲线，如图4（右）所示。

调试时必须调整SCD控制仪相关参数如：滤前水信号、原水流量信号的量程与浊度仪、流量计的信号相对应，调试时通过控制仪面板上的校正电位器，使加药前的初始检测值常规处于40～50左右，以后一般不再需要重新调整增益，只有当水处理工艺参数发生较大的变化时，才需要修改自动控制参数，此项工作必须由专业技术人员来操作。

在调试前必须保证SCD传感器的进水阀门打开，且水样流量调整到1～3L/min并保持稳定。同时需要经过20分钟以上的稳定时间，才能进入调试（工作）状态。投入正常使用后，作为生产管理人员，只需根据水样具体情况设定SV值，同时选择自动混凝控制状态，控制器就能根据设定值，自动调节投药量，起到降低了工人的操作频率的作用。

在调试过程中，发现了这样的问题：原来对计量泵的控制是由原水流量控制频率，SCD检测值控制冲程，由于SCD控制特别灵敏，会导致计量泵冲程控制频繁动作，而频率却一直比较稳定的现象。冲程控制器是通过定位器控制机械齿轮传动，频繁动作会导致定位器和齿轮磨损老化，降低寿命，而且变频器的使用功能也没有得到很好的利用。所以我们决定对系统进行优化，修改原来的控制方式，发挥了新控制系统的性能。理由是：原水流量取决于取水泵，而我们安装的取水泵只有两种型号，根据实开机的台数，对应于流量信号只有三个类型：小、中、大，而且开机后不会出现频繁换机的情况，只要对SCD控制器参数设置好，这样更适合于利用流量信号对冲程进行控制，同时利用SCD检测值的变化灵敏性，控制频率更能发挥变频器的功能，更能发挥新系统的性能和作用。

本新装SCD系统对水样投药变化反应非常灵敏，所以当水质出现常规的突发异常时，系统能快速反应，及时自动调整加药量，所以在应对水质变化上远比原系统快速有效，体现了SCD控制系统的优越性和对该系统升级改造的意义。

5.本次改造成果总结

本次SCD自动投药系统的升级改造，从新系统的设计、设备的选型、控制线路设计和布线到安装、变频器的调试、SCD仪的调试、整体调试，到投入运行，改造工作顺利完成，主要有以下优点和技术创新：

支持向量机(SVM)是一种类似多层感知器网络或径向基函数网络的广泛应用于模式识别和非线性回归的学习算法.SVM的理论基础是统计学习理论的结构风险最小化的近似实现,具体来说是学习机器在测试数据上的误差率以训练误差率和一个依赖于VC维数(Vapnik-Chervonenkis dimension)的项的和为界,对于可分模式情况,SVM对于前一项的值为0,并使后一项最小化.其具有计算简单、理论完善、求解有效、通用性以及鲁棒性等优点.

① 解决了老系统控制时常失灵、SCD检测值严重不稳定、波动变化大，系统响应滞后, 准确度差等问题。

② 新系统通过优化，调整控制参数，加药计量泵的冲程改为由流量控制，频率改为由SCD检测值控制，改变原来的控制方式，大大提高了计量泵运行的稳定性，延长了计量泵的使用寿命。

图12 改造前后新老系统加药流量对比

图13 改造前后新滤前水浊度比较

图14 新老控制柜对比

图15 新老柜效果对比

③ 新系统具有更高的系统集成度，比老系统减少了中间环节，可靠性高，工人操作更加方便。

④ 新系统运行稳定，在保证滤前水要求的前提下节约了投药量，很大程度上降低了工人的劳动强度，新系统对水质反应灵敏，在应对突发水质变化时，能够立即反应调整投药量，保证水质安全。

⑤ 为公司节约了大量的资金，原来旧的SCD控制系统为生产厂家负责安装调试，投资将近一百万，而本次全新升级改造投入不到5万。

中央型和混合型是常见的方式，在诊断分级过程中要求结合分级要求实施。。在本次研究中以超声量化评价指标作为基础，在量化分析的过程中需要进行结节性质的评估，结合甲状腺诊断特异性以及敏感性等评价分析[2]。

⑥ 节约投药量，原来由于老系统不稳定等原因，生产人工经常改为手动加药控制，只凭工人自身的经验去调整加药量，为了保证水质，投药量往往偏大。而新控制系统启用自动投加后，投药量明显下降（参考图12和图13）而水质效果更佳。

本系统自投入运行三个多月以来，系统运行稳定，在提高了对水质的控制效果同时取得了不小的经济效益，得到自来水总公司各级领导的好评。附图14和附图15是新老控制柜的实物图。对于使用SCD 控制投加的自来水厂和在建自来水厂，都具有指导意义和实际的使用参考价值。

参考文献：

[1] 崔福义, 李圭白.《流动电流及其在混凝控制中的应用》。黑龙江省科学技术出版社, 1995年

[2] 杨振海，叶声华“流动电流检测及应用”。天津大学学报1999 年 3 月