自动增氧监控设备

2018-05-14白泽霖宁可

科技风 2018年10期

白泽霖宁可

摘要：自动增氧监控设备包括传感器部分、主机监控部分和执行机构部分。传感器部分是把被测装置的含氧量信号传递给主机监控部分；主机监控部分对传感器传过来的模拟信号进行采集处理并显示。同时，当被测量参数超过预先设定值范围后，主机对增氧机及泵机进行控制，主机监控部分还可以将采集信息和控制信息传递至远程监控设备；所述执行机构部分根据主机的不同控制状态进行相应的动作。

关键词：传感器；主机监控；执行机构；大数据

当前提出大力发展国产化设计产品，所以根据国内用户的需求，过程自动化和工况监控设备的应用越来越广，为了达到节能、省时省力、提高生产效率的要求，需对设备进行自动化控制。目前多数此类产品主要功能是显示、采集处理、按键，继电器输出、通信和控制单元组成。

当前此类产品通常都是传感器和控制单元通过RS485通信方式，当传输距离比较远数据量比较大的时候就不适用了，所以采用光纖通信可以解决远距离和大数据传输。

1 控制器整体功能

该设备能准确测量被测环境中溶解氧含量，在自动控制增氧机上可以自主变更和自主设定，当溶氧地域限时启动增氧机时，就要关闭增氧机，防止溶氧高于上限，这样可以保证含氧量的最佳状态。该装置能准确测量被测环境中的溶解氧含量和水温；同时显示测得的溶氧值、水温值和设定的氧限值；当溶氧低于设定的下线时自动启动增氧机，高于上限时自动停止，并且午间会进行自动补氧。系统具有自诊及报警功能，仪器自我诊断系统运行状况，一旦发现欠压、缺氧等情况时，即刻报警、显示故障代码并强制启动增氧机。

2 控制器实施方案

自动增氧控制器由单片机处理模块、采集处理、A/D转换、显示、按键、继电器输出、通信模块、电源系统、传感器等功能块组成。传感器部分又由取样器和溶氧电极组成。这个仪器最大的特点是操作简单、安装便利、可以非常直观的设置操作控制范围，特别是设置上下限，这样有效的控制启动增氧机，如果高于上限，增氧机就会自动关闭，避免缺氧和盲目增氧，用最少的电力保持溶氧适当。本仪器还具有温度测量、午间补氧、手动启停、自动洗清、缺氧报警、自诊断等功能。

3 控制器重点模块功能实现

3.1 采集处理模块

由于溶解氧传感器输出的电压信号非常微弱，温度传感器输出的电压也非常微弱。欲用单片机实现对输出数据的采集和处理，必须先对传感器输出的电压信号不失真地放大许多倍。本系统采用高精度运放TLV2254，它具有低噪声、零点漂移小、漏电流典型值小到1PA等特点。

3.2溶解氧传感器放大电路设计[HT]

溶解氧传感器输出的电压只有几mV，而A/D转换芯片要求入口信号为 0～2.5V。为了将溶解传感器的信号放大，就要将输出的信号单方面运行，若在这个过程中发现外围电阻参数增大，就要将运放增益偏离理论值也会随着增大。但是在增中会有一些差异，就是缺少稳定性和一致性。所以在这个过程中用一级运放来放大倍显然不妥当。发现对称双运放差分电路比单运放电路的实测增益值更接近理论增益值。对此，该系统在高增益的设计中需要运用放差分路，如图3所示。因为同相放大器具有极高的输入阻抗。所以在图3的输入电路中使用两个同相放大器，把各自的输出作为下一级差动放大器的输入，从而得到非常高输入阻抗。

若设同相放大器，各自的输出电压分别为e3，e4，则有：

e3=（1+R2/R1）e1 e2R2/R1（1）

e4=（1+R3/R1）e2 e1R3/R1（2）

取R2 =R3， R4= R5， R6= R7，则该电路的输入，输出关系如下： e0= （e3 e4） R6/R4= R6/R4（1+2（e2 – e1）R2/R1）（3）

图3电路左端两个同相放大电路的增益为式（3）中1+2R2/R1=1+2×12=25倍。图3右端为增益R6/R4=5倍差分放大电路，图3电路全部增益为125倍。 0.01uF的二个电容是为了防止高频成分的噪声和振荡。此电路还有零点偏置、断线报警和有源滤波电路。

3.3 通讯模块

本模块主要完成下位机与上位机的通讯，单片机将所测得的溶解氧值和温度值周期性地传送给上位机。本系统采用光纤通信方式，在距离比较远、数据量比较大的情况，用户只需要添加一个标配的光纤转换模块即可，这种方式就解决了数据量大和距离比较远的情况下应用。本发明可以根据应用情况可以选配，方便用户应用选择。

4结语

自动增氧监控设备，应用范围很广，有了此设备使生产效率得到了很大的提升，并且节省了人力，也节约了能源。此产品应用配置灵活、传输距离远、传输数据量大等优点，相信它今后的应用会越来越广泛。

参考文献：

[1]莫力.Protel 电路设计.北京：国防工业出版社，2005.

[2]张永生.电子设计自动化.上海：上海交通大学出版社，2004.