CN2511977Y - 水厂水质多参数在线测量监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是水厂水质多参数在线测量监控装置,它由机壳、面板、主机板、显示报警板连接构成,面板设有多种开关及指示灯;主机板电路主要由单片微机、输入及接口电路、内、外操作电路、放大保持电路、隔离电路、pH变送电路、A/D、D/A转换电路、电源电路、晶振、驱动电路等通过各自信号线连接构成;显示报警板电路由输入接口电路、整形电路、电源电路、显示驱动电路、报警接口电路、指示灯电路通过各自线信号连接构成。本装置测量精度高、智能化程度高、可靠性高、功能强大、维修方便、造价低。

Description

水厂水质多参数在线测量监控装置

本实用新型是水厂水质多参数(浊度、溶氯、酸碱度、液位)在线测量监控装置，属水厂水质测量监控设备。

水厂水质的好坏关系到千家万户居民的身体健康，在现有的水厂中，除少数中大型水厂采用自动投药系统及水质测量外，绝大多数中小型水厂仍处在人工定期化验水质并手动调节加药量的阶段。其原因是：水厂水质测控系统复杂，投资成本大，维修维护困难。而中小型水厂人工定期化验水质并手动调节加药量，工人劳动强度大，检测及调节很难作到及时、可靠，且无记录、统计不准确及时。

本实用新型的目的就是为了克服和解决现有绝大多数中小型水厂对水质进行人工定期化验并手动调节加药量，存在劳动强度大，检测及调节难于作到及时、可靠，且无记录、统计不准确及时等缺点和问题；而现有大型水厂水质在线检测与控制设备又存在造价过高、维护维修困难等缺点和问题，研究设计一种具有测量精度高、可靠性高、功能强大、造价低、智能化程度高的水厂水质多参数(浊度、溶氯、酸碱度、液位)在线测量监控装置。本装置采用目前微电脑行业中的最新技术进行设计，如：抗干扰技术、数字化技术、容错技术、节能技术等，它比较完善地解决水厂水质在线实时测量、记录、统计、管理等问题。

本实用新型是通过下述技术方案来实现的：水厂水质多参数在线测量监控装置的结构示意图如图1所示；其主机板电路方框图如图2所示；其显示报警板电路方框图如图3所示；它由机壳、面板、主机板、显示报警板共同安装连接构成，面板设有余浊度显示窗1、加矾阀位显示窗2、功能值显示窗3、加氯阀位显示窗4、溶氯指示灯5、初浊度指示灯6、液位指示灯7、pH指示灯8、温度指示灯9、余浊度定值指示灯10、溶氯定值指示灯11、浊度阀位零指示灯12、浊度报警指示灯13、溶氯报警指示灯14、氯气阀位零指示灯15、加矾阀位增加开关16、加矾阀位减少开关17、加氯阀位增加开关18、加氯阀位减少开关19、功能值增加开关20、功能值减少开关21、功能值切换开关22、复位开关23、电源开关24、余浊机械报警指示灯25、初浊机械报警指示灯26、余浊工作指示灯27、初浊工作指示灯28、余浊清洗指示灯29、初浊清洗指示灯30；其电路板由主机板与显示报警板电气连接构成；其相互连接关系为：显示报警板与主机板装在机壳内，显示报警板与主机板通过电缆线连接，其中装于面板上的余浊度显示窗1、加矾阀位显示窗2、功能值显示窗3、加氯阀位显示窗4、溶氯指示灯5、初浊度指示灯6、液位指示灯7、pH指示灯8、温度指示灯9、余浊度定值指示灯10、溶氯定值指示灯11、浊度阀位零指示灯12、浊度报警指示灯13、溶氯报警指示灯14、溶氯阀位零指示灯15、余浊机械报警指示灯25、初浊机械报警指示灯26、余浊工作指示灯27、初浊工作指示灯28、余浊清洗指示灯29、初浊清洗指示灯30分别通过显示、报警信号线与显示报警板板上的相应点相连接，装于面板上加矾阀位增加开关16、加矾阀位减少开关17、加氯阀位增加开关18、加氯阀位减少开关19、功能值增加开关20、功能值减少开关21、功能值切换开关22分别通过各自信号电缆线与主机板相应电路上的相应点相连接；其中，主机板由第一单片微机(主机)电路31、开关量输入电路32、步进电机零位霍尔开关输入接口电路33、内部操作电路34、外部操作及伪隔离电路35、A/D转换器电路36、信号限幅保护、多路开关、信号放大及采样保持器电路37、pH变送电路38、隔离电路39、温度变送电路40、pH复合电极输入接口电路41、精密稳压电源电路42、溶氯仪表输入接口电路43、隔离电路44、液位输入接口电路45、浊度传感器输入及变送接口电路46、精密稳压电源电路47、D/A转换器、电流变换、隔离输出驱动及接口电路(可接记录仪)48、步进电机隔离驱动及接口电路(含浊度阈、加氯阀)49、显示板输出接口电路50、晶振电路51、共用复位电路52、双口RAM 