污水處理pH值監(jiān)控應(yīng)用AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀
關(guān)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(zhì)的多少而定，因此pH值能靈敏地指示出水質(zhì)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(shí)還嚴(yán)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(yīng)用AI-2070C總線式無紙記錄儀長期檢測污水處理廠中水品質(zhì)起到了至關(guān)重要的作用，污水處理廠的pH計(jì)安裝在氧化溝的出口溢流槽內(nèi)，水在化學(xué)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(fù)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(gè)恒定電位的參比電極和測量電極組成一個(gè)原電池，原電池電動(dòng)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(yīng)靈敏的玻璃探頭，它是由能導(dǎo)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(diǎn)。當(dāng)玻璃探頭和氫離子接觸時(shí)，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(yīng)產(chǎn)生的電位也不一樣，通過變送器將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行分析計(jì)算將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電流信號輸出，以供模擬量轉(zhuǎn)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(jì)算機(jī)房。
二、系統(tǒng)組建
1、系統(tǒng)架構(gòu)
作為上位機(jī)監(jiān)控電腦通過公司現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對模擬量模塊進(jìn)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(jìn)行運(yùn)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(gè)箱裝6個(gè)PH傳感器儀表和一個(gè)模擬量采集模塊AI-706MFJ4J4J4S每臺(tái)模擬量采集模塊把各個(gè)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(jì)算機(jī)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(zhuǎn)換出來的電流信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號并存儲(chǔ)在一定的物理地址里面，以便往外發(fā)送。每個(gè)儀表有6路4-20MA信號讀取通道，每路通道有獨(dú)立的物理地址用來存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換過來的電流信號的數(shù)值。而且每個(gè)儀表有獨(dú)立的地址（地址可通過軟件設(shè)置）以供上位機(jī)辨認(rèn)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(shí)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(diào)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(biāo)式功能選擇，全中文觸摸操作，操作方便，易于學(xué)習(xí)。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(shè)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(jī)界面和無紙記錄儀功能于一體；
采用外插標(biāo)配2GU盤存儲(chǔ)記錄；數(shù)據(jù)保存按先進(jìn)先出的原則，轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)點(diǎn)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(jī)＋下位機(jī)的結(jié)構(gòu)，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(dú)購買并可自由擴(kuò)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(diào)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(bào)警儀、智能調(diào)節(jié)器、手操器、流量積算儀或開關(guān)量輸入輸出模塊；每臺(tái)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(shè)備位號如：【TIC-101】；計(jì)量單位【℃】等；
廣泛應(yīng)用在化工、冶金、石油、制藥、食品、電爐、恒溫恒濕箱、機(jī)械設(shè)備配套、試驗(yàn)室移動(dòng)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(jī)使用。
AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀采用上位機(jī)（觸摸屏）與下位機(jī)（AI儀表）總線連接，按地址排列，AI儀表相互獨(dú)立運(yùn)行、互不干擾、通電就能顯示操作；每臺(tái)記錄儀可選擇1～32臺(tái)調(diào)節(jié)、顯示儀表；可連接AI-808H溫壓補(bǔ)償流量表4臺(tái)；1臺(tái)601電量儀表。連接AI-3013D5模塊1個(gè)，8個(gè)開關(guān)量輸出控制電機(jī)起停；連接AI-3011D5模塊1個(gè)，8個(gè)開關(guān)輸入顯示電機(jī)運(yùn)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(dǎo)線來連接；安裝開關(guān)電源直流24VDC供電，電源線+、-兩根線、接地線。COM2通訊口具有隨機(jī)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?qū)к壈惭b方式；通訊線采用【超5類屏蔽雙絞線】，安裝24VDC開關(guān)電源。開機(jī)進(jìn)入圖標(biāo)式功能選擇畫面；【主頁】上顯示圖標(biāo)【調(diào)節(jié)儀表】、【流量儀表】【電量儀表】、【報(bào)警記錄】、【棒圖】、【流程圖】、【報(bào)表】、【數(shù)據(jù)導(dǎo)出】、【單條曲線】【實(shí)時(shí)曲線】、【歷史曲線】、【設(shè)置】、點(diǎn)擊進(jìn)入該功能畫面；
AI真彩觸摸屏分體式無紙記錄儀應(yīng)用【主屏】選【調(diào)節(jié)儀表】全屏顯示；選【單條曲線】顯示單臺(tái)曲線，點(diǎn)【SV】設(shè)置儀表給定值；點(diǎn)【MV】手動(dòng)輸出量的設(shè)定；點(diǎn)【自動(dòng)/手動(dòng)】手自動(dòng)切換、程序控制、程序配方設(shè)置、查看曲線；在【棒圖】、【實(shí)時(shí)曲線】、【歷史曲線】、【流程圖】點(diǎn)擊：畫面的數(shù)據(jù)框可快捷返回單臺(tái)儀表的【單條曲線】通道。相同頁面按【上一頁】【下一頁】；
