基于分光光度法原理的氨在线分析仪自动控制系统的制作方法

[0001]
本实用新型属于固定污染源气态污染物测量技术领域，特别是涉及一种基于分光光度法原理的氨在线分析仪自动控制系统。


背景技术：

[0002]
为贯彻《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国大气污染防治法》，保护环境，保障人体健康，需实时监测工业废气中的氨。现有两种主流测量方法：光学法测量氨浓度，可实现在线连续测量但测量精度较差；现有的分光光度法测量烟气中氨浓度，需人工配置吸收液，手动进行样品采集，做好样品保存流转，最后进行实验室分析，可实现精准测量，但在实际操作过程中测试结果不具备时效性，无法实现氨浓度在线精准测量，增加了工业废气氨治理的不确定性。现有《刘鸿鹏. 一种氨氮分析仪控制模块》和《苗丰, 凌雁波, 汤光华, et al. 一种用于便携式氨逃逸分析仪的控制系统》，通常都包含“现场总线，脉宽调制和数字量输出及控制算法技术的氨氮分析仪控制模块”。但它们不涉及采样、吸收、定容和送样能力，采样分析精度和时效性较差，本控制系统可以有效地解决这一问题。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型的目的在于提供一种基于分光光度法原理的氨在线分析仪自动控制系统，以解决现有技术中测量时效性差、手动测量、无法精准测量的技术问题；本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
[0004]
为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：
[0005]
本实用新型提供的一种基于分光光度法原理的氨在线分析仪自动控制系统，其包括人机交互单元，数据采集及自动控制单元，取样单元，烟气流量控制单元，吸收定容单元和连续流动分析单元；
[0006]
所述取样单元包括取样枪；所述吸收定容单元包括依次管路连接的新液瓶、新液补充泵、新液补充泵出口电磁阀、新液流量计、混合瓶、吸收瓶、样品输送泵入口电磁阀、样品输送泵、样品输送流量计、缓冲瓶、废液排放泵入口电磁阀、废液排放泵、废液流量计和废液瓶，所述取样枪与混合瓶连接；
[0007]
所述烟气流量控制单元包括真空破坏阀以及依次连接的采样压力表、冷凝器、采样流量计、取样泵、氧量表；所述真空破坏阀与吸收瓶连通，所述采样压力表与吸收瓶之间连接有采样控制对空三通电磁阀，所述采样流量计与取样泵之间也连接有采样控制对空三通电磁阀，所述真空破坏阀以及两个采样控制对空三通电磁阀均连通环境大气，所述冷凝器连接在采样压力表和采样流量计之间；
[0008]
所述连续流动分析单元为与缓冲瓶连接的连续流动分析仪；
[0009]
所述人机交互单元设置有操作面板；
[0010]
所述数据采集及自动控制单元包括数据采集与处理模块和自动控制模块，所述数据采集与处理模块用于传输所有设备的开关量及模拟量信号，所述自动控制模块根据写好
的逻辑及人机交互单元输入的相关信息对系统中的所有运行设备进行自动控制。
[0011]
进一步，取样单元还包括探头温控装置、仪表箱温控装置、探头吹扫气动阀、压缩空气管道，所述取样枪依次连接探头温控装置和仪表箱温控装置并与混合瓶连接，所述压缩空气管道与探头吹扫气动阀连通，探头吹扫气动阀通过取样枪与探头温控装置连通。
[0012]
进一步，数据采集及自动控制单元由plc搭建，包括通过排线连接的cpu、开关量输入、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、继电器、接触器，所述数据采集及自动控制单元中的各模块与人机交互单元、取样单元、烟气流量控制单元、吸收定容单元、连续流动分析单元用线缆及rs485通讯连接，所述数据采集与处理模块将所有设备的开关量及模拟量信号传输至cpu。
[0013]
进一步，数据采集与处理模块还包括数据采集模块、逻辑报警与保护模块、公式计算模块，所述数据采集模块收集各测量仪表的实时数据输送至cpu，逻辑报警与保护模块根据事先输入的报警设定值与cpu实时值进行比较报警，同时将各报警信息输送至人机交互单元；公式计算模块根据cpu收集的烟气流量、吸收液体积、吸收液氨氮浓度计算样气中氨的浓度。
[0014]
