自動增氧監控設備

白澤霖 寧可

摘要：自動增氧監控設備包括傳感器部分、主機監控部分和執行機構部分。傳感器部分是把被測裝置的含氧量信號傳遞給主機監控部分；主機監控部分對傳感器傳過來的模擬信號進行采集處理并顯示。同時，當被測量參數超過預先設定值范圍后，主機對增氧機及泵機進行控制，主機監控部分還可以將采集信息和控制信息傳遞至遠程監控設備；所述執行機構部分根據主機的不同控制狀態進行相應的動作。

關鍵詞：傳感器；主機監控；執行機構；大數據

當前提出大力發展國產化設計產品，所以根據國內用戶的需求，過程自動化和工況監控設備的應用越來越廣，為了達到節能、省時省力、提高生產效率的要求，需對設備進行自動化控制。目前多數此類產品主要功能是顯示、采集處理、按鍵，繼電器輸出、通信和控制單元組成。

當前此類產品通常都是傳感器和控制單元通過RS485通信方式，當傳輸距離比較遠數據量比較大的時候就不適用了，所以采用光纖通信可以解決遠距離和大數據傳輸。

1 控制器整體功能

該設備能準確測量被測環境中溶解氧含量，在自動控制增氧機上可以自主變更和自主設定，當溶氧地域限時啟動增氧機時，就要關閉增氧機，防止溶氧高于上限，這樣可以保證含氧量的最佳狀態。該裝置能準確測量被測環境中的溶解氧含量和水溫；同時顯示測得的溶氧值、水溫值和設定的氧限值；當溶氧低于設定的下線時自動啟動增氧機，高于上限時自動停止，并且午間會進行自動補氧。系統具有自診及報警功能，儀器自我診斷系統運行狀況，一旦發現欠壓、缺氧等情況時，即刻報警、顯示故障代碼并強制啟動增氧機。

2 控制器實施方案

自動增氧控制器由單片機處理模塊、采集處理、A/D轉換、顯示、按鍵、繼電器輸出、通信模塊、電源系統、傳感器等功能塊組成。傳感器部分又由取樣器和溶氧電極組成。這個儀器最大的特點是操作簡單、安裝便利、可以非常直觀的設置操作控制范圍，特別是設置上下限，這樣有效的控制啟動增氧機，如果高于上限，增氧機就會自動關閉，避免缺氧和盲目增氧，用最少的電力保持溶氧適當。本儀器還具有溫度測量、午間補氧、手動啟停、自動洗清、缺氧報警、自診斷等功能。

3 控制器重點模塊功能實現

3.1 采集處理模塊

由于溶解氧傳感器輸出的電壓信號非常微弱，溫度傳感器輸出的電壓也非常微弱。欲用單片機實現對輸出數據的采集和處理，必須先對傳感器輸出的電壓信號不失真地放大許多倍。本系統采用高精度運放TLV2254，它具有低噪聲、零點漂移小、漏電流典型值小到1PA等特點。

3.2溶解氧傳感器放大電路設計[HT]

溶解氧傳感器輸出的電壓只有幾mV，而A/D轉換芯片要求入口信號為 0～2.5V。為了將溶解傳感器的信號放大，就要將輸出的信號單方面運行，若在這個過程中發現外圍電阻參數增大，就要將運放增益偏離理論值也會隨著增大。但是在增中會有一些差異，就是缺少穩定性和一致性。所以在這個過程中用一級運放來放大倍顯然不妥當。發現對稱雙運放差分電路比單運放電路的實測增益值更接近理論增益值。對此，該系統在高增益的設計中需要運用放差分路，如圖3所示。因為同相放大器具有極高的輸入阻抗。所以在圖3的輸入電路中使用兩個同相放大器，把各自的輸出作為下一級差動放大器的輸入，從而得到非常高輸入阻抗。

若設同相放大器，各自的輸出電壓分別為e3，e4，則有：

e3=（1+R2/R1）e1 e2R2/R1（1）

e4=（1+R3/R1）e2 e1R3/R1（2）

取R2 =R3， R4= R5， R6= R7，則該電路的輸入，輸出關系如下： e0= （e3 e4） R6/R4= R6/R4（1+2（e2 – e1）R2/R1）（3）

圖3電路左端兩個同相放大電路的增益為式（3）中1+2R2/R1=1+2×12=25倍。圖3右端為增益R6/R4=5倍差分放大電路，圖3電路全部增益為125倍。 0.01uF的二個電容是為了防止高頻成分的噪聲和振蕩。此電路還有零點偏置、斷線報警和有源濾波電路。

3.3 通訊模塊

本模塊主要完成下位機與上位機的通訊，單片機將所測得的溶解氧值和溫度值周期性地傳送給上位機。本系統采用光纖通信方式，在距離比較遠、數據量比較大的情況，用戶只需要添加一個標配的光纖轉換模塊即可，這種方式就解決了數據量大和距離比較遠的情況下應用。本發明可以根據應用情況可以選配，方便用戶應用選擇。

4結語

自動增氧監控設備，應用范圍很廣，有了此設備使生產效率得到了很大的提升，并且節省了人力，也節約了能源。此產品應用配置靈活、傳輸距離遠、傳輸數據量大等優點，相信它今后的應用會越來越廣泛。

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