污水處理pH值監(jiān)控應用AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀
關鍵詞：污水處理、AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀
一、概述：
污水處理的好壞，評鑒水的pH值隨著所溶解的物質的多少而定，因此pH值能靈敏地指示出水質的變化情況。pH值的變化對生物的繁殖和生存有很大影響，同時還嚴重影響活性污泥生化作用，即影響處理效果，污水的pH值一般控制在6.5～7之間。
應用AI-2070C總線式無紙記錄儀長期檢測污水處理廠中水品質起到了至關重要的作用，污水處理廠的pH計安裝在氧化溝的出口溢流槽內(nèi)，水在化學上是中性的，某些水分子自發(fā)地按照下式分解：H2O=H++OH-，即分解成氫離子和氫氧根離子。在中性溶液中，氫離子H+和氫氧根離子OH-的濃度都是10-7mol/l，pH值是氫離子濃度以10為底的對數(shù)的負數(shù)：pH=-log，因此中性溶液的pH值等于7。如果有過量的氫離子，則pH值小于7，溶液呈酸性；反之，氫氧根離子過量，則溶液呈堿性。
pH值通常用電位法測量，通常用一個恒定電位的參比電極和測量電極組成一個原電池，原電池電動勢的大小取決于氫離子的濃度，也取決于溶液的酸堿度。采用了CPS11型pH傳感器和CPM151型pH變送器。測量電極上有特殊的對pH反應靈敏的玻璃探頭，它是由能導電、能滲透氫離子的特殊玻璃制成，具有測量精度高、抗干擾性好等特點。當玻璃探頭和氫離子接觸時，就產(chǎn)生電位。電位是通過懸吊在氯化銀溶液中的銀絲對照參比電極測到的。pH值不同，對應產(chǎn)生的電位也不一樣，通過變送器將其轉換成標準4～20mA輸出。
PH監(jiān)測儀表通過表筆采集排水道管道的PH值而產(chǎn)生變化的電信號，并對其信號進行分析計算將其轉換成對應的電流信號輸出，以供模擬量轉換器采集。PH測量筆連接到AI分體式無紙記錄儀再連接到中央計算機房。
二、系統(tǒng)組建
1、系統(tǒng)架構
作為上位機監(jiān)控電腦通過公司現(xiàn)有網(wǎng)絡系統(tǒng)對模擬量模塊進行連續(xù)不間斷的監(jiān)控，將其數(shù)據(jù)讀取過來，并對其進行運算后將PH儀表采集回來的電流信號還原成PH值。并將PH值以數(shù)字，曲線等方式顯示出來，或生成數(shù)據(jù)庫保存起來。
如下圖所示1-5號電箱安裝于現(xiàn)場。每個箱裝6個PH傳感器儀表和一個模擬量采集模塊AI-706MFJ4J4J4S每臺模擬量采集模塊把各個箱的RS485通訊總線信號通過一條兩芯電纜線連接起來傳AI2070C真彩觸摸屏無紙記錄儀，RS485穿透無紙記錄儀把信號連到辦公室的計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接起來。
無紙記錄儀作為中間媒體將PH儀表轉換出來的電流信號轉變成數(shù)字信號并存儲在一定的物理地址里面，以便往外發(fā)送。每個儀表有6路4-20MA信號讀取通道，每路通道有獨立的物理地址用來存儲轉換過來的電流信號的數(shù)值。而且每個儀表有獨立的地址（地址可通過軟件設置）以供上位機辨認讀取。
3、無紙記錄儀功能
AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀，使用宇電AI系模塊作為測控輸入模塊實現(xiàn)多通道數(shù)字全屏顯示。測控儀表不僅包括各類溫度、壓力、流量、頻率等信號，也包括人工智能PID調節(jié)、流量積算、電量測量等功能，可按需要配置，任意組合。配合圖標式功能選擇，全中文觸摸操作，操作方便，易于學習。觸摸屏可以加入流程圖，定制提供豐富多彩的工藝流程圖，可連接PLC、變頻器等設備，用于小型DCS控制系統(tǒng)終端顯示。功能上已超越了一般的無紙記錄儀，綜合了人機界面和無紙記錄儀功能于一體；
采用外插標配2GU盤存儲記錄；數(shù)據(jù)保存按先進先出的原則，轉存數(shù)據(jù)點立即保存；數(shù)據(jù)在PC上直接打開來閱讀數(shù)據(jù)；
采用上位機＋下位機的結構，即買即用連接RS485通訊線即可使用；觸摸屏和測控儀表可以單獨購買并可自由擴充，測控儀表不僅包括各類溫度、壓力、流量、頻率等信號，也包括人工智能PID調節(jié)、流量積算、電量測量等功能，可按需要配置，任意組合。輸入及輸出規(guī)格極為豐富，可任選單路或多路顯示報警儀、智能調節(jié)器、手操器、流量積算儀或開關量輸入輸出模塊；每臺記錄儀可選擇1、2、4、6、8、12、16、18、22、32通道類型軟件；自由編輯選擇AI通道硬件型號；可寫入設備位號如：【TIC-101】；計量單位【℃】等；
