книги / Методы и автоматизированные системы аналитического контроля технологических процессов и окружающей среды. Методы и автоматизированные системы промышленного аналитического экологиче

В магистрали несколько линий, выполняющих определенную функцию, объединены в шины интерфейса, а именно: шину данных, шину синхронизации, шину управления (см. рис. 35). Шина данных используется для передачи так называемых приборных (информационных) сообщений, к которым относят сообщения о результатах и единицах измерений, последовательности (программе) измерений и т.д. По шинам синхронизации и управления передаются так называемые интерфейсные сообщения, обеспечивающие взаимодействие подключенных к магистрали устройств. К интерфейсным относятся сообщения, предписывающие этим устройствам реализацию тех или иных служебных (интерфейсных) функций (источник информации, приемник информации, контроллер, синхронизация передачи, приема, запрос на обслуживание, параллельный опрос, очистка устройства, запуск прибора, дистанционное и местное управление).

На рис. 36 представлена функциональная схема автоматизированной системы контроля выбросов загрязняющих веществ (ЗВ), предназначенной для периодического контроля выбросов топливосжигающих установок.

АСК ЗВ построена на базе модификации автономного газоанализатора ДАГ-16. Управление системой дистанционное от ПЭВМ диспетчера по последовательному интерфейсу RS-485 (запуск системы с последующим автоматическим выполнением всех циклов тестирования и контроля, представлением результатов с привязкой к объекту и времени контроля). Дополнительный интерфейс RS-232 служит для подключения ноутбука при регламентных и наладочных работах.

АСК ЗВ является многоканальной измерительной системой (до 8 каналов) концентраций газовых компонентов.

Охлажденная газовая проба через газоотборный зонд с коаксиально размещенным внутри термозондом для измерения температуры в зоне отбора поступает на осушитель с конденсатосборником, обеспечивающим охлаждение и сушку поступающей для измерения газовой пробы, а также сбор образующегося конденсата.

141

Для защиты сенсоров и насоса от сажи и пыли проба пропускается через фильтры и блок клапанов и поступает в теплообменник, в котором ее температура выравнивается до температуры окружающего воздуха с целью обеспечения метрологических характеристик блоков сенсора газоанализатора ДАГ-16. Из теплообменника проба поступает в сенсорную камеру газоанализатора ДАГ-16.

Основной измерительной частью системы АСК ЗВ является компьютеризованный прибор анализа газовых проб ДАГ-16. В его состав входят: сенсорный блок, насос, фильтры тонкой очистки, вычислительный блок, интерфейсы связи с ПЭВМ, встроенное программное обеспечение.

Измерение концентраций газовых компонентов производится газоанализатором автоматически под управлением встроенного программногообеспечения, находящегося в ПЗУприбора.

Для обеспечения работы газоанализатора совместно с автоматизированными системами управления используются интерфейсы связи RS-485/232, обеспечивающие управление и передачу данных об измеренных концентрациях газовых компонентов на ПЭВМ оператора.

Газоанализатор ДАГ-16 имеет завершенную конструкцию. Для проведения периодических поверок метрологических характеристик ДАГ-16 выполнен съемным, что допускает его использование вне системы АСК ЗВ в качестве переносного газоанализатора.

Плата управления обеспечивает электрическое сопряжение газоанализатора ДАГ-16 с блоком электромагнитных клапанов и термозондами. Плата содержит дешифратор каналов, электронные ключи для управления блоком клапанов, аналоговый коммутатор термозондов, блок питания прибора. На плате установлены пять разъемов для подключения термозондов, газоанализатора ДАГ-16, блока клапанов и трансформатора.

Панель индикации предназначена для отображения состояния АСК ЗВ и индикации работающего в данный момент измерительного канала. В качестве световых индикаторов используются светодиоды. На панели находятся выключатель сетевого

143

питания, индикатор включения сети и сетевой предохранитель, на обратной стороне панели установлена клеммная колодка коммутации сетевого напряжения.

Сетевой трансформатор обеспечивает преобразование напряжения 220 В частотой 50 Гц в переменные напряжения ~5В (0,5 А) (два выхода) и ~ 14В (2А), необходимые для питания электронной части системы.

На рис. 37 приведена конфигурация автоматизированной системы аналитического контроля окружающей среды

NGA-2000 фирмы «Emerson».

Рис. 37. Конфигурация автоматизированной системы аналитического контроля окружающей среды NGA-2000

Основу системы составляют газоаналитические модули. Конструкция NGA-2000 обеспечивает одноили многоком-

понентный анализ с использованием независимых анализаторных модулей, модулей ввода/вывода, а также интерфейса оператора и дисплея.

144

Всистеме NGA-2000 используются анализаторы следующих типов: парамагнитные, электрохимические, недисперсные инфракрасные, недисперсные ультрафиолетовые, пламенно-иони- зационные, хемилюминесцентные, хроматографические.

Система NGA-2000 может быть наращена путем добавления новых модулей, позволяющих измерять концентрацию нескольких десятков компонентов.

Гибкость системы NGA-2000 обеспечивается за счет применения коммуникационной магистрали, которая объединяет все элементы системы в единое целое.

Для системы характерны: расширенная диагностика, компактность конструкции, модульная конфигурация, использование двунаправленной коммуникационной магистрали.