53、第三单片微机(通讯)电路54、通讯隔离驱动及RS232C接口电路55、晶振电路56、第二单片微机(浊度传感器清洗)电路57、时间设定拨码开关电路58、浊度传感器清洗电机位置霍尔开关接口电路59、多路驱动电路60、浊度传感器工作状态指示灯接口电路61、清洗电机接口电路(接多路固态继电器)62、晶振电路63、交流220V输入电路64、滤波器65、主机隔离变压器66、整流稳压输出电源电路67、显示用电源电路68、pH变送隔离变压器69、整流稳压输出电源电路70、溶氯隔离变压器71、整流稳压输出电源电路72、浊度、液位隔离变压器73、整流稳压输出电源电路74、液位用电源电路75、记录仪隔离变压器76、整流稳压输出电源电路77、通讯用隔离变压器78、整流稳压输出电源电路79、步进电机驱动隔离变压器80、整流后输出电源电路81、稳压输出电源电路82共同电气连接构成；显示报警板电路由显示板输入接口电路83、信号整型、电源滤波电路84、串行显示驱动电路85、数码管/指示灯电路86、报警接口电路87、指示灯电路88共同电气连接构成；其相互连接关系为：主机板通过各自信号电缆线与初浊度传感器、余浊度传感器、pH玻璃电极、压力式液位传感器连接；而溶氯传感器通过总氯仪表变送，并经信号电缆线连接到主机板；交流220V输入电路64、滤波器65、主机隔离变压器66、整流稳压输出电源电路67、显示用电源电路68、pH变送隔离变压器69、整流稳压输出电源电路70、溶氯隔离变压器71、整流稳压输出电源电路72、浊度、液位隔离变压器73、整流稳压输出电源电路74、液位用电源电路75、记录仪隔离变压器76、整流稳压输出电源电路77、通讯用隔离变压器78、整流稳压输出电源电路79、步进电机驱动隔离变压器80、整流后输出电源电路81、稳压输出电源电路82分别通过各自电源线与电路板上相应电路的相应点相连接；整流稳压输出电源电路67提供主机板核心用的数字及模拟电源，除另有说明外，主机板大部分都由它供电；显示用电源电路68与整流稳压输出电源电路67相应点相连接提供显示板用的数字电源；整流稳压输出电源电路70提供精密稳压电源电路42、pH变送电路38、隔离电路39用的隔离模拟电源；整流稳压输出电源电路72提供溶氯仪表输入接口电路43、隔离电路44用的隔离模拟电源；整流稳压输出电源电路74提供浊度传感器输入及变送接口电路46用的共地模拟电源；液位用电源电路75与整流稳压输出电源电路74上的相应点相连接，并提供液位输入接口电路45用的共地模拟电源；整流稳压输出电源电路77提供D/A转换器、电流变换、隔离输出驱动及接口电路(可接记录仪)48用隔离模拟电源；整流稳压输出电源电路79提供通讯隔离驱动及RS232C接口电路55用隔离数字电源；电源电路81提供步进电机隔离驱动及接口电路49用隔离驱动电源；稳压输出电源电路82与整流后输出电源电路81电路板上的相应点相连接，并提供步进电机隔离驱动及接口电路49用隔离模拟电源；第一单片微机(主机)电路31分别通过内部数据、地址、控制总线分别与开关量输入电路32、A/D转换器电路36、D/A转换器、电流变换、隔离输出驱动及接口电路(可接记录仪)48、双口RAM53相电气连接；第一单片微机(主机)电路31分别通过步进电机信号线、显示信号线、晶振信号线分别与步进电机隔离驱动及接口电路49、显示板输出接口电路50、晶振电路51相电气连接；开关量输入电路32分别通过步进电机零位霍尔开关输入接口线、内部操作信号线、外部操作及伪隔离电路信号线、浊度工作状态信号线分别与步进电机零位霍尔开关输入接口电路33、内部操作电路34、外部操作及伪隔离电路35、浊度工作状态指示灯接口电路61相连接；精密稳压电源电路47分别通过电源线与A/D转换器电路36、温度变送电路40、D/A转换器、电流变换、隔离输出驱动及接口电路(可接记录仪)48、浊度传感器输入及变送接口电路46相应电源点相连接；信号限幅保护、多路开关、信号放大及采样保持器37分别通过模拟信号线分别与A/D转换器电路36、隔离电路39、温度变送电路40、隔离电路44、液位输入接口电路45、浊度传感器输入及变送接口电路46相电气连接；pH变送电路38分别通过电源线、模拟信号线、电极输入线分别与精密稳电源电路42、复合电极输入接口电路41、隔离电路39相电气连接；复合电极输入接口电路41通过电极输入线与温度变送电路40相电气连接；共用复位电路52分别通过复位信号线与第一单片微机(主机)电路31、开关量输入电路32、第三单片微机(通讯)电路54、第二单片微机(浊度传感器清洗)电路57相电气连接；第三单片微机(通讯)电路54分别通过内部数据线、控制线、串行线、晶振线分别与双口RAM53、通讯隔离驱动及RS232C接口电路55、晶振电路56相连接；第二单片微机(浊度传感器清洗)电路57分别通过时间设定信号线、浊度传感器清洗电机位置霍尔开关信号线、多路驱动信号线分别与时间设定拨码开关电路58、浊度传感器清洗电机位置霍尔开关接口电路59、多路驱动电路60相电气连接；多路驱动电路60分别通过浊度工作状态信号线、清洗电机开关信号线分别与浊度工作状态指示灯接口电路61、清洗电机接口电路(接多路固态继电器)62相连接；显示板输入接口电路83分别通过接口信号线、电源线、显示信号线与显示板输出接口电路50、浊度工作状态指示灯接口电路61、信号整型、电源滤波电路84、指示灯电路88相连接；串行显示驱动电路85分别通过显示信号线、数码管/指示灯信号线、报警信号线与信号整型、电源滤波电路84、数码管/指示灯电路86、报警接口电路87相连接。

