废水处理pH值监控应用AI-3070无纸记录仪———厦门宇电自动化科

［摘要］：    污水处理的好坏，评鉴水的pH值随着所溶解的物质的多少而定，因此pH值能灵敏地指示出水质的变化情况。pH值的变化对生物的繁殖和生存有很大影响，同时还严重影响活性污泥生化作用，即影响处理效果，污水的pH值一般控制在6.5～7之间。应用AI-3070C总线式无纸记录仪长期检测污水处理厂中水品质起到了至关重要的作用，污水处理厂的pH计安装在氧化沟的出口溢流槽内，此处的pH值较具有代表性。                 ［关键词］：污水处理、AI3070C总线式无纸记录仪　　
  废水处理pH值监控应用AI-3070无纸记录仪
厦门宇电自动化科技有限公司  开发部  邵平  
关键词：污水处理、AI3070C总线式无纸记录仪
一、概述：
　　污水处理的好坏，评鉴水的pH值随着所溶解的物质的多少而定，因此pH值能灵敏地指示出水质的变化情况。pH值的变化对生物的繁殖和生存有很大影响，同时还严重影响活性污泥生化作用，即影响处理效果，污水的pH值一般控制在6.5～7之间。
应用AI-3070C总线式无纸记录仪长期检测污水处理厂中水品质起到了至关重要的作用，污水处理厂的pH计安装在氧化沟的出口溢流槽内，此处的pH值较具有代表性。     检测流程如下图1
  水在化学上是中性的，某些水分子自发地按照下式分解：H2O=H++OH-，即分解成氢离子和氢氧根离子。在中性溶液中，氢离子H+和氢氧根离子OH-的浓度都是10-7mol/l，pH值是氢离子浓度以10为底的对数的负数：pH=-log，因此中性溶液的pH值等于7。如果有过量的氢离子，则pH值小于7，溶液呈酸性；反之，氢氧根离子过量，则溶液呈碱性。
pH值通常用电位法测量，通常用一个恒定电位的参比电极和测量电极组成一个原电池，原电池电动势的大小取决于氢离子的浓度，也取决于溶液的酸碱度。采用了CPS11型pH传感器和CPM151型pH变送器。测量电极上有特殊的对pH反应灵敏的玻璃探头，它是由能导电、能渗透氢离子的特殊玻璃制成，具有测量精度高、抗干扰性好等特点。当玻璃探头和氢离子接触时，就产生电位。电位是通过悬吊在氯化银溶液中的银丝对照参比电极测到的。pH值不同，对应产生的电位也不一样，通过变送器将其转换成标准4～20mA输出。
表笔
     PH表笔安装于管道中根据废水的酸碱度产生变化的电信号以供PH仪表采集。
技术规格：塑壳二复合电极。3/4管螺纹，10M线长。                 图2
     PH监测仪表通过表笔采集排水道管道的PH值而产生变化的电信号，并对其信号进行分析计算将其转换成对应的电流信号输出，以供模拟量转换器采集。   
二、系统组建
   1、系统架构                 
   作为上位机监控电脑通过公司现有网络系统对模拟量模块进行连续不间断的监控，将其数据读取过来，并对其进行运算最终将PH仪表采集回来的电流信号还原成PH值。并将PH值以数字，曲线等方式显示出来，或生成数据库保存起来。
   如下图所示1-5号电箱安装于现场。每个箱装6个PH传感器仪表和一个模拟量采集模块AI-706MFJ4J4J4S每台模拟量采集模块把各个箱的RS485通讯总线信号通过一条两芯电缆线连接起来传AI3070C无纸记录仪，RS485穿透无纸记录仪把信号最终连到办公室的计算机监控系统连接起来。
    无纸记录仪作为中间媒体将PH仪表转换出来的电流信号转变成数字信号并存储在一定的物理地址里面，以便往外发送。每个仪表有6路4-20MA信号读取通道，每路通道有独立的物理地址用来存储转换过来的电流信号的数值。而且每个仪表有独立的地址（地址可通过软件设置）以供上位机辨认读取。图3
     3、无纸记录仪功能
