專利名稱：基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種分析記錄儀，特別是涉及一種應用無線組網(wǎng)技術和嵌入式技術的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀。
背景技術：
在火力發(fā)電廠中，鍋爐的監(jiān)控非常重要，而水是電廠鍋爐工作的介質(zhì)，因此，對于鍋爐水質(zhì)的要求，將直接關系到鍋爐能否安全、可靠、穩(wěn)定以及經(jīng)濟地運行。然而當鍋爐中水的溫度和蒸汽壓力上升、下降的時候，會使得水中攜帶的鹽類析出，導致鍋爐積鹽與結(jié)垢。因此，為了防止熱力設備的積鹽與結(jié)垢，減緩熱力設備的腐蝕，延長熱力設備的檢修周期和壽命，保證機組的安全運行，必須對鍋爐水、蒸汽進行監(jiān)測和處理。目前國內(nèi)外大多數(shù)采用加磷酸鹽的處理方式，在鍋爐水中添加適當?shù)牧姿猁}，使鍋爐水中維持一定量的磷酸根，可提高鍋爐水的緩沖性能，維持爐水PH值，能有效的防止鍋爐水冷壁管的結(jié)垢、腐蝕。 因此，測量鍋爐樣水、蒸汽中磷酸根含量的磷酸根濃度分析儀在電廠水質(zhì)監(jiān)督、設備防腐、 熱交換器泄漏檢測等方面有著十分重要的意義。磷酸根濃度測量原理根據(jù)朗伯——比爾定律(Lambert—Beer)，當一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時，其吸光度與吸光物質(zhì)的濃度及吸收層厚度成正比，所以為了測量溶液中磷酸根的濃度，采用顯色反應，將其轉(zhuǎn)化為有色吸光物，通過測量其吸光度，可以計算出磷酸鹽的含量。目前，磷酸根濃度測量儀表具有自診斷報警、自動調(diào)整零點、提供三種校準方式等功能，但該分析儀對測量環(huán)境的要求很高，如它要求樣水的壓力為2 8psi，樣水流量為 100 300mL/min，環(huán)境溫度為10 45°C等。另外該儀表結(jié)構復雜，維護困難，只能實現(xiàn)單通道測量，且不具備數(shù)據(jù)存儲的功能。申請?zhí)枮?02M076. 2的專利申請公開了 “一種測量硅磷酸根的水樣分析裝置”。 該實用新型專利利用微處理機實現(xiàn)了對磷酸根濃度的測量，但并沒有數(shù)據(jù)存儲的功能，也不具備網(wǎng)絡通信的功能，沒有提供以太網(wǎng)接口。申請?zhí)枮?00520018884. X的專利申請公開了 “分別測量多種參數(shù)的水樣分析裝置”。該實用新型可用于對多種參數(shù)(如磷酸根、硅酸根、鐵離子、銅離子等)的水樣進行分析測量、顯示、存儲等功能，但因每種參數(shù)的水樣測量方式、被控對象各不相同，對具體參數(shù)的水樣必須進行具體分析，因此，該水樣分析裝置不利于推廣，實用性不強。由此可見，上述現(xiàn)有的磷酸根濃度分析儀存在的智能化、網(wǎng)絡化程度不高、結(jié)構復雜、人機接口不友好、多通道儀表測量周期長等不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決磷酸根濃度分析儀存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切的結(jié)構能夠解決上述問題，此顯然是相關業(yè)者急欲解決的問題。有鑒于上述現(xiàn)有的磷酸根濃度分析儀存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設計制造多年豐富的實務經(jīng)驗及專業(yè)知識，并配合學理的運用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種新型結(jié)構的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，能夠改進一般現(xiàn)有的磷酸根濃度分析儀，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設計，并經(jīng)反復試作樣品及改進后， 