實(shí)時(shí)、歷史組合多趨勢曲線在【實(shí)時(shí)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(guān)通道間的變化關(guān)系。點(diǎn)擊【數(shù)據(jù)框】返回【實(shí)時(shí)畫面】通道。在【歷史曲線】畫面點(diǎn)擊【S】可選擇啟用單條或4條曲線，顯示趨勢變化；設(shè)置查詢起始時(shí)間及時(shí)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(shí)發(fā)出報(bào)警信號，啟動(dòng)、添加等操作動(dòng)作。
在工藝流程圖界面可看到生動(dòng)形象的圖形畫面來描述現(xiàn)場生產(chǎn)工藝流程，是整個(gè)工業(yè)現(xiàn)場的縮影。直觀的展示了工業(yè)現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而使得操作員具有十分直觀的遠(yuǎn)程控制。
遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)監(jiān)控
通過以太網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步傳輸，上位機(jī)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(yīng)用數(shù)據(jù)同步，上傳計(jì)算機(jī)監(jiān)控的功能，這個(gè)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(gè)類似通道的中轉(zhuǎn)站，上位機(jī)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(zhuǎn)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(jī)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(gòu)成AIFCS現(xiàn)場總線型計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)，在控制層計(jì)算機(jī)上％操作儀表。所有控制功能與數(shù)據(jù)信息都在控制室計(jì)算機(jī)上統(tǒng)一管理、分配。在計(jì)算機(jī)上對車間控制儀表進(jìn)行全方位的監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集和各項(xiàng)事務(wù)的處理。
軟件結(jié)構(gòu)該軟件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為以下三個(gè)部分：
數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)處理、權(quán)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(shí)時(shí)曲線，可同時(shí)顯示8條實(shí)時(shí)曲線，用顏色來區(qū)別。曲線顯示可選百分比與實(shí)時(shí)曲線2種圖。也可屏蔽其他曲線，顯示單條曲線。呈現(xiàn)的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)趨勢圖或儀表畫面上：
2、平臺(tái)操作：點(diǎn)擊【儀表顯示框】出現(xiàn)操作平臺(tái)：可看到該AI儀表定義控制設(shè)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(shí)AI儀表的所有顯示參數(shù)與控制按紐都體現(xiàn)在該平臺(tái)上。流程圖控制電機(jī)是采用開關(guān)方式控制，在同一個(gè)接點(diǎn)上【通/斷】控制。如點(diǎn)擊【參數(shù)】名稱修改【上限值報(bào)警值HAL】在對話框里填寫參數(shù)，點(diǎn)擊“確定”參數(shù)就下傳到現(xiàn)場AI儀表溫度調(diào)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(dòng)生成各類數(shù)據(jù)報(bào)表，報(bào)警報(bào)表，產(chǎn)生報(bào)警事件提示有音響提醒。歷史報(bào)警、報(bào)表按列表的行式，各類報(bào)表可導(dǎo)出到軟件外以Microsoft Excel文檔或?yàn)g覽器的形式保存。報(bào)表查詢：輸入起始與結(jié)束時(shí)間段查詢歷史數(shù)據(jù)；
5、運(yùn)行記錄報(bào)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(tái)電腦并采用屏蔽超五類四對雙絞網(wǎng)絡(luò)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(luò)版監(jiān)控軟件，并采用簡潔可靠的自有的通訊協(xié)議在計(jì)算機(jī)上對現(xiàn)場控制器實(shí)現(xiàn)100%的功能操作。實(shí)時(shí)讀取測量值，隨時(shí)修改控制參數(shù)。
儀表功能表：填寫測量點(diǎn)功能表，用于制作軟件。
三、PH傳感器的安裝及維護(hù)
1、pH計(jì)的安裝和維護(hù)
pH計(jì)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(jì)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(jì)不會(huì)造成大的沖擊。
定期的維護(hù)有助于儀表的準(zhǔn)確測量和延長儀表的使用壽命。應(yīng)當(dāng)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(shí)，應(yīng)將黃色保護(hù)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(gè)月左右，應(yīng)對電極進(jìn)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(shí)間，而后用清水洗凈。傳感器支架也應(yīng)清洗。每次清洗之后，要用緩沖劑溶液進(jìn)行標(biāo)定，目前國產(chǎn)的pH標(biāo)定液中，pH=4的還可以，pH=7的不夠準(zhǔn)確，將會(huì)影響標(biāo)定結(jié)果。所以使用生產(chǎn)廠家的標(biāo)定液更好，生產(chǎn)廠家一般提供兩瓶標(biāo)準(zhǔn)溶液，一瓶pH值等于7，用于標(biāo)定儀表零點(diǎn)；一瓶pH等于4，用于標(biāo)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(diào)節(jié)單元、執(zhí)行單元、整機(jī)電源等5部分構(gòu)成。
該裝置基于電解質(zhì)與非電解質(zhì)的導(dǎo)電特性，由金屬探頭及電子檢測單元構(gòu)成的電解質(zhì)與非電解質(zhì)傳感器檢測水箱的導(dǎo)電性能，并將產(chǎn)生的信號送到微電腦顯示和調(diào)節(jié)單元去與設(shè)定值進(jìn)行比較。若顯示值（實(shí)測值）＜設(shè)定值，則該單元便發(fā)出一個(gè)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(shè)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(shí)際情況，按照上述原理循環(huán)往復(fù)地將pH值控制在設(shè)定范圍內(nèi)，以達(dá)到自動(dòng)檢測調(diào)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(hù)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(zhì)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(hù)和標(biāo)定也十分重要，而且是使儀表能夠真正發(fā)揮作用的關(guān)鍵所在。