Всистеме для связи через интерфейсы с внешними устройствами используются следующие модули ввода/вывода: аналоговый выход плюс сигналы предупреждения; аналоговый выход

скалибровкой (предназначен для автоматической калибровки

сприменением до четырех соленоидных клапанов); аналоговый выход с дистанционным управлением калибровкой (отличается тем, что управление калибровкой осуществляется с пульта управления пользователя); аналоговый выход с дистанционным управлением диапазоном выделенного и невыделенного вариантов (предназначен для дистанционного изменения диапазонов и идентификации); модуль с протоколом связи HART (HART – скоростной адресуемый дистанционный преобразователь) (протокол обеспечивает цифровую коммуникацию с «полевыми»

устройствами, поддерживает передачу аналогового сигнала в диапазоне от 4 до 20 мА и одновременно обеспечивает передачу дополнительных цифровых данных); модуль с протоколом связи RS-232 (позволяет подключить к ПЭВМ посредством интерфейса RS-232 один или несколько аналитических модулей).

Модуль ввода/вывода представляет собой схему на печатной плате со встроенным микропроцессором. Благодаря этому осуществляется двунаправленная связь не только с внешними

145

устройствами, но и между самим модулем ввода/вывода и аналитическим модулем, между модулем ввода/вывода иплатформой.

Модули ввода/вывода легко вставляются в распределительную сборку платформы. Каждая платформа может иметь до пяти модулей ввода/вывода. Эти модули ввода/вывода могут быть добавлены в систему в любое время даже в полевых условиях.

5.1.АСК качества природных и сточных вод

Всистемах контроля качества природных и сточных вод используют два способа проведения измерений: рассредоточение датчиков по различным точкам водного объекта или их сосредоточение в специальном отсеке автоматической станции (АС), куда измеряемая среда подается из заданной точки объекта насосами.

Информация от АС в центр обработки может передаваться по абонентским линиям телефонной, телеграфной связи или радиоканалам. Обработка информации от датчиков может производиться как централизованно, так и децентрализованно. В последнем случае предварительная обработка результатов измерений выполняется непосредственно на АС.

Особенности функционально-алгоритмической, технической и информационной структур АСК природных и сточных вод диктуются характером контролируемого объекта, географическими условиями местности размещения системы, состоянием каналов связи в зоне действия системы и конкретными задачами измерения параметров анализируемой среды.

Рассмотрим известную АСК сточных вод, структура которой представлена на рис. 38.

Эта структура имеет следующие особенности: максимальное число подключаемых АС до 20, максимальное число измеряемых каждой станцией параметров до 18, минимальный период проведения измерений 1 ч, максимальное число передвижных рабочих групп (ПРГ) до 10.

146

Рис. 38. Общая структура АСК сточных вод: х – измеряемый параметр; ДП – диспетчерский пункт

Информация от локальных АСК с помощью аппаратуры передачи данных поступает в центр обработки информации (ЦОИ), где с помощью интеллектуального концентратора информации (ИКИ), выполняющего функции связного процессора, сжатая и обработанная информация передается в измерительновычислительный центр (ИВЦ) ЦОИ для ее статистической обработки и обработки модели состояния объекта. В ИВЦ предусмотрена оперативная сигнализация о «штормовых» и аварийных ситуациях, а также возможность диалогового режима работы диспетчера. Информация потребителям может передаваться традиционными средствами связи. ЦОИ оснащен специализированным управляющим вычислительным комплексом на базе двухпроцессорной ЭВМ.

АС предназначены для использования в оперативных целях, т.е. для получения текущей информации о физико-хими-

147

ческих свойствах поверхностных вод, прошедших очистку, вод промышленного и питьевого назначения, а также в качестве подсистем низшего уровня систем контроля и регулирования качества природных и сточных вод. Кроме того, они могут применяться в качестве автономных устройств, служащих для измерения и накопления информации о физико-химическом составе природных и сточных вод.

АС построена по блочно-модульному принципу с применением средств компьютерной техники (рис. 39).

Рис. 39. Структурная схема автоматической станции контроля:

Д– датчики физико-химических параметров; У – нормирующие усилители; ПНЧ – преобразователи напряжения в частоту

Оборудование станции, за исключением водозаборных и насосно-гидравлических устройств, предназначено для установки в отапливаемом помещении. Станция рассчитана на автономную работу без обслуживания в течение 15 суток.

148

В состав каждой АС входят насосно-гидравлическое оборудование, автоматический многоканальный анализатор типа АМА-203С и аппаратура передачи данных.

Многоканальный анализатор – полностью автоматизированное звено локальной системы контроля загрязнения природных и сточных вод – представляет собой многофункциональный комплекс для получения и передачи в ЦОИ оперативной информации о свойствах воды.

Многоканальный анализатор включает в себя измерительную часть, обеспечивающую подготовку проб и измерение до 18 параметров анализируемой среды, многоканальный преобразователь для усиления и нормализации аналоговых сигналов датчиков, локальный микропроцессорный комплекс сбора и обработки информации и регистрирующее устройство. Конструктивно анализатор выполнен в виде следующих блоков: ионометрического, фотометрического или комбинированного.

Анализатор работает в следующих режимах: «Измерение», «Аварийный режим», «Контроль комплекса технических средств» и «Калибровка».

Автоматическим многоканальным анализатором контролируются следующие физико-химические параметры воды: рН, Eh, температура t, удельная электропроводность χ 0 , концентра-

ция растворенного кислорода О2, концентрация карбамида Кр, мутность М, активность хлоридных ионов рС1–, активность фторидных ионов pF–, активность нитратных ионов pNO3– , концен-

трация ионов меди Сu2+, активность ионов натрия pNa, концентрация ионов железа Fe3+, концентрация ионов хрома Сr6+, концентрация ионов фосфатов РО34– , концентрация ионов нитритов

NO2–, активность ионов аммония pNH4+, коэффициент пропускания ультрафиолетовой области спектра. При этом значения физико-химических параметров регистрируются в памяти компьютера и выводятся на печать в виде графиков.

Основные метрологические характеристики некоторых каналов многоканального анализатора приведены в табл. 7.

149