Автоматическая станция контроля качества природных и сточных вод Советский патент 1985 года по МПК C02F1/00 G01N33/18 G05D27/00 C02F103/02 

СП

.( 1 Изобретение относится к устройс вам для автоматического контроля химического состава природных и ст ных вод и может быть использовано для контроля и управления качество водных объектов, в том числе в сос таве автоматизированной системы уп равления водоохранных комплексов (АСУ ВК). Известна система мониторинга за рязняющих веществ в жидкостях, сод жащая контейнер, открытьй с одной роны, различные датчики качества, блоки периодического колебательног вытеснения жидкости, избирательног включения очищающего устройства, последовательного включения датчиков и отдельных самописцев, электрической связи между датчиками и подавления сигналов самописца, тай мер, средства, обеспечивающие плав честь контейнера, устройство для передачи радиочастотой поступающих на самописцы сигналов на принимающий терминал Q . Недостатком известной системы мониторинга является ее конструкция , которая не позволяет устанавливать эту систему в закрытых водо токах и каналах, а также на речных и других открытых водных объектах в связи с Трудностями обеспечения сохранности и работоспособности в зимний период времени. Кроме того, система мониторинга не позволяет определять неизмеряемые параметры по измеряемым, работать в ждущем р жиме и контролировать исправность оборудования. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигав мому результату является автоматическая станция контроля качества природных и сточныхвод, включающая гидравлический пробоотборник, блоки измерения, управления, приема и передачи информации, а также устройства записи и считьшания 2j Недостатками известной станции являются невозможность контроля неизмеряемых параметров качества воды и работы в ждущем режиме передачи информации. Цель, изобретения - повьшение эффективности работы станции путем расширения количества определяемых показателей и обеспечения ждущего режима передачи информации. 7 J Поставлоинпя цель достит, тем, что в автоматической с.таиг(ии контроля качества природных и сточных вод, включающей гидравлический блок подачи воды, блок измерения параметров воды, блок приема и передачи информации, таймер, связанные с блоком управления, дополнительно содержится вычислительный блок, блок памяти, блок сопряжения, коммутируемый канал , при зтом выход вычислительного блока соединен с блоком памяти, первый вход вычислительного блока соединен с блоком измерения, второй вход - с блоком управления, блок приема и передачи информации соединен с блоком сопряжения , выход которого связан с коммутируемым каналом связи. Кроме того, автоматическая станция дополнительно снабжена блоком контроля работы гидравлического блока подачи воды и блока измерения, при этом один вход блока контроля соединен с блоком измерения, другой - с гидравлическим блоком подачи воды, а выход соединен с блоком управления. Введение в состав станции вычислительного блока обеспечивает обработку получаемой информации и, в том числе, определение неизмеряемых показаталей исследуемой жидкости по измеряемым, что расширяет количество определяемых показателей, в результате чего повышается эффективность работы станции. Введение в состав станции блока памяти обеспечивает работу станции в ждущем режиме, так как обеспечивается хранение обработанной информации до очередного сеанса связи, что позволяет осуществлять передачу информации на диспетчерский пункт с любой периодичностью в течение суток как по инициативе станции, так и по инициативе диспетчерского пункта. Это важно потому, что наиболее рациональным режимом работы станции является ждущий режим, при котором в случае соблюдения требований к качеству воды информация от станции передается редко, например 1 ps3 за 1-15 сут., а при их нарушении на диспетчерский пункт немедленно посылается сигнал тревоги и вся информация, предшествующая моменту появления экстраординарной ситуации. 3 Внедепие блока сопряжения с коммутируемым каналом связи обеспечивает обмен информацией между станци ей и диспетчерским пунктом по существующим коммутируемым каналам связи, что позволяет использовать автоматическую станцию контроля качества природных и сточных вод в со таве региональных и бассейновых сис тем, где станции и диспетчерский пункт удалены друг от друга на деся ки и сотни километров и поэтому прокладывать линии связи между ними экономически нецелесообразно. Кроме того, при использовании коммутируемых каналов связи капитальные затраты на строительство линий связи и эксплуатационные затраты снижаются в несколько раз. Таким образом, наличие блока сопряжения с коммутируемым каналом связи обеспечивает работу станции в ждущем режиме, рас ширяет возможность применения станций, чем повьпиает эффективность ее работы. Введение в состав станции блока контроля работы гидравлического бло ка подачи воды и блока измерения обеспечивает проверку работы указанных блоков путем контроля давления в подводящей магистрали, наличия напряжения в гидравлическом блоке и блоке измерения, температуры в блоке измерения и возникновения