   AI-3070C型总线式无纸记录仪，使用宇电AI系模块作为测控输入模块实现多通道数字全屏显示。测控仪表不仅包括各类温度、压力、流量、频率等信号，也包括人工智能PID调节、流量积算、电量测量等功能，可按需要配置，任意组合。配合图标式功能选择，全中文触摸操作，操作方便，易于学习。触摸屏可以加入流程图，定制提供丰富多彩的工艺流程图，可连接PLC、变频器等设备，用于小型DCS控制系统终端显示。功能上已超越了一般的无纸记录仪，综合了人机界面和无纸记录仪功能于一体；
采用外插拔标配1G的电子硬盘，可扩展4G存储记录空间；数据保存按先进先出的原则，转存数据点立即保存；数据通过读卡器在PC上直接打开，数据备份至计算机上，用【宇电无纸记录仪图形软件】来阅读数据曲线；
采用上位机＋下位机的结构，即买即用连接RS485通讯线即可使用；触摸屏和测控仪表可以单独购买并可自由扩充，测控仪表不仅包括各类温度、压力、流量、频率等信号，也包括人工智能PID调节、流量积算、电量测量等功能，可按需要配置，任意组合。输入及输出规格极为丰富，可任选单路或多路显示报警仪、智能调节器、手操器、流量积算仪或开关量输入输出模块；每台记录仪可选择1、2、4、6、8、12、16、18、22、32通道类型软件；自由编辑选择AI通道硬件型号；可写入设备位号如：【TIC-101】；计量单位【℃】等；
    广泛应用在化工、冶金、石油、制药、食品、电炉、恒温恒湿箱、机械设备配套、试验室移动控制屏、小型DCS控制系统等诸多行业中作为终端显示器来使用。选购触摸屏通电即可连机使用。
总线式无纸记录仪采用上位机（触摸屏）与下位机（AI仪表）总线连接，按地址排列，AI仪表相互独立运行、互不干扰、通电就能显示操作；每台记录仪可选择1～32台调节、显示仪表；可连接AI-808H温压补偿流量表4台；1台601电量仪表。连接AI-3013D5模块1个，8个开关量输出控制电机起停；连接AI-3011D5模块1个，8个开关输入显示电机运行状态；触摸屏COM1通讯口采用【超5类屏蔽双绞线】2根线来连接AI仪表的通讯口A/B端RS485通讯；中间不能用其他的导线来连接；安装开关电源直流24VDC供电，电源线+、-两根线、接地线。COM2通讯口具有随机打印功能，或定制数据穿透功能：应用数据穿透功能软件的无纸记录仪可与计算机软件通讯实时监控数据。应用软件AIFCSV9.0软件，或各类组态软件，使用穿透功能时计算机软件上的数据、曲线有滞后，采用的通讯方式是：计算机软件与总线式无纸记录仪轮流读取仪表参数，通讯超时要设置3000毫秒以上！ 图4
  AI总线式无纸记录仪采用盘面安装方式， AI仪表采用盘面或导轨安装方式；通讯线采用【超5类屏蔽双绞线】，安装24VDC开关电源。开机进入图标式功能选择画面；【主页】上显示图标【调节仪表】、【流量仪表】【电量仪表】、【报警记录】、【棒图】、【流程图】、【报表】、【数据导出】、【单条曲线】【实时曲线】、【历史曲线】、【设置】、点击进入该功能画面；                             图5
     总线式无纸记录仪应用【首页】选【调节仪表】全屏显示；选【单条曲线】显示单台曲线，点【SV】设置仪表给定值；点【MV】手动输出量的设定；点【自动/手动】手自动切换、程序控制、程序配方设置、查看曲线；在【棒图】、【实时曲线】、【历史曲线】、【流程图】点击：画面的数据框可快捷返回单台仪表的【单条曲线】通道。相同页面按【上一页】【下一页】；
   实时、历史组合多趋势曲线在【实时曲线】【历史曲线】按通道顺序排列1、2、3、4固定组合在一起，直观的显示相关通道间的变化关系。点击【数据框】返回【实时画面】通道。在【历史曲线】画面点击【S】可选择启用单条或4条曲线，显示趋势变化；设置查询起始时间及时间跨度；不同的数据量程范围启用单条查询。通过【上一页】，【下一页】的切换组合通道。         图6