进一步，操作面板由一个总界面和多个子界面组成；总界面显示系统图、各模拟量数值及实时氨浓度测量值；子界面包括参数设定界面、报警界面、各单元设备单操界面；主界面还包括系统启动按钮、系统停止按钮、氧量标定按钮、手动吹扫按钮、急停按钮；参数设定界面包括烟气流量设定值，温度报警值，压力报警值，氧量报警值，样液抽取时间等；报警界面包括逻辑报警及提示换药、提示排水显示，提示换药及提示排水功能根据系统内时间累计，达到一定时间后界面出现提示报警，运行过程中发生故障时，逻辑报警与保护模块能够对故障进行处理，处理过程包括故障信息储存、故障处理、过程恢复等。
[0015]
本实用新型提供的一种基于分光光度法原理的氨在线分析仪自动控制系统，其有益效果为：
[0016]
本实用新型的自动控制系统，由数据采集及自动控制单元通过plc实现取样单元，烟气流量控制单元，吸收定容单元，连续流动分析单元的控制与监测，实现氨在线分析仪的自动控制，集采样、吸收、定容和送样能力于一体，采样分析精度和时效性高，可以满足氨在线分析仪连续、稳定的测量烟气中的氨浓度，指导氨排放控制系统运行，为配合控制系统的使用，开发人机交互界面，利用操作面板的参数设置，可使本系统适用于不同的使用环境，可以实现氨测量装置的一键启动及一键停止，减少人为控制，通过氨在线连续分光光度法控制系统的建立，可在线精准获取氨浓度数值，指导氨排放控制系统运行，使废气中氨浓度维持在一定安全范围，确保环境和人体健康。
附图说明
[0017]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]
其中：
[0019]
图1为本实用新型氨在线分析仪自动控制系统的系统结构示意图。
[0020]
图中1-取样枪，2-压缩空气管道，3-探头吹扫气动阀，4-探头温控装置，5-仪表箱温控装置，6-混合瓶，7-新液瓶，8-新液补充泵，9-新液补充泵出口电磁阀，10-新液流量计，11-吸收瓶，12-氧量表，13-取样泵，14-采样控制对空三通电磁阀，15-环境大气，16-采样流量计，17-采样压力表，18-真空破坏阀，19-样品输送泵入口电磁阀，20-样品输送泵，21-样品输送流量计，22-缓冲瓶，23-废液瓶，24-废液流量计，25-废液排放泵，26-废液排放泵入口电磁阀，27-连续流动分析仪，28-plc，29-操作面板，30-冷凝器。
具体实施方式
[0021]
在下文中，将参照附图描述本实用新型的基于分光光度法原理的氨在线分析仪自动控制系统的实施例。
[0022]
在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
[0023]
本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本实用新型实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
[0024]
实施例1：
[0025]
图1示出本实用新型一种实施例的基于分光光度法原理的氨在线分析仪自动控制系统，其包括人机交互单元，数据采集及自动控制单元，取样单元，烟气流量控制单元，吸收定容单元和连续流动分析单元；取样单元包括取样枪1；吸收定容单元包括依次管路连接的新液瓶7、新液补充泵8、新液补充泵出口电磁阀9、新液流量计10、混合瓶6、吸收瓶11、样品输送泵入口电磁阀19、样品输送泵20、样品输送流量计21、缓冲瓶22、废液排放泵入口电磁阀26、废液排放泵25、废液流量计24和废液瓶23，取样枪1与混合瓶6连接；烟气流量控制单元包括真空破坏阀18以及依次连接的采样压力表17、冷凝器30、采样流量计16、取样泵13、氧量表12；所述真空破坏阀18与吸收瓶11连通，采样压力表17与吸收瓶11之间连接有采样控制对空三通电磁阀14，采样流量计16与取样泵13之间也连接有采样控制对空三通电磁阀14，真空破坏阀18以及两个采样控制对空三通电磁阀14均连通环境大气15，所述冷凝器30连接在采样压力表17和采样流量计16之间；连续流动分析单元为与缓冲瓶22连接的连续流动分析仪27；人机交互单元设置有操作面板29；数据采集及自动控制单元包括数据采集与处理模块和自动控制模块，数据采集与处理模块用于传输所有设备的开关量及模拟量信号，自动控制模块根据写好的逻辑及人机交互单元输入的相关信息对系统中的所有运行设备进行自动控制。
[0026]
实施例2：
[0027]
