污染源化學(xué)分析儀實時采樣運行控制系統(tǒng)

沈志鴻

(浙江創(chuàng)源環(huán)境監(jiān)控技術(shù)有限公司,浙江 嘉興 314006）

1 引言

隨著科技的發(fā)達，互聯(lián)網(wǎng)時代對于環(huán)境監(jiān)測已基本實現(xiàn)實時在線監(jiān)控、監(jiān)測，相關(guān)部門可以隨時監(jiān)測當前各監(jiān)測點的廢水污染源化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、重金屬（Cr、Ni）酸堿度（PH）等的排放情況。但是在廢水污染監(jiān)測技術(shù)中，由于各排放點的復(fù)雜環(huán)境條件，各類化學(xué)分析儀采樣系統(tǒng)受現(xiàn)場條件的制約以及排放口廢水的粗糙顆粒物雜質(zhì)易對分析儀采樣系統(tǒng)管路造成堵塞，影響分析儀正常工作，一般不直接從排放口進行采樣，在監(jiān)測點工程建設(shè)中都必須配備安裝一套對排放的廢水進行預(yù)處理的裝置，通過預(yù)處理的采樣泵定時定期過濾儲存排放口采集的廢水供分析儀采樣抽取，進行諸如化學(xué)需氧量、氨氮、重金屬等的排放濃度的分析檢測。

但是由于預(yù)處理系統(tǒng)與化學(xué)分析儀，不受相同時序的控制，也就是說預(yù)處理采樣換水的時間，不能和分析儀定時啟動采樣分析同步，從而造成分析儀提供的分析數(shù)據(jù)可能有所滯后，從而影響了在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時性[1]。

為使實時監(jiān)控更具實際意義，更能真實反映當前各監(jiān)測點的實際污染源排放情況，我們設(shè)計開發(fā)了一套“化學(xué)分析儀實時采樣運行控制系統(tǒng)”，當預(yù)處理系統(tǒng)定時換水后，利用化學(xué)分析儀外部控制端口（一般情況諸如COD、氨氮、重金屬等化學(xué)污染物檢測分析儀都具有外部控制觸發(fā)端口）立即啟動化學(xué)分析儀抽取經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)處理后的廢水進行分析，從而得到最接近當前排放情況的真實數(shù)據(jù)。

2 電路設(shè)計

設(shè)計電路原理：

圖1 控制電路原理

對系統(tǒng)的LED雙時間繼電器[2]KT1進行T1、T2時間設(shè)定，電路通電后T1開始計時，KT1觸點保持原狀態(tài)不變，KT2得電觸點吸合，啟動預(yù)處理裝置的采樣泵對預(yù)處理設(shè)備儲水池換水，T1完成定時后KT1觸點狀態(tài)發(fā)生變化，常閉點開路，常開點吸合，KM1繼電器動作，KM1常開點吸合，單穩(wěn)態(tài)[3]模塊通電，模塊的輸出控制繼電器發(fā)生變化，提供給分析儀外部觸發(fā)控制端一個短時開或閉的控制信號，啟動分析儀開始采樣分析檢測，啟動后觸發(fā)器返回原穩(wěn)定狀態(tài)，保證分析儀按觸發(fā)信號運行一次，等待下一個定時周期的到來，預(yù)處理裝置及分析儀運行周期可通過對LED雙時間繼電器KT1進行T1、T2時間設(shè)定來完成。

電路中KT2為延時釋放繼電器，當啟動了分析儀以后為保證分析儀采樣泵采集到當前的實時水樣，雖然KT2已經(jīng)失電預(yù)處理設(shè)備的換水工作仍將延時若干時間后停止，延時時間可根據(jù)情況對KT2進行設(shè)置。AC-DC模塊為交、直流電源轉(zhuǎn)換模塊，為單穩(wěn)態(tài)模塊提供工作電源?？刂圃砜驁D見圖2所示

圖2 控制原理框圖

利用控制電路中單穩(wěn)態(tài)模塊輸出觸點DW控制繼電器或交流接觸器，可實現(xiàn)對多臺分析儀進行實時同步控制。

3 主要部件工作原理

3.1 數(shù)顯雙時間繼電器工作原理

雙時間繼電器分別有T1、T2兩組LED數(shù)字顯示的定時設(shè)置，上電后T1開始計時，觸點保持原狀態(tài)不變，當T1完成定時后，觸點狀態(tài)發(fā)生變化，常閉點斷開，常開點吸合，同時T2開始定時，完成定時后，又T1開始定時，觸點又恢復(fù)到原始狀態(tài)，周而復(fù)始，達到循環(huán)控制某設(shè)備的要求。見下圖3。

圖3 雙時間繼電器

3.2 延時釋放時間繼電器工作原理

當輸入電源后延時釋放時間繼電器動作，觸點吸合導(dǎo)通，斷電后雖然繼電器已失去工作電源，但是其觸點仍未釋放，仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，經(jīng)若干時間后繼電器觸點才予以釋放開路，切斷被控設(shè)備的電源。釋放延遲時間可通過對延時釋放時間繼電器的設(shè)置達到所需要求。

3.3 單穩(wěn)態(tài)模塊工作原理

單穩(wěn)態(tài)模塊沒有加電時，繼電器觸點常閉、常開狀態(tài)不變，在此稱為原始狀態(tài)，上電后繼電器吸合，觸點動作，常閉觸點斷開，常開觸點吸合，但是經(jīng)若干時間后，模塊的繼電器觸點又恢復(fù)到原始狀態(tài)，這種物理現(xiàn)象為單穩(wěn)態(tài)[4]。時序見圖4。

圖4 單穩(wěn)態(tài)模塊工作時序

4 應(yīng)用價值

實現(xiàn)上述控制有多種方式，通過PLC編成等方式也可以實現(xiàn)，但是在目前自動化控制中集成化模塊的成本遠遠低于PLC編程控制器的軟、硬件成本，且在自動化控制中已被普遍應(yīng)用，技術(shù)上已經(jīng)相當?shù)某墒炫c可靠，通過對模塊功能的理解及組合，實現(xiàn)設(shè)計成本低、可靠性高、使用操作、設(shè)置簡單的控制系統(tǒng)，很好的解決了環(huán)境在線監(jiān)控技術(shù)中檢測數(shù)據(jù)的實時性問題，具有很高的應(yīng)用價值,并獲得了由中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的實用新型專利證書（實用新型專利證書：廢水污染源化學(xué)分析儀實時采樣運行控制系統(tǒng) ，發(fā)明人: 沈志鴻 、 周建勇 、 吳建鋼，授權(quán)：中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局，專利號：201320575185.X）。

[1]張江龍.在線水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時性和準確性淺析[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2008,(1).

[2]上海歐富電氣有限公司.HD、JS系列數(shù)顯、數(shù)字時間繼電器使用說明.

[3]肖景和.555/556時基集成電路精選[M].北京:中國電力出版社,2010.7.

[4]張國強.新編數(shù)字邏輯電路[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2006,12.