終于創(chuàng)設出確具實用價值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的磷酸根濃度分析儀存在的缺陷，而提供一種新型結(jié)構的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，所要解決的技術問題是使其通過無線網(wǎng)絡實現(xiàn)分散測量、集中顯示，從而實現(xiàn)同時對多路樣水進行實時、精準測量，從而更加適于實用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，其特征在于包括多個磷酸根濃度測量終端節(jié)點以及與所述磷酸根濃度測量終端節(jié)點相通信聯(lián)接的智能監(jiān)控終端。前述的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，其中，所述的磷酸根濃度測量終端節(jié)點包括比色皿，在所述比色皿的兩側(cè)分別設置有與測量儀表相通信的紅外發(fā)光裝置和紅外光敏感應裝置，所述比色皿的下部連接裝有1 8毫克/升標準磷酸根溶液的試劑瓶以及第一試劑瓶和第二試劑瓶，所述比色皿的底部內(nèi)側(cè)設置有攪拌器。前述的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，其中，所述的所述比色皿與裝有米吐爾和焦亞硫酸鉀混合溶液的第一試劑瓶相連通的管路中設置有精密藥液計量泵。前述的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，其中，所述比色皿與裝有鉬酸銨、檸檬酸和硫酸混合溶液的第二試劑瓶相連通的管路中設置有精密藥液計量泵。前述的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，其中，測量儀表包括單片機以及分別與所述單片機相通信聯(lián)接的A/D采樣模塊、電磁閥、泵、攪拌器控制模塊和基于ZigBee的無線通信模塊。前述的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，其中，所述的智能監(jiān)控終端包括微處理器以及分別與所述微處理器相通信聯(lián)接的基于ZigBee的無線通信模塊、 串行通信接口、以太網(wǎng)接口、彩色觸摸屏、其他外部電路、外擴存儲器。借由上述技術方案，本發(fā)明基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀至少具有下列優(yōu)點
本發(fā)明的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀可以接有多個磷酸根濃度測量終端節(jié)點，能實現(xiàn)同時對多路樣水進行集中在線監(jiān)控。磷酸根濃度測量終端節(jié)點在對樣水磷酸根濃度進行測量過程中，通過對磷酸根濃度測量終端節(jié)點的單片機控制器編程實現(xiàn)對標準液、裝在第一試劑瓶和第二試劑瓶中的試劑進行軟件液位標定，減少了液位檢測成本，同時也消除了因液位檢測裝置失靈造成的誤操作。智能監(jiān)控終端不僅實現(xiàn)全自動測量、自動標定、大容量數(shù)據(jù)存儲、觸摸屏控制、中英文菜單選擇等功能，還提供串行通信接口、以太網(wǎng)接口，能實現(xiàn)遠程監(jiān)控以及測量信息的在線發(fā)布的功能。綜上所述，本發(fā)明特殊結(jié)構的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀， 通過無線網(wǎng)絡實現(xiàn)分散測量、集中顯示，從而實現(xiàn)同時對多路樣水進行實時、精準測量。其具有上述諸多的優(yōu)點及實用價值，并在同類產(chǎn)品中未見有類似的結(jié)構設計公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在結(jié)構上或功能上皆有較大的改進，在技術上有較大的進步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果，且較現(xiàn)有的磷酸根濃度分析儀具有增進的多項功效，從而更加適于實用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新設計。上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本發(fā)明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。


