CN108802314A - 一种水质监测仪现场自动检定*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水质监测仪现场自动检定***，包括水质监测仪现场自动检定平台、自动取样装置、自动稀释装置三部分；本***统一检测标准，提升对该类计量器具检测的自动化、信息化水平，大幅提高计量检测工作效率，提升检测工作质量；降低对检测人员的素质要求，减轻检测人员劳动强度，减少检测用试剂消耗，降低现场手工配液和检测工作带来的质量风险，更好地满足该类计量器具普检工作开展；具有适应范围广、智能化高、综合效率高等优点，能较好地满足现有技术规范要求，可推广至全国各省市计量技术机构。

Description

一种水质监测仪现场自动检定***

技术领域

本发明属于环境监测仪器计量标准装置领域，具体涉及一种水质监测仪现场自动检定***。

背景技术

随着环境监测技术的发展，在线监测已成为环境监测的重要组成部分。近年来，我国投入了很多水质在线监测仪器设备，组建了由各级环保部门共建共管的水质在线监测网络。环保部门相关数据显示，我国在用的水质监测仪/分析仪近10万台套，涉及化学需氧量、氮氮、高锰酸盐指数、总磷、总氮、镉、铜、锌、铅、六价铬、总铬、锰、钴、镍、挥发酚、氟化物等近30种监测参数，主要用于监测地表水、重点河流流域断面和污染源废水排放口监测站点，其中，化学需氧量、氮氮占比最高。尽管该类仪器大多属国家强制检定计量器具，监测数据作为政府决策依据，有些向社会公众公布，现有技术规范也相对健全，但目前受检率仍低于10%，甚至不足2%，监测数据量值普遍缺乏溯源，因此比对性差，环境监测及治理面临的质量风险很大，且不可控。

我国水质自动监测站点数量多，地表水大多分布于省市县交界的流域断面，地点分散，站房管理主要依赖运维单位，环保部门对站房管理、仪器控制有严格规定，受此限制，计量部门开展计量检测工作在现有管理制度下无法实现远程自动检测。由于缺乏相关标准，大多数站房缺乏纯水机等分析用水制水设备，配制溶液需要用到的容量瓶、移液管等玻璃器皿没有溯源或者没配，现场稀释标准溶液条件可能不具备，或者质量得不到保证。

目前，开展对水质自动监测仪的主要做法是：检定人员现场配液，设置被检仪器参数，按技术规范要求逐项进行检定，由于各参数仪器方法不尽相同，运行时间有所差异，这给检定人员科学安排时间提出更高要求，而且需要记录分析大量数据，现场判定检定结果，并对超差结果进行现场确认。可以看出，这种工作方式存在劳动强度大、耗时长、标液消耗量大等问题。

水质在线监测仪普检工作也是全国环保的大趋势，水质在线监测仪的自动检定装备也是新情势下发展的必然选择。当前，水质自动监测仪计量标准装置缺乏，人工配液效率低，现场影响因素偏多，检定耗时长且工作效率低等不足，根本无法满足当前水质在线监测仪的计量检定工作现实需要，迫切需要提高检定工作效率，提升全国计量检定工作标准化水平，迎接新一轮水质在线监测仪器普检工作顺利实施。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种水质监测仪现场自动检定***，用于对地表水、重点流域、污染源排放口等水质自动监测站点设备进行一键式、智能化自动检定程序，可与自动取样装置或自动稀释装置相连接，可在实验室或现场稀释目标浓度标液两种常见情况下，实现自动抽取检定程序项目所需的不同浓度的标准溶液，并在不同项目间实现自动清洗，保证检测结果的准确性，减少因交叉污染带来的不确定性。

