水厂二氧化氯控制系统的设计

hthjgjkkl

摘要：为了充分发挥二氧化氯的消毒功能，必须研制一种能自动、安全、适量生产二氧化氯消毒剂的控制系统；基此，设计了一种
以AVR单片机为核心的二氧化氯控制系统，给出了其工作原理、硬件组成和软件结构，重点介绍了该系统的控制算法；由于水净化过
9 Q2 s3 \2 u* M, m; u0 c$ a0 R程具有很长滞后时间以及不确定性，提出了以流量前馈加仿人智髓模糊的控制算法；现场应用表明，该控制系统界面友好，控制精度较
高、抗干扰能力强、能连续稳定运行。

水处理过程中液氯对饮用水及其它工业用水进行消毒除菌
时，会产生致癌物质和其它副产品，而二氧化氯作为新型消毒
- s# M( l* @3 X+ p9 Y, U. i% x剂，具有广谱、高效、快速的消毒效果，对大肠杆菌、葡萄球
  V7 q$ x( q* C8 X7 j% u% D菌等具有很好的杀灭作用，还可以除去水中色度、臭味、藻类
/ n* A+ D' |! B1 h, k& h% F6 A等，并且其副产物少，不生成三氯甲烷等卤化物。加之其杀菌
效果基本不受PH值与氨的影响，具有持久的抑菌效果，是国
际上公认的氯气消毒剂最理想的替代产品[1]。但二氧化氯不稳
定的性质决定了其必须现场制备，因此要想发挥二氧化氯的作
用，必须研制一种能自动、安全、适量生产二氧化氯消毒剂的
$ N# A* d- R" @0 b控制系统。本文所介绍的以AVR单片机为核心的二氧化氯控
制系统就是在水处理过程中用于制备二氧化氯和自动投加二氧
化氯的自动化系统。
" {) q4 g" U) qATMEGAl6是一款高性能、低功耗的8位AVR单片机，
具有先进的RISC结构，8路10位ADC；16K字节的系统内
8 j4 q  _: O$ y- N5 O( J可编程Flash；512字节的EEPROM[2]。我们设计的以AVR
: p! Q% {( V. s3 E单片机为核心二氧化氯控制系统具有恒温控制、余氯量控制、
缺水检测、欠压检测、手动／自动切换以及与上位机的通信功
/ q) i2 I# f. l能，该系统界面友好，运行稳定，具有广阔的应用前景。
1 系统结构与硬件设计
1 w  h8 m* u( e7 `1．1 系统控制要求及软硬件设计思路
+ k, D( v* J  ]% I4 N! j) K% s6 w
9 k) i! Y& E9 O制备二氧化氯的常用方法之一是氯酸钠和盐酸反应生成，
8 n+ c" ]& t: V+ T. m3 M- B原料通过计量泵加入反应罐内。系统的控制要求有二：其一是
: q" U, D8 p- C2 _实现反应罐内恒温控制；其二是实现清水池出水口处的二氧化
" N9 y$ p$ q1 V- P& E氯含量控制。根据功能实现的要求，设计了以ATmegal6单
片机为处理核心的硬件系统。对于恒温控制部分，由AD590
8 {% c* z- u5 a# o7 c! F: N' z% g半导体温度传感器采集回来的信号经放大后，送人AVR单片
( h7 v% [* e6 q% |机的A／D端，转换后与给定的温度进行比较，按仿人智能
PID调节算法[31计算出该时刻的值，经光电隔离和功率放大
. g5 Y6 J8 U0 y- ~9 _. ]! D7 k后，控制双向可控硅调压模块来达到恒温控制。对于出水口余
氯量的控制，由余氯传感器采集信号经处理后，由AVR单片
) h& a: a7 H  P) ~1 W机采用仿人智能模糊控制加出水口流量前馈控制算法对计量泵
  {* b1 O7 T6 O, \的频率进行调节，从而改变二氧化氯的投加量，使出水口处的
余氯量保持在允许范围内。系统的整个框图如图1所示。
+ k0 d3 X. ~8 Z0 _4 E: K* x; c
1．2系统硬件结构
6 E" v7 G' ?$ C$ x* m2 k* \根据以上设计思路，采用的硬件结构如下：
(1)数字量采集：数字量采集由单片机的I／O口完成，主
( A* z! K( k6 a& @* v5 \. X要检测反应罐的工作环境，比如：反应罐的水位，自来水的水
压等。数字量只是一些开关量，开关闭合后，TP521的发光管

+ t) ?5 N3 W; t' U5 F9 X工作，光电隔离输出低电平，单片机检测这个信号即可判断反
应罐内的工作情况。
(2)模拟量采集:本系统采用的MAX192是Maxim公司.
' U; I* S  D1 M0 b+ G8 Y开发的8路10位SPI接口的A/D转化器，和单片机连接仅需
要4个I/O口。为了提高控制器的可靠性和抗干扰能力，对模
' e% k3 H( L, l; N* Z拟量输人进行了光电隔离。
(3)液晶显示器:液晶显示器采用北京青云创新科技发展
  b# h. W" z$ `2 @( d$ u3 |有限公司的带中文字库图形液晶显示模块。LCM12864ZK中
文液晶显示模块的液晶屏幕为128* 64，可显示四行，每行可
显示8个汉字。与单片机等微控器的接口界面灵活(三种模式
- N: w: C2 R5 _; I3 _$ R并行8位/4位串行3线/2线)，可实现汉字、ASCII 码、点阵
图形的同屏显示。
1 J- J8 p* ?: w3 q1 h% y2 L& F# o- O(4)数字量输出:数字量输出包括继电器的开关输出和控
( ]) g! T( \' Y( |' N. 制计量泵的脉冲输出。继电器输出有两路，分别控制计量泵的
电源和外部电磁阀。单片机通过光隔把信号输出给ULN2803
来驱动继电器。.
4 V9 K4 `$ d+ F* }  d% k由于计量泵的脉冲频率比较高，一般在0~360次/min,
在这种场合继电器不能满足要求，通过试验证实:直接用
. {8 Y; E) d" ?" y5 }- oTP521可以驱动计量泵工作，但是接线要求区分正负极性。
1 t8 l6 k0 L, `& U5 G) \! [0 q(5)模拟量输出:反应罐内的温度一般要求恒定在78C,
% h9 g5 L- ?8 j7 z1 t# w" ?! S必须要有一-个温度控制系统。传感器采用AD590,该器件为
半导体温度传感器，0C时输出为273 μA，每升高1C电流增
加1 μA，在一50~150C之间都可以保持读数的线性，完全符
合控制的需要。



; ~( C5 X' ^( q  ^$ {- \1 H0 p  r; u
5 g; o4 c0 M7 o/ {
$ W  f& y+ P' s" f: E
附件下载：

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

# L& _! ]# U2 M5 {/ h

chencol

谢谢分享