循環冷卻水綜合在線監控記錄系統*

田 微，戴長虹，玉維友，肖映彩

(1.中南民族大學計算機科學學院，湖北武漢430074;2.武漢東安自動控制有限公司，湖北武漢430072)

0 引言

為節約水資源，目前工業冷卻水都采用循環水，在許多大型工業企業如鋼鐵企業、發電廠，循環水的用水量已占其總用水量的80%［1］，循環水的運行好壞直接影響生產設備的安全性、可靠性及使用壽命。為了減緩循環水給生產設備帶來的結垢腐蝕，特在循環水中添加一定量的緩蝕阻垢劑［2～4］。然而，所加藥劑對循環水的水質改善情況如何，則需實施監測。當前主要根據GB 6913.2—86采用離線人工分析方法對水質情況進行監測［2］，該方法具有一定的滯后性，特別是在測量腐蝕情況。腐蝕率測量一般采取掛片稱重方法進行，測量周期至少在一周以上，一般是1個月。這樣，則不能實時地反映循環水的水質情況，會給生產帶來安全隱患。另外，國內外也有一些對循環水質進行實時在線測量的，但主要集中在水質的一個方面，如只在線測量腐蝕率，pH，ORP其中的一項或幾項指標［5］，并且在分析指標方面也是采用人工進行的。本文針對上述問題，設計出了循環冷卻水綜合在線監控記錄系統，可以全方位實現水質在線測量(測量參數包括pH，電導率，溫度，ORP，Cu腐蝕率、A3碳鋼腐蝕率及濁度)，并兼具自動分析與加藥功能。

1 系統設計

本系統由兩大部分組成:以主控制器為核心的在線監控器和上位機。在線監控器負責在線采集循環水的相關參數，上位機則實現友好人機交互界面，負責實時顯示水質相關參數、參數設置等相關操作。本系統的主控制器采用最新ARM內核CortexTM—M3的嵌入式微控制器，其超級強大的功能可以很好地實現超速運算與對外參數控制。該控制器的16路高精度AD和大量IO控制端口，不僅能很好地實現目前的所有功能，還能為日后的功能擴展作好保障。系統結構框圖如圖1所示。

圖1 系統結構框圖Fig 1 Structure block diagram of system

2 在線監控器設計與實現

2.1 硬件設計

在線監控器結構框圖如圖1所示，主要由7路信號采集電路組成，分別對循環冷卻水的溫度，pH，電導率，ORP，濁度，Cu腐蝕率，A3碳鋼腐蝕率的值進行在線測量。各路參數值均由專用傳感器采樣，再由信號處理電路進行放大、濾波變成標準電信號，最后輸入給主控器，進行A/D轉換成實際值，并可對測量的參數值進行分析，按水質要求進行自動加藥控制。

1)主控芯片STM32F103是基于ARM最新的CortexTM—M3內核的嵌入式控制器，主頻72 MHz，且具有單周期硬件乘法和除法(加快計算)功能，其16路高精度AD可以很好地滿足本系統的設計要求;

2)各參數測量傳感器均選用標準專用傳感器，各參數測量范圍為:

a.pH 值:0～14

b.電導率:0～19.99 mS/cm

c.溫度:0～100℃

d.ORP:－1000～1000 mV

e.腐蝕率(Cu):0～9.99 mpy

f.腐蝕率(A3 碳鋼):0～9.99 mpy

g.濁度:0～100 NTU

2.2 軟件設計

本系統嵌入了μc/os操作系統，以實現多任務的實時運作，程序框圖如圖2所示。

圖2 總程序流程圖Fig 2 Flow chart of program

本系統功能以操作系統的任務運行，在創建任務時設置任務優先級，任務(按優先級)主要包括:1)第一個任務是A/D轉換，負責將電壓信號轉換成實測值;2)第二個任務是輸出控制，在分析實測值后，按水質要求控制加入藥劑的份量，然后再次測量，分析測量值是否達標，從而形成反饋閉環控制;3)第三個任務是參數設置和存儲，包括用按鍵設置相關參數，并存儲;4)第四個任務是上位機通信，將實測值傳送至上位機。

3 上位機功能設計與實現

上位機采用帶觸摸屏的工控機，程序用VC++編寫，人機界面友好，畫面豐富。同時，上位機系統屬于開放式系統能夠在內部集成的運行策略中調用內部函數編寫底層通信與相關的數據處理程序。使其能有效可靠地與主控制器進行數據傳輸，并能進行數據的存儲與報表輸出。

3.1 系統主菜單設計

系統主菜單主要由參數選擇與顯示、系統設置、數據導出等菜單項組成，用于實時顯示被測量、系統調試、報表輸出等。通過選擇數據導出選項可以進入報表數據導出界面，選擇系統設置可以為系統設計人員提供在線系統調試功能。界面包括了溫度、pH值、電導率、ORP、濁度、腐蝕度等參數的選擇與顯示框，簡潔地將所需要的數據展現給系統使用者。

3.2 參數子界面設計

子界面用于實時顯示被測參數值及其相應的歷史曲線，便于觀察系統的變化趨勢。歷史曲線帶有實時數據更新的功能，可作為實時曲線使用。方便用戶通過歷史曲線判斷系統的運行狀態，及時根據變化而采取相應的操作。界面右側為對應參數的實時顯示數值，底部為不同參數的子界面的切換按鈕，可方便地進行界面切換。

3.3 數據導出界面設計

數據導出用于將內部存儲的報表，以一種自主選擇的方式導出至外部移動設備(U盤)，便于管理員掌握系統的信息。另外，為了保證系統有足夠的空間存儲數據，故添加了刪除數據的功能，數據一經刪除將不可恢復。

4 測試結果

該系統在投入運行前，已在化驗室做好檢測和標定。到目前為止，系統已在某鋼鐵企業投入運行半年，運行狀況良好，水質各項指標均已達標，記錄數據如表1所示。

表1 水質數據對照表Tab 1 Comparison table of water quality data

5 結束語

本文提出并設計了循環冷卻水綜合在線監控記錄系統，實踐證明:循環冷卻水綜合在線監控系統取代了人工離線水質分析，實現水質監控自動化的同時，還能實時反映水質情況，做好水質處理。

［1］林高平.鋼鐵企業循環冷卻水系統生命周期成本分析［J］.給水排水，2008，34(7):66－69.

［2］孫墨杰.循環冷卻水膦系緩蝕阻垢劑在線分析的研究［J］.化工自動化及儀表，2002，29(4):70－73.

［3］張秀麗.腐蝕在線監測技術在中水為補充水的循環冷卻水系統中的應用［J］.中國電力，2009，42(3):56－58.

［4］范國義，曾為民，馬玉錄.循環冷卻水腐蝕在線監測系統的研究與應用［J］.化工裝備技術，2006，27(4):49－51.

［5］李建國，汪獻忠.循環冷卻水凈化再利用自動監控裝置:中國，200820069624.9［P］.2009—02—04.