本发明的技术方案如下：一种水质监测仪现场自动检定***，包括水质监测仪现场自动检定平台、自动取样装置、自动稀释装置三部分；

水质监测仪现场自动检定平台安装于带RS485、RS232、Modbus、Modbus TCP等类型接口的计算机上；

本***还包括内置的GPRS通信模块与移动通信网相连接，移动通信网与互联网无线连接；

所述自动检定平台分别连接有数据库***、稀释装置通讯模块、仪器通讯模块、***UI控制模块、输入输出设备、RS485和RS232接口、TCP接口；

所述自动检定平台采用485通讯接口以加载DLL仪器库的方式动态连接仪器；

所述自动检定平台启动步骤如下：

初始化***参数；

创建检定任务；

加载检定参数，加载计量参数；

分析检定项目，生成检定控制码，生成检定控制序列；

加载设备控制库；

开始检定；

实时刷新检定进度，按照检定控制序列逐步开始检定流程，实时刷新检定结果；

异常中断或检定完成判断；

若检定完成则数据保存，若检定未完成则返回开始检定步骤；

本发明的检定流程如下：

指定母液浓度、指定清洗次数N次；

清洗步骤包括：打开蠕动泵；打开气泵，搅拌清洗；排出废水；

清洗完成后排出废水；

蠕动泵开始加水；

滴定泵根据指定浓度开始滴定；

气泵打开，开始搅拌；

静置30s；

清洗配液完成；

自动检定平台完成自动稀释装置和仪器的控制、数据采集，协调2种设备的工作，对采集的数据进行分析、计算和存储

本发明的工作过程如下：

1、检测工作准备：将水质监测仪自动检定***及配套试剂运达至被检监测站点。

2、设备连接：由检测人员或熟悉被检仪器的运维人员在检测人员指导下，按浓度水平由低到高次序放置好检定用标准溶液于自动取样装置，或将一定浓度标准溶液母液放于自动稀释装置母液放置处。然后，连接好被检水质监测仪、自动取样装置或自动稀释装置的通讯线和样品输送管路。

3、***启动：由检测人员打开安装水质监测仪自动检定软件的电脑，启动图2所示的自动检定程序。

4、建立连接：通过通讯协议建立连接，如果***之间和被检水质监测仪没有连接好，***会提示没有连接成功，检查连接线路。如果是通讯协议库中没有的仪器，***会提示添加协议。根据要建立的协议内容，填写关键参数信息，根据提供的信息生成通讯协议，编入***通讯协议库中。以后，***会自动识别该种厂家型号的仪器。

5、设置初始化***参数：根据检定工作内容，按***提示引导功能，在***中填写检定单位名称、联系人等基础信息，计量标准装置、设备等溯源信息以及仪器名称、生产厂家、型号、检测参数、测量范围、采用的技术规范、检测项目、检测流程、检测浓度、测量次数、间隔时间等。如果使用自动稀释装置，使用前还需要稀释、清洗用分析用水，在稀释装置界面上启动清洗完成后，再设置母液浓度、目标浓度信息。

6、创建检定任务：***根据***填写的技术规范、测量范围、检测项目、检测流程、检测浓度、测量次数、间隔时间等信息，创建检定任务，自动加载检定参数及计量参数，包括检测用液浓度、合格判定要求等，生成检定控制码，生成检定检定控制序列。

7、加载设备控制库：加载

8、检定工作开始：如果采用稀释装置，***会先启动稀释装置进行稀释动作。待稀释完成后，由被检水质自动监测仪通过连接好的进样管从稀释装置取样管中抽取检定用标准溶液，按生成确认的检定项目流程逐一实施检定。

