CN101673098A - 用于总有机碳在线监测仪的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于总有机碳在线监测仪的控制系统，包括多路输入程控集成运算放大器，其接收外部送来的检测信号；模数转换器，其将外部信号进行模数转换；微处理器，其对模数转换器通过I/O接口送来的数字信号进行处理，将处理后得到的TOC信号值通过输出模块对外输出，将处理后发出的命令信号通过I/O接口输送到多路控制继电器；以及多路控制继电器，其接收微处理器通过I/O接口送来的命令信号，对外部设备进行相应控制。本发明能够实现对水体中总有机碳(TOC)含量的在线监测，并能够实现对仪器的远程控制，且系统运行性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测水体中总有机碳(TOC)含量的在线监测仪，具体涉及该在线监测仪的控制系统。
背景技术
有机污染物的排放是造成水质污染的主要原因，因此对水和废水的监测，特别是其中水体中TOC含量的检测，越来越引起人们的重视。TOC代表了水中所含有机物的总和，它反映了水体所受有机物质污染的程度。目前，TOC分析测量已经广泛地应用在地表水、饮用水、海水、工业用水、制药用水等的监测；而且和CODcr相比，结构简单，分析时间短，不使用强腐蚀性的酸和碱，避免了二次污染问题，实际上已经成为世界许多国家水处理和质量控制的主要手段。
TOC在线监测仪，测定原理是将水溶液中的有机物中的碳氧化为二氧化碳，并且测定其含量，利用二氧化碳与总有机碳之间碳含量的对应关系，对水溶液中总有机碳进行定量测定，其中燃烧氧化-NDIR法只需一次性转化，流程简单，重现性好，但是灵敏度低、成本较高。TOC自动分析仪在欧美、日本和澳大利亚等国的应用较广泛。我国国产的TOC在线监测仪多是中小型企业生产，主要表现为：①技术档次低，低水平、重复生产严重，规模效益差；②产品质量不高，性能不稳定，一致性较差，使用寿命短，故障率高；③研究开发能力较低，在线监测仪器的系统配套生产能力较低，只能生产监测站所需的部分产品，不能适应市场的需要。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于总有机碳在线监测仪的控制系统。该控制系统能够实现对水体中总有机碳(TOC)含量的在线监测，并能够实现对仪器的远程控制，且系统运行性能稳定。
本发明的技术解决方案是：用于总有机碳(TOC)在线监测仪的控制系统，包括
多路输入程控集成运算放大器，其接收外部送来的检测信号，对该检测信号进行放大后输送到模数转换器；
模数转换器，其将多路输入程控集成运算放大器送来的放大信号转换成数字信号后通过I/O接口输送到微处理器；
微处理器，其对模数转换器通过I/O接口送来的数字信号进行处理，将处理后得到的TOC信号值通过输出模块对外输出，将处理后发出的命令信号通过I/O接口输送到多路控制继电器；以及
多路控制继电器，其接收微处理器通过I/O接口送来的命令信号，对外部设备进行相应控制。
进一步地，所述微处理器为ARM处理器。
再进一步地，所述微处理器为基于ARM7技术的32位CPU，该CPU内嵌基于uCOS和OpenPCS的软件操作系统。
进一步地，所述输出模块包括模拟输出接口和485/RS232通讯接口，所述模拟输出接口和485/RS232通讯接口直接与所述微处理器相连。
再进一步地，所述输出模块还包括远程控制终端，该远程控制终端与所述485/RS232通讯接口的输出端连接。
进一步地，所述输出模块还包括干结点输出，所述干结点输出与所述微处理器直接相连。
进一步地，该控制系统还包括与所述微处理器进行信息交互的人机交互设备。
再进一步地，所述人机交互设备为组态触摸屏。
进一步地，所述I/O接口为串行I/O接口。
所述多路输入程控集成运算放大器与外部的温度传感器、液位传感器和CO2分析仪连接。
所述多路控制继电器与外部的提水泵、进样阀，进酸泵、曝气阀、采样泵、气体检测阀、蒸馏水泵、总气阀、载气阀、吹气阀和滑动驱动阀连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明监测仪的控制系统包括微处理器、多路输入程控集成运算放大器、模数转换器和多路控制继电器，系统结构简单、运行性能稳定，能够有效实现对水体中总有机碳(TOC)含量的在线监测。并且该控制系统数据传输可靠性高，系统抗干扰能力强，适用于恶劣的工业环境。