本实用新型实施方式之一的主机板电路原理图如图4～12所示，其中：第一单片微机(主机)电路31由集成电路U1、U7、U9、U10、U104F、电阻及排阻R4、R5、滤波电容C3～C16共同电气连接构成；开关量输入电路32由集成电路U8、排阻R1～R3共同电气连接构成；步进电机零位霍尔开关输入接口电路33由连接器J28、J29的一部分构成，J28接加矾步进电机零位霍尔开关、J29接加氯步进电机零位霍尔开关；内部操作电路34由拨码开关SW1、按钮S1～S4共同电气连接构成；外部操作及伪隔离电路35由连接器J2、J4、排阻R6、光电隔离器U2共同电气连接构成，其中J2连接面板功能值增加开关20、功能值减少开关21、功能切换开关22；J4连接至面板加矾阀位增加开关16、加矾阀位减少开关17、加氯阀位增加开关18、加氯阀位减少开关19，这几个开关并通过J28、J29随各自的步进电机电缆引到现场，以便于操作；A/D转换器电路36由集成电路U37、电阻及可调电阻R32～R35、滤波电容C26～C29、C31、C32共同电气连接构成；信号限幅保护、多路开关、信号放大及采样保持器37由集成电路U34、U35、U36A、U38、电阻及可调电阻R31、R36～R38、电容C30、连接器J7共同电气连接构成；pH变送电路38由放大器U63、U69A、电阻及可调电阻R71、R72、R77、R80～R82、R101、R102、电容C79、C80、C89共同连接构成；隔离电路39由放大器U69B、U16D、光电隔离器U65、电阻R70、R75、R76、R103、电容C74、C78共同电气连接构成；温度变送电路40由放大器U66A、U66B、U66C、电阻及可调电阻R85～R91、R83、R104、电容C81共同连接构成；复合电极输入接口电路41由连接器J19、J20构成，它连接到沉清池出口的复合玻璃电极上；精密稳压电源电路42由放大器U58、电阻R60、R61、R73、R74、电容C75、C76共同连接构成；溶氯仪表输入接口电路43由连接器J21、电阻R84、电容C82共同连接构成，连接器J21通过电缆连接到溶氯仪表上；隔离电路44由放大器U71A、U66D、光电隔离器U74、电阻R92、R95、R98、R105、电容C83、C86共同连接构成；液位输入接口电路45由放大器U64D、电阻R78、R79、电容C90、连接器J17共同连接构成，J17通过电缆连到蓄水库内的压力式液位传感器上；浊度传感器输入及变送接口电路46由放大器U64A、U64B、U64C、电阻及可调电阻R93、R96、R99、R135、R137、R145、电容C84、C87、连接器J25共同连接构成，初浊度变送电路、光电隔离器U72只用于调试，实际上现场安装由J25通过电缆连接超高亮发光二极管和线性光敏三极管，该超高亮发光二极管和线性光敏三极管安装在玻璃弯管内，另外，由放大器U67A、U67B、U67C、电阻及可调电阻R94、R97、R100、R136、R138、R146、电容C85、C88、连接器J26共同连接构成余浊度变送电路；光电隔离器U73只用于调试，实际上现场安装由J26通过电缆连接到超高亮发光二极管和线性光敏三极管，该超高亮发光二极管和线性光敏三极管安装在玻璃弯管内；精密稳电源电路47由放大器U30、U36B、电阻R26、R29、R30、电容C25、指示灯LP1共同电气连接构成；D/A转换器、电流变换、隔离输出驱动及接口电路(可接记录仪)48由集成电路U17、U18、放大器U16、U23、U24、光电隔离器U20、U21、三极管Q1、Q2、电阻及可调电阻R10～R23、电容C17～C20、连接器J3共同电气连接构成两路电流隔离输出；步进电机隔离驱动及接口电路49由集成电路U107、U104A、U104B、U104C、U104D、放大器U102、光电隔离器U106、三极管Q8、Q10、Q12、二极管D39、D41、D43、电阻及排阻R139～R141、R148、R153、R157、R162、连接器J28共同电气连接构成加矾隔离输出；另外，由集成电路U108、U103、放大器U101、光电隔离器U105、三极管Q7、Q9、Q11、二极管D38、D40、D42、电阻及排阻R142～144、R147、R156、R158、R163、连接器J29共同电气连接构成加氯隔离输出；显示板输出接口电路50由连接器J1构成，它经电缆连接到显示板上的显示板输入接口电路83上；晶振电路51由晶体管U11、电容C1、C2共同电气连接构成，它连接到第一单片微机(主机)电路31上；共用复位电路52由集成电路U6、按钮RESET1共同电气连接构成；双口RAM53由集成电路U44、U104E共同电气连接构成，它连接到第一单片微机(主机)电路31、第三单片微机(通讯)电路54上；第三单片微机(通讯)电路54由集成电路U41、U43、拨码开关SW2、电阻及排阻R43～R45、三极管Q3、指示灯LP2共同电气连接构成；通讯隔离驱动及RS232C接口电路55由集成电路U45、电阻R39～R42、三极管Q4、Q5、光电隔离器U40、电容C36、C37、C40、C41、RS232C标准连接器J9共同电气连接构成；其中，RS232C标准连接器J9经电缆线连接到上位微机实施通讯管理；晶振电路56由晶体U42、电容C38、C39共同电气连接构成，它连接到第三单片微机(通讯)电路54上；第二单片微机电路(浊度传感器清洗)电路57由集成电路U55、电阻及排阻R55～R58、滤波电容C57～C60共同电气连接构成；时间设定拨码开关电路58由拨码开关SW3、SW4共同连接构成，它用于设置初浊度、余浊度清洗时间；浊度传感器清洗电机位置霍尔开关接口电路59由连接器J5构成，它连接初浊度、余浊度清洗机构的零位位置霍尔开关上；多路驱动电路60由集成电路U53、U54共同连接构成；浊度传感器工作状态指示灯接口电路61由电阻