CN202471572U - 一种用于光学法在线水质检测的水路控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于光学法在线水质检测的水路控制系统，它包括水路系统和控制系统；水路系统包括水泵、电磁阀、用于水样沉淀、定量、混合用途的容器、水流管路及用于光学法检测用途的光学测量管路；控制系统包括工控机、数字输入输出USB模块和水泵、电磁阀。本实用新型的水路控制系统通过连接工控机的数字输入输出模块控制水泵、电磁阀的开关，以控制定量污水、定量清水进入光学测量管路，实现方便调整检测水样稀释配比的功能，同时具有自动清洗污水管路的功能。整个系统可自动连续运行，适用于光学法在线水质检测。

Description

一种用于光学法在线水质检测的水路控制系统

技术领域

本实用新型属于在线检测仪表技术领域，用于采用光学法进行水质参数的在线快速检测，特别是指一种用于光学法在线水质检测的水路控制系统。

背景技术

基于光学法的水质有机污染物综合指标（如TOC、COD、BOD、DOC和高锰酸盐指数等）的在线分析仪，主要依据的光学测量原理有基于紫外/可见吸光度或紫外/可见吸收光谱法、基于荧光光谱法等，具有无化学试剂污染、分析速度快、系统运行费用低、易于实现在线分析等显著优点。

水路控制系统是光学法在线水质检测系统中的重要组成部分，影响着整个光学法在线水质分析仪的稳定性和测量精度。一个好的水路控制系统需要具有如下特点：运行稳定、操作简便、进行在线分析时与外部水路连接方便、具有自动清洗管路功能、具有根据污水浓度适当调整污水与清水的配比以保证检测水样浓度在光学法最佳检测范围内。

由于光学法对水样浓度非常敏感，仅对低浓度污水测量精度较好，对浓度较大的污水会出现较大的测量误差，另外污垢会沉积在污水流经的管路上，如不及时清洗也会严重影响测量精度，因此具有根据污水浓度适当调整污水与清水的配比以保证检测水样浓度在光学法最佳检测范围内，和具有自动清洗管路功能这两项功能，对提高光学法在线水质检测系统的检测精度很重要而且实用。目前，具有运行稳定、操作简便、对外连接方便等基本功能的水路控制系统较为常见，而同时具有方便调整检测水样稀释配比、自动清洗管路等功能的水路控制系统还未出现。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于光学法在线水质检测的水路控制系统，实现定量污水、定量清水进入光学测量管路，以便于调整污水与清水的配比对水质进行更准确的光学法检测，同时具有污水管路系统的自动清洗功能。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于光学法在线水质检测的水路控制系统，包括水路系统和控制系统；