       查看污水处理过程中PH值的变化过程，及时发出报警信号，启动、添加等操作动作。
   在工艺流程图界面可看到生动形象的图形画面来描述现场生产工艺流程，是整个工业现场的缩影。直观的展示了工业现场实时数据，从而使得操作员具有十分直观的远程控制。
   在流程图中可操作按钮；控制按钮连接AI-3013D5开关量8路继电器输出模块，地址设33号，图中开关按钮可控制4台电机启停；连接AI-3011D5开关量8个输入干接点，地址37号，显示设备运行状态；点击图中的数据框：【TIC-101】回到【单条曲线】通道。
    点击流量图标：AI-808H流量表画面显示瞬时流量、累积流量、流量温度、流量压力；
点击电量图标：AI-601功率测量仪，可同时观察电流、电压、功率曲线及数值。
    保存在CF卡数据有三种阅读方法 PC图形阅读软件、微型打印机、上传Excel电子表格。触摸屏的外插CF卡来保存数据；【强烈建议断电后拔插CF卡】！标配1G的电子硬盘。
可扩展CF卡1～4G存储记录空间；数据可通过微型打印机打印数据报表、曲线；或通过CF卡存储数据用读卡器在PC上复制数据包到PC机用图形软件打开数据；也可用串行COM2口备份Excel电子表格数据至上位计算机。CF卡内：【AL】数据包是报警报表；【DL】数据包是数据报表；按年/月/日/小时来保存数据源文件。保存数据的数据是加密的必须采用专用的宇电PC图形软件来阅读。
    加密数据包PC上阅读图形软件方式：DataLogTool 1.0图形软件使用说明
DataLogTool是专为无纸记录仪开发的，一个可在个人计算机上运行的工具软件，其作用是用来将HMI屏上加密记录在CF卡上的数据集中管理，便于用户查询数据报表，查看历史曲线，并可以对其进行打印的功能。在计算机【开始】的程序里有【宇电无纸记录仪图形软件】帮助文件。
点击【查看报表】按钮，可以显示打开的记录数据与报警记录的文件或是用户从CF卡里查询到的数据，以报表的形式显示出来；                                                       图7  
  4、远程计算机监控
    宇电AIDCS V9.0上位机监控软件通过AI3070无纸记录仪，直接访问AI-3070C无纸记录仪所连接的仪表，必须用到AI-3070无纸记录仪提供的“远程穿透”的功能，这个功能的作用：就是将AI-3070无纸记录仪屏作为一个类似通道的中转站，上位机软件发给仪表的指令，需要通过AI-3070无纸记录仪屏转发给仪表，此外，仪表返回的数据再经AI-3070无纸记录仪屏发给上位机软件。需要说明的是：使用这个功能的同时，屏既要与仪表进行通讯，又要和上位机进行通讯，这与上位机和仪表直接相连的差别在于：上位机串口接收数据的超时要足够长，一般在300ms~500ms左右，也许会更长，要根据具体的环境而定。 图8
  

    该系统是由宇电工控组态专用软件AIDCS V9.0.0需经二次开发的软件产品，系统组态后可直接使用。该软件与AI仪表配套使用共同构成AIFCS现场总线型计算机监控系统。
系统架构：
    工业现场安装AI仪表，采用RS485总线连接控制层计算机，在控制层计算机上％操作仪表。
所有控制功能与数据信息都在控制室计算机上统一管理、分配。在计算机上对车间控制仪表进行全方位的监控，数据采集和各项事务的处理。
软件结构该软件的内部结构可分为以下三个部分：
数据采集及实时控制、数据处理、权限管理
   1、数据采集及控制：软件系统从工业现场温度控制器采集测量值，编辑实时曲线，可同时显示8条实时曲线，用颜色来区别。曲线显示可选百分比与实时曲线2种图。也可屏蔽其他曲线，显示单条曲线。呈现的实时数据，并存入系统内数据库，以便日后数据查询等使用。在流程图、实时趋势图或仪表画面上：