R7、R59、指示灯LP6、LP24、连接器J14共同电气连接构成；指示灯LP6亮代表初浊度工作，指示灯LP24亮代表余浊度工作，J14并通过电缆连接到显示报警板输入接口电路83的J24上；清洗电机接口电路(接多路固态继电器)62由连接器J14构成，其中，J14-10、J14-11端连接到外面的多路固态继电器上，以控制两路电机正转的开关；晶振电路63由晶体U56、电容C61、C62共同电气连接构成，它连接到第二单片微机(浊度传感器清洗)电路57上；整流稳压输出电源电路67由稳压集成电路U48、U49、U52、二极管D7～D20、指示灯LP3～LP5、电阻及可调电阻R46～R54、电容C42～C56、隔离变压器连接器J10、J11共同连接构成，J10、J11连接到主机隔离变压器66上；本部分提供主机核心用数字电源及模拟电源，数字电源地及模拟电源地相连接；显示用电源电路68由稳压集成电路U47、电容C34共同连接构成，它的输入接整流稳压输出电源电路67，输出接显示板输出接口电路50，目的是为了减少对主机用数字电源的干扰；整流稳压输出电源电路70由稳压集成电路U59、U61、二极管D21～D24、电阻及可调电阻R62～R65、电容C63～C66、隔离变压器连接器J15共同连接构成，J15接pH变送隔离变压器69，本部分提供独立的隔离电源给pH电极变送；整流稳压输出电源电路72由稳压集成电路U60、U62、二极管D25～D28、电阻及可调电阻R66～R69、电容C67～C70、隔离变压器连接器J16共同连接构成，J16接溶氯隔离变压器71，本部分提供独立的隔离电源给溶氯仪表输入接口电路43、隔离电路44使用；整流稳压输出电源电路74由稳压集成电路U98、U99、二极管D30～D33、电阻及可调电阻R129～R131、R133、电容C97、C98、C100、C102、隔离变压器连接器J27共同连接构成，J27接浊度、液位隔离变压器73，本部分提供共地的电源给浊度传感器输入及变送接口电路46使用；液位用电源电路75由稳压集成电路U100、电阻及可调电阻R132、R134、电容C99、C101共同连接构成，它的输入连接到整流稳压输出电源电路74，它的输出提供电源给液位输入接口电路45使用；整流稳压输出电源电路77由稳压集成电路U27、U28、二极管D1～D4、电阻及可调电阻R24、R25、R27、R28、电容C21～C24、隔离变压器连接器J6共同连接构成，J6接记录仪隔离变压器76，本部分提供独立的隔离电源给D/A转换器、电流变换、隔离输出驱动及接口电路(可接记录仪)48部分使用；整流稳压输出电源电路79由稳压集成电路U46、二极管D5、D6、电容C33、C35、隔离变压器连接器J8共同连接构成，J8接通讯用隔离变压器78，输出电源提供給通讯隔离驱动及RS232C接口电路55使用；整流后输出电源电路81及稳压输出电源电路82由稳压集成电路U51、二极管D35、D37、电容C104、C106、电阻R150、R152、隔离变压器连接器J13共同连接构成加矾阀电源，另外，由稳压集成电路U50、二极管D34、D36、电容C103、C105、电阻R149、R151、隔离变压器连接器J12共同连接构成加氯阀电源，J12、J13连接到步进电机驱动隔离变压器80上，整流后输出电源电路81用于驱动步进电机，稳压输出电源电路82供给步进电机隔离驱动及接口电路(含浊度阈、加氯阀)49电源；显示报警板电路原理图如图13所示，其中，显示板输入接口电路83由连接器J23、J24共同连接构成，J23通过电缆连接到主机板的显示输出接口电路50上，J24通过电缆连接到主机板浊度传感器工作状态指示灯接口电路61的J14上；信号整型、电源滤波电路84由集成电路U96A、U96C、U96D、电容C91～C96共同连接构成；串行显示驱动电路85由集成电路U77～U94、二极管D29、三极管D26、电阻R127共同连接构成；数码管/指示灯电路86由数码管L1～L16、指示灯LP7、LP9、LP11、LP13、LP14、LP16、LP17、LP19、LP20、LP22、LP23、电阻及排阻R111～R126、R6I2、R6I3、连接器J22共同连接构成；报警接口电路87由集成电路U96B、光电隔离器U97、电阻R110、R128、报警器B1共同电气连接构成；指示灯电路88由指示灯LP8、LP10、LP12、LP15、LP18、LP21、排阻R6I1、连接器J24共同连接构成。

本实用新型的工作原理如下：pH毫伏信号由测量电极直接测得，温度毫伏信号由电极上附带的铂电阻X激沥恒流产生，它们的毫伏信号经电缆连接器接到主机板上；溶氯信号经溶氯仪表变送产生0～5.00V，再通过电缆接到主机板上；液位毫伏信号先由主机板提供电源，后由液位传感器随所测得的压力产生毫伏信号，浊度信号先由主机板提供基准电源，目的是使超高亮发光二极管产生恒光，其一边放置标准浊度块，它最好在现场浊度测量值附近，另一边放置在测量液体里头，电路的对管自补偿能有效地消除温飘、时飘、老化等问题，后经电缆由变送电路连接到主机板上；经各自的变送隔离电路连接到信号限幅保护、多路开关、信号放大及采样保持器电路37，再接A/D转换器电路36模拟转数字输入端，第一单片微机电路(主机)31根据采样信号首先求出pH毫伏信号值及温度值，然后由pH数学模型来求pH值；溶