其中，水路系统包括：污水进水口、清水进水口、出水口、污水进水泵、清水进水泵、沉淀池、清水池、污水定量杯、清水定量杯、混合池、光学测量管路、第一污水电磁阀、第二污水电磁阀、第三污水电磁阀、第一清水电磁阀、第二清水电磁阀、第三清水电磁阀、第四清水电磁阀、第五清水电磁阀、第六清水电磁阀、第一混合池电磁阀、第二混合池电磁阀、检测管路排水电磁阀、沉淀池排水手阀、清水定量杯排水手阀、混合池排水手阀、清水定量杯定容手阀、清水回流管路手阀、污水定量杯溢流管道、清水定量杯第一溢流管道、清水定量杯第二溢流管道；其中沉淀池位置高于污水定量杯和清水定量杯，污水定量杯和清水定量杯处于水平位置，沉淀池的底部与污水定量杯和清水定量杯的中部约二分之一高度位置处相平，混合池位于污水定量杯和清水定量杯的下方，光学测量管路位于混合池的下方，出水口位于光学测量管路的下方，出水口位于整个水路系统的最底端，清水池的位置高于出水口并位于沉淀池、污水定量杯和清水定量杯、混合池的下方；出水口分别与沉淀池、清水池、污水定量杯、混合池直接相连，并且接口位置分别处于沉淀池、清水池、污水定量杯、混合池的接近顶部的位置；污水进水口和清水进水口位置均高于出水口，污水进水口通过污水进水泵与沉淀池的顶部相连；第三污水电磁阀的位置低于沉淀池的底部，沉淀池的底部通过第三污水电磁阀与出水口相连，沉淀池排水手阀的位置低于第三污水电磁阀并与第三污水电磁阀相连；第五清水电磁阀的两端分别连接沉淀池的顶部和清水进水泵；第一污水电磁阀的两端分别连接沉淀池的中部以及污水定量杯的顶部；第二污水电磁阀的位置低于污水定量杯的底部，第二污水电磁阀的两端分别连接污水定量杯的底部和混合池的顶部；第四清水电磁阀的两端分别连接污水定量杯的顶部和清水进水泵；清水进水口与清水池的顶部相连；清水进水泵与清水池的底部相连；清水定量杯第一溢流管道的两端分别连接清水池的顶部和清水定量杯的顶部；清水定量杯第二溢流管道上安装有清水定量杯定容手阀，其两端分别连接清水池的顶部和清水定量杯的中部二分之一高度位置处；第一清水电磁阀的两端分别与清水定量杯的底部和清水进水泵相连；第二清水电磁阀的位置低于清水定量杯的底部，清水定量杯的底部通过第二清水电磁阀与混合池的顶部相连，清水定量杯排水手阀的位置低于第二清水电磁阀并与第二清水电磁阀相连；第三清水电磁阀的两端分别与混合池的顶部及清水进水泵相连；清水回流管路手阀位于整个水路系统的最顶端，清水回流管路手阀的两端分别与清水池的顶部及清水进水泵相连；第六清水电磁阀的两端分别与光学测量管路的顶部及清水进水泵相连；第一混合池电磁阀的位置低于混合池的底部，混合池的底部通过第一混合池电磁阀与光学测量管路的顶部相连，混合池排水手阀的位置低于第一混合池电磁阀并与第一混合池电磁阀相连；第二混合池电磁阀的两端分别与混合池的底部及出水口相连；检测管路排水电磁阀的两端分别与光学测量管路的底部及出水口相连；

控制系统包括：控制单元工控机、LCD显示屏、键盘鼠标、数字输入输出USB模块和各水泵（污水进水泵、清水进水泵）、电磁阀（第一污水电磁阀、第二污水电磁阀、第三污水电磁阀、第一清水电磁阀、第二清水电磁阀、第三清水电磁阀、第四清水电磁阀、第五清水电磁阀、第六清水电磁阀、第一混合池电磁阀、第二混合池电磁阀、检测管路排水电磁阀）；其中，LCD显示屏、键盘鼠标和数字输入输出USB模块分别与控制单元工控机相连；污水进水泵、清水进水泵、第一污水电磁阀、第二污水电磁阀、第三污水电磁阀、第一清水电磁阀（、第二清水电磁阀、第三清水电磁阀、第四清水电磁阀、第五清水电磁阀、第六清水电磁阀、第一混合池电磁阀、第二混合池电磁阀、检测管路排水电磁阀分别与数字输入输出USB模块相连。

本实用新型的有益效果是，一种用于光学法在线水质检测的水路控制系统，采用工控机通过数字输入输出USB模块控制水路系统中各水泵、电磁阀的开关，以控制定量污水、定量清水进入光学测量管路，实现方便调整检测水样稀释配比的功能，以及自动清洗管路的功能，并且运行稳定、操作简便、与外部水路连接方便，适用于采用光学法进行在线水质检测的自动分析系统。