9、数据存储：所有测试数据由***自动保存在网络数据库中。

10、异常中断：***运行中有多个判断异常和处理异常的方法，尽可能保证测试过程的稳定可靠。

11、数据处理：数据处理和计算过程严格按照现有的检定校准规范文件进行，并可以在***中自动筛选。

12、检定完成：检定完成后，数据自动保存，并自动计算结果。

13、生成原始记录：检定完成后用户可通过打开历史记录功能自动生成需要的检定原始记录。

本发明的有益效果如下：

统一检测标准，提升对该类计量器具检测的自动化、信息化水平，大幅提高计量检测工作效率，提升检测工作质量。

降低对检测人员的素质要求，减轻检测人员劳动强度，减少检测用试剂消耗，降低现场手工配液和检测工作带来的质量风险，更好地满足该类计量器具普检工作开展。

该装置具有适应范围广、智能化高、综合效率高等优点，能较好地满足现有技术规范要求，可推广至全国各省市计量技术机构。

附图说明

图1是本本发明的原理框图

图2为本发明的检定流程图

图3为水质自动监测仪自动检定装置结构示意图

图4为水质监测仪与水质自动监测仪自动检定装置的通讯连接示意图

图5为水质监测仪与水质自动监测仪自动检定装置的管理连接示意图

图6为通讯协议标准化结构图

图7为自动取样装置、水质自动监测仪自动检定软件平台连接示意图

图8为自动稀释装置、水质自动监测仪自动检定软件平台连接示意图

图9为自动检定平台启动流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明，如图所示，本发明的水质监测仪现场自动检定***，包括水质监测仪现场自动检定平台、自动取样装置、自动稀释装置三部分；水质监测仪现场自动检定平台安装于带RS485、RS232、Modbus、Modbus TCP等类型接口的计算机上；

本***还包括内置的GPRS通信模块与移动通信网相连接，移动通信网与互联网无线连接；所述自动检定平台分别连接有数据库***、稀释装置通讯模块、仪器通讯模块、***UI控制模块、输入输出设备、RS485和RS232接口、TCP接口；所述自动检定平台采用485通讯接口以加载DLL仪器库的方式动态连接仪器；

本发明的自动检定***平台完成自动稀释装置和仪器的控制、数据采集，协调2种设备的工作，对采集的数据进行分析、计算和存储；

自动检定平台软件根据被检水质监测仪参数和适用的国家或地方技术规范，以重金属水质在线分析仪为例，按JJF 1565-2016国家校准规范要求，自动生成包括检出限、示值误差、重复性、稳定性、记忆效应的默认检测程序序列，检测人员可根据实际情况和要求对校准项目进行删减，即只做所需要执行的校准项目。

本***满足所有现批准发布的国家法定技术规范和计量技术机构日常检定/校准/检测工作需要，实现智能化自动检测，检测结果自动判定，原始记录自动生成，检定人员可远程查看检测进度，如有异常，第一时间通知检测人员，同时，***会按预先设计的异常处理机制进行处置。

自动检定程序软件会按技术规范及其检定/校准/检测项目要求，检测程序主要遵从以下原则：（1）检测程序按检测用标准溶液浓度由低到高进行排序（重金属水质监测仪的记忆效应项目除外），减少因交叉污染所带来的不确定度，管路清洗次数、清洗用水和清洗时间。（2）技术规范中所用到相同浓度标准溶液的项目同步安排，减少目标溶液浪费，清洗用水、用时，降低因高低浓度反复可能带来的交叉污染。

对于目标标准溶液已配制完成的情形，检测前，将水质监测仪现场自动检定软件平台分别与被检水质监测仪、自动取样装置通过RS485/RS232连接，每台被检水质监测仪连接一台自动取样装置，每个平台最多可与三台被检水质监测仪相连。

自动检定软件根据输入的被检水质监测仪的厂家、型号，自动从协议库中找到该厂家、型号仪器的通讯协议，如果有目标协议，即可建立连接。如果该厂家仪器通讯协议尚未在协议库中，通常情况下需要根据厂家技术人员提供的关键字所要求的通讯代码后，编写目标通讯协议至目标协议库中，方可开展检测工作。

对于需要现场自动稀释的情形，检测前，水质监测仪现场自动检定软件平台分别与被检水质监测仪、自动稀释装置通过RSRS485/232连接，每台被检水质监测仪连接一台自动稀释装置，每个平台最多可与三台被检水质监测仪相连。

所述的自动取样装置用于实现被检水质监测仪对检测项目所需的目标标准溶液进行进样，其目标溶液应按溶液浓度水平依次放置于自动取样装置中，原则上需要在软件平台上根据放置的情况分别设置各目标位位置所放置的溶液浓度，由于自动检定程序软件根据国家技术规范规定所需的标准溶液的浓度水平、种类、数量，通过程序优化处理，如果按浓度水平由低到高次序放置，即可不用在软件平台上作该项设置。