氯量直接由0～5.00V对应满刻度求出；液位值直接由线性模型求出；浊度值采用先求浊度毫伏信号，再经二十段线性插值求出(主机总软件程序框图如图14所示；主机0.1秒定时中断程序框图如图17所示；并适时显示在余浊度显示窗1、功能值显示窗3上(装置隐含显示溶氯量)，余浊度、溶氯量的对应的电流值经D/A转换器、电流变换、隔离输出驱动及接口电路(可接记录仪)48接记录仪，面板上的数据、指示灯及报警器，即余浊度显示窗1、加矾阀位显示窗2、功能值显示窗3、加氯阀位显示窗4、溶氯指示灯5、初浊度指示灯6、液位指示灯7、pH指示灯8、温度指示灯9、余浊度定值指示灯10、溶氯定值指示灯11、浊度阀位零指示灯12、浊度报警指示灯13、溶氯报警指示灯14、氯气阀位零指示灯15由第一单片微机电路(主机)31的串行口经显示板输出接口电路50连接到显示报警板上的显示输入接口电路83而动态刷新，以同步串行方式进行，报警接口电路87外接报警器，实现声光报警；面板上另外的余浊机械报警指示灯25、初浊机械报警指示灯26、余浊工作指示灯27、初浊工作指示灯28、余浊清洗指示灯29、初浊清洗指示灯30由浊度传感器工作状态指示灯接口电路61的J14连接到显示报警板上的显示输入接口电路83的J24而动态刷新；所有主机程序及固定参数都保存在第一单片微机电路(主机)31的片内EEPROM内，运算变量暂存在第一单片微机电路(主机)31内的掉电保护RAM里；主机加矾、加氯驱动程序框图如图16所示，阀位大小由第一单片微机电路(主机)31经步进电机隔离驱动及接口电路49再接步进电机阀门机械执行机构而实现，采用开环控制方式，其阀位大小适时显示在加矾阀位显示窗2、加氯阀位显示窗4上，阀门零位由步进电机零位霍尔开关输入接口电路33、开关量输入电路32检测得到；主机监控处理子程序框图如图15所示；监控算法分内部、外部两种，由拨码开关SW1确定，拨码开关SW1有以下功能选择：正常/内部监控、记忆参数/原定标准参数、余氯记录/初浊记录、外调零有效/外调零无效、记录0～10mA输出/记录4～20mA输出。即在内部监控时可调整初浊度调零值、余浊度调零值、余浊度定值、余浊度报警范围值、溶氯调零值、溶氯定值、溶氯报警范围值、pH电极参数、pH调零值、温度修正值、液位调零值，并可观看初浊度毫伏值、余浊度毫伏值、pH毫伏值，其代码、代码值暂时显示在功能值显示窗3、加氯阀位显示窗4内。外部操作时，其外部参数适时显示在功能值显示窗3上，并依照溶氯指示灯5、初浊度指示灯6、液位指示灯7、pH指示灯8、温度指示灯9、余浊度定值指示灯10、溶氯定值指示灯11提示其功能值显示窗3为溶氯量、初浊度值、液位值、pH值、温度值、余浊度定值、溶氯定值，它的切换功能由功能切换开关22实现，可使指示灯循环移动到各对应点，其对应值可通过功能值增加开关20、功能值减少开关21来调零；按下加矾阀位增加开关16、加矾阀位减少开关17可人工调整加矾阀位大小，其阀位大小适时显示在加矾阀位显示窗1上；按下加氯阀位增加开关18、加氯阀位减少开关19可人工调整加氯阀位大小，其阀位大小适时显示在加氯阀位显示窗4上。与上位PC通讯由第一单片微机电路(主机)31经双口RAM53、第三单片微机电路(通讯)电路54内部交换数据，再由第三单片微机电路(通讯)54经通讯隔离驱动及RS232C接口电路55以较长的电缆连接到上位微机上，通讯程序及固定参数都保存在第三单片微机电路(通讯)54的片内EEPROM内，运算变量暂存在第三单片微机电路(通讯)54的片内RAM里；目前，已实现PC机上主要数据动态刷新，PC机上的软件用VB6.0编写。浊度清洗机械执行机构由第二单片微机电路(玻璃电极清洗)57经多路驱动电路60、浊度工作状态指示灯接口电路61产生浊度工作状态指示灯动态刷新，并通知第一单片微机电路(主机)31目前是浊度工作还是浊度清洗，清洗期间，浊度保持不变；它也经多路驱动电路60、清洗电机接口电路(接多路固态继电器)62接多路固态继电器，多路固态继电器经220V交流电再连接清洗电机而完成；浊度清洗机械执行机构的零位在上位，它的位置状态由浊度传感器清洗电机位置霍尔开关接口电路59检测得到，浊度清洗控制程序及固定参数都保存在第二单片微机电路(浊度传感器清洗)57的片内EEPROM内，运算变量暂存在第二单片微机电路(浊度传感器清洗)57的片内RAM里。以水厂的澄清、消毒为例，当余浊度定值、溶氯定值超范围时，浊度报警指示灯13、溶氯报警指示灯14亮，同时报警器鸣叫，可人工通过关断声音报警开关以切断其鸣叫。当加矾步进电机阀位零检查不正常时，加矾阀位显示窗2显示“--00”。当加氯步进电机阀位零检查不正常时，加氯阀位显示窗4显示“--00”。当浊度清洗机构执行超时时，对应余浊机械报警指示灯25、初浊度机械报警指示灯26亮。