附图说明

图1是用于光学法在线水质检测的水路控制系统的水路系统结构图；

图2是用于光学法在线水质检测的水路控制系统的控制系统结构图；

图中，污水进水口1、清水进水口2、出水口3、污水进水泵4、清水进水泵5、沉淀池6、清水池7、污水定量杯8、清水定量杯9、混合池10、光学测量管路11、第一污水电磁阀12、第二污水电磁阀13、第三污水电磁阀14、第一清水电磁阀15、第二清水电磁阀16、第三清水电磁阀17、第四清水电磁阀18、第五清水电磁阀19、第六清水电磁阀20、第一混合池电磁阀21、第二混合池电磁阀22、检测管路排水电磁阀23、沉淀池排水手阀24、清水定量杯排水手阀25、混合池排水手阀26、清水定量杯定容手阀27、清水回流管路手阀28、污水定量杯溢流管道29、清水定量杯第一溢流管道30、清水定量杯第二溢流管道31。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1、2所示，本实用新型是以控制单元工控机为整个水路控制系统的中枢，内嵌操作系统和水质在线分析软件，通过数字输入输出USB模块控制各水泵（包括污水进水泵4、清水进水泵5）、电磁阀（包括第一污水电磁阀12、第二污水电磁阀13、第三污水电磁阀14、第一清水电磁阀15、第二清水电磁阀16、第三清水电磁阀17、第四清水电磁阀18、第五清水电磁阀19、第六清水电磁阀20、第一混合池电磁阀21、第二混合池电磁阀22、检测管路排水电磁阀23）的开关，以实现定量污水、定量清水进入光学测量管路，以及污水管路的自动清洗功能；LCD显示屏、键盘鼠标为与用户交互的设备，用户通过键盘操作板发送各种命令，由LCD显示屏读取测量结果，获取操作提示。

图1、2中所有电磁阀的初始状态均为关闭状态。

图1中的沉淀池排水手阀24、清水定量杯排水手阀25、混合池排水手阀26的初始状态均为关闭状态，只有在手动操作排水时才会打开；清水定量杯定容手阀27的初始状态为关闭状态，当污水浓度较大需要增加清水的配比量时，可以改为打开状态；清水管路手阀28的初始状态为打开状态，以保证在所有电磁阀都关闭而清水进水泵5打开的情况下，清水池中的水有回流通路。

图1中的沉淀池6、清水池7、污水定量杯8、清水定量杯9、混合池10都配有溢流管路。

图1中污水定量杯8、清水定量杯9的体积比例，以及污水定量杯溢流管道29和污水定量杯8接口的高度、清水定量杯第一溢流管道30和清水定量杯第二溢流管道31分别与清水定量杯9接口的高度，共同决定了污水需要稀释时和清水的配比。例如，可以设置安装污水定量杯溢流管道29和污水定量杯8接口的高度等于污水定量杯8杯口的高度，设置安装清水定量杯第一溢流管道30和清水定量杯9接口的高度等于清水定量杯9杯口的高度，设置安装清水定量杯第二溢流管道31和清水定量杯9接口的高度等于清水定量杯9杯口的高度的一半；这样，当清水定量杯定容手阀27处于关闭状态时，清水定量杯第二溢流管道31也处于关闭状态，只有清水定量杯第一溢流管道30通畅，此时，污水定量杯8和清水定量杯9的体积比例就是污水、清水的比例；当清水定量杯定容手阀27处于打开状态时，清水定量杯第二溢流管道30通畅，污水定量杯8的体积与清水定量杯9一半体积的比例就是污水、清水的比例。将本实用新型的水路控制系统安装在某个固定的在线水质检测点后，可以根据该检测点的污水浓度决定是否需要清水稀释，并设计和设置需要稀释的比例。

本实用新型将在线水质自动检测的水路控制流程分为引入检测水样、进行光学检测和清洗测量管路三个阶段，每一阶段再分成若干步骤完成。三个阶段具体如下：

第一阶段，引入检测水样。该阶段根据污水是否需要定量清水稀释分成两种情况，两种情况下各分成若干步骤完成，根据需要在线检测的污水所属的情况决定选择采用那些步骤完成。

第一阶段的第一种情况：污水浓度不高，不需要定量清水稀释，可以直接进行光学检测，此时引入检测水样的阶段分为三步进行：

①将污水引入沉淀池6：打开污水进水泵4，同时打开检测管路排水电磁阀23，排出测量管路里面残留的水样，等待时间T1（例如80秒）后，以便残留的水样已完全排净，关闭污水进水泵4，关闭检测管路排水电磁阀23，静置时间T2（例如10秒），以便流进沉淀池6的污水稳定沉淀；

