平亦超，薄翠梅，何　平

(1．南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，江蘇南京　210000；2．南京工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，江蘇南京　210000)

0　引言

在國(guó)內(nèi)，隨著水資源的日益緊缺，為節(jié)約用水，石油、化工、冶金和紡織等行業(yè)對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的使用越來(lái)越廣泛，但部分廠礦企業(yè)對(duì)其處理仍是采用傳統(tǒng)的人工加藥，而藥劑量的多少與循環(huán)冷卻水的循環(huán)水流量、藥劑濃度、補(bǔ)充水流量、污水排放量等多種因素有關(guān)，因此采用傳統(tǒng)人工加藥方式很容易引起加藥量的不均勻，影響循環(huán)水的質(zhì)量[1]。針對(duì)以上問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了工業(yè)循環(huán)水自動(dòng)加藥與監(jiān)控系統(tǒng)，采用通用編程語(yǔ)言Delphi來(lái)設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件，克服了組態(tài)軟件功能欠佳、費(fèi)用高等缺陷。完成對(duì)循環(huán)水自動(dòng)加藥與監(jiān)控，滿足現(xiàn)代工業(yè)循環(huán)水質(zhì)監(jiān)管要求。

1　系統(tǒng)硬件構(gòu)成與工作原理

根據(jù)工藝過(guò)程對(duì)系統(tǒng)的控制要求，整套硬件系統(tǒng)包括：臺(tái)灣研華系列工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、RS-232接口、研華ADAM通信模塊、各類檢測(cè)儀表、執(zhí)行器電磁閥、計(jì)量泵。其中通過(guò)ADAM通信模塊實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與檢測(cè)儀表間的數(shù)據(jù)通信；為保證測(cè)量精度與系統(tǒng)穩(wěn)定性，相關(guān)儀表和設(shè)備均采用進(jìn)口產(chǎn)品，流量、pH、電導(dǎo)率、ORP、計(jì)量泵為美國(guó)米羅頓公司生產(chǎn)；濁度儀和余氯儀為美國(guó)哈希公司生產(chǎn)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)場(chǎng)儀表4～20 mA模擬量信號(hào)通過(guò)雙絞線傳輸?shù)紸DAM4017通信模塊，再經(jīng)RS-232模塊將信號(hào)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，進(jìn)行工程量轉(zhuǎn)換，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程量的顯示，儲(chǔ)存等處理。計(jì)量泵和電磁閥的控制信號(hào)由ADAM4050模塊輸出，計(jì)量泵可以實(shí)現(xiàn)手自動(dòng)的切換。

2　系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要是上位機(jī)監(jiān)控程序和控制程序，監(jiān)控程序是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的處理和相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)，控制程序主要是完成加藥量的計(jì)算，對(duì)計(jì)量泵和電磁閥進(jìn)行控制。下面主要說(shuō)明監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)。

2．1控制方案

該系統(tǒng)的控制任務(wù)主要是針對(duì)2種藥品的投加和排污電磁閥的開(kāi)啟與關(guān)閉。

(1)兩種藥品的控制方案：流量-電導(dǎo)式控制[2]

系統(tǒng)的加藥量=補(bǔ)充水流量×藥劑濃度/K

(1)

濃縮倍數(shù)K=循環(huán)水電導(dǎo)率/補(bǔ)充水電導(dǎo)率

(2)

根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)采集的數(shù)據(jù)量計(jì)算出加藥量，輸出給計(jì)量泵，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加藥。

(2)排污電磁閥的控制方案：回差控制[2]。在控制程序中設(shè)置循環(huán)水電導(dǎo)率上下限，當(dāng)電導(dǎo)率大于上限時(shí)排污閥啟動(dòng)，直到電導(dǎo)率低于下限時(shí)排污閥關(guān)閉；反之，排污閥一直維持到上限才打開(kāi)。這樣可以有效避免排污閥的頻繁開(kāi)啟和關(guān)閉。

2．2監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

(1)在監(jiān)控界面中，對(duì)各工程量進(jìn)行跟蹤顯示，同時(shí)顯示各計(jì)量泵和排污閥的工作狀態(tài)，發(fā)生報(bào)警時(shí)，可以觀察到報(bào)警點(diǎn)數(shù)據(jù)背景變紅并閃爍。用戶通過(guò)監(jiān)控界面可以準(zhǔn)確地掌握循環(huán)水加藥系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

(2)在數(shù)據(jù)備份/恢復(fù)界面中，用戶可自主選擇何時(shí)的數(shù)據(jù)，把該數(shù)據(jù)備份到目標(biāo)目錄下，用戶也可把數(shù)據(jù)恢復(fù)到目標(biāo)目錄下，提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠性。

(3)該系統(tǒng)設(shè)置所有數(shù)據(jù)每10 min定時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)1次。在趨勢(shì)圖顯示界面中，用戶可以查詢最近1 h、最近3 h和最近1 d各水質(zhì)參數(shù)的曲線。

(4)在報(bào)表界面中，用戶可以查看各水質(zhì)參數(shù)的數(shù)值及對(duì)應(yīng)的采集時(shí)間，同時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行打印。

(5)在通訊界面中，又分為4個(gè)功能不同的模塊。通信初始化參數(shù)模塊，用戶可以根據(jù)不同電腦，配置不同串口。ADAM4050輸出參數(shù)模塊，用戶可觀察到加藥泵和排污閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集點(diǎn)參數(shù)模塊，用戶可以自主選擇數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，并根據(jù)工藝要求設(shè)置該參數(shù)的上下限。數(shù)據(jù)點(diǎn)顯示模塊，顯示各個(gè)水質(zhì)參數(shù)的實(shí)際測(cè)量值和轉(zhuǎn)換后的工程量值。

