循环水水质自动监控系统

在生产过程中，为了保证生产设备的稳定运行和产品质量的持续提高，对循环水系统的水质要求越来越高。生产循环水系统若能实现水质在线监测，将对整个生产工艺起到重要的调控作用。

循环水水质自动监控系统针对生产循环水系统增加水质在线监测设备，实现前端仪表监测、数据采集传输、上位机自动控制加药或水处理设备运行技术的需求，对水质硬度、碱度、TDS、pH值、氯离子、饱和指数等参数进行检测和分析，实现参数对水质在线监测和控制投加的意义。

（一）水质硬度

水质硬度是指水中可溶解的钙、镁、铁等金属离子含量。硬度较高的水在加热时易结垢，降低循环水系统传热效率，影响稳定生产。在线监测水质硬度，可实时控制循环水系统中水的硬度，保证生产过程中传热效率和节能减排效果。在缺水的西北和华北地区以及具有显著喀斯特地貌高硬度水质的西南地区，结构问题尤其突出。

（二）水质碱度

碱度是指水中的碱性物质可以和酸中和的能力，单位为毫克/升。衡量水质碱度能够反映水中的碳酸盐、氢碳酸盐、水合氧化物等成分含量。水质碱度是水中碱性物质(如碳酸盐、碳酸氢盐等)的含量。在循环水系统中，水质碱度是水的重要指标之，意义如下：

1. 确定水的碱性程度：水质碱度的含量越高，水的碱性程度就越高。

2. 满足消耗碱性物质的需求：在循环水系统中，碱性物质会被水中的酸性物质消耗掉，如果水质碱度太低，会导致消耗不足，钢制设备会发生腐蚀。

3. 保障水质稳定：经过水处理后，循环水的碱度应保持在一定范围内，以保证水的品质不变化，防止对设备造成损害。

因此，循环水系统中的水质碱度不应该过低或过高，通常应控制在100~300mg/L之间，具体要视情况而定。

（三）TDS/ pH值

TDS反映水中可溶解无机盐离子浓度的高低。TDS较高的水中，离子浓度高，导电性强，析出的沉积物容易结垢，影响系统传热效率。在线监测TDS，可以实时调节循环水中的总离子浓度，为企业节能减排提供重要数据支持。

pH值表示溶液的酸碱度，以负对数形式表示。pH值的在线监测可以提供实时的酸碱度数据，对术中酸碱度的调控起到重要作用。当循环水系统的pH值过高，可能导致设备的腐蚀；pH值过低，会导致水的硬度迅速升高，结垢等问题产生。因此，对pH值进行在线监测，有助于优化调节循环水系统的运行参数。

（四）硫酸盐

硫酸盐含量对水的结垢性质有一定的影响，过高和过低都不利于系统稳定运行。

1、防止钙镁盐沉积：硫酸盐含量过高，会加速水中钙镁盐的沉积速度，导致设备产生结垢，影响热交换效率。

2、防止腐蚀：水中硫酸盐含量过低，会导致空气中的氧气进入水中形成氧化物，同时易被微生物利用，产生腐蚀性酸，破坏水循环系统中的金属材料。

（五）氯离子

氯离子是指水中氯元素所占比例。高浓度氯离子会导致设备腐蚀、结垢等现象，影响设备的使用寿命和性能。通过在线监测氯离子，实时控制水中氯离子浓度，可有效减轻设备的腐蚀，延长其使用寿命。

（六）饱和指数/污垢厚度

饱和指数是指水中某种盐类（如碳酸钙、硫酸钙等）在当前温度和pH值下溶解的饱和程度的指标，小于零则处于亚饱和状态，等于零则处于饱和状态，大于零则处于过饱和状态。。饱和指数在线监测，有助于通过控制饱和指数，指导针对性的矫正化学平衡，保证循环水系统的正常运行实现循环水系统的优化调节，达到防止结垢、防止腐蚀的目的。

产生水垢或污垢会，造成热交换器表面形成一层隔热层并阻碍热能流向外部。这些污垢的形成会使热阻增加，从而影响了设备的热交换效率和长时间的耐受性。污垢层的形成导致热阻增加，设备热交换效率下降

（七）浓缩倍数

循环水系统的浓缩倍数指的是冷却水中总溶解固体物质的浓度与进入系统水质的浓度的比值。它的含义和作用如下：

1. 浓缩倍数反映循环水系统的结垢或沉积情况：随着循环次数的增加，水中的总溶解固体物质浓度会不断增加，此时的浓缩倍数也会逐渐上升。一旦浓缩倍数达到一定程度时，就会出现结垢或沉积现象，从而影响循环水系统的运行效率。