②将污水引入光学检测管路11：打开第一污水电磁阀12，第二污水电磁阀13，第一混合池电磁阀21，等待时间T3（例如10秒），以便流进各管路的污水稳定下来，关闭第一污水电磁阀12，第二污水电磁阀13，第一混合池电磁阀21；

③排空沉淀池6中的污水：打开第三污水电磁阀14，等待时间T4（例如10秒），以便于在光学方法测量过程中排出沉淀池6里面的水，使其从出水口3排出，然后关闭第三污水电磁阀14。

第一阶段的第二种情况：污水浓度较高，需要定量清水稀释后才能进行光学检测。此时引入检测水样的阶段分为三步进行：

①将污水引入沉淀池6：打开污水进水泵4，同时打开检测管路排水电磁阀23，排出测量管路里面残留的水样，等待时间T1（例如80秒）后，以便残留的水样已完全排净，关闭污水进水泵4，关闭检测管路排水电磁阀23，静置时间T2（例如10秒），以便流进沉淀池6的污水稳定沉淀；

②将污水、清水分别引入污水定量杯8、清水定量杯9：打开清水进水泵5，同时打开第一清水电磁阀15，打开第一污水电磁阀12，等待时间T5（例如10秒），使清水、污水分别进入并装满污水定量杯8、清水定量杯9，多余的清水、污水将分别从污水定量杯溢流管道29、清水定量杯第一溢流管道30（当清水定量杯定容手阀27关闭时）或清水定量杯第二溢流管道31（当清水定量杯定容手阀27打开时）溢流，最终溢流污水经出水口3排出、溢流清水流回清水池7，等待时间T5后，关闭清水进水泵5，关闭第一清水电磁阀15，关闭第一污水电磁阀12；

③将定量好的污水、清水引入混合池10、光学检测管路11：打开第二污水电磁阀12，打开第二清水电磁阀16，将定量好的污水、清水引入混合池10，等待时间T6（例如10秒），以便污水和清水混合均匀，关闭第二污水电磁阀12，关闭第二清水电磁阀16；然后打开第一混合池电磁阀21，等待时间T7（例如10秒），以便将混合好及配比好的水样引入光学检测管路11并等待水样稳定下来，然后关闭第一混合池电磁阀21；

④排空沉淀池6中的污水：打开第三污水电磁阀14，等待时间T4（例如10秒），以便于在光学方法测量过程中排出沉淀池6里面的水，使其从出水口3排出，然后关闭第三污水电磁阀14。

第二阶段，采用光学法对光学测量管路11中的水样进行水质检测，等待时间T4（例如10秒）以保证测量完成，在等待时间内不进行任何水路控制操作。无论污水是否需要定量清水稀释，该阶段的检测过程都是相同的。由于该光学检测过程不属于本实用新型所述的水路控制系统范围，因此不展开阐述。

第三阶段，清洗测量管路。该阶段根据污水是否采用定量清水稀释分成两种情况，根据需要在线检测的污水所属的情况决定选择采用那些步骤完成。

第三阶段的第一种情况：污水浓度不高，没有采用定量清水稀释，直接进行光学检测的。此时对于在线检测只需要清洗光学测量管路11，此清洗阶段分为三步进行：

①排空水样：打开检测管路排水电磁阀23，等待时间T8(例如1秒)，以便排出光学测量管路11中的水样；

②清洗：打开清水进水泵5、第六清水电磁阀20，冲洗光学测量管路11，持续时间T9(例如10秒)以保证清洗干净，然后关闭检测管路排水电磁阀23；

③留养护清水备用：关闭清水进水泵5，等待时间T10（例如2秒），留有清水在光学测量管路11里以便养护管路和下一次的光学测量，然后关闭第六清水电磁阀20。

第三阶段的第二种情况：污水浓度较高，采用定量清水稀释后才进行光学检测的。此时除清洗光学测量管路11外，还需要清洗污水流经的其他管路和容器，包括沉淀池6、污水定量杯8、混合池10和光学测量管路11。这种情况下清洗测量管路的阶段分为四步进行：

