液體采樣泵智能控制系統(tǒng)

【摘要】本控制系統(tǒng)適用于對(duì)化學(xué)分析檢測(cè)設(shè)備采樣泵的控制，當(dāng)被監(jiān)測(cè)液體的排出流量達(dá)到一定量時(shí)采樣泵自動(dòng)啟動(dòng)實(shí)施采樣，排出流量小于一定量時(shí)采樣泵自動(dòng)停止采樣，使檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)不排放不需檢測(cè)，排放立即檢測(cè)，從而提高對(duì)企業(yè)污染源排放檢測(cè)的公平性，減少了設(shè)備損耗，節(jié)約電力能源。

【關(guān)鍵詞】智能控制；采樣泵；公平性；化學(xué)分析

在環(huán)境監(jiān)控中，需要對(duì)排污單位排出的廢水、污水等液體進(jìn)行化學(xué)分析檢測(cè)，便于及時(shí)采取措施。當(dāng)排出的液體流量小于一定量時(shí)，可忽略不計(jì)，即不需要對(duì)液體進(jìn)行采樣及化學(xué)分析。而目前一般使用的液體采樣泵，都是工作人員手動(dòng)控制其啟停的，只要開啟電源，不管排出的液體流量是大還是小甚至斷流，都處于啟動(dòng)運(yùn)行的工作狀態(tài)，排放口所抽取的靜止水樣不能真實(shí)反映實(shí)際污染源的化學(xué)分析指標(biāo)[1]，如化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）等污染源濃度指標(biāo)。既浪費(fèi)能源也影響采樣泵的使用壽命，而且需要手動(dòng)或半自動(dòng)控制，使用很不太方便，采集的廢水樣本也不合理。

一、控制的實(shí)現(xiàn)

由于排放口計(jì)量管理的要求，每個(gè)廢水污染源的排放口均安裝有用于計(jì)量的流量計(jì)，利用流量計(jì)的模擬量輸出的4-20mA信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)液體采樣泵的控制。

電路分流量計(jì)輸入信號(hào)單元、阻抗匹配單元、比較放大單元、基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?、控制輸出單元，按框圖邏輯實(shí)現(xiàn)對(duì)液體采樣泵的有效控制。電源部分為整個(gè)液體采樣泵智能控制電路提供工作電壓?？刂七^程見圖一

二、電路設(shè)計(jì)

被測(cè)液體4～20mA流量信號(hào)從模塊信號(hào)輸入口輸入，通過并聯(lián)輸入電阻R5變換成1～5V的信號(hào)輸入電壓輸入到IC3集成運(yùn)算放大器組成的射極跟隨器電路，射極跟隨器電路提高了模塊的輸入電阻，從而提高控制的準(zhǔn)確度。射極跟隨器電路的輸出信號(hào)輸入到IC4集成運(yùn)算放大器組成的比較器電路的同相輸入端，當(dāng)輸入信號(hào)電壓高于比較電壓電路設(shè)定的電壓時(shí)IC2輸出高電平，使BG輸出管飽和導(dǎo)通繼電器J吸合，LED綠色發(fā)光管亮，模塊輸出控制信號(hào)，啟動(dòng)采樣泵。

比較器電路由限流電阻R7及W1、R2、DW組成，提供一個(gè)穩(wěn)定的可設(shè)定啟動(dòng)控制點(diǎn)的1～3V的比較電壓，通過調(diào)整W1完成對(duì)采樣泵啟動(dòng)控制點(diǎn)的設(shè)定。

為解決控制點(diǎn)臨界信號(hào)的不穩(wěn)定，本模塊IC4集成運(yùn)算放大器輸出與輸入同相端組成磁回電路，通過調(diào)整W2來調(diào)整信號(hào)的磁回性能，從而避免信號(hào)臨界點(diǎn)對(duì)輸出控制繼電器J的跳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣泵的平穩(wěn)控制[2]。電路原理見圖二。

模塊工作電源[3]采用±15V雙電源供電，之所以采用雙電源供電是為了是為了確保采樣泵停止采樣時(shí)的可靠性，當(dāng)流量輸出在關(guān)斷點(diǎn)以下時(shí)使得BG（9013）管基極處于深度反向偏壓，輸出控制繼電器J可靠釋放，從而有效關(guān)閉采樣泵。電源電路見圖三

三、控制點(diǎn)的設(shè)置

流量計(jì)的模擬量輸出4～20mA，對(duì)應(yīng)的是其所標(biāo)定的流量量程范圍。把這個(gè)量輸入到控制電路的輸入端，通過R5產(chǎn)生1～5V的輸入電壓，那么就可以通過調(diào)整W1實(shí)現(xiàn)采樣泵啟動(dòng)控制點(diǎn)的設(shè)定。其控制關(guān)系如下：

輸出關(guān)斷點(diǎn)：當(dāng)流量下降接近控制點(diǎn)，調(diào)整W2來控制信號(hào)的磁回性實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣泵的平穩(wěn)關(guān)閉，以避免輸出控制繼電器J開關(guān)量的跳動(dòng)。

四、應(yīng)用價(jià)值

本采樣泵智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值在于，對(duì)各排污點(diǎn)采樣的合理性。當(dāng)一個(gè)排污點(diǎn)在沒有進(jìn)行排污時(shí)，對(duì)排污口進(jìn)行人工和自動(dòng)定時(shí)采樣都不具有合理性，本系統(tǒng)真正做到了只有確認(rèn)排放口的真實(shí)排放情況時(shí)才自動(dòng)實(shí)現(xiàn)采樣泵地啟動(dòng)采樣并對(duì)排放口進(jìn)行污染源的實(shí)時(shí)分析，保證了企業(yè)污染源排放檢測(cè)數(shù)據(jù)的公平、公正。

當(dāng)然也可有各種各樣的控制方式，諸如利用“PLC可編程控制器”、“ARM單片機(jī)”等通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，但是軟、硬件的設(shè)計(jì)使得設(shè)計(jì)成本大幅增加，本系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于利用模擬電子電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行、成本低廉、工作可靠、制作方便，給出的是一個(gè)控制輸出的開關(guān)量，通過對(duì)這個(gè)量的后續(xù)處理還可以實(shí)現(xiàn)各種各樣的控制需求，如對(duì)排放時(shí)實(shí)現(xiàn)間斷采樣、循環(huán)采樣并控制化學(xué)分析儀的工作狀態(tài)等，因此本控制系統(tǒng)具有較高的實(shí)用價(jià)值，并獲得了由中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的實(shí)用新型專利證書[4]。

參考文獻(xiàn)

[1]張江龍.在線水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性淺析[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2008（1）期

[2]趙桂欽主編.電路與電子技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社.北京交通大學(xué)出版社，2010.4