本实用新型与现有技术设备相比，具有如下优点和有益效果：(1)本实用新型功能多，有pH变送模块，可接玻璃电极使用，有初浊度、余浊度变送模块，有溶氯、液位输入接口，有多路报警提示，可接记录仪，有步进电机隔离驱动模块，可直接驱动步进电机阀门机械执行机构，有通讯隔离驱动模块，可与上位PC机通讯，便于水厂管理。通信接口为今后水厂进行数据管理提供极大方便，现场控制系统的数据可记录到磁盘上，并通过软件作进一步的处理，目前可以达到一台PC机最多可与256台测量监控装置进行联机通信。另外，还有浊度清洗控制模块，以控制浊度清洗机械执行机构，软件功能更加强大，具有更高的智能化；(2)本实用新型采用超高亮发光二极管及线性光敏三极管作为发射及接收器件，并采用对管自补偿电路，有效地解决了半导体器件温飘、时飘、老化等问题，这些问题对有非线性关系的浊度与浊度毫伏尤为重要；(3)本实用新型工作可靠，全面采用抗干扰技术，由于所有模块之间或利用自然隔离或电隔离，并采用了第四代斩波稳零放大器ICL7650S加保护环结构作第一级放大器，对玻璃电极高达1000兆欧的输入阻抗及现场干扰问题也作了很好的解决。全部采用数字化技术进行设计，其参数设定改由按钮来调整，并保留在掉电保护RAM里；采用容错技术，故障只出现在本模块内，其它无故障部分照常工作，如通讯隔离驱动模块、步进电机隔离驱动模块出现故障时，整机测量部分照常工作，而测量电极部分各路独立，并加有保护电路，某几路的故障不会影响到其它路，反之，当测量部分出现故障时，照样可通过人工调整按钮，以控制步进电机阀门机械执行机构开大、开小；采用节能技术，阀位只在有偏差时，步进电机才加电，其它时间阀位由机械磨擦锁定；(4)本实用新型操作方便，内部监控由技术人员完成，外部操作由工人作定期调整即可，操作工人根据工艺条件、报警信号及记录曲线及时调整余浊度定值、溶氯定值及对应的阀门大小即可；(5)本实用新型采用pH数学模型来求pH值，精度高；采用二十段线性插值来求浊度，能在0～1000度范围内达到1％的精度；本装置测量精度提高到12位，由于采用最新的放大器及相应电路，装置输入/输出不易被干扰破坏，其中的光电隔离电路有保证达到12位精度；(6)本实用新型智能化程度高，内部参数都有默认值，它由技术人员在内部监控里调整即可，有多项报警功能，便于帮助判断故障的原因及所在的位置；(7)本实用新型单板设计，内部连线少，维修维护方便，造价低；采用大机箱，整机散热条件好，又可免除灰尘、湿气侵入。面板采用高亮大数码管、指示灯及轻触型按钮，外形美观，操作方便；(8)本实用新型具有防死机功能，装置程序凡是有循环并可能引起死机的地方，内部加计数器，超范围自动跳出。装置设计余量较大，可在220V±20％范围内正常工作，即使有很小的失压状态，都可通过复位芯片检测出来(电压小于4.75V)，保证装置能正常工作。

下面对说明书附图进一步说明如下：图1是水厂水质多参数在线测量监控装置的外型结构示意图；图2是其主机板电路方框图；图3是其显示报警板电路方框图；图4～12是主机板相应电路原理图；其中：图4为主机电路原理图；图5为A/D转换电路原理图；图6为D/A转换电路原理图；图7为主机电源电路原理图；图8为双步进电机驱动电路原理图；图9为酸碱度、温度、溶氯变送测量电路原理图；图10为双浊度、液位变送测量电路原理图；图11为通讯电路原理图；图12为浊度传感器清洗控制电路原理图；图13为显示报警板电路原理图；图14为主机总软件程序框图；图15为主机监控处理子程序框图；图16为主机加矾、加氯步进电机驱动程序框图；图17为主机0.1秒定时中断程序框图。图4～13中，相同网络标号点应对应相连接。

本实用新型的实施方式如下：(1)可选用铝合金材料并用一般机加工方法加工机壳及面板，发明人曾按图1所示，设计加工出样机的机壳及面板，其机壳尺寸为240×433×438mm，然后，在机壳内安装显示报警电路板、主机板、隔离变压器、pH电极输入接口、液位信号输入接口、溶氯信号输入接口、浊度信号输入接口、步进电机隔离驱动及接口、记录仪输出接口、通讯RS232C接口、显示报警板与主机板连接电缆、电源输入插座而实现主机。应注意：所有中大功率部件全部由引线引出，并以绝缘材料隔离安装在散热片上，再固定在机箱后部；(2)按图13所示原理图，其中，所有网络标号相同者，计算机会自动连在一起，由计算机自动布线制显示及报警电路板，其中，U77～U94可选74XX164系列，U96可选74XX08系列，L1～L16可选FC8-011-11系列数码管，Q6三极管可选TIP142系列，光电隔离器U97可选TLP521-1系列。按图4～12所示原理图，由计算机自动布线制主机板，其中，U7可选89C55，U10、U43可选74LS373，U9可选DS1225，U1可选74LS139，U8可选82C55，光电隔离器U2、U105、U106可选TLP521-4系列，U6可选MAX708，U35可选74HCT4051系列，U103、U104可选74XX04系列，U23、U36、U58、U69、U71可选OP-200或TLE2022系列，U38可选LF198系列，U37可选AD574A系列，U34可选TL7726系列，U17、U18可选DAC1230或DAC0832系列，U16、U24、U64、U66、U67可选OP-400或TLE2024系列，U30可选TLE2064系列，三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5可选50毫安25伏NPN系列，U28、U49～U52、U61、U62、U99、U100可选LM317或LM350系列，U27、U48、U59、U60、U98可选LM337系列，U107、U108可选CD4066系列，U101、U102可选LM324系列，三极管Q7～Q12选大功率TIP142系列，U41、U55可选89C52系列；U45可选MAX232系列，U44可选IDT7130或CY7C130系列，光电隔离器U20、U21、U40、U65、U74可选TLP521-2系列，U46、U47可选7805T系列，U53、U54可选74HCT244系列，U63可选ICL7650或ICL7652系列。