所述自动稀释装置是一种根据检测项目所需的目标溶液浓度，对一定浓度范围（10～1000倍）和体积的母液进行定容（样机250mL，可定制）稀释，取代传统手工稀释，稀释后溶液储存于定容瓶中，待用。通过连接装置标准溶液取样管与被检水质监测仪进样管，被检水质监测仪即可实现目标溶液的进样，为被检水质监测仪提供检定程序所需的标准溶液来源。自动稀释装置通过底层硬件驱动控制各阀门、管道等装置，按照特定的顺序组合来达到清洗配液的目的，并通过通讯模块与自动检定装置进行通讯，自动检定装置通过ModbusTCP协议来实现对稀释装置的远程控制。

所述自动检定***是检定过程控制的核心，通过RS232、RS485或者TCP方式和稀释装置与被检仪器通讯，采集测量数据，并按照检定流程自动计算检定结果，结果数据保存在数据库中。

所述自动检定***的软件由参数控制、控制码管理、检定流程管理、设备通讯管理、数据显示、用户输入/输出、数据处理、数据存储等八大模块组成。检定流程管理模块和设备通讯模块是整个自动检定装置的核心部分。该模块将根据相应的检定规程对所有检定项目集中管理、规划和自动生成高效的检定步骤。

数据处理模块：对采集的数据自动进行计算，根据检定规程自动判断结果。

数据存储模块：对采集的数据、计算结果、检定参数等信息进行存储管理。

参数控制模块：对检定过程中的检定参数和计量参数等数据进行集中管理。

控制码管理模块：控制码是对设备的通讯操作命令标识，该模块对这些标识做统一封装。

检定流程管理：灵活的设置检定的项目以及设备的一些操作，是控制码管理模块的上层。

设备通讯模块：是与设备“交流”的通道，使用RS485方式。

数据显示模块：实时的显示检测进度和检测数据。

用户输入/输出模块：用于提供触摸屏、实体键盘、软件数字键盘、鼠标等多种交互手段。

信息管理层包括设备库管理、计量参数管理、检测参数管理、检定方案管理、标准器数据录入、标准装置数据录入、历史数据查询。主要用于对采集的数据以及检定过程中产生的结果要进行保存和管理。

所述自动检定***的异常处理机制包括对通讯连接、缺检测用液、检测异常值等可能出现的异常情况进行处理。特别是对检测异常值的处理，因检测项目、检测参数、检测次数等不同有差异。

所述自动检定***的检测流程，灵活调整检定步骤，大幅提高检定工作效率。（1）根据相应技术规程，相同的检定项目一般来说在同一次检定序列中，但由于部分涉及多种浓度的标准溶液，如示值误差，如果严格按规程文本顺序设计检定流程，则会造成稀释装置反复配液，标准溶液没有充分利用，延长检定时间，浪费化学试剂，还给环境带来的“二次污染”。通过设计优化检定工作流程，提高检测工作程序编制的灵活性，该功能根据当前检定项目需要从低到高顺序优化检定序列，既使得检定时间、资源、成本大大降低，还能尽可能减少由于反复配置过程导致的浓度误差。（2）采用分层的结构处理设备操作，各层任务相对独立，使得检定过程管理模块只需要关注检定逻辑的控制而抛开设备操作部分。同样，低层次的设备通讯也只需要关注具体的设备操作命令，将命令包装成统一格式的功能块提供给高层次的模块使用。而设备操作码层则是最高层和最低层之间的桥梁。如此设计在调试过程中可避免高低层的操作逻辑混乱，使得灵活的配置检定流程、步骤变得简单明晰。

所述自动检定***的通讯协议库及建立：

所述自动检定***的通讯协议通用性设计，针对不同厂家仪器或同一厂家不同型号仪器间，通讯协议差别很大，很多依赖于监测仪开发***版本，造成被检仪器的通讯控制无法实现统一标准化，严重影响***实际使用过程中的适应性，导致开发难度加大，程序灵活性降低。如果每增加一种仪器都需要对***重新编译发布，那么该装置后期维护和升级难度都将很大。本***采用通讯分离和动态加载的方式，将所有需要使用的仪器的功能操作归纳成统一的标准化软件结构，如图6所示。每一种不同的仪器都将其编写成独立的库文件，不同的库文件具有相同的功能接口，主***通过仪器绑定的库信息获得对应的仪器操作库，采用动态加载库的方式。库文件和主***逻辑上相对独立作为仪器操作的扩展模块，很好的解决了通讯协议不同的问题，为日后的维护，扩展提供了很好的基础。