пожара. Наличие такого контроля всегда позволяет обслуживающему персоналу, который находится на диспетчерском пункте, своевремен но принять меры по устранению неисправностей оборудования станции, что повьшает эффективность ее работы. На чертеже изображена блок-схема автоматической станции контроля качества природных и сточных вод. Автоматическая станция контроля качества природных и сточных вод включает гидравлический блок 1 пода чи воды, блок 2 измерения параметров воды, блок 3 приема и передачи информации, таймер 4, блок 5 управления, вычислительный блок 6, блок 7 памяти, блок 8 сопряжения, блок 9 контроля работы гидравлического блока 1 подачи воды и блока 2 измерения , коммутируемый канал связи 10, диспетчерский пункт 11. Вход гидравлического блока 1 под чи воды соединен с блоком 5 управ/ 74ления, выход блока 1 подачи воды соединен с одним из входов блока 9контроля раойты. Вход блока 2 измерения соединен с блоком 5 управления, один из выходов блока 2 измерения соединен с вторым входом блока 9 контроля работы, выход которого соединен с блоком 5 управления. Другой выход блока 2 измерения соединен с входом вычислительного блока 6, второй вход которого соединен с блоком 5 управления, а выход вычислительного блока 6 соединен с входом блока 7 памяти, выход последнего соединен с блоком 5 управления. Один из входов блока 5 управления соединен f таймером 4, а-один из выходов соединен с блоком 3 приема и передачи информации, выход которого соединен с блоком 8 сопряжения . К блоку 8 сопряжения подключен коммутируемый канал связи 10с диспетчерским пунктом 11. Автоматическая станция контроля качества природных и сточных вод работает следукяцим образом. При ждущем режиме передачи информации в исходном состоянии все блоки, кроме блока 5 управления, таймера 4, блока 3 приема и передачи. информации и блока 8 сопряжения с коммутируемым каналом связи, находятся в выключенном состоянии. Периодичность контроля качества воды устанавливает таймер 4, который с заданной периодичностью, например 0,5 ч; 1 ч 2 ч; 4 ч; 8 ч-, 12 ч и 24 ч подает электрические импульсы в блок 5 управления, а последний вьщает управляющие сигналил на все блоки станции. Сначала блок 5 управления выдает управляющие сигналы на включение гидравлического блока 1 подачи воды и блока 9 контроля работоспособности. При этом в гидравлическом блоке 1 подачи воды сраШтывают исполнительные механизмы, например задвижки на напорных трубопроводах, и в блок 2 измерения подается исследуемая вода. Блок 9 контроля работоспособности определяет состояние исполнительных механизмов гидравлического блока 1 подаии воды и посылает в блок 5 управления злектрический сигнал состояния. Если блок 9 контроля работоспособности .зафиксировал срабатыртние исполнительных механизмов, а также наличие напряжения в гидравлическом блоке 1 подачи воды и блоке 2 измерения, нормальную температуру в блоке 2 измерения и отсутствие пожара, он посылает в блок 5 управления электрический сигнал, который после прокачки воды включает блок 2 измерения, вычислительный блок 6 и блок 7 памяти Блок 2 измерения с помощью имеющихся датчиков по определению химического состава воды производит измерения параметров, например рН, концентрации Oj, NH, N0, Са, Mg, электропроводность, мутность и др. Электрические сигналы от датчиков передаются в вычислительный блок 6. Вычислительный блок 6 производит сбор данньк от блока 2 измерения, контроль данных на достоверность, определение неизмеряемых параметров по измеряемым, масштабирование всех параметров, выявление фактов превышения предельно допустимых концентраций (ПДК) с вьфаботкой аварийного сигнала. Если все параметры находятся в норме, т.е. не превьшают свои ПДК, вычислительный блок 6 передает весь массив обработанных данных в блок 7 памяти, в которсад информация хранится ро очередного сеанса связи с диспетчерским пунктом 11. После записи всей информации в блок 7 памяти блок 5 Правления отключает все блоки, кроме указанных. Следующий цикл работы станция начинает по новому импульсу таймера 4, Начало сеанса связи с диспетчерским пунктом t1 определяет таймер 4, который один раз в сутки или в несколько суток подает электрический импульс в блок управления, последний вклю-г чает блок 7 памяти и подает управляющий сигнал в блок 3 приема и передачи информации на соединение станции с диспетчерским пунктом 11, Блок 3 приема и передачи информации вырабатывает сигналы, которые через блок 8 сопряжения иосылаются по коммутируемому каналу связи 10 к диспетчерскому пункту 11. Если коммутируемый канал связи 10 свободен, то диспетчерский пункт 11 по каналу связи 10 дает разрешение на передачу информации. Весь накопленный массив информации из блока 7 памяти передается на диспетчерский пункт 11. После окончания передачи информации станция отключается от коммутируемого канала связи., блок 7 памяти выключается . Если коммутируемый канал связи 10 занят, то вызов диспетчерского пункта 11 с помощью блока 7 памяти и блока 8 сопряжены с коммутируемым каналом связи повторяется до тех пор, пока связь между станцией и диспетчерским пунктом 11 не будет установлена.

