本发明涉及环境工程工业废水流场监测技术领域，尤其涉及一种模块化工业废水流场监测控制实验装置及其控制系统。
背景技术：
近年来，我国的工业废水处理工艺层出不穷，种类繁多，具有代表的工艺包括：物理化学和生物反应两大类。其中大部分研究成果都集中在化学反应和生物反应上，而通过不同工艺的流场特性来优化工艺过程的研究不多，且通过利用数据模拟分析手段指导设计和操作的装置比较少见。这种困难主要是因为实验室采集流场和化学反应信号的传感器一般为定型设备，价格偏高，扩展性不强，无法灵活地应用于在线监测和及时反馈控制上，所以导致该方面研究和技术成果比较少见。
从本质上说，工业废水千差万别，所用处理工艺各有不同，反应装置大小不一，但从流体力学角度讲，都包括了固(污泥、填料、杂质)、液(工业废水和胶体)、气(曝气、氧化介质)三相的传动、传热和传质方面，离线的数据可以反应装置中的化学信息，如orp、ph值、离子选择电位、zeta电位等，但不能简单地将采集压力、液位、流量标准化产品探头有效安装在特殊的反应装置中，一般该类产品价格较贵，如果进行安装可能会破坏设备，另外，这类产品拓展性不强，数据采集平台不能统一，所以为实验带来不便。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种模块化工业废水流场监测控制实验装置及其控制系统，能使实验更方便，拓展性强，有利于工业废水流场监测的研究。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一方面，本发明提供一种模块化工业废水流场监测控制实验装置，该装置为圆筒反应器，采用模块化、短筒式设计，根据工业废水设计工艺的不同配置短筒，通过法兰盘进行短筒连接，法兰盘的连接处采用软胶密封或聚四氟乙烯橡胶密封塞密封；根据实际需要配置下底板和顶板；下底板呈漏斗状，并在底板上端截面上配有筛孔布气盘；下底板设有气孔，连接空压机，气孔上带有曝气嘴或无曝气嘴，用于模拟厌氧反应或好氧反应过程；反应器侧壁的上部和下部分别设有进水口和出水口，反应器侧壁的中部和反应器顶端设有用于安插传感器的传感器孔。
所述下底板还设有排水孔，用于清空反应器内废水。
另一方面，本发明提供一种模块化工业废水流场监测控制实验装置的控制系统，包括开关电源、信号采集模块、变送模块、运放模块、模拟/数字信号转换模块、单片机控制模块、上位机；
信号采集模块包括根据反应器流场测定的需要而配置的各流场传感器、化学传感器，各传感器对应安装在实验装置的传感器孔中；信号采集模块的传感器通过变送模块连接开关电源，传感器输出端通过运放模块、模拟/数字信号转换模块连接单片机控制模块；单片机控制模块采用arduinouno开源控制单路板，控制各传感器进行数据采集、并根据上位机的分析结果输出pwm控制信号，对反应器进出水与曝气量以及空压机进行反馈控制；上位机中存储有信号转换程序、通用微机ide集成环境软件程序和labview数据分析软件程序，该两个软件程序被执行以便实现以下功能：
对采集的传感器信号进行离线标定信号的标定，利用计算机语言所采集的信号输出为所需的流场信息信号和化学信息信号，通过usb串口输入通用微机ide集成环境软件，通过程序之间的接口输入labview数据分析软件程序进行流场分析。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种模块化工业废水流场监测控制实验装置及其控制系统，采用模块化的实验装置，模拟废水处理过程中的流场特性，经过控制系统的分析，对实验装置进行反馈控制，使实验更方便，拓展性强，有利于工业废水流场监测的研究。
附图说明
图1为本发明实施例提供的模块化反应器结构示意图；
图2为本发明实施例提供的法兰盘截面示意图；
图3为本发明实施例提供的筛孔布气盘截面形状示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本实施例提供的实验装置结构如下所述。
模块化化工废水反应装置包括反应器组件、进/出水装置、进气和布气装置、接口密封装置、填料截流装置。
