废水中物理指标检测方案

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焦化废水pH计自动清洗仪的设计 在废水处理及诸多生产工艺流程中，添加或产生的某些工艺介质具有粘性，它们极易粘附在pH计探头表面的敏感膜上，从而隔离敏感膜与工艺介质的接触，造成pH值的失真。为了减少这种现象的发生，确保pH计连续稳定工作，就必须定期对pH计探头进行清洗。 1 常用自动清洗仪的种类     目前，市场上有DKK、Foxboro、横河、梅特勒－托利多以及ABB等几家较大规模的分析仪表公司，它们能生产和提供多种pH计自动清洗设备。其中，DKK与横河生产的pH计自动清洗仪种类比较齐全。根据其工作原理的不同，可将pH计自动清洗仪分为如下4类： 1.1 机械式自动清洗     其清洗原理如图1（a）所示。它主要通过机械传动，使用毛刷与pH计探头接触，去除pH探头表面的附着物。 1.2 超声波自动清洗     其清洗原理如图1（b）所示。它依靠一定频率的超声波，使pH计探头表面的附着物振动而脱落，达到清洗的目的。 1.3 自动喷射水清洗     其清洗原理如图1（c）所示。它在液面下依靠水的冲力使pH计探头上的附着物脱落。 图1 4种自动清洗仪原理示意图 1.4 化学清洗     其清洗原理如图1（d）所示。它在液面下通过喷射空气与化学清洗剂的混合物与pH探头接触，使附着在pH探头表面的污物与化学清洗剂反应达到自动清洗的目的。此种方法的清洗效率较高。  2 自动清洗仪存在的问题     尽管市场上提供的pH自动清洗仪在原理及其具体设计上有所不同，但它们都有一个共性，即必须将清洗部件安装在液面下，这对焦化废水处理工艺流程的应用要求来说，显然没有办法满足。这是因为：     ① 由于焦化废水处理过程中会产生大量的聚合物（或有机物），它们的粘附性较强，仅凭带压力的水喷射清洗很难将探头表面的粘附物洗净；另外，它们也会粘附在机械式清洗仪的毛刷上，使毛刷清洗效率降低；更致命的是，毛刷附着有机物后，其表面粗糙度增加，用此毛刷对pH探头清洗会明显减短pH探头的寿命。     ② 焦化废水中存在大量的无机物或者有机物，超声波对它们的作用不大。如果对于含颗粒物较多的流体超声波能发挥它的清洗作用，但是面对无机物或者有机物，超声波清洗的效果不佳。     ③ 由于焦化废水处理中需添加较多的稀酸与弱碱，使得在液面下的机械传动机构及超声波探头容易被腐蚀，如选用防腐材质，则成本成倍增加。 3 设计思想和工作原理     根据上述分析，现有自动清洗仪无法满足焦化废水处理工艺流程要求的根本原因，在于自动清洗仪必须在液面下作业。如果能变液面下作业为液面上空清洗，就能完全解决实际问题。考虑到焦化废水处理流程的稳定性，在一定时间范围内可将pH计移出液面进行清洗。由于清洗过程中pH计输出值锁定，不会对工艺控制造成大的影响，所以将液面下作业改为液面上清洗是完全可行的。基于上述设计思想，可将自动清洗仪设计成图2所示的结构。    基本工作原理如下：pH探头通过气动执行机构先转动90°到达水平位置，然后再通过另一气动执行机构将带清洗毛刷的电动马达转动90°，使毛刷中心与探头接触。此时，清洗喷头喷水，马达转动，开始清洗探头。清洗结束后，电动马达先在气动执行机构的带动下回到原位，pH探头紧接着也恢复当初的测量位置。在清洗的整个过程中，将pH计的输出值锁定。对于化学清洗，则在电动马达转动90°前先用雾状的盐酸溶液（浓度为5%）清洗探头，接下来与使用水清洗的程序一样。 按照此工作原理设计自动清洗仪，必定具备如下特点： ① 将传统的液面下清洗变为液面上空作业； ② 将单纯使用化学或者物理机械清洗变为物理与化学清洗相结合； ③ 采用基于微处理器控制的自动清洗仪可灵活设置清洗顺序，方便监控清洗过程，及时发现故障； ④ 机械传动构件采用气动方式，可减少故障率及维护量。 