圖1為基于無線網(wǎng)絡智能多通道磷酸根濃度在線分析記錄儀的無線網(wǎng)絡連接結(jié)構圖2為磷酸根濃度測量終端節(jié)點的結(jié)構示意圖； 圖3為測量儀表14原理圖； 圖4為測量儀表14電路圖； 圖5為智能監(jiān)控終端原理圖。
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀其具體實施方式
、結(jié)構、特征及其功效，詳細說明如后。請參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，本發(fā)明較佳實施例的一種基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，包括多個磷酸根濃度測量終端節(jié)點以及與所述磷酸根濃度測量終端節(jié)點相通信聯(lián)接的智能監(jiān)控終端。磷酸根濃度測量終端節(jié)點包括比色皿，在比色皿的兩側(cè)分別設置有與測量儀表相通信的紅外發(fā)光裝置和紅外光敏感應裝置，比色皿的下部連接裝有1 8毫克/升標準磷酸根溶液的試劑瓶以及第一試劑瓶和第二試劑瓶，所述比色皿的底部內(nèi)側(cè)設置有攪拌器。比色皿與裝有米吐爾和焦亞硫酸鉀混合溶液的第一試劑瓶相連通的管路中設置有精密藥液計量泵。比色皿與裝有鉬酸銨、檸檬酸和硫酸混合溶液的第二試劑瓶相連通的管路中設置有精密藥液計量泵。如圖3所示，測量儀表包括單片機以及分別與所述單片機相通信聯(lián)接的A/D采樣模塊、電磁閥、泵、攪拌器控制模塊和基于ZigBee的無線通信模塊。單片機通過基本的輸入 \輸出端口實現(xiàn)對電磁閥、泵、攪拌器等進行實時控制；通過內(nèi)置的16位A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)對 A/D信號進行采樣分析；通過SPI接口與采用CCM20芯片的無線收發(fā)模塊連接，實現(xiàn)與智能監(jiān)控終端的無線通信。如圖4所示，Ul為單片機21，負責儀表測量與控制，U2為CCM20芯片，負責Zigbee 通信 ’U3為運放LM358，負責向紅外LEDlO提供激勵信號 ’U4為運放0P07，負責放大紅外接收傳感器11的信號，并連接到單片機21的AD采樣端口 JDQl為繼電器，負責驅(qū)動外部電磁閥等。本發(fā)明的具體的電路連接關系是U1的第44-47引腳為單片機21的SPI 口，Ul的 SPI 口和U2的SPI接口(31-34腳)分別相連，進行數(shù)據(jù)的傳輸，Ul的第11、61、59、49、48、 60腳也和U2的第21、41、27、28、四、30腳依次相連接，控制其數(shù)據(jù)傳輸和工作狀態(tài)；U2的7、 8、9腳通過阻抗匹配電路與偶極子天線相連。Ul的8和9腳接時鐘晶振8ΜΗΖ ；Ul的53腳與光耦OISl相連，通過控制53腳的電平變化，從而控制繼電器JDQl的狀態(tài)，實現(xiàn)對外部電磁閥等的開關；運放U4通過對光電信號進行濾波、放大之后與Ul的第2腳相連接，從而實現(xiàn)把放大得到的模擬電壓信號傳輸給Ul的A/D轉(zhuǎn)換器進行A/D轉(zhuǎn)換。如圖5所示，智能監(jiān)控終端包括微處理器22以及分別與所述微處理器相通信聯(lián)接的基于ZigBee的無線通信模塊23、串口通信接口 24、以太網(wǎng)接口 25、彩色觸摸屏沈、其他外圍電路27、外擴存儲器28。智能監(jiān)控終端所使用的操作系統(tǒng)為基于ARMll的Windows CE操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)中內(nèi)嵌有數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)崿F(xiàn)對測量得到的磷酸根濃度相關數(shù)據(jù)進行實時的保存。