2. 保证水质稳定：浓缩倍数过高或过低都会影响水中的溶解固体物质含量，从而影响水的质量，进而对设备造成损害。适当地控制浓缩倍数可保证水质稳定，避免出现异常情况。

3. 评估水处理设备的效果：浓缩倍数能够反映水处理设备的效果。能够通过不断地监测浓缩倍数，评估水处理设备的效果，并及时采取措施进行调整。

浓缩倍数是循环水系统中需要关注的一项指标，通常应控制在2-6倍左右，不同设备和场景下的具体标准会有所不同。

浓缩倍数一般采用对循环水氯离子和补给水氯离子浓度来计算。

数据采集传输及控制柜

数据采集的机柜，碳钢喷塑，2mm板材。测量柜长500mm，高1800mm（含200mm底座），厚度350mm，为电气控制柜仿威图柜型。

控制部分由10吋触摸屏和PLC及电气附件组成，方便自动操作和实时监测，设定控制参数、数据采集周期、报警阈值、存储、查询及曲线等，以保证数据采集的准确性和系统的稳定性。输出部分实现控制取样模块的所有功能实现。

数据采集传输模块是水质在线监测柜的重要组成部分，可以将多参数的数据采集并整合成标准的MODBUS RTU协议485信号、HART协议或HTTP协议的信号，实现与上位机之间的数据通讯。其中，MODBUS RTU协议作为RS485自控通讯协议，便于各种设备进行接口。HART协议常用于一些现场维护，或者参数调整或者更改设备的时候用的，而HTTP协议则常用于组建网站或者在本地网实现各种软硬件的整合。

组成：数据采集传输模块包含采集模块、数据整合模块和信号传输模块。

1. 采集模块：采用高精度的传感器进行数据采集，包括PH值、溶解氧、浊度、余氯、水温、TDS等多个参数实现自动化监控。

2. 数据整合模块：将采集到的多参数数据进行整合并转换成标准的MODBUS RTU协议、HART协议或HTTP协议的485信号。

3. 信号传输模块：通过RS485、HART或者Ethernet等协议进行数据传输，与上位机完成数据通讯。

4、云端数据：通过现场无线4G，上传数据，通过登录云平台，可在web端查询和下载数据、查询曲线图表，实现微信小程序的报警推送等功能，

自动加药系统

循环水自动加药系统以自动监测水质的信号为依据，按设定逻辑或智能算法控制添加适量的化学药剂以保持循环水的所需要成份质量。该系统包含主要模块和功能描述：

1. 控制柜：控制柜是整个系统的控制中心，其中包含了各种控制元件、接口和电路。它用于监控系统的运行状态，接收传感器和仪表的数据，并控制各个子系统的操作。

2. 触摸屏：触摸屏用于用户与系统进行交互。操作员可以通过触摸屏界面来监控和控制系统的各个参数，调整设定值以满足水质要求。

3. PLC及控制算法：PLC是用于执行系统控制逻辑的计算机控制器。它接收来自传感器的数据，并根据预设的程序来控制计量加药泵、变频器等设备的运行。

4. 电气元件：包括开关、继电器、保险丝等电气元件，用于确保系统的安全运行和电气连接。

5. 变频器：变频器用于调节泵和其他设备的电机转速，以确保药剂的精确控制和节能。

6. 计量加药泵：计量加药泵用于准确地将化学药剂注入循环水系统中。它的操作由PLC控制，根据检测到的水质参数来调整药剂的投加量。

7. 配液系统：配液系统用于混合和稀释化学药剂，确保它们以适当的浓度被加入循环水中。

8. 荧光示踪剂的检测 ：这是一个用于监测缓释阻垢剂浓度的关键模块。荧光示踪剂被添加到水中，然后使用紫外荧光的传感器检测其浓度。通过测量示踪剂的浓度，系统可以判断药剂浓度是否在合适的范围内，并根据需要进行药剂投加。

循环水水质自动监控系统整个系统的工作原理是：传感器不断监测循环水的水质参数，例如pH值、浊度、溶解氧等。PLC接收这些数据，并与预设的水质标准进行比较。如果水质不在合适的范围内，PLC将发送信号给计量加药泵，根据需要投加适量的化学药剂，同时变频器控制泵的运行以确保精确的投加。荧光示踪剂检测用于验证水质改善的效果。

这种系统的主要优点是可以实现水质的自动监测和调整，确保水循环系统始终保持理想的水质，同时节省了操作员的时间和劳动力。