循环冷却水综合在线监控记录系统*

田 微，戴长虹，玉维友，肖映彩

(1.中南民族大学计算机科学学院，湖北武汉430074;2.武汉东安自动控制有限公司，湖北武汉430072)

0 引言

为节约水资源，目前工业冷却水都采用循环水，在许多大型工业企业如钢铁企业、发电厂，循环水的用水量已占其总用水量的80%［1］，循环水的运行好坏直接影响生产设备的安全性、可靠性及使用寿命。为了减缓循环水给生产设备带来的结垢腐蚀，特在循环水中添加一定量的缓蚀阻垢剂［2～4］。然而，所加药剂对循环水的水质改善情况如何，则需实施监测。当前主要根据GB 6913.2—86采用离线人工分析方法对水质情况进行监测［2］，该方法具有一定的滞后性，特别是在测量腐蚀情况。腐蚀率测量一般采取挂片称重方法进行，测量周期至少在一周以上，一般是1个月。这样，则不能实时地反映循环水的水质情况，会给生产带来安全隐患。另外，国内外也有一些对循环水质进行实时在线测量的，但主要集中在水质的一个方面，如只在线测量腐蚀率，pH，ORP其中的一项或几项指标［5］，并且在分析指标方面也是采用人工进行的。本文针对上述问题，设计出了循环冷却水综合在线监控记录系统，可以全方位实现水质在线测量(测量参数包括pH，电导率，温度，ORP，Cu腐蚀率、A3碳钢腐蚀率及浊度)，并兼具自动分析与加药功能。

1 系统设计

本系统由两大部分组成:以主控制器为核心的在线监控器和上位机。在线监控器负责在线采集循环水的相关参数，上位机则实现友好人机交互界面，负责实时显示水质相关参数、参数设置等相关操作。本系统的主控制器采用最新ARM内核CortexTM—M3的嵌入式微控制器，其超级强大的功能可以很好地实现超速运算与对外参数控制。该控制器的16路高精度AD和大量IO控制端口，不仅能很好地实现目前的所有功能，还能为日后的功能扩展作好保障。系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图Fig 1 Structure block diagram of system

2 在线监控器设计与实现

2.1 硬件设计

在线监控器结构框图如图1所示，主要由7路信号采集电路组成，分别对循环冷却水的温度，pH，电导率，ORP，浊度，Cu腐蚀率，A3碳钢腐蚀率的值进行在线测量。各路参数值均由专用传感器采样，再由信号处理电路进行放大、滤波变成标准电信号，最后输入给主控器，进行A/D转换成实际值，并可对测量的参数值进行分析，按水质要求进行自动加药控制。

1)主控芯片STM32F103是基于ARM最新的CortexTM—M3内核的嵌入式控制器，主频72 MHz，且具有单周期硬件乘法和除法(加快计算)功能，其16路高精度AD可以很好地满足本系统的设计要求;

2)各参数测量传感器均选用标准专用传感器，各参数测量范围为:

a.pH 值:0～14

b.电导率:0～19.99 mS/cm

c.温度:0～100℃

d.ORP:－1000～1000 mV

e.腐蚀率(Cu):0～9.99 mpy

f.腐蚀率(A3 碳钢):0～9.99 mpy

g.浊度:0～100 NTU

2.2 软件设计

本系统嵌入了μc/os操作系统，以实现多任务的实时运作，程序框图如图2所示。

图2 总程序流程图Fig 2 Flow chart of program

本系统功能以操作系统的任务运行，在创建任务时设置任务优先级，任务(按优先级)主要包括:1)第一个任务是A/D转换，负责将电压信号转换成实测值;2)第二个任务是输出控制，在分析实测值后，按水质要求控制加入药剂的份量，然后再次测量，分析测量值是否达标，从而形成反馈闭环控制;3)第三个任务是参数设置和存储，包括用按键设置相关参数，并存储;4)第四个任务是上位机通信，将实测值传送至上位机。

3 上位机功能设计与实现

上位机采用带触摸屏的工控机，程序用VC++编写，人机界面友好，画面丰富。同时，上位机系统属于开放式系统能够在内部集成的运行策略中调用内部函数编写底层通信与相关的数据处理程序。使其能有效可靠地与主控制器进行数据传输，并能进行数据的存储与报表输出。

3.1 系统主菜单设计

系统主菜单主要由参数选择与显示、系统设置、数据导出等菜单项组成，用于实时显示被测量、系统调试、报表输出等。通过选择数据导出选项可以进入报表数据导出界面，选择系统设置可以为系统设计人员提供在线系统调试功能。界面包括了温度、pH值、电导率、ORP、浊度、腐蚀度等参数的选择与显示框，简洁地将所需要的数据展现给系统使用者。

3.2 参数子界面设计

子界面用于实时显示被测参数值及其相应的历史曲线，便于观察系统的变化趋势。历史曲线带有实时数据更新的功能，可作为实时曲线使用。方便用户通过历史曲线判断系统的运行状态，及时根据变化而采取相应的操作。界面右侧为对应参数的实时显示数值，底部为不同参数的子界面的切换按钮，可方便地进行界面切换。

3.3 数据导出界面设计

数据导出用于将内部存储的报表，以一种自主选择的方式导出至外部移动设备(U盘)，便于管理员掌握系统的信息。另外，为了保证系统有足够的空间存储数据，故添加了删除数据的功能，数据一经删除将不可恢复。

4 测试结果

该系统在投入运行前，已在化验室做好检测和标定。到目前为止，系统已在某钢铁企业投入运行半年，运行状况良好，水质各项指标均已达标，记录数据如表1所示。

表1 水质数据对照表Tab 1 Comparison table of water quality data

5 结束语

本文提出并设计了循环冷却水综合在线监控记录系统，实践证明:循环冷却水综合在线监控系统取代了人工离线水质分析，实现水质监控自动化的同时，还能实时反映水质情况，做好水质处理。

［1］林高平.钢铁企业循环冷却水系统生命周期成本分析［J］.给水排水，2008，34(7):66－69.

［2］孙墨杰.循环冷却水膦系缓蚀阻垢剂在线分析的研究［J］.化工自动化及仪表，2002，29(4):70－73.

［3］张秀丽.腐蚀在线监测技术在中水为补充水的循环冷却水系统中的应用［J］.中国电力，2009，42(3):56－58.

［4］范国义，曾为民，马玉录.循环冷却水腐蚀在线监测系统的研究与应用［J］.化工装备技术，2006，27(4):49－51.

［5］李建国，汪献忠.循环冷却水净化再利用自动监控装置:中国，200820069624.9［P］.2009—02—04.