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都柏林理工学院

ARROW@DIT

会议论文 制造与设计工程学院

2009-09-01

游泳池在线实时水质监测与控制

Paul Duffy

都柏林理工学院， paul.duffy@dit.ie

杰拉德伍兹

都柏林理工学院， gerry.woods@dit.ie

肖恩·奥霍恩

都柏林理工学院， Sean.Ohogain@dit.ie

詹姆斯沃尔什

都柏林理工学院， James.Walsh@dit.ie

Caplier

都柏林理工学院

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的一部分 机电系统共享，和 制造公用

推荐引文

Duffy，P.，Woods，G.，OHogain，S，Walsh，J.，Caplier，C.：On- Line实时水质监测和控制游泳池。 国际制造业会议，爱尔兰都柏林圣三一学院，2009年9月。

本会议文件由ARROW @ DIT的制造与设计工程学院免费开放。 它已被ARROW @ DIT的授权管理员接受列入会议文件。 获取更多资讯，请联系 yvonne.desmond@dit.ie， arrow.admin@dit.ie， brian.widdis@dit.ie。

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游泳池在线实时水质监测与控制

P. Duffy¹，G. Woods¹，S. OHogain²，J. Walsh³，C. Caplier³

• 1. 都柏林理工大学制造与设计工程学院博尔顿街，都柏林1，爱尔兰。
  2. 英国博尔顿街DIT土木与建筑服务工程学院。
  3. 都柏林理工学院物理学院凯文街。

摘要

有效的游泳池水质监测和控制系统对保障公众健康和保持舒适非常重要。 大多数爱尔兰游泳池监测系统严重依赖人工方法进行重要参数的采样，测试和数据记录。 微生物检测不常见，结果往往需要几天。 本研究的目标是开发具有实时数据记录，自动数据分析，远程监测和控制，微生物采样能力和在线连接的水质监测和控制系统。 NI的硬件及其软件包LabView构成了监控系统的基础。 几个传感器测量影响消毒和总体水平衡的主要水参数：温度，pH值，总溶解固体，浊度，氯水平和氧化还原电位。 由于自动系统的成本过高，水硬度是手动测量的。 LabView软件包和相关硬件控制池的化学剂量，以便将这些参