Автоматическая станция контроля качества природных и сточных вод

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

0% 01) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О 1НРЬПЪ9

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ

Н ABTOPCNONV СИИДВТЕЛЬСТВ5Г (21) 3542717/23-26 (22) 25.01.83 (46) 15.01.85. Бюл. 0 2 (72) В.П. Белогуров, Л.Е. Попов и Б.Г. Иикоткин (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод (53) 66.012-52(088.8) (56) 1. Патент США У 3762214, кл. G 01 N 27/00, 1970.

2. Заявка Японии У 53-18895, кл; G 08 С 5/12, 1978. (54) (57) 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, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности работы стан-. ции путем расширения количества on4(51) С 02 F 1/00; С 05

G 01 N 33/18 ределяемых показатепей и обеспечения здущего режима передачи и информации, она дополнительно содержит вычислительный блок, блок памяти, блок сопряжения, коммутируемый канал сВязиg при 9ТоМ Выход Вычисли тельного бнока соединен с блоком памяти, первый вход въиислительного блока соединен с блоком измерения, а второй вход - с блоком управления, блок приема и передачи информации соединен с блоком сопряжения, выход которого связан с коммутируемж каналом связи.

2. Станция по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что оиа снабжена - I блоком контроля работоспособности гидравлического блока подачи воды и блока измерения, при этом один вход блока контроля соединен с блоком измерения, другой вход - с гид- р равлическнм блоком подачи воды, а

%Ф выход соединен с блоком управления.

1 1134517 l

Изобретение относится к устройствам для автоматического контроля химического состава природных и сточных вод и может быть использовано для контроля и управления качеством

5 водных объектов, в том числе в составе автоматизированной системы управления водоохранных комплексов (АСУ ВК).

Известна система мониторинга загрязняющих веществ в жидкостях, содержащая контейнер, открытый с одной сто. роны, различные датчики качества, блоки периодического колебательного вытеснения жидкости, избирательного

Ф включения очищающего устройства, последовательного включения датчиков и отдельных самописцев, электрической связи между датчиками и подавления сигналов самописца, тай

20 мер, средства, обеспечивающие плавучесть контейнера, устройство для передачи радиочастотой поступающих на самописцы сигналов на принимающий терминал (1) .

Недостатком известной системы мониторинга является ее конструкция, которая не позволяет устанавливать эту систему в закрытых водотоках 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 режиме и контролировать исправность оборудования.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигае-. мому результату является автоматическая станция контроля качества природных и сточных вод, включающая гидравлический пробоотборник, блоки измерения, управления, приема и передачи информации, а также устройства записи и считывания (2), Недостатками известной станции являются невозможность контроля неизмеряемь х -параметров качества воды и работы в ждущем режиме передачи информации.

Цель изобретения — повышение эффективности работы станции путем расширения количества определяемых показателей и обеспечения ждущего режима передачи информации.

Поставленная цель дс стига .тон тем, что я автоматической станции контроля качества природных н 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 связи, при этом 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 стан. ции является ждущий режим, при котором в случае соблюдения требований к качеству воды информация от станции передается редко, например

1 раз за 1-15 сут., a при нх нарушении на диспетчерский пункт немедленно посыпается сигнал тревоги и вся информация, предшествующая моменту появления экстраординарной ситуации. 14 54 7 4

3 11

Введение блока сопряжения с коммутируемым каналом связи обеспечивает обмен информацией:.1ежду станцией и диспетчерским пунктом по существующим коммутируемым каналам связи, что позволяет использовать автоматическую станцию контроля качества природных и сточных вод в составе региональных и бассейновых систем, где станции и диспетчерский пункт удалены друг от друга на десятки 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, расширяет возможность применения станций, чем повышает эффективность ее работы.

Введение в состав станции блока контроля работы гидравлического блока 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, своевременно принять меры по устранению неисправностей оборудования станции, что повышает 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 подачи 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 подат чи воды соединен с блоком 5 управ5 I0

55 пения, выход блока 1 подачи воды соединен с одним из входов блока

9 контроля раооты. 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 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

10 с диспетчерским пунктом 11.

Автоматическая станция контроля качества природных и сточных вод работает следующим 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, например05ч; 1ч;2ч;4ч;8ч;

12 ч и 24 ч подает электрические импульсы в блок 5 управления, а последний выдает управляющие сигналы 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 срабатывают исполнительные механизмы, например задвижки на напорных трубопроводах, и в блок 2 измерения подвется исследуемая вода. Блок 9 контроля работоспособности определяет состояние исполнительных механизмов гидравлического блока 1 подачи воды и посылает в блок 5 управления электрический сигнал состояния. Если блок 9 контроля работоспособности зафиксировал срабатывание исполнительных механизмов а также наличие напря1

5 11345 жения 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 пом6щью имеющихся датчиков по определению химического состава воды производит измерения параметров, например рН, концентрации 0, NH, N0, Са, Ng, электропроводность мутность и др.

Электрические сигналы от датчиков передаются в вычислительный блок 6.