(6)最小化當(dāng)前窗口界面和退出系統(tǒng)界面操作簡(jiǎn)單，就不作細(xì)化。

該系統(tǒng)用戶分為管理員和操作員，并設(shè)置了不同級(jí)別密碼。從成功登入系統(tǒng)開(kāi)始，每切換到不同的界面都需要選擇正確的用戶名，并輸入正確的密碼，提高了系統(tǒng)的安全系數(shù)。

3　系統(tǒng)功能的程序?qū)崿F(xiàn)

3．1程序?qū)崿F(xiàn)構(gòu)思

系統(tǒng)編程流程圖，如圖3所示[3]。

圖3　系統(tǒng)編程流程圖

3．2上位機(jī)與儀表通信的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)采用API函數(shù)串口通信編程，取代MSCOMM控件，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與儀表間的通信。利用Create File函數(shù)打開(kāi)串口；通過(guò)GetCommState函數(shù)填充設(shè)備控制塊DCB；調(diào)用SetCommState函數(shù)配置串口的波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位；讀、寫(xiě)串口分別調(diào)用 Read File和Write File函數(shù)；至此就可以在指定的串口上控制數(shù)據(jù)的傳輸，程序退出時(shí)使用Close Handle函數(shù)關(guān)閉串口。

ADAM通信模塊與計(jì)算機(jī)之間采用串口連接，其通信協(xié)議為Modbus。由計(jì)算機(jī)發(fā)送格式為“#”+“ADAM模塊的地址代號(hào)”+“通道號(hào)”+“回車對(duì)應(yīng)的ASII碼”的命令，該模塊會(huì)自動(dòng)返回對(duì)應(yīng)通道的測(cè)量值，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理。該過(guò)程如圖4所示。

圖4　數(shù)據(jù)獲取流程圖

3．3數(shù)據(jù)的處理與功能的實(shí)現(xiàn)

在獲取數(shù)據(jù)后，首先對(duì)其進(jìn)行工程量轉(zhuǎn)換，定時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。用ADO連接好數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)SQL中INSERT指令將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)Delphi中Timer控件的Interval屬性來(lái)設(shè)置數(shù)據(jù)定時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)的間隔時(shí)間。

報(bào)表打印主要用到Delphi中QReport面板的幾個(gè)關(guān)鍵組件，首先建立報(bào)表打印窗體，加入QuickRep組件，作為建立報(bào)表的基礎(chǔ)，接著加入QRBand組件，用于顯示具體內(nèi)容，必須根據(jù)內(nèi)容的類型設(shè)置Band type屬性，顯示的是數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)時(shí)，必須使用QRDPText組件。其中QuickRep中一個(gè)重要屬性就是Dataset，它必須連接上數(shù)據(jù)連接控件，否則表格不會(huì)循環(huán)顯示。QRPreview和QRPrint組件分別用于預(yù)覽和打印報(bào)表。

趨勢(shì)圖的顯示是根據(jù)用戶選擇的一段時(shí)間，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)操作模塊查詢?cè)摃r(shí)間段內(nèi)某參數(shù)(如：補(bǔ)充水電導(dǎo)率、補(bǔ)充水流量、循環(huán)水pH等)變化數(shù)據(jù)，所得的數(shù)據(jù)通過(guò)組件Tchart顯示。

數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)通過(guò)一個(gè)API函數(shù)Copy File，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)功能。

軟件其他功能如登入退出系統(tǒng)、最小化窗口等，程序?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單，就不作細(xì)化。

4　結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能完善、界面友好美觀，開(kāi)發(fā)完畢后已應(yīng)用于寧波鎮(zhèn)海煉油廠循環(huán)水處理系統(tǒng)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行證明，該系統(tǒng)可對(duì)循環(huán)水水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)水質(zhì)情況自動(dòng)調(diào)整加藥量，加藥均、藥量準(zhǔn)確，水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)良，節(jié)省了人力資源，防止了藥品浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益較好。

參考文獻(xiàn)：

[1]張曉東，童少為．循環(huán)水自動(dòng)加藥計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)．吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，22(4)：42-44．

[2]朱斌，羅益民，袁啟昌，等．自動(dòng)加藥與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在工業(yè)循環(huán)冷卻水中的應(yīng)用．工業(yè)水處理，2007，27(12)：76-79．

[3]柏楊進(jìn)，薄翠梅，何平．換熱器實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)．石油化工自動(dòng)化，2012，48(1)：66-68．

[4]周本?。I(yè)水處理技術(shù)，第二版．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 ．

[5]侯立剛，許忠仁．循環(huán)冷卻水自動(dòng)加藥系統(tǒng)．電子質(zhì)量，2002，16(9)：56-57．

[6]鐘斌，黎和昌，敬新益，等．利用Visual C++和ADAM模塊開(kāi)發(fā)溫度采集與控制系統(tǒng)．南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，24(03)：46-49．

[7]《電腦編程技巧與維護(hù)》雜志社．Delphi編程典型實(shí)例解析．北京：中國(guó)水利水電出版社，2007．

[8]楊長(zhǎng)春，劉俊，石林，等．Delphi程序設(shè)計(jì)教程.2版．北京：清華大學(xué)出版社，2008．