智能監(jiān)控終端各個模塊的連接關系是采用由CCM20的射頻芯片構成的 ZigBee的無線通信模塊23與ARMll微處理器22的SPI接口相連，采用SPI通信方式實現(xiàn) ARMll微處理器22對ZigBee的無線通信模塊23的控制與數(shù)據(jù)收發(fā)，構建無線通信網(wǎng)絡， 從而實現(xiàn)了智能監(jiān)控終端與多個磷酸根濃度測量終端節(jié)點無線通信；存儲容量為64M的 Flash存儲器作為ARMll微處理器22的外擴存儲器28。串行通信接口 M采用的是RS232 串行通信模式，遵循Modbus現(xiàn)場總線通信協(xié)議；該智能監(jiān)控終端通過彩色觸摸屏沈?qū)崿F(xiàn)對多路樣水的磷酸根濃度集中實時顯示與控制，另外還提供中英文菜單選擇，方便普通員工操作；ARMll微處理器22通過與以太網(wǎng)控制芯片DM9000A連接，遵循IEEE頒布的802. 3以太網(wǎng)傳輸協(xié)議，實現(xiàn)了標準的以太網(wǎng)接口 25，且系統(tǒng)內(nèi)部嵌有C/S模式下的遠程監(jiān)控服務器端和B/S模式下的Web服務器，可以實現(xiàn)客戶端/服務(Client/Server，簡稱C/S)模式與瀏覽器/服務器(Browser/Server，簡稱B/S)模式兩種遠程監(jiān)控模式，滿足了電廠信息化的需求。本發(fā)明所述的基于無線網(wǎng)絡智能多通道磷酸根濃度在線分析記錄儀的工作過程為
一、測量過程
測量狀態(tài)下，液路系統(tǒng)依次完成沖洗、進樣、加試劑和排污四個測量流程。所有部件初始狀態(tài)都為關閉，下面介紹液路系統(tǒng)的具體測量過程。(1)沖洗
第0秒，樣水控制閥3開啟10秒后關閉，這段時間足夠讓樣水注滿比色皿6，多余的樣水通過溢流閥9溢出比色皿6。同時攪拌器16開啟5秒后關閉，這一過程是用待測樣水沖洗比色皿6，用于防止上次測量廢液對本次測量造成干擾。之后排污閥14開啟5秒后關閉， 將沖洗后的液體排出。如此重復沖洗三次。(2)進樣
第45秒，樣水控制閥3開啟10秒后關閉，用于將待測樣水引入比色皿6。同時攪拌器 16開啟10秒后關閉，使樣水在比色皿6內(nèi)分布均勻。隨后，測量儀表17開啟紅外LED，進行AD采樣分析，取2秒內(nèi)的平均值(因為在對有樣水和無樣水兩種情況下進行AD采樣得到的值相差很大，通過AD采樣值的大小判斷來樣水是否已經(jīng)注滿比色皿6 )。如果樣水注滿比色皿6，則同時讓樣水在比色皿6內(nèi)靜置5秒；否則重復進樣的步驟。(3)加試劑
第60秒，精密藥液計量泵7開啟3秒后關閉，將一定量的試劑Rl (12)抽入比色皿6， 使之與樣水發(fā)生化學反應。同時攪拌器16開啟30秒后關閉，使得反應能夠充分進行。試劑Rl (12)與樣水的反應較慢，需等待較長時間(6分20秒)。第7分50秒，精密藥液計量泵5開啟3秒后關閉，同時攪拌器16開啟30秒后關閉。比色皿6內(nèi)液體靜置20秒后，第 8分40秒，測量儀表17開啟紅外LED，進行AD采樣分析，取10秒內(nèi)的平均值。(4)排污
第8分50秒，排污閥14開啟10秒后關閉，將本次測量后的廢液排出。至9分0秒，一個完整的測量流程結(jié)束。二、標定過程
磷酸根分析儀完整的標定過程可分為零點標定和斜率標定，各自工作時序如下 (1)零點標定
首先進行上述測量過程的沖洗、進樣兩個步驟，第60秒，測量儀表17開啟紅外LED，進行AD采樣，取5秒內(nèi)的平均值。因為一般情況下樣水是透明無色的，未加入試劑直接對其采樣，可將其看做磷酸根含量為0的樣水，所以上述采樣平均值可作為計算磷酸根濃度的零點。采樣完成后，分析閥6開啟5秒后關閉，同時排污閥14開啟5秒后關閉，使得儀表內(nèi)的樣水被全部排出。(2)斜率標定