Вычислительный блок 6 в процессе

обработки информации, поступающей от блока 2 измерения, производит определение ряда неизмеряемых параметров по измеряемым, например расхода воды по уровню, минерализации

и концентрации сульфатов по электропроводности, взвешенных 1веществ по мутности и др. Для этого составлены регрессионные уравнения типа

У f(X, а, Ь),

где X - независимая переменная;

У

- вычисленное значение завсимой переменной; а.Ь постоянные коэффициенты.

В вычислительном блоке 6 заложе следукяций алгоритм решения задачи косвенного определения неизмеряемых показателей по измеряемым. В кчестве основного принято линейное уравнение парной регрессии У f,(X, а, Ь) аХ , коэффициенты а , Ь которого определяются классическим методом наименьших квадратов. Дли расчета используются следующие статистические характеристики показателей:

выборочные средние

4 « ( W

«к,,

выборочные среднеквадратичные отклонения

)

коэффициент парной корреляции

п-2: (х;-хН ;-)

N-(

6x5

Коэффициенты Q и Ь линейного регрессивного уравнения определяются по формулам

Ь г.8д/8ц, а Y - ЬХ.

Аварийный режим станций имеет место в случае выхода из строя исполнительных механизмов в гидравлическом блоке 1 подачи воды, отсутствия напряжения в блоках гидравлическом 1 и измерения 2, низкой температуры в блоке 2 измерения, возникновения пожара, которые фиксирумугся блоком 9 контроля работы, а также в случае превыше(шя ПДК хотя бы одним из измеряемых параметров, которы определяются вычислительным блоком б Так, если блок 9 контроля работы зафиксировал перечисленные отклоне НИН, то он передает в блок 5 управления электрический сигнал о неисправности, которьА воспринимается последним как аварийный. Получив такой сигнал, блок 5 управления выдает управляюво е сигналы в блок 7 памяти на включение и в блок 3 приема и передачи информащш на соединение станции с диспетчерским пунктом 11. Если вычислительный блок 6 при сборе и обработке информации выявил превьшение ПДК хотя бы по одному из показателей качества воды он формирует аварийный сигнал, который поступает в блок 5 управления, которьй вьщает управляющие сйгншш в блоки сигнализации как и в случае оояучення аварийного сигнала от блока 9 контроля работы. Далее станция устанавливает связь с диспетчерским пунктом 11 аналогично описанному. После установления связи на диспетчерский пункт 11 передаиттся авармбные сигнami о неисправностях оборудования или превышения ПДК, а также

весь массив информации, собранной и накопленной после предьщущего сеанса связи. Режим контроля и управления с диспетчерского пункта 11 осуществляется следующим образом. С диспетчерского пункта 11 по коммутируемому каналу связи 10 посылается сигнал. После установления связи на станцию посыпаются управляющие

0 сигналы, например подача напряжения, отключение напряжения, управление насосом, опрос датчиков, передача массива накопленной информащш и др. Управляющий сигнал через блок 8 сопряжения с коммутируемым каналом

S связи и блок 3 приема и передачи информации в блох 5 управления, который в зависимости от конкретного сигнала управляет остальными блокаю{ станщш аналогично опи0санному,

Использовшше данного усчфойства позволяет расширить количество контролируемых показателей за

5 определения неиэмеряемых параметров по измеряет, обеспечить работу в ядуцем режиме передачи информации по Ком {утирующему каналу свяш, а также осуществлять конт

0 роль за работой оборудования. Это расширяет область прмменения станции , стекает эксплуатафюнные затраты, обеспечивает своевременное устранение неисправностей оборудоваSния.

I

1. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД, содержащая гидравлический блок подачи воды, блок измерения параметров воды, блок приема и передачи информации, таймер, связанные с блоком управления, отличающаяся тем, что, с целью повьшения эффективности работы станции путем расширения количества оп-ределяемых показателей и обеспечения режима передачи и информации, она допол{штельно содержит вычислительный блок, блок памяти, блок сопряжения, коммутируе а||й канал связи, при этом вычислительного блока соединен с блоком памяти, первый вход вычислительного блока соединен с блоком измерения, а второй вход - с блоком ущ авле1шя, блок приема и передает информафш соединен с блоком сопряжения, выход которого связан с коммуTHpyet« iM каналом связи. 2. Станция по п. 1, о т Ji и ч ав ю щ а я с я тем, что жа. снабжена блоком контроля работоспособност гидравлического блока подачи воды и блока измерения, при этом одии вход блока контроля соедщнен с блоком измерения, другой вход - с гид§ равлическим блоком подачи воды, а выход соединен с блоком управления.