廣泛應用在化工、冶金、石油、制藥、食品、電爐、恒溫恒濕箱、機械設備配套、試驗室移動控制屏、小型DCS控制系統(tǒng)等諸多行業(yè)中作為終端顯示器來使用。選購觸摸屏通電即可連機使用。
AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀采用上位機（觸摸屏）與下位機（AI儀表）總線連接，按地址排列，AI儀表相互獨立運行、互不干擾、通電就能顯示操作；每臺記錄儀可選擇1～32臺調節(jié)、顯示儀表；可連接AI-808H溫壓補償流量表4臺；1臺601電量儀表。連接AI-3013D5模塊1個，8個開關量輸出控制電機起停；連接AI-3011D5模塊1個，8個開關輸入顯示電機運行狀態(tài)；觸摸屏COM1通訊口采用【超5類屏蔽雙絞線】2根線來連接AI儀表的通訊口A/B端RS485通訊；中間不能用其他的導線來連接；安裝開關電源直流24VDC供電，電源線+、-兩根線、接地線。COM2通訊口具有隨機打印功能。
AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀采用盤面安裝方式， AI儀表采用盤面或導軌安裝方式；通訊線采用【超5類屏蔽雙絞線】，安裝24VDC開關電源。開機進入圖標式功能選擇畫面；【主頁】上顯示圖標【調節(jié)儀表】、【流量儀表】【電量儀表】、【報警記錄】、【棒圖】、【流程圖】、【報表】、【數(shù)據(jù)導出】、【單條曲線】【實時曲線】、【歷史曲線】、【設置】、點擊進入該功能畫面；
AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀應用【主屏】選【調節(jié)儀表】全屏顯示；選【單條曲線】顯示單臺曲線，點【SV】設置儀表給定值；點【MV】手動輸出量的設定；點【自動/手動】手自動切換、程序控制、程序配方設置、查看曲線；在【棒圖】、【實時曲線】、【歷史曲線】、【流程圖】點擊：畫面的數(shù)據(jù)框可快捷返回單臺儀表的【單條曲線】通道。相同頁面按【上一頁】【下一頁】；
實時、歷史組合多趨勢曲線在【實時曲線】【歷史曲線】按通道順序排列1、2、3、4、6固定組合在一起，直觀的顯示相關通道間的變化關系。點擊【數(shù)據(jù)框】返回【實時畫面】通道。在【歷史曲線】畫面點擊【S】可選擇啟用單條或4條曲線，顯示趨勢變化；設置查詢起始時間及時間跨度；不同的數(shù)據(jù)量程范圍啟用單條查詢。通過【上一頁】，【下一頁】的切換組合通道。
查看污水處理過程中PH值的變化過程，及時發(fā)出報警信號，啟動、添加等操作動作。
在工藝流程圖界面可看到生動形象的圖形畫面來描述現(xiàn)場生產(chǎn)工藝流程，是整個工業(yè)現(xiàn)場的縮影。直觀的展示了工業(yè)現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，從而使得操作員具有十分直觀的遠程控制。
遠程計算機監(jiān)控
通過以太網(wǎng)功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步傳輸，上位機監(jiān)控軟件通過AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀，直接訪問AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀所連接的儀表，必須用到AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀應用數(shù)據(jù)同步，上傳計算機監(jiān)控的功能，這個功能的作用：就是將AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀作為一個類似通道的中轉站，上位機軟件發(fā)給儀表的指令，需要通過AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀轉發(fā)給儀表，此外，儀表返回的數(shù)據(jù)再經(jīng)AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀發(fā)給上位機軟件。
該系統(tǒng)是由宇電工控組態(tài)專用軟件需經(jīng)二次開發(fā)的軟件產(chǎn)品，系統(tǒng)組態(tài)后可直接使用。該軟件與AI儀表配套使用共同構成AIFCS現(xiàn)場總線型計算機監(jiān)控系統(tǒng)。