①清洗沉淀池6：打开第三污水电磁阀14，等待时间T11（例如10秒），以便排出沉淀池6中残留的污水，然后关闭第三污水电磁阀14，同时打开清水进水泵5、打开第五清水电磁阀19，等待时间T12（例如90秒），以便清水清洗沉淀池6，然后关闭清水进水泵5、关闭第五清水电磁阀19，再次打开第三污水电磁阀14，等待时间T13（例如20秒），以便排出沉淀池6中的清洗水，然后关闭第三污水电磁阀14；

②清洗污水定量杯8：打开第二污水电磁阀13、打开第二混合水样电磁阀22，等待时间T14（例如5秒），以便排出污水定量杯8中残留的污水，然后关闭第二污水电磁阀13、关闭第二混合水样电磁阀22，同时打开清水进水泵5、打开第四清水电磁阀18，等待时间T15（例如20秒），以便清水清洗污水定量杯8，然后关闭清水进水泵5、关闭第四清水电磁阀18，再次打开第二污水电磁阀13、打开第二混合水样电磁阀22，等待时间T16（例如10秒），以便排出污水定量杯8中的清洗水，然后关闭第二污水电磁阀13、关闭第二混合水样电磁阀22；

③清洗混合池10：打开第二混合水样电磁阀22，等待时间T17（例如10秒），以便排出残留的水样，然后关闭第二混合水样电磁阀22，同时打开清水进水泵5、打开第三清水电磁阀17，等待时间T18（例如50秒），以便清水清洗混合池10，然后关闭清水进水泵5、关闭第三清水电磁阀17，再次打开第二混合水样电磁阀22，等待时间T19（例如20秒），以便排出混合池10中的清洗水，然后关闭第二混合水样电磁阀22；

④清洗光学测量管路11：打开检测管路排水电磁阀23，等待时间T8(例如1秒)，以便排出光学测量管路11中的水样，然后打开清水进水泵5、第六清水电磁阀20，清洗光学测量管路11，持续时间T9(例如10秒)以保证清洗干净，然后关闭检测管路排水电磁阀23，关闭清水进水泵5，等待时间T10（例如2秒），留有清水在光学测量管路11里以便养护管路和下一次的光学测量，然后关闭第六清水电磁阀20。

Claims (1)