发明人按上述的实施方式制出样机，可达到下列技术指标及参数：(1)输入电压：AC220V±20％，50Hz；(2)额定功率：200W(主机)；(3)浊度检测显示0～1000度(使用温度范围0～60℃，精度1％)；(4)溶氯检测显示0.00～9.99mg/L(精度0.01mg/L)；(5)液位检测显示0.00～9.99米(精度0.01米)；(6)pH检测显示：2～14(最小分辨率0.01)；(7)液体温度：0～60℃(可显示0～127℃)；(8)阀位显示：0～99.99；(9)控制方式：手动；(10)pH玻璃电极在线检测精度：≤0.1pH(大范围内)；实施使用本检测报警仪时，先接交流220V电压、测量传感器及仪表、阀门机械执行机构，也可选接记录仪及通讯。其工作步骤为：(1)开启电源；(2)调内部监控参数；(3)恢复正常功能，以后，操作工人可根据工艺条件、报警信号及余浊度、溶氯记录曲线，及时调整余浊度定值、溶氯定值及加矾阀位大小、加氯阀位大小即可，并定期作软件初浊度、余浊度、溶氯、pH、温度、液位调零校准；注意：第一次使用时，先把拨码开关置到监控，拨码到原定标准参数位，再开机，以让第一单片微机(主机)电路31把原定标准参数送到掉电保护RAM里；然后拨回码到用户参数调整位才可精密调整内部参数，按压代码按钮S1到初浊度调零位，按压代码值按钮增S3、代码值按钮快S2、代码值按钮减S4以调整初浊度调零值，其代码、代码值暂时显示在功能值显示窗3、加氯阀位显示窗4内；同理，可调余浊度调零值、余浊度定值、余浊度报警范围值、溶氯调零值、溶氯定值、溶氯报警范围值、pH电极参数、pH调零值、温度修正值、液位调零值，并可观看初浊度毫伏值、余浊度毫伏值、pH毫伏值；pH变送电路采用6倍放大，具体调整是，以可调电阻R101调零，以可调电阻R80调幅；温度以可调电阻R89调幅；pH变送、温度变送硬件调整时，最好在原定标准参数下进行，这样，可在主机帮助下直接观察pH毫伏、pH值、温度值，pH值调整需要标准缓冲液，温度值调整需要温度计；同理，初浊度、余浊度调校，需要标准浊度模块，该模块与平常所测液体的浊度差不多，以可调电阻R145调节发光量，使初浊度显示为标准浊度值，以可调电阻R146调节发光量，使余浊度显示为标准浊度值。拨码开关置到正常位，恢复正常功能，到此，整机调校完毕；外部操作由工人作定期的、适当的调整即可。

Claims (1)

1、一种水厂水质多参数在线测量监控装置，其特征在于：它由机壳、面板、主机板、显示报警板共同安装连接构成，面板设有余浊度显示窗(1)、加矾阀位显示窗(2)、功能值显示窗(3)、加氯阀位显示窗(4)、溶氯指示灯(5)、初浊度指示灯(6)、液位指示灯(7)、pH指示灯(8)、温度指示灯(9)、余浊度定值指示灯(10)、溶氯定值指示灯(11)、浊度阀位零指示灯(12)、浊度报警指示灯(13)、溶氯报警指示灯(14)、氯气阀位零指示灯(15)、加矾阀位增加开关(16)、加矾阀位减少开关(17)、加氯阀位增加开关(18)、加氯阀位减少开关(19)、功能值增加开关20、功能值减少开关(21)、功能值切换开关(22)、复位开关(23)、电源开关(24)、余浊机械报警指示灯(25)、初浊机械报警指示灯(26)、余浊工作指示灯(27)、初浊工作指示灯(28)、余浊清洗指示灯(29)、初浊清洗指示灯(30)；其电路板由主机板与显示报警板电气连接构成；其相互连接关系为：显示报警板与主机板装在机壳内，显示报警板与主机板通过电缆线连接，其中装于面板上的余浊度显示窗(1)、加矾阀位显示窗(2)、功能值显示窗(3)、加氯阀位显示窗(4)、溶氯指示灯(5)、初浊度指示灯(6)、液位指示灯(7)、pH指示灯(8)、温度指示灯(9)、余浊度定值指示灯(10)、溶氯定值指示灯(11)、浊度阀位零指示灯(12)、浊度报警指示灯(13)、溶氯报警指示灯(14)、溶氯阀位零指示灯(15)、余浊机械报警指示灯(25)、初浊机械报警指示灯(26)、余浊工作指示灯(27)、初浊工作指示灯(28)、余浊清洗指示灯(29)、初浊清洗指示灯(30)分别通过显示、报警信号线与电路板上的相应点相连接，装于面板上加矾阀位增加开关(16)、加矾阀位减少开关(17)、加氯阀位增加开关(18)、加氯阀位减少开关(19)、功能值增加开关(20)、功能值减少开关(21)、功能值切换开关(22)分别通过各自信号电缆线与主机板相应电路上的相应点相连接；其中，主机板由第一单片微机电路(31)、开关量输入电路(32)、步进电机零位霍尔开关输入接口电路(33)、内部操作电路(34)、外部操作及伪隔离电路(35)、A/D转换器电路(36)、信号限幅保护、多路开关、信号放大及采样保持器电路(37)、pH变送电路(38)、隔离电路(39)、温度变送电路(40)、pH复合电极输入接口电路(41)、精密稳压电源电路(42)、溶氯仪表输入接口电路(43)、隔离电路(44)、液位输入接口电路(45)、浊度传感器输入及变送接口电路(46)、精密稳压电源电路(47)、D/A转换器、电流变换、隔离输出驱动及接口电