工業(yè)現(xiàn)場安裝AI儀表，采用RS485總線連接控制層計算機，在控制層計算機上％操作儀表。所有控制功能與數(shù)據(jù)信息都在控制室計算機上統(tǒng)一管理、分配。在計算機上對車間控制儀表進行全方位的監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集和各項事務的處理。
軟件結構該軟件的內(nèi)部結構可分為以下三個部分：
數(shù)據(jù)采集及實時控制、數(shù)據(jù)處理、權限管理
1、數(shù)據(jù)采集及控制：軟件系統(tǒng)從工業(yè)現(xiàn)場溫度控制器采集測量值，編輯實時曲線，可同時顯示8條實時曲線，用顏色來區(qū)別。曲線顯示可選百分比與實時曲線2種圖。也可屏蔽其他曲線，顯示單條曲線。呈現(xiàn)的實時數(shù)據(jù)，并存入系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)庫，以便日后數(shù)據(jù)查詢等使用。在流程圖、實時趨勢圖或儀表畫面上：
2、平臺操作：點擊【儀表顯示框】出現(xiàn)操作平臺：可看到該AI儀表定義控制設備的名稱，位號、儀表型號，地址，量程上限，量限下限，測量單位，此時AI儀表的所有顯示參數(shù)與控制按紐都體現(xiàn)在該平臺上。流程圖控制電機是采用開關方式控制，在同一個接點上【通/斷】控制。如點擊【參數(shù)】名稱修改【上限值報警值HAL】在對話框里填寫參數(shù)，點擊“確定”參數(shù)就下傳到現(xiàn)場AI儀表溫度調節(jié)器，
3、數(shù)據(jù)處理：從歷史數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)并完成指定的處理功能。包括歷史數(shù)據(jù)顯示，歷史曲線繪制。
4、自動生成各類數(shù)據(jù)報表，報警報表，產(chǎn)生報警事件提示有音響提醒。歷史報警、報表按列表的行式，各類報表可導出到軟件外以Microsoft Excel文檔或瀏覽器的形式保存。報表查詢：輸入起始與結束時間段查詢歷史數(shù)據(jù)；
5、運行記錄報表。記錄每一次操作記錄備查。
6、工業(yè)現(xiàn)場：在控制室按裝一臺電腦并采用屏蔽超五類四對雙絞網(wǎng)絡線利用RS485作為AI儀表與電腦連接現(xiàn)場通訊總線。在電腦上按裝已組態(tài)好的AIFCS網(wǎng)絡版監(jiān)控軟件，并采用簡潔可靠的自有的通訊協(xié)議在計算機上對現(xiàn)場控制器實現(xiàn)100%的功能操作。實時讀取測量值，隨時修改控制參數(shù)。
儀表功能表：填寫測量點功能表，用于制作軟件。
三、PH傳感器的安裝及維護
1、pH計的安裝和維護
pH計的安裝方式有流通式和浸入式兩種。污水處理廠一般選用的是浸入式安裝，如該污水處理廠的pH計安裝在氧化溝的出口溢流槽內(nèi)，此處的pH值較具有代表性，且水流平穩(wěn)，對pH計不會造成大的沖擊。
定期的維護有助于儀表的準確測量和延長儀表的使用壽命。應當注意傳感器和變送器之間的專用電纜不能受潮，否則電極的高阻低壓信號將無法傳送至變送器。若電極不測量時，應將黃色保護套管套上，它能使電極處于濕潤狀態(tài)，有利于延長電極的使用壽命。每隔一個月左右，應對電極進行清洗，先用柔和的水流噴洗附著物，再將電極浸泡于清洗液中一段時間，而后用清水洗凈。傳感器支架也應清洗。每次清洗之后，要用緩沖劑溶液進行標定，目前國產(chǎn)的pH標定液中，pH=4的還可以，pH=7的不夠準確，將會影響標定結果。所以使用生產(chǎn)廠家的標定液更好，生產(chǎn)廠家一般提供兩瓶標準溶液，一瓶pH值等于7，用于標定儀表零點；一瓶pH等于4，用于標定儀表的信號輸出斜率。該系統(tǒng)主要由金屬探頭、電子檢測單元、微電腦顯示和調節(jié)單元、執(zhí)行單元、整機電源等5部分構成。
該裝置基于電解質與非電解質的導電特性，由金屬探頭及電子檢測單元構成的電解質與非電解質傳感器檢測水箱的導電性能，并將產(chǎn)生的信號送到微電腦顯示和調節(jié)單元去與設定值進行比較。若顯示值（實測值）＜設定值，則該單元便發(fā)出一個信號給執(zhí)行單元，執(zhí)行單元通過加藥泵給水箱加潤版液；若顯示值≥設定值，則該單元發(fā)出停止執(zhí)行命令，停止加潤版液。此外，該裝置還能夠根據(jù)潤版液pH值的實際情況，按照上述原理循環(huán)往復地將pH值控制在設定范圍內(nèi)，以達到自動檢測調節(jié)潤版液pH值的目的，而且精度高。
隨著我國對水資源保護的日益重視，污水的凈化處理顯得越來越重要，而與之配套的處理過程所需的檢測儀表是必不可少的。水質分析儀作為污水處理行業(yè)中重要的儀表，除了選型和安裝正確以外，定期的維護和標定也十分重要，而且是使儀表能夠真正發(fā)揮作用的關鍵所在。