Вычислительный блок 6 производит сбор данных от блока 2 измерения, контроль данных на достоверность, определение неизмеряемых параметров по измеряемым, масштабирование всех параметров, выявление фактов превышения предельно допустимых концентраций (ПДК) с выработкой аварийного сигнала. Если все параметры находятся в норме, т.е. не превышают свои

ЦДК, вычислительный блок 6 передает весь массив обработанных данных в блок 7 памяти, в котором информация хранится до очередного сеанса связи с диспетчерским пунктом 11. После записи всей информации в блок 7 памяти блок 5 управления отключает все блоки, кроме указанных. Следующий цикл работы станция начинает по новому импульсу таймера 4 . Начало се. анса связи с диспетчерским пунктом

11 определяет таймер 4, который один раз в сутки или в несколько суток подает электрический импульс в блок управления, последний вклю чает блок 7 памяти и подает управляющий .сигнал в блок 3 приема и передачи информации на соединение станции с диспетчерским пунктом 11. Блок ф5 п иема и пе е ачи ин о ма и вымутируемому каналу связи 10 к диспетчерскому пункту 11. Если коммутируемый канал связи 10 свободен, то дис50 петчерский 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

55 окончания передачи информации станция отключается от коммутируемого канала связи. блок 7 памяти выклю47 чается. 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

1п обработки информации, поступающей от блока 2 измерения, производит определение ряда неизмеряемых параметров по измеряемьи, например расхода воды по уровню, минерализации

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

У= „(Х, а, b), — незавйсимая переменная, — вычисленное значение зависимой переменной;

Q,ь — постоянные коэффициенты.

В вычислительном блоке 6 заложен следующий алгоритм решения задачи косвенного определения неизмеряемых показателей по измеряемым. В ка. честве основного принято линейное уравнение парной регрессии У

3О f (Х, а, Ь ) = аХ + b, коэффициенты g Ь которого определяются классическим методом наименьших квадратов. Длй расчета используются следующие статистические характеристики показателей:

35 выборочные средние выборочные среднеквадратичные отклонения (х ° -х) (y,- )

1 М

Ь1;-

x - g

Коэффициенты а и b линейного регрессивного уравнения определяются по формулам

Ъ =r S /S) а = 1 — ЪХ.

Аварийный режим станции имеет место в случае выхода из строя исполнительных механизмов в гидравли3 р pдфpци рабатывает сигналы, которые через коэффициент парной корреляции блок 8 сопряжения посылаются по ком7 113454 ческом блоке 1 подачи воды, отсутствия напряжения в блоках гидравлическом 1 и измерения 2, низкой температуры в блоке 2 измерения, возникновения пожара, которые фиксируются блоком 9 контроля работы, а также в случае превышения ПДК хотя бы одним иэ измеряемых параметров, которые определяются вычислительным блоком б.

Так., если блок 9 контроля работы 10 зафиксировал перечисленные отклонения, то он передает в блок 5, управления электрический сигнал о неисправности, который воспринимается последним как аварийный. Получив 15 такой сигнал, блок 5 управления выдает управляющие сигналы в блок 1 памяти на включение и в блок 3 прие- . ма и передачи информации на соединение станции с диспетчерским пунк- 26 том 11. Если вычислительный блок б при сборе и обработке информации выявил превышение ПДК котя бы по од-. ному из показателей качества воды он формирует аварийный сигнал, кото- 25 рый поступает в блок 5 управления, который выдает управляющие сигналы в блоки сигнализации как и s случае получения аварийного сигнала от блока 9 контроля работы. Далее стаивая ЗЕ устанавливает связь с диспетчерским пунктом 11 аналогично описанному.

После установления связи на диспетчерский пункт 11 передаются аварийные сигналы о неисправностях оборудования или превышения ПДЕ, а также

7 8 весь массив информации, собранной и накопленной после предыдущего сеанса связи. Резжм контроля и управления с диспетчерского пункта 11 осуществляется следующим образом.

С диспетчерского пункта 11 по коммутируемому каналу связи 10 посыла ется сигнал. После установления связи на станцию посылаются управляющие сигналы, например подача напряжения, отключение напряжения, управление насосом, опрос датчиков, передача массива накопленной информации и др.

Управляющий сигнал через блок 8 сопряжения с коммутируемым каналом связи и блок Э приема и передачи информации поступает в блок 5 управления, который в зависимости от конкретного сигнала управляет остальными блокаме станции аналогично описанному, Использование данного устройст-: ва позволяет расширить количество контролируемых показателей эа с ет определения неизмеряемых параметров по мзмеряемым, обеспечить работу в ждущем режме передачи информации по ковмуФирующему каналу связи, а также осуществлять конт роль за работой оборудования. Это расширяет область применения станции, снижает эксплуатационные затраты, обеспечивает своевременное устранение неисправностей оборудования.

1134547

Составитель А. Попов

Редактор Т. Веселова Техред Т.Фанта

Корректор В Гнрняк

Заказ 10021/22 Тираж 884

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ултород, ул. Проектная, 4