图2 pH自动清洗仪原理图 4 监控系统硬件设计     根据自动清洗仪的组成结构、工作原理以及功能等综合考虑，可将监控系统的硬件组成设计成图3所示的形式。 4.1 主机电路及键盘、显示器接口     按照仪表设计要求，选用指令功能丰富、中断能力强的MCS-51单片机作为主机电路的核心器件，采用WINBOND的WP516BP。     主机电路包括单片机、外接存储器、I/O接口电路。根据自动清洗仪数据处理和控制功能的需求、调用汉字程序较多以及需要保存较多历史数据的特点，选用8K×8位的Flash存储器，以简化电路设计，节约印刷电路板面积。     另外，由于所需键盘和显示器的接口需求不大，故不需增加并行转换接口。 图3 硬件结构设计框图 4.2 模拟量输入通道     本仪器所涉及到的模拟量仅有4～20mA输入电流一个对应pH值，因此不需增加多路开关电路。选择∑－△型AD7715作为模/数转换器件，它具备串行通信能力，转换速度快，可较好地用于 pH自动清洗仪中。由于AD7715输入的最大电压信号为2.5V，需要将4～20mA电流信号通过两个并联的精密电阻（250Ω）以达到输入指标的要求。 4.3 开关量输入通道     自动清洗仪有多种开关量输入信号：断样、液位低、压缩空气压力低、执行机构限位信号等。因开关量信号多，为了简化电路设计，保证编程的灵活性以及升级扩展后程序的可移植性，选用LATTICE公司的MACH4000系列产品――可编程逻辑芯片。试验证明，由于采用VHDL语言编程，通用性与可移植性较强，可变程逻辑器件可较好地满足使用的要求。     另外，为了有效地消除开关量输入信号对仪表性能的影响，在开关量输入信号与可变程逻辑器件之间使用光电隔离器件，以保证数据通信的稳定性。 4.4 模拟量输出以及开关量输出通道     输出电路由D/A转换器、V/I转换器、驱动器和隔离电路构成。     由于pH计自动清洗仪的气动执行机构需使用220V的电压进行驱动，故开关量输出通道通过采用光电继电器来接通220V的交流电压。设计时可根据实际所选用的光电继电器来决定是否选用驱动电路。由于本仪器所选用的光电继电器驱动电流小，故可直接驱动。     另外，pH计输出值需进行远程传输，故经D/A转换后，需通过V/I电路将电压值变换为电流值后进行远程输送。 5 软件设计     监控程序包括监控主程序和命令处理子程序两部分。监控主程序是监控程序的核心，主要作用是识别命令、解释命令并获得子程序的入口地址。命令处理子程序负责具体执行命令，完成命令所规定的各项实际动作，主要任务包括：     ① 初始化管理；     ② 自诊断实现对仪表自身的诊断处理 它主要对通道进行工作状态的判断，其程序框图如图4所示。     ③ 键盘和显示管理 定时刷新显示器，分析处理按键命令并转入相应的键服务程序；     ④ 中断管理 接收因过程信道和时钟等引起的中断信号，区分优先级别，实现中断嵌套，并转入相应的实时测量、控制功能子程序；     ⑤ 时钟管理 实现对硬件定时器的处理及由此形成的软件定时器的管理。     具体的监控主程序处理流程如图5所示。 图4 自诊断程序框图 　图5 监控主程序框图 6 结束语     考虑到现场的实际情况，本设计没有涉及到通信功能的设计。但是，随着标准通信协议，特别是以太网在现场的进一步推广，通信功能将会成为现场仪表的一个基本功能标准。     本文主要提出一种新型的pH计自动清洗仪的设计思路，它不仅可用于pH探头的清洗，而且还可用于DO计、ORP计、浊度计、电导率计等水质分析仪表的自动清洗，且其价格比同类进口产品低得多，具有一定的应用推广价值。 在废水处理及诸多生产工艺流程中，添加或产生的某些工艺介质具有粘性，它们极易粘附在pH计探头表面的敏感膜上，从而隔离敏感膜与工艺介质的接触，造成pH值的失真。为了减少这种现象的发生，确保pH计连续稳定工作，就必须定期对pH计探头进行清洗。更多精彩内容，请您下载后查看。