零點標定完成后，緊接著進行斜率標定。第1分10秒，普通泵4開啟10秒后關閉，同時攪拌器16開啟10秒后關閉，之后排污閥14開啟5秒后關閉，上述過程是利用校準液R3 沖洗比色皿6。之后再重復進行兩次這樣的沖洗過程，基本能夠排除樣水殘留液的干擾。第 1分陽秒，普通泵4、攪拌器16同時開啟10秒后關閉，將一定量的校準液R3抽入比色皿9， 并使其均勻分布。校準液R3在比色皿9內(nèi)靜置5秒，同時測量儀表17開啟紅外LED10，并進行AD采樣，取2秒內(nèi)的平均值，從而判斷校準液是否注滿比色皿6，第2分10秒，精密藥液計量泵7開啟3秒后關閉，同時攪拌器16開啟30秒后關閉，之后等待至第9分0秒，精密藥液計量泵5開啟3秒后關閉，同時攪拌器16開啟30秒后關閉。液體靜置20秒后，第 9分50秒，測量儀表17開啟紅外LED進行AD采樣，取10秒內(nèi)的平均值，經(jīng)過相應計算，可得出斜率值。第10分0秒，排污閥14開啟10秒后關閉，將廢液排出，至此斜率標定結(jié)束。上述結(jié)構構成的本發(fā)明基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀的技術創(chuàng)新，對于現(xiàn)今同行業(yè)的技術人員來說均具有許多可取之處，而確實具有技術進步性。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，其特征在于包括多個磷酸根濃度測量終端節(jié)點以及與所述磷酸根濃度測量終端節(jié)點相通信聯(lián)接的智能監(jiān)控終端。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，其特征在于所述磷酸根濃度測量終端節(jié)點包括比色皿，在所述比色皿的兩側(cè)分別設置有與測量儀表相通信的紅外發(fā)光裝置和紅外光敏感應裝置，所述比色皿的下部連接裝有1 8毫克/ 升標準磷酸根溶液的試劑瓶以及第一試劑瓶和第二試劑瓶，所述比色皿的底部內(nèi)側(cè)設置有攪拌器。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，其特征在于所述比色皿與裝有米吐爾和焦亞硫酸鉀混合溶液的第一試劑瓶相連通的管路中設置有精密藥液計量泵。
4.根據(jù)權利要求2所述的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，其特征在于所述比色皿與裝有鉬酸銨、檸檬酸和硫酸混合溶液的第二試劑瓶相連通的管路中設置有精密藥液計量泵。
5.根據(jù)權利要求2所述的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，其特征在于所述的測量儀表包括單片機以及分別與所述單片機相通信聯(lián)接的A/D采樣模塊、電磁閥、泵、攪拌器控制模塊和基于ZigBee的無線通信模塊。
6.根據(jù)權利要求2所述的基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，其特征在于所述的智能監(jiān)控終端包括微處理器以及分別與所述微處理器相通信聯(lián)接的基于 ZigBee的無線通信模塊、串行通信接口、以太網(wǎng)接口、彩色觸摸屏、其他外部電路、外擴存儲
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無線網(wǎng)絡的智能磷酸根濃度在線分析記錄儀，包括多個磷酸根濃度測量終端節(jié)點以及與磷酸根濃度測量終端節(jié)點相通信聯(lián)接的智能監(jiān)控終端，能實現(xiàn)同時對多路樣水進行集中在線監(jiān)控。磷酸根濃度測量終端節(jié)點在對樣水磷酸根濃度進行測量過程中，通過對磷酸根濃度測量終端節(jié)點的單片機控制器編程實現(xiàn)對標準液、裝在第一試劑瓶和第二試劑瓶中的試劑進行軟件液位標定，減少了液位檢測成本，同時也消除了因液位檢測裝置失靈造成的誤操作。智能監(jiān)控終端不僅實現(xiàn)全自動測量、自動標定、大容量數(shù)據(jù)存儲、觸摸屏控制、中英文菜單選擇等功能，還提供串行通信接口、以太網(wǎng)接口，能實現(xiàn)遠程監(jiān)控以及測量信息的在線發(fā)布功能。
文檔編號G01N21/35GK102262068SQ20111010846
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權日2011年4月28日
發(fā)明者任姣, 劉海榮, 許曉娟, 陸曉春, 黃皎 申請人:河海大學常州校區(qū)