   2、平台操作：点击【仪表显示框】出现操作平台：可看到该AI仪表定义控制设备的名称，位号、仪表型号，地址，量程上限，量限下限，测量单位，此时AI仪表的所有显示参数与控制按纽都体现在该平台上。流程图控制电机是采用开关方式控制，在同一个接点上【通/断】控制。如点击【参数】名称修改【上限绝对值报警值HAL】在对话框里填写参数，点击“确定”参数就下传到现场AI仪表温度调节器，
   3、数据处理：从历史数据库中提取数据并完成指定的处理功能。包括历史数据显示，历史曲线绘制，用8条不同颜色来画实时曲线 /历史曲线。
在历史曲线画面打印时可即时输入50个字备忘录写于曲线上面同时打印。
　 4、自动生成各类数据报表，报警报表，产生报警事件提示有音响提醒。历史报警、报表按列表的行式，各类报表可导出到软件外以Microsoft Excel文档或浏览器的形式保存。报表查询：输入起始与结束时间段查询历史数据；采样有1；3；5；15；30；60分钟可选择报表。
流量报表：是采集的每小时的数据报表。
   5、运行记录报表。记录每一次操作记录备查。
   6、打印功能：可随时打印实时8条数据曲线图表、8条历史数据曲线显示图表及数据，在数据库里有每5秒曲线数据报表。在实时、历史曲线画面可屏蔽其他曲线实现单条曲线的打印。数据报表可导出到软件外以Microsoft Excel文档来阅读或浏览器的形式保存。
   7、工业现场：在控制室按装一台电脑并采用屏蔽超五类四对双绞网络线利用RS485作为AI仪表与电脑连接现场通讯总线。在电脑上按装已组态好的AIFCS网络版监控软件，并采用简洁可靠的自有的通讯协议在计算机上对现场控制器实现100%的功能操作。实时读取测量值，随时修改控制参数。
仪表功能表：填写测量点功能表，用于制作软件。
三、PH传感器的安装及维护
   1、pH计的安装和维护
　　 pH计的安装方式有流通式和浸入式两种。污水处理厂一般选用的是浸入式安装，如该污水处理厂的pH计安装在氧化沟的出口溢流槽内，此处的pH值较具有代表性，且水流平稳，对pH计不会造成大的冲击。图9  
            
  定期的维护有助于仪表的准确测量和延长仪表的使用寿命。应当注意传感器和变送器之间的专用电缆不能受潮，否则电极的高阻低压信号将无法传送至变送器。若电极不测量时，应将黄色保护套管套上，它能使电极处于湿润状态，有利于延长电极的使用寿命。每隔一个月左右，应对电极进行清洗，先用柔和的水流喷洗附着物，再将电极浸泡于清洗液中一段时间，而后用清水洗净。传感器支架也应清洗。每次清洗之后，要用缓冲剂溶液进行标定，目前国产的pH标定液中，pH=4的还可以，pH=7的不够准确，将会影响标定结果。所以最好使用生产厂家的标定液，生产厂家一般提供两瓶标准溶液，一瓶pH值等于7，用于标定仪表零点；一瓶pH等于4，用于标定仪表的信号输出斜率。该系统主要由金属探头、电子检测单元、微电脑显示和调节单元、执行单元、整机电源等5部分构成。
   该装置基于电解质与非电解质的导电特性，由金属探头及电子检测单元构成的电解质与非电解质传感器检测水箱的导电性能，并将产生的信号送到微电脑显示和调节单元去与设定值进行比较。若显示值（实测值）＜设定值，则该单元便发出一个信号给执行单元，执行单元通过加药泵给水箱加润版液；若显示值≥设定值，则该单元发出停止执行命令，停止加润版液。此外，该装置还能够根据润版液pH值的实际情况，按照上述原理循环往复地将pH值控制在设定范围内，以达到自动检测调节润版液pH值的目的，而且精度非常高。
   随着我国对水资源保护的日益重视，污水的净化处理显得越来越重要，而与之配套的处理过程所需的检测仪表是必不可少的。水质分析仪作为污水处理行业中最重要的仪表，除了选型和安装正确以外，定期的维护和标定也十分重要，而且是使仪表能够真正发挥作用的关键所在。