路(48)、步进电机隔离驱动及接口电路(49)、显示板输出接口电路(50)、晶振电路(51)、共用复位电路(52)、双口RAM(53)、第三单片微机电路(54)、通讯隔离驱动及RS232C接口电路(55)、晶振电路(56)、第二单片微机电路(57)、时间设定拨码开关电路(58)、浊度传感器清洗电机位置霍尔开关接口电路(59)、多路驱动电路(60)、浊度传感器工作状态指示灯接口电路(61)、清洗电机接口电路(62)、晶振电路(63)、交流220V输入电路(64)、滤波器(65)、主机隔离变压器(66)、整流稳压输出电源电路(67)、显示用电源电路(68)、pH变送隔离变压器(69)、整流稳压输出电源电路(70)、溶氯隔离变压器(71)、整流稳压输出电源电路(72)、浊度、液位隔离变压器(73)、整流稳压输出电源电路(74)、液位用电源电路(75)、记录仪隔离变压器(76)、整流稳压输出电源电路(77)、通讯用隔离变压器(78)、整流稳压输出电源电路(79)、步进电机驱动隔离变压器(80)、整流后输出电源电路(81)、稳压输出电源电路(82)共同电气连接构成；显示报警板电路由显示板输入接口电路(83)、信号整型、电源滤波电路(84)、串行显示驱动电路(85)、数码管/指示灯电路(86)、报警接口电路(87)、指示灯电路(88)共同电气连接构成；其相互连接关系为：主机板通过各自信号电缆线与初浊度传感器、余浊度传感器、pH玻璃电极、压力式液位传感器连接；而溶氯传感器通过总氯仪表变送，并经信号电缆线连接到主机板；交流220V输入电路(64)、滤波器(65)、主机隔离变压器(66)、整流稳压输出电源电路(67)、显示用电源电路(68)、pH变送隔离变压器(69)、整流稳压输出电源电路(70)、溶氯隔离变压器(71)、整流稳压输出电源电路(72)、浊度、液位隔离变压器(73)、整流稳压输出电源电路(74)、液位用电源电路(75)、记录仪隔离变压器(76)、整流稳压输出电源电路(77)、通讯用隔离变压器(78)、整流稳压输出电源电路(79)、步进电机驱动隔离变压器(80)、整流后输出电源电路(81)、稳压输出电源电路(82)分别通过各自电源线与电路板上相应电路的相应点相连接；显示用电源电路(68)与整流稳压输出电源电路(67)相应点相连接；液位用电源电路(75)与整流稳压输出电源电路(74)上的相应点相连接，稳压输出电源电路(82)与整流后输出电源电路(81)电路板上的相应点相连接，第一单片微机电路(31)分别通过内部数据、地址、控制总线分别与开关量输入电路(32)、A/D转换器电路(36)、D/A转换器、电流变换、隔离输出驱动及接口电路(48)、双口RAM(53)相电气连接；第一单片微机电路(31)分别通过步进电机信号线、显示信号线、晶振信号线分别与步进电机隔离驱动及接口电路(49)、显示板输出接口电路(50)、晶振电路(51)相电气连接；开关量输入电路(32)分别通过步进电机零位霍尔开关输入接口线、内部操作信号线、外部操作及伪隔离电路信号线、浊度工作状态信号线分别与步进电机零位霍尔开关输入接口电路(33)、内部操作电路(34)、外部操作及伪隔离电路(35)、浊度工作状态指示灯接口电路(61)相连接；精密稳压电源电路(47)分别通过电源线与A/D转换器电路(36)、温度变送电路(40)、D/A转换器、电流变换、隔离输出驱动电路及接口(48)、浊度传感器输入及变送接口电路(46)相应电源点相连接；信号限幅保护、多路开关、信号放大及采样保持器(37)分别通过模拟信号线分别与A/D转换器电路(36)、隔离电路(39)、温度变送电路(40)、隔离电路(44)、液位输入接口电路(45)、浊度传感器输入及变送接口电路(46)相电气连接；pH变送电路(38)分别通过电源线、模拟信号线、电极输入线分别与精密稳电源电路(42)、复合电极输入接口电路(41)、隔离电路(39)相电气连接；复合电极输入接口电路(41)通过电极输入线与温度变送电路(40)相电气连接；共用复位电路(52)分别通过复位信号线与第一单片微机(31)、开关量输入电路(32)、第三单片微机电路(54)、第二单片微机电路(57)相电气连接；第三单片微机电路(54)分别通过内部数据线、控制线、串行线、晶振线分别与双口RAM(53)、通讯隔离驱动及RS232C接口电路(55)、晶振电路(56)相连接；第二单片微机电路(57)分别通过时间设定信号线、浊度传感器清洗电机位置霍尔开关信号线、多路驱动信号线分别与时间设定拨码开关电路(58)、浊度传感器清洗电机位置霍尔开关接口电路(59)、多路驱动电路(60)相应点相电气连接；多路驱动电路(60)分别通过浊度工作状态信号线、清洗电机开关信号线分别与浊度工作状态指示灯接口电路(61)、清洗电机接口电路(62)相应点相连接；显示板输入接口电路(83)分别通过短接口信号线、电源线、显示信号线与显示板输出接口电路(50)、浊度工作状态指示灯接口电路(61)、信号整型、电源滤波电路(84)、指示灯电路(88)相连接；串行显示驱动电路(85)分别通过显示信号线、数码管/指示灯信号线、报警信号线与信号整型、电源滤波电路(84)、数码管/指示灯电路(86)、报警接口电路(87)相连接。

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