该装置为圆筒反应器，采用模块化、短筒式设计，根据工业废水设计工艺的不同配置短筒，通过法兰盘进行短筒连接，法兰盘的连接处采用软胶密封或聚四氟乙烯橡胶密封塞密封；法兰盘截面如图2所示；根据实际需要配置下底板和顶板；下底板呈漏斗状，并在底板上端截面上配有筛孔布气盘，筛孔布气盘截面形状如图3所示；下底板设有气孔，连接空压机，气孔上带有曝气嘴或无曝气嘴，用于模拟厌氧反应或好氧反应过程；下底板还设有排水孔，用于清空反应器内废水；反应器侧壁的上部和下部设有进水口和出水口，反应器侧壁的中部和反应器顶端设有安插传感器的传感器孔。
一种上述模块化工业废水流场监测控制实验装置的控制系统，包括开关电源、信号采集模块、变送模块、运放模块、模拟/数字信号转换模块、单片机控制模块、上位机；
信号采集模块包括根据反应器流场测定的需要而配置的各流场传感器、化学传感器；信号采集模块的传感器通过变送模块连接开关电源，传感器输出端通过运放模块、模拟/数字信号转换模块连接单片机控制模块；单片机控制模块采用arduinouno开源控制单路板，控制各传感器进行数据采集、并根据上位机的分析结果输出pwm控制信号，对反应器进出水与曝气量以及空压机进行反馈控制；上位机中存储有信号转换程序、通用微机ide集成环境软件程序和labview数据分析软件程序，这两个软件程序被执行以便实现以下功能：
对采集的传感器信号进行离线标定信号的标定，利用计算机语言所采集的信号输出为所需的流场信息信号和化学信息信号，通过usb串口输入通用微机ide集成环境软件，通过程序之间的接口输入labview数据分析软件程序进行流场分析。
本实施例中，根据反应器流场测定的需要，配置传感器，传感器通过供电和运放模块，规格选择为0-5v直流信号；
信号采集模块的传感器包括：热电偶温度传感器、薄膜压力传感器(压力液位传感器)、薄膜do传感器、ph传感器、进出口电磁流量计等。
通过开发板将传感器0-5v连续模拟信号，通过开发板自带的a/d数模转换芯片转换为数字信号，采样频率设为10mhz，符合采样定理，数据采样精度为
通过离线标定信号标定，利用计算机语言所采集的信号输出为所需的流场信息信号和化学信息信号，通过usb串口输入通用微机ide集成环境软件，通过程序之间的接口输入labview进行数据分析。
本实施例采用labview2014版本，并安装linx专用开发包，对labview的vi服务器项和管理器进行设置，以便使labview软件和管理器实现信号通讯，并连接到串口arduinouno开发板上，并对开发板进行初始化，开发板串口指示灯点亮后初始化完毕。
在labview面板窗口(frontpanelwindow)和后台窗口(blockdiagramwindow)中进行编程工作，具体编程思路应满足不同传感器采集和分析的需要。
根据arduinoide编程结构在后台窗口内设置，循环、初始化、停止linx程序块，linx内已嵌入温度计算程序块，可直接使用，而对于其他传感器信号，应利用模拟信号程序模块采集信号，在循环模块内部设置传感器输入针脚模块和输出数值模块，并依次进行连接。
利用标定实验方式确定传感器信号与实际数值之间的数学关系式，在循环程序模块内进行计算方式设计。
在面板窗口配置各个输入和输出位置。
在接实际驱动电路前，应做模拟测试，利用l293d集成驱动模块驱动5v电机模拟反馈控制相应。
对循环程序内部配置数字输出程序块和电机连接程序块，并进行连接；并在循环程序内部，按照实际控制要求，添加电机方向和电机速度程序模块，并进行连接。
通过读取电子表格的方式读取传感器和电机各类信息。
本实施例主要通过圆筒形流场反应器组件的设计，对传感器、信号采集、分析和反馈控制系统进行搭建，通过信号采集反应实验装置中废水处理过程中的流场特性，通过数据分析软件进行分析，对比分析结果利用单片机pwm控制信号对实验装置进出水、曝气量以及空压机进行反馈控制。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。