(2)本发明是基于ARM平台的环境在线自动监测远程控制终端(RTU：Remote Terminal Unit)的控制系统，具备野外恶劣环境的远程传输功能，能够实现对仪器的远程控制。进一步地，本发明采用基于ARM7技术的uCOS和OpenPCS内嵌软件操作系统，能够实现实时多任务操作。而且操作方便，灵敏度高，稳定性好，适合实现分布式站点监测、远程控制和数据传送，并适合组建分布式网点的环境监测系统。
(3)本发明可广泛用于制药、印染、化工、啤酒、海水等行业排放污水、城市污水处理厂污水、地表水的自动监测。
附图说明
图1为本发明的总有机碳(TOC)在线监测仪的系统示意图。
图2为本发明的总有机碳(TOC)在线监测仪的控制操作流程图。
图3为本发明的总有机碳(TOC)在线监测仪的控制系统示意图。
图号说明：1-提水泵，2-进样阀，3-进酸泵，4-曝气筒，5-限流孔，6-曝气阀，7-采样泵，8-滑动计量阀，9-燃烧炉，10-针阀，11-流量计，12-压力表，13-除湿器，14-水封灌，15-气体检测阀，16-CO2分析仪，17-蒸馏水泵，18-总气阀，19-载气阀，20-吹气阀，21-滑块驱动阀，22-CO2吸收管，23-调速阀，24-调压阀，25-温度传感器，26-液位传感器，27-多路输入程控集成运算放大器，28-A/D模数转换器，29-串行I/O接口，30-ARM7平台控制处理器，31-多路控制继电器，32-组态触摸屏，33-模拟输出接口，34-干结点输出，35-485/RS232通讯接口，36-远程控制终端(RTU)。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的实施例进行说明。
如图1所示，水质总有机碳(TOC)在线监测仪主要包括氮气供给单元、进样单元、无机碳去除单元、试样反应单元、气体检测单元和清洗单元，其中氮气供给单元包括一个滑块驱动阀21(二位五通阀)、三个二位二通阀18(总气阀、载气阀19、吹气阀20)、CO2吸收管22，进样单元包括提水泵1、进样阀2，无机碳去除单元包括进酸泵3、限流孔5、曝气阀6、曝气筒4，试样反应单元包括采样泵7、滑动计量阀8、燃烧炉9(内置备有催化剂的燃烧管)、针阀10、调速阀23、调压阀24、流量计11、压力表12，气体检测单元包括除湿器13、水封罐14、气体检测阀15、红外CO2分析仪16，清洗单元包括蒸馏水泵17和蒸馏水瓶37。
试样通过进样单元定量进入曝气筒4，过量的水样会经溢流口流出，然后于曝气筒中经过进酸泵3加入定量酸，使其酸化至pH2～pH3；曝气阀6再打开，在预先设定的时间内，氮气供给单元中流经CO2过滤器23的纯氮气经过限流孔装置5和曝气阀6对曝气筒4中的酸化溶液进行无机碳去除作用。这样，完成了水样中无机碳的去除。
去除无机碳后的水样，经过采样泵7输送到滑动计量阀8的进样口，经出样口流出；在水流动的过程中，计量阀的滑片动作(此时采样泵停止)，取出一滴水样(大约0.03mL)于阀的中间通道，然后以经针阀10的纯净氮气为注入气体，将水样注入燃烧炉9中，进行反应。在设定的660℃条件下密封燃烧，使试样中有机污染物质完全被氧化。
之后，燃烧所产生的所有的气体与载气(经调速阀23流经的纯净氮气)一起经过除湿器13，除去湿气后，进入CO2分析仪16，得到燃烧气体中的CO2浓度的电子信号。
本监测仪采用低温燃烧催化氧化-NDIR法，整个系统控制操作流程图如图2所示。采样开始后，首先开启总气阀18、滑动计量阀8、载气阀19、气体检测阀15，开始清洗气路；清洗气路完毕后，关闭滑动计量阀8、载气阀19、气体检测阀15，读取此时CO2浓度最低值；然后开启提水泵1以及进样阀2，水样注入至曝气筒4，水样注入达到设定时间后，提水泵1以及进样阀2关闭；此时，检测曝气筒4是否有液，如果有液，则开启进酸泵3，待加酸时间达到设定时间后，关闭进酸泵3并打开曝气阀6，开始曝气混合；如果检测曝气筒4中没有液体，则直接曝气；曝气时间完毕，关闭曝气阀6，开始静止脱泡；脱泡时间达到后，开启采样泵7，开始导水，导水时间到后，关闭采样泵7，开启滑块计量阀8，取一滴水样，在此延迟2秒时间，然后开启吹气阀20，完成水样注入燃烧炉步骤；此时，关闭吹气阀20，开始燃烧过程；待燃烧时间达到后，开始气体检测，此时，开启载气阀19、气体检测阀15，待检测时间达并读取CO2浓度最大值；此时计算TOC(或COD)值，并保存数据到历史记录，并开启蒸馏水泵17和吹气阀20，开始清洗气路以及滑动计量阀8；待清洗时间达到后，打开采样泵7，开始排残，排残时间达到后，关闭采样泵7、吹气阀20、载气阀19、气体检测阀15以及总气阀18，一个周期结束。