本实用新型上述实施例的基于分光光度法原理的氨在线分析仪自动控制系统，还能进行如下改进，取样单元还包括探头温控装置4、仪表箱温控装置5、探头吹扫气动阀3、压缩空气管道2，取样枪1依次连接探头温控装置4和仪表箱温控装置5并与混合瓶6连接，压缩空气管道2与探头吹扫气动阀3连通，探头吹扫气动阀3通过取样枪1与探头温控装置4连通；
[0028]
其中，系统的启动依靠：1、按下系统启动按钮；打开真空破坏阀18，延时5秒；2、开启新液补充泵出口阀9，启动新液补充泵8，延时30秒；3、关真空破坏阀18，启动采样控制取样泵13，系统启动，样气开始被吸收液吸收；
[0029]
数据采集及自动控制单元由plc28搭建，数据采集及自动控制单元采用s7-1200搭建，包括cpu1215c、1块网络通讯转换模块、1个开关量输入模块sm 1221，2个开关量输出模块sm 1222，2个模拟量输入模块sm 1231，1个模拟量输出模块sm 1232，写好的逻辑通过控制软件实现，控制软件采用梯形图（lad）或结构化控制语言（scl）编写，数据采集与控制单元完成数据采集模块、逻辑报警与保护模块、公式计算模块、自动控制模块等功能，数据采集模块及公式计算模块用于提供数据采集记录、数据采集处理、公式计算方法和数据软件功能；数据采集及自动控制单元中的各模块与人机交互单元、取样单元、烟气流量控制单元、吸收定容单元、连续流动分析单元用线缆及rs485通讯连接，数据采集与处理模块将所有设备的开关量及模拟量信号传输至cpu，数据采集及自动控制单元由plc28搭建，包括通过排线连接的cpu、开关量输入、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、继电器、接触器，所述数据采集及自动控制单元中的各模块与人机交互单元、取样单元、烟气流量控制单元、吸收定容单元、连续流动分析单元用线缆及rs485通讯连接，所述数据采集与处理模块将所有设备的开关量及模拟量信号传输至cpu，人机交互单元选用15.1英寸触摸屏，作为控制系统的操作与显示单元，其型号为tp 1500 basic color pn，显示为tft、256色，分辨率1024
×
768，尺寸400
×
310，人机交互单元与数据采集及控制单元采用网线通讯连接，操作面板29由一个总界面和多个子界面组成；总界面显示系统图、各模拟量数值及实时氨浓度测量值；子界面包括参数设定界面、报警界面、各单元设备单操界面；主界面还包括系统启动按钮、系统停止按钮、氧量标定按钮、手动吹扫按钮、急停按钮；参数设定界面包括烟气流量设定值，温度报警值，压力报警值，氧量报警值，样液抽取时间等；报警界面包括逻辑报警及提示换药、提示排水显示，提示换药及提示排水功能根据系统内时间累计，达到一定时间后界面出现提示报警，运行过程中发生故障时，逻辑报警与保护模块能够对故障进行处理，处理过程包括故障信息储存、故障处理、过程恢复等；
[0030]
报警模块用于提供报警显示、排水提示、换药提示和报警联锁触发，部分严重的报警信号传输至保护模块进行系统的停止；当触发下列条件时进行报警提示：1、探头加热温度低于200℃触发报警（启停机操作时除外）；2、加热箱加热温度低于200℃报警（启停机操作时除外）；3、采样压力高1；4、采样压力低1；5、采样流量计16反馈减小；6、冷凝器冷凝温度异常；7、氧量偏高；8、吸收液泄漏，具体的，报警出发条件包括：
[0031]
烟气氧量大于5%时，系统报警；
[0032]
烟气氧量大于10%时，系统退出运行；
[0033]
取样枪1探头温度低于200℃报警；
[0034]
取样枪1探头温度低于120℃触发系统停止流程；
[0035]
取样枪1仪表箱温度低于200℃或高于250℃触发报警；
[0036]
取样枪1仪表箱温度高于260℃触发仪表箱加热断电；
[0037]
取样枪1仪表箱温度低于120℃触发系统停止流程；
[0038]
取样枪1仪表箱温度低于120℃触发系统停止流程；
[0039]
冷凝器出口烟气温度大于5℃时，系统报警；
[0040]
自动控制模块用于控制样气采样、吸收液吸收氨、烟气量定容、吸收液定容、分析液校核和分析吸收液氨浓度，系统启动、系统停止、手/自动吹扫、氧量标定，
[0041]
其中，样气采样依靠采样控制取样泵13运行；
[0042]
吸收液吸收氨依靠：1、新液补充泵8运行；2、新液补充泵8出口阀开启；3、开启样品输送泵20入口阀，启动样品输送泵20；
[0043]
