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基于51单片机的电镀废水处理控制系统设计

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-14  浏览次数:867

赵文亮,张之泰,潘宏侠

(中北大学机械工程与自动化学院,太原030051)

摘要:设计了电镀废水处理控制系统,本系统采用MCS-51系列单片机为控制核心,完成电镀废水处理控制系统的设计。详细介绍了利用A/D转换芯片TLC2543进行模数转换,三八译码器74HC138与89S51的接口电路设计,对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。

关键词:单片机89S51;电镀废水;模数转换;TLC2543; 74HC138

中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1000-3932(2010)06-0051-04

1 引 言

随着全球可持续发展战略的实施,循环经济和清洁生产技术越来越受到人们关注,电镀行业对环境的危害性也突显出来,因此做好电镀废水的处理意义是深远的[1]。

近几十年来,在我国电镀和环保工作者的共同努力下,针对电镀废水的特性和原理,不断创新电镀废水的治理装置和发展电镀废水治理技术,至今已有化学法成套治理装置,以及离子交换法、电解法、电渗析法、反渗透法、薄膜蒸发法等现代化的成套治理装置[2]。治理技术已呈现多技术并存的局面,先后研究开发出采用离子交换法、移动床离子交换法、化学混凝气浮法、槽边循环化学法处理铬酸钝化液;隔膜电解纯净法、铁屑微电池腐蚀法、浸喷洗涤-阳离子净化-薄膜蒸发浓缩法、高腐蚀酸法、活性炭法、活性炭-硅酸钙法、碳酸氢钠氢氧化钙法、逆流喷浸洗法处理镀铬废水[3];离子交换法、大气蒸发-三级间歇逆流清洗法、硫化钠法、硫酸亚铁法、中和沉淀法、凝聚沉淀法处理镀锌废水;电解法或脉冲电解法处理酸性镀铜废液、镀银废液、氰化漂洗废水;活性炭处理氰化镀铜及含金废水;离子交换法和槽边循环化学法处理镀镍废水;破氰腐蚀酸离子交换法、化学破氰-反渗透法处理含氰废水等[4]。特别是近年来自动化工艺控制装置和自动化检测仪表的广泛使用,推动了一体化和成套电镀废水处理设备的应用,取得了良好的处理效果[5]。

2 系统总体结构设计

本控制系统在实际的运行过程中要实现对液位、pH、浓度等参量的采集、处理、显示等功能。同时要求其操作简便、安装调试方便、成本低、可靠性高,以降低人力、物力成本和节约时间。

系统所要实现的是电镀废水处理的自动控制,电镀废水处理工艺流程如图1所示。

该系统首先根据液位传感器输出的数据进行废水容量的换算,按比例加药搅拌后,由单片机控制检测机械手动作,使检测探头准确接触废水液面进行检测。首先根据其pH值情况控制NaOH加药罐加药,加药过程中启动搅拌器进行不断搅拌,直到废水的pH值达到9~11,然后再检测废水CN-浓度,根据其浓度控制NaClO加药罐加药,同样加药过程中启动搅拌器进行不断搅拌,待废水中的CN-浓度小于0. 5 mg/L时,控制排放泵,将达到排放标准的废水排放到沉淀池沉淀数日后排放。

系统总体结构如图2所示。

3·系统硬件电路设计

系统硬件电路主要包括: A/D转换电路、74HC138和74HC373接口电路。

3.1A /D转换电路设计

本系统选用TLC2543型A/D转换器,它是TI公司的12位串行模数转换器,属逐次逼近式A/D转换器。A/D转换接口电路如图3所示。

3.274HC138接口电路设计

由于单片机的外接I/O设备较多,同时为了给今后存储器的扩展留有余地,需要采用译码器74HC138进行译码以实现外接较多的I/O设备。与单片机的接口电路如图4所示。

根据硬件电路图可得到译码器译出的地址范围和各输出端Y的地址,如表1所示。

3.374HC373接口电路设计

本系统的控制功能都是通过74HC373来实现的,下面以74HC373对清洗泵的控制来说明其工作原理,电路如图5所示。

在图5中,三八译码器的Y5引脚和单片机的/WR引脚通过一个或非门接到锁存允许端LE。要控制清洗泵工作时,首先三八译码器要产生选中U6的信号,当单片机准备好数据往U6送时, /WR为低,通过或非门产生一个高电平,从而Q=D;当数据传送完毕的时候, /WR变为高,或非门的输出端产生一个低电平,U6就将刚刚传送的数据一直保持,从而可以实现对一个机构的持续控制[6]。U6的D0~D7引脚接单片机的P0口,输出端Q0通过一个3 kΩ的电阻接三极管的基极,K1为松下公司的DS2Y-S-DC5V型号的继电器,将其接入拖动清洗泵的电机电路中,通过其触点的开闭就可控制清洗泵的启动和停止,此处利用的是其常开触点[7]。当向Q0送入一个高电平时,在三极管Q1的基极产生电流,三极管导通,其集电极的电位接近为0,继电器的线圈通电,继电器的常开触点闭合,电机工作,从而也就使清洗泵开始工作,实现对探头的清洗,相反地若要使清洗泵停止工作,只需向Q0口送入0即可[8]。

74HC373对其他执行机构的控制原理跟对清洗泵的控制都是一样的,这里不再介绍。

4·系统软件设计

系统软件完成的主要功能:系统初始化,电压、电流模拟量采集和数据运算,开关量输出控制等。系统开始运行后,应首先进行初始化,然后对外界的数据进行采集,采集回来的数据与单片机中预先编制程序时存入的数据进行比较,根据比较的结果跳转到相应的子程序进行处理。控制程序流程图如图6所示。

5·结束语

本系统是以51单片机为控制核心,完成电镀废水处理控制系统的设计。本系统能够对反应池的液位、pH值、氰离子的浓度进行测量,并根据处理工艺的要求,控制加入的NaOH和NaClO量,使电镀废水的pH值达到9~11, CN-的浓度小于0. 5 mg/L以后进行排放。

参考文献:

[1]金兆丰,余志荣。污水处理组合工艺及工程实例[M].北京:化学工业出版社, 2004: 392.

[2]杨岳平,徐新华,刘传富。废水处理工程及实例分析[M].北京:化学工业出版社, 2003: 327.

[3]YANG Quan-da.ExperimentalStudieson theRecovery of Chro-minum by

MembraneElectronlysis from Spem Regenerantof IonExchange[M].WaterTreatment,

1989: 231-246.

[4]吴国平。化学法处理电镀废水提高固液分离效果的工艺技术研究[D].桂林:桂林工学院, 2002.

[5]张进秋,陈永利,张中民。可编程控制器原理及实例[M].北京:机械工业出版社, 2003: 340.

[6]李朝青。单片机原理及接口技术[M].第3版。北京:北京航空航天大学出版社, 2005: 320.

[7]李维祥。单片机原理与应用[M].天津:天津大学出版社,2001.

[8]谢维城,杨加国。单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2006: 301.

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