污水化学分析仪实时采样运行控制系统的设计

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论文摘要

  1 引言

  随着科技的发达,互联网时代对于环境监测已基本实现实时在线监控、监测,相关部门可以随时监测当前各监测点的废水污染化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、重金属(Cr、Ni)酸碱度(PH)等的排放情况。但是在废水污染监测技术中,由于各排放点的复杂环境条件,各类化学分析仪采样系统受现场条件的制约以及排放口废水的粗糙颗粒物杂质易对分析仪采样系统管路造成堵塞,影响分析仪正常工作,一般不直接从排放口进行采样,在监测点工程建设中都必须配备安装一套对排放的废水进行预处理的装置,通过预处理的采样泵定时定期过滤储存排放口采集的废水供分析仪采样抽取,进行诸如化学需氧量、氨氮、重金属等的排放浓度的分析检测。
  但是由于预处理系统与化学分析仪,不受相同时序的控制,也就是说预处理采样换水的时间,不能和分析仪定时启动采样分析同步,从而造成分析仪提供的分析数据可能有所滞后,从而影响了在线监测数据的实时性。为使实时监控更具实际意义,更能真实反映当前各监测点的实际污染源排放情况,我们设计开发了一套“化学分析仪实时采样运行控制系统”,当预处理系统定时换水后,利用化学分析仪外部控制端口(一般情况诸如 COD、氨氮、重金属等化学污染物检测分析仪都具有外部控制触发端口)立即启动化学分析仪抽取经预处理系统处理后的废水进行分析,从而得到最接近当前排放情况的真实数据。

  2 电路设计
  控制电路原理图  对系统的 LED 双时间继电器KT1 进行 T1、T2时间设定,电路通电后 T1开始计时,KT1 触点保持原状态不变,KT2得电触点吸合,启动预处理装置的采样泵对预处理设备储水池换水,T1完成定时后 KT1触点状态发生变化,常闭点开路,常开点吸合,KM1继电器动作,KM1常开点吸合,单稳态模块通电,模块的输出控制继电器发生变化,提供给分析仪外部触发控制端一个短时开或闭的控制信号,启动分析仪开始采样分析检测,启动后触发器返回原稳定状态,保证分析仪按触发信号运行一次,等待下一个定时周期的到来,预处理装置及分析仪运行周期可通过对 LED 双时间继电器 KT1 进行 T1、T2时间设定来完成。
  电路中 KT2为延时释放继电器,当启动了分析仪以后为保证分析仪采样泵采集到当前的实时水样,虽然 KT2已经失电预处理设备的换水工作仍将延时若干时间后停止,延时时间可根据情况对 KT2进行设置。AC-DC 模块为交、直流电源转换模块,为单稳态模块提供工作电源。控制原理框图见图 2 所示
  控制原理框图  利用控制电路中单稳态模块输出触点 DW 控制继电器或交流接触器,可实现对多台分析仪进行实时同步控制。

  3 主要部件工作原理

  3.1 数显双时间继电器工作原理

  双时间继电器分别有 T1、T2两组 LED 数字显示的定时设置,上电后 T1开始计时,触点保持原状态不变,当 T1完成定时后,触点状态发生变化,常闭点断开,常开点吸合,同时 T2开始定时,完成定时后,又 T1开始定时,触点又恢复到原始状态,周而复始,达到循环控制某设备的要求。见下图 3。

  双时间继电器图
   3.2 延时释放时间继电器工作原理

  当输入电源后延时释放时间继电器动作,触点吸合导通,断电后虽然继电器已失去工作电源,但是其触点仍未释放,仍处于导通状态,经若干时间后继电器触点才予以释放开路,切断被控设备的电源。释放延迟时间可通过对延时释放时间继电器的设置达到所需要求。

  3.3 单稳态模块工作原理

  单稳态模块没有加电时,继电器触点常闭、常开状态不变,在此称为原始状态,上电后继电器吸合,触点动作,常闭触点断开,常开触点吸合,但是经若干时间后,模块的继电器触点又恢复到原始状态,这种物理现象为单稳态。时序见图 4。
  单稳态模块工作时序图
   4 应用价值

  实现上述控制有多种方式,通过 PLC 编成等方式也可以实现,但是在目前自动化控制中集成化模块的成本远远低于 PLC 编程控制器的软、硬件成本,且在自动化控制中已被普遍应用,技术上已经相当的成熟与可靠,通过对模块功能的理解及组合,实现设计成本低、可靠性高、使用操作、设置简单的控制系统,很好的解决了环境在线监控技术中检测数据的实时性问题,具有很高的应用价值 , 并获得了由中华人民共和国国家知识产权局颁发的实用新型专利证书(实用新型专利证书:废水污染源化学分析仪实时采样运行控制系统 ,发明人 : 沈志鸿 、 周建勇 、 吴建钢,授权:中华人民共和国国家知识产权局,专利号:201320575185.X)。

  参考文献
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