1.一种用于光学法在线水质检测的水路控制系统，其特征在于，它包括水路系统和检测控制系统；

其中，水路系统包括：污水进水口（1）、清水进水口（2）、出水口（3）、污水进水泵（4）、清水进水泵（5）、沉淀池（6）、清水池（7）、污水定量杯（8）、清水定量杯（9）、混合池（10）、光学测量管路（11）、第一污水电磁阀（12）、第二污水电磁阀（13）、第三污水电磁阀（14）、第一清水电磁阀（15）、第二清水电磁阀（16）、第三清水电磁阀（17）、第四清水电磁阀（18）、第五清水电磁阀（19）、第六清水电磁阀（20）、第一混合池电磁阀（21）、第二混合池电磁阀（22）、检测管路排水电磁阀（23）、沉淀池排水手阀（24）、清水定量杯排水手阀（25）、混合池排水手阀（26）、清水定量杯定容手阀（27）、清水回流管路手阀（28）、污水定量杯溢流管道（29）、清水定量杯第一溢流管道（30）、清水定量杯第二溢流管道（31）；其中沉淀池（6）位置高于污水定量杯（8）和清水定量杯（9），污水定量杯（8）和清水定量杯（9）处于水平位置，沉淀池（6）的底部与污水定量杯（8）和清水定量杯（9）的中部二分之一高度位置处相平，混合池（10）位于污水定量杯（8）和清水定量杯（9）的下方，光学测量管路（11）位于混合池（10）的下方，出水口（3）位于光学测量管路（11）的下方，出水口（3）位于整个水路系统的最底端，清水池（7）的位置高于出水口（3）并位于沉淀池（6）、污水定量杯（8）和清水定量杯（9）、混合池（10）的下方；出水口（3）分别与沉淀池（6）、清水池（7）、污水定量杯（8）、混合池（10）直接相连，并且接口位置分别处于沉淀池（6）、清水池（7）、污水定量杯（8）、混合池（10）的接近顶部的位置；污水进水口（1）和清水进水口（2）位置均高于出水口（3），污水进水口（1）通过污水进水泵（4）与沉淀池（6）的顶部相连；第三污水电磁阀（14）的位置低于沉淀池（6）的底部，沉淀池（6）的底部通过第三污水电磁阀（14）与出水口（3）相连，沉淀池排水手阀（24）的位置低于第三污水电磁阀（14）并与第三污水电磁阀（14）相连；第五清水电磁阀（19）的两端分别连接沉淀池（6）的顶部和清水进水泵（5）；第一污水电磁阀（12）的两端分别连接沉淀池（6）的中部以及污水定量杯（8）的顶部；第二污水电磁阀（13）的位置低于污水定量杯（8）的底部，第二污水电磁阀（13）的两端分别连接污水定量杯（8）的底部和混合池（10）的顶部；第四清水电磁阀（18）的两端分别连接污水定量杯（8）的顶部和清水进水泵（5）；清水进水口（2）与清水池（7）的顶部相连；清水进水泵（5）与清水池（7）的底部相连；清水定量杯第一溢流管道（30）的两端分别连接清水池（7）的顶部和清水定量杯（9）的顶部；清水定量杯第二溢流管道（31）上安装有清水定量杯定容手阀（27），其两端分别连接清水池（7）的顶部和清水定量杯（9）的中部二分之一高度位置处；第一清水电磁阀（15）的两端分别与清水定量杯（9）的底部和清水进水泵（5）相连；第二清水电磁阀（16）的位置低于清水定量杯（9）的底部，清水定量杯（9）的底部通过第二清水电磁阀（16）与混合池（10）的顶部相连，清水定量杯排水手阀（25）的位置低于第二清水电磁阀（16）并与第二清水电磁阀（16）相连；第三清水电磁阀（17）的两端分别与混合池（10）的顶部及清水进水泵（5）相连；清水回流管路手阀（28）位于整个水路系统的最顶端，清水回流管路手阀（28）的两端分别与清水池（7）的顶部及清水进水泵（5）相连；第六清水电磁阀（20）的两端分别与光学测量管路（11）的顶部及清水进水泵（5）相连；第一混合池电磁阀（21）的位置低于混合池（10）的底部，混合池（10）的底部通过第一混合池电磁阀（21）与光学测量管路（11）的顶部相连，混合池排水手阀（26）的位置低于第一混合池电磁阀（21）并与第一混合池电磁阀（21）相连；第二混合池电磁阀（22）的两端分别与混合池（10）的底部及出水口（3）相连；检测管路排水电磁阀（23）的两端分别与光学测量管路（11）的底部及出水口（3）相连；

控制系统包括：控制单元工控机、LCD显示屏、键盘鼠标、数字输入输出USB模块、污水进水泵（4）、清水进水泵（5）、第一污水电磁阀（12）、第二污水电磁阀（13）、第三污水电磁阀（14）、第一清水电磁阀（15）、第二清水电磁阀（16）、第三清水电磁阀（17）、第四清水电磁阀（18）、第五清水电磁阀（19）、第六清水电磁阀（20）、第一混合池电磁阀（21）、第二混合池电磁阀（22）、检测管路排水电磁阀（23）；其中，LCD显示屏、键盘鼠标和数字输入输出USB模块分别与控制单元工控机相连；污水进水泵（4）、清水进水泵（5）、第一污水电磁阀（12）、第二污水电磁阀（13）、第三污水电磁阀（14）、第一清水电磁阀（15）、第二清水电磁阀（16）、第三清水电磁阀（17）、第四清水电磁阀（18）、第五清水电磁阀（19）、第六清水电磁阀（20）、第一混合池电磁阀（21）、第二混合池电磁阀（22）、检测管路排水电磁阀（23）分别与数字输入输出USB模块相连。

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