整个控制系统原理示意图如图3所示，控制系统包括微处理器、多路输入程控集成运算放大器、模数转换器和多路控制继电器，本实施方式中微处理器为ARM处理器(也可以是其它处理器)，进一步地，采用ARM7平台控制处理器。
系统通过组态触摸屏32实现手动或自动控制。在控制过程中，温度传感器25和液位传感器26由多路输入程控集成运算放大器27进行信号放大后，经A/D模数转化器28及串行I/O接口29输送至ARM7平台控制器30，ARM7平台控制处理器30处理后发出命令信号(包括温度信号、液位信号等)通过串行I/O接口29输送到多路控制继电器31，多路控制继电器31分别去控制提水泵1、进样阀2、进酸泵3、曝气阀6、采样泵7、气体检测阀15、蒸馏水泵17、总气阀18、载气阀19、吹气阀20和滑动驱动阀21等多组阀泵。控制流程最后由CO2分析仪16检测得到数据，该数据经多路输入程控集成运算放大器27进行信号放大后，再经A/D模数转化器28及串行I/O接口29输送至ARM7平台控制器30，ARM7平台控制处理器30将处理后得到的TOD信号值显示于组态触摸屏32，将处理计算后的TOC信号值经4～20mA模拟输出接口33、干结点输出34和485/RS232通讯接口35对外输出。
控制系统的输出模块包括模拟输出接口和485/RS232通讯接口，与485/RS232通讯接口的输出端连接的还有远程控制终端(RTU)36，能够实现对仪器的远程控制。所述输出模块还包括干结点输出，该干结点输出直接连接在ARM7平台控制处理器上，能够与其他任何通讯协议的仪器接口相连。
本实施例的多路输入程控集成运算放大器选取Analog Devices公司的AD704芯片及Maxim公司的Max543芯片，A/D模数转换器选取凌特公司的LTC1867IGN芯片，多路控制继电器选取AIKS公司的ASRP2-202D芯片，模拟输出接口优选4～20mA模拟输出接口，选取凌特公司的LT1013IN8芯片。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1、用于总有机碳在线监测仪的控制系统，其特征在于：包括
多路输入程控集成运算放大器，其接收外部送来的检测信号，对该检测信号进行放大后输送到模数转换器；
模数转换器，其将多路输入程控集成运算放大器送来的放大信号转换成数字信号后通过I/O接口输送到微处理器；
微处理器，其对模数转换器通过I/O接口送来的数字信号进行处理，将处理后得到的TOC信号值通过输出模块对外输出，将处理后发出的命令信号通过I/O接口输送到多路控制继电器；以及
多路控制继电器，其接收微处理器通过I/O接口送来的命令信号，对外部设备进行相应控制。
2、根据权利要求1所述的用于总有机碳在线监测仪的控制系统，其特征在于：所述微处理器为ARM处理器。
3、根据权利要求2所述的用于总有机碳在线监测仪的控制系统，其特征在于：所述微处理器为基于ARM7技术的32位CPU，该CPU内嵌基于uCOS和OpenPCS的软件操作系统。
4、根据权利要求1或2或3所述的用于总有机碳在线监测仪的控制系统，其特征在于：所述输出模块包括模拟输出接口和485/RS232通讯接口，所述模拟输出接口和485/RS232通讯接口直接与所述微处理器相连。
5、根据权利要求4所述的用于总有机碳在线监测仪的控制系统，其特征在于：所述输出模块还包括远程控制终端RTU，该远程控制终端RTU与所述485/RS232通讯接口的输出端连接。
6、根据权利要求4所述的用于总有机碳在线监测仪的控制系统，其特征在于：所述输出模块还包括干结点输出，所述干结点输出与所述微处理器直接相连。
7、根据权利要求1或2或3所述的用于总有机碳在线监测仪的控制系统，其特征在于：该控制系统还包括与所述微处理器进行信息交互的人机交互设备。
8、根据权利要求7所述的用于总有机碳在线监测仪的控制系统，其特征在于：所述人机交互设备为组态触摸屏。
9、根据权利要求1或2或3所述的用于总有机碳在线监测仪的控制系统，其特征在于：所述多路输入程控集成运算放大器与外部的温度传感器、液位传感器和CO2分析仪连接。
10、根据权利要求1或2或3所述的用于总有机碳在线监测仪的控制系统，其特征在于：所述多路控制继电器与外部的提水泵(1)、进样阀(2)，进酸泵(3)、曝气阀(6)、采样泵(7)、气体检测阀(15)、蒸馏水泵(17)、总气阀(18)、载气阀(19)、吹气阀(20)和滑动驱动阀(21)连接。
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