烟气量定容依靠：1、采样流量计16接收plc28流量控制指令；2、采样流量计16控制流量；3、采样流量计16向plc28发送流量反馈；4、采样流量计16内置可调电磁阀，采样流量计16与plc28以屏蔽双绞线相连接；
[0044]
吸收液定容依靠：1、新液流量计10向plc28发送流量反馈；2、废液流量计24向plc28发送流量反馈；3、新液流量计10和废液流量计24不内置可调电磁阀，采样流量计16与plc28以屏蔽双绞线相连接；
[0045]
分析吸收液氨浓度依靠：1、采样周期3分钟，每周期进行一次分析；2、允许分析单元抽取样品，延时10秒；3、开启废液排放泵入口阀26，启动废液排放泵25，延时30秒；4、停止废液排放泵25，关闭废液排放泵入口阀26；5、连续流动分析仪27分析氨浓度，传输至数据处理模块。
[0046]
系统的停止依靠：1、按下系统停止按钮；2、开启真空破坏阀18，延时5秒；3、关闭新液补充泵出口阀9，停运新液补充泵8，系统停止，不再进行连续在线检测；
[0047]
探头的自动吹扫依靠：1、吹扫周期4小时，每周期进行一次吹扫；2、打开探头吹扫气动阀3，延时30秒，关闭探头吹扫气动阀3；3、吹扫结束。
[0048]
探头的手动吹扫依靠：1、按下吹扫按钮；2、打开探头吹扫气动阀3，延时20秒，关闭探头吹扫气动阀3；3、吹扫结束。
[0049]
氧量标定依靠：1、停运新液补充泵8，延迟5秒；2、打开真空破坏阀18，延时5秒；3、将采样控制对空三通阀切换到对空气侧，延时5分钟；4、将采样控制对空三通阀切换到对样气侧，延时5秒；5、关闭真空破坏阀18，延时5秒；6、启动新液补充泵8，标定完成；
[0050]
数据采集模块及公式计算模块用于提供数据采集记录、数据采集处理、公式计算方法和数据软件功能；
[0051]
其中，数据软件功能依靠：1、操作任意需使用用户名和密码进行登录或注销后，才能进入和退出软件控制界面；2、系统区分系统管理员和一般操作人员；3、系统受外界强干扰造成程序中断时，能够自动启动，自动恢复运行状态，并记录故障；
[0052]
数据采集记录依靠：1、收集存储样气及吸收液体积；2、计算样本流动时间；3、完成采样体积与分析浓度间的时序对应关系，即提供10-15分钟间的流动时间；
[0053]
数据采集处理依靠：1、使用图像和不同颜色进行数据显示、记录和管理；2、能够查询历史数据；3、参数可进行设置和修改；4、系统数据可对外通讯输出。
[0054]
公式计算方法依靠：1、确定仪器系统偏差因子；2、对公式进行设置和修改系数。
[0055]
实施例3：
[0056]
本实施例提供一种基于分光光度法原理的氨在线分析仪自动控制系统的控制方法，包括以下步骤，
[0057]
s1：吸收液定容，根据新液流量计10和废液流量计24信号，选定10～15分钟之间的1种流量，记录吸收液体积v1，记录单位为毫升，包括新液流量计10向plc28发送流量反馈，
废液流量计24向plc28发送流量反馈， plc28计算吸收液体积v1，其中，吸收定容过程由数据采集及自动控制单元中的自动控制模块控制，蠕动泵接收自动控制模块送出的启停信号；自动过程包括初次启动加药、正常运行过程中加药、故障状态下加药设备停止，吸收液定容前先运行新液补充泵8，开启新液补充泵8出口阀，开启样品输送泵20入口阀，并启动样品输送泵20；
[0058]
s2：分析吸收液氨浓度，根据连续流动分析仪27信号，传输当前水样氨氮浓度，记录吸收液氨氮浓度w1，记录单位为毫克每升，包括，
[0059]
s2.1：开启废液排放泵25入口阀，启动废液排放泵25，延时30秒；
[0060]
s2.2：停止废液排放泵25，关闭废液排放泵25入口阀；连续流动分析仪27分析氨浓度w1，传输至数据处理模块，其中，采样周期3分钟，每周期进行一次分析，允许分析单元抽取样品，延时10秒；
[0061]
s3：烟气量定容，根据采样流量计16，选定10～15分钟之间的1种流量，记录采样气体体积v，记录单位为立方米，包括：采样流量计16接收plc28流量控制指令并控制流量；采样流量计16向plc28发送流量反馈，plc28计算采样气体体积v；
[0062]
s4：根据连续流动分析液校核结果，选定仪器系统偏差因子，记录为θ，无量纲；
[0063]
s5：根据样气中氨浓度计算公式：c=v1*w1/1000*17.031/14/v*θ，计算样气中氨的浓度c。
[0064]
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。