本发明的工作过程如下（以化学需氧量水质监测仪为例）：

1、检测工作准备：将水质监测仪自动检定***及配套试剂运达至被检监测站点。

2、设备连接：由检测人员或熟悉被检仪器的运维人员在检测人员指导下，按浓度水平由低到高次序放置好检定用标准溶液于自动取样装置，或将一定浓度标准溶液母液放于自动稀释装置母液放置处。然后，连接好被检水质监测仪、自动取样装置或自动稀释装置的通讯线和样品输送管路。

3、***启动：由检测人员打开安装水质监测仪自动检定软件的电脑，启动图2所示的自动检定程序。

4、建立连接：通过通讯协议建立连接，如果***之间和被检水质监测仪没有连接好，***会提示没有连接成功，检查连接线路。如果是通讯协议库中没有的仪器，***会提示添加协议。根据要建立的协议内容，填写关键参数信息，根据提供的信息生成通讯协议，编入***通讯协议库中。以后，***会自动识别该种厂家型号的仪器。

5、设置初始化***参数：根据检定工作内容，按***提示引导功能，在***中填写检定单位名称、联系人等基础信息，计量标准装置、设备等溯源信息以及仪器名称、生产厂家、型号、检测参数、测量范围、采用的技术规范、检测项目、检测流程、检测浓度、测量次数、间隔时间等。如果使用自动稀释装置，使用前还需要稀释、清洗用分析用水，在稀释装置界面上启动清洗完成后，再设置母液浓度、目标浓度信息。

6、创建检定任务：***根据***填写的技术规范、测量范围、检测项目、检测流程、检测浓度、测量次数、间隔时间等信息，创建检定任务，自动加载检定参数及计量参数，包括检测用液浓度、合格判定要求等，生成检定控制码，生成检定检定控制序列。

7、加载设备控制库：加载

8、检定工作开始：如果采用稀释装置，***会先启动稀释装置进行稀释动作。待稀释完成后，由被检水质自动监测仪通过连接好的进样管从稀释装置取样管中抽取检定用标准溶液，按生成确认的检定项目流程逐一实施检定。

9、数据存储：所有测试数据由***自动保存在网络数据库中。

10、异常中断：***运行中有多个判断异常和处理异常的方法，尽可能保证测试过程的稳定可靠。

11、数据处理：数据处理和计算过程严格按照现有的检定校准规范文件进行，并可以在***中自动筛选。

12、检定完成：检定完成后，数据自动保存，并自动计算结果。

13、生成原始记录：检定完成后用户可通过打开历史记录功能自动生成需要的检定原始记录。

以上是对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种水质监测仪现场自动检定***，其特征在于，包括水质监测仪现场自动检定平台、自动取样装置、自动稀释装置三部分；

水质监测仪现场自动检定平台安装于带RS485、RS232、Modbus、Modbus TCP接口的计算机上；

本***还包括内置的GPRS通信模块与移动通信网相连接，移动通信网与互联网无线连接；

所述自动检定平台分别连接有数据库***、稀释装置通讯模块、仪器通讯模块、***UI控制模块、输入输出设备、RS485和RS232接口、TCP接口；

所述自动检定平台采用485通讯接口以加载DLL仪器库的方式动态连接仪器。

2.根据权利要求1所述的一种水质监测仪现场自动检定***，其特征在于，

所述自动检定平台启动步骤如下：

初始化***参数；

创建检定任务；

加载检定参数，加载计量参数；

分析检定项目，生成检定控制码，生成检定控制序列；

加载设备控制库；

开始检定；

实时刷新检定进度，按照检定控制序列逐步开始检定流程，实时刷新检定结果；

异常中断或检定完成判断；

若检定完成则数据保存，若检定未完成则返回开始检定步骤。

3.根据权利要求1所述的一种水质监测仪现场自动检定***，其特征在于，检定流程如下：

指定母液浓度、指定清洗次数N次；

清洗步骤包括：打开蠕动泵；打开气泵，搅拌清洗；排出废水；

清洗完成后排出废水；

蠕动泵开始加水；

滴定泵根据指定浓度开始滴定；

气泵打开，开始搅拌；

静置30s；

清洗配液完成。