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基于PCM算法的超声波固体悬浮物浓度计

2013年12月24日 16:12

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　　水处理工业长期以来一直发挥着很重要的作用，因为它使得人类能够回收利用赖以生存的资源------水资源。
　　
　　在过去的几十年中，我们一直为改进水处理行业的发展做研究，研究它的新技术，研究如何才能让新技术得到更好的应用。比如如何让污泥减量化，如果使水处理过程更加简化，成本更低，效率更高。
　　
　　在*的国家越来越重视环境保护背景下，大家都在寻找更加*、智能化的方式让废水资源化。如何管理我们的废水处理，对我们的环境保护至关重要。
　　
　　世界各地的国家相继出台法律禁止将污水排放到大海，并且研究如何让污泥可以为我们利用，此外，他们也正在建设工厂进行可行性的实验。
　　
　　污泥是污水处理过程中的附产品，存在于污水处理工艺的全过程（沉淀，浓缩，脱水）。在市场上，污泥的测量方式大致有三种，光学法，超声波，微波法。
　　
　　然而，每种测量方式都有与生俱来的优点和缺点。这意味着任何一种测量方式的应用都受到限制。客户需要的是不但稳定可靠而且经济实惠的选择。
　　
　　ENV200超声波固体悬浮物浓度计是由韩国WESSGLOBAL公司生产制造的。它配备了各种智能算法来突破限制，使之成为这类产品中的。
　　
　　(伟世环境有限公司)是一家韩国的*企业,WESS的含义是Water(水)MEasurement(测量)Sensor(传感器)System(系统)。公司以其优良的产品质量和的服务在业界赢得了良好的声誉，业务范围包括物位测量、流量测量和环境监测等领域,其销售和研发网络遍布，公司在35个国家都设有销售机构。
　　

　　图一：ENV200基本配置

　　
　　ENV200的构成
　　
　　该仪表由一条管道，传感器和变送器组成。
　　
　　各种传感器的配置如下：
　　

　　图二：各种传感器的配置

传感器类型	特点
图二 (a)	管道单通道测量方式
图二(b)	管道双通道测量方式测量更加准确，稳定
图二 (c)	管道多参数测量(STMR**) 流量 + 悬浮物浓度具有浓度测量的超声波流量计单发射多接收
图二(d)	投入式的安装方式（适合开口的池、罐）
图二(e)	-插入式的安装方式(DN ³ 400mm)

　　表一：多传感器配置特点

　　　　
　　图二(c)这个型号，既能够测量流量，又能够测量浓度。在通常的污泥工艺里面，一台ENV200可以替换电磁流量计和浓度计。这是一个全新概念的浓度计。
　　
　　这种新的测量方式提供了几个好处，不仅容易维护，且有非常高的量程比和更好的精度。有了这些功能，通过量化在整个过程中产生的污泥量，可以zui大限度的提高工厂的生产效率。
　　
　　超声波传感器把测量信号传输给变送器，变送器配备了PCM（过程状态监测）算法，可以检测各种工况（有流量/无流量）和流体的状态（空/满管，悬浮物浓度，气泡）。它不仅仅是一个超声波固体悬浮物浓度计，它可以做到的更多。
　　
　　以下是在实际状态中，阐述什么是PCM算法
　　
　　ENV200的测量模式
　　
　　ENV200有两种测量模式，实时监控模式和过程监控模式
　　
　　实时监控模式（RT）
　　
　　不考虑介质是否流动，管道内流体的状态。测量值实时的输出，大部分的浓度计都是这样的方式。
　　
　　在这种测量模式下，测量的数据往往不是真是的数据。改变其运行状态（开→关，关→开），固体悬浮物分布均匀或不均匀，另外还有管道内流体的状态（满管或非满管）等都会影响zui终的测量数据。如图三所示的各种状态。
　　

　　图三：不同的现场环境

　　
　　表2表示为各种异常情况下表的读数。
　　

事件类型	原因	读数
空管 (a)	- 阀门故障	zui大浓度值输出错误信号输出
悬浮物沉淀 I (b)	- 在小管道流量停止 ( < 100mm) - 小流速 (< 0.5 ~ 0.6m/s)	浓度值逐步上升
悬浮物沉淀 II (c)	- 在大管道流量停止 (> 200mm) - 小流速 (< 0.5 ~ 0.6m/s)	浓度值逐步下降
流体中含气泡 (e)	- 管道泄露 - 泵产生气蚀现象	由于气泡的原因测量不稳定

　　　　
　　图4是以在污水处理厂生化池中，以实时模式的检测图，黑色部分是悬浮物浓度值。在污水处理厂中，生化池通常一天运行6-14个小时，其余时间都是停止状态。有时候，管道内并没有充满水。我们可以看下图，蓝线表示运行状态，红色圆圈里表示停止状态，
　　
　　X轴表示时间（分钟），Y轴表示浓度值，在右侧的附加Y轴上显示管道温度的变化。测量温度的变化，有助于了解现场的工艺条件。
　　

　　图四：采用RT模式浓度测量数据

　　
　　我们发现数据在运行状态过程中，变化非常大。因为泵的操作产生了气蚀现象。因此在这种操作模式状态下，测量的实时数据变化非常大。另外一个重要的影响测量的原因就是管道内可能没有充满水。
　　
　　ENV200在管道内没有充满水时会显示并输出错误的状态，这也是ENV200区别于其他浓度计产品的一个特点。
　　

　　图五：管道内状态信息

　　
　　过程监控模式(PM)
　　
　　过程监控模式和实时监控模式不同，由于(PM)方式是基于多种参数的测量，确定其工况条件（管道内水满/空，和浓度的分布情况）。通过*的算法，智能的计算出有效的浓度值，比起传统测量方式，具有更高的精度和可靠性。如图6
　　

　　图六：采用PM模式浓度测量数据

　　
　　图6是在和图4相同的时间和地点的测量数据。在运行状态中，浓度的变化不大。在开/关泵和停止运行时，因为气蚀和沉淀的原因产生的数据变化过大，仪表会排除此异常信号，依旧保持正常值的输出，直到正常运行。这个PM功能更适合于实际的使用环境，的解决客户使用浓度计的困难。
　　
　　PM模式不仅提供水在管道内的状态信息（满/空），也能显示其运行状态（运行/停止）。并能通过继电器输、4-20mA、RS485等各种方式输出到控制系统，方便用户检测。
　　

　　图七：过程状态的信息显示

　　
　　PCM算法介绍
　　
　　带有PCM算法的ENV200超声波固体悬浮物浓度计，不仅是接收分析反射回来的超声波信号的强弱（一般常规超声波浓度计的做法），而且也监控这个过程中温度和声速的变化，由于监控了运行状态和管道中水的状态，以此决定哪些是有用信号，哪些是干扰信号。使得具有*稳定性和可靠性。
　　
　　PCM算法由SOS滤波器（图8），其测量流体的声速（SS的混合水和空气）;温度过滤器（测量温度）;信号过滤器（监视接收信号的质量）三部分组成。由SOS过滤器和温度过滤器相结合判断其状态（满/空管、运行/停止）。信号滤波器排除干扰信号，选取有效信号。
　　

　　图八：PCM算法原理

　　
　　此外，与现有检测接收超声波信号幅度的超声波衰减原理的浓度计不同，ENV200通过的EEAM（能量平均算法），不仅测量接收信号的幅度，也可也观察到信号的形状。使得ENV200能够提供更加的测量方式。
　　
　　ENV200的未来发展趋势
　　
　　我们希望无论在世界的哪个地方,ENV200都能消除任何对超声波浓度计的怀疑.我们将推出更具技术优势的ENV200，能够同时测量流量和浓度，这种新的设备将替换现有的电磁流量计和浓度计，因为它是量化污泥产量的*选择。
　　
　　另：特殊工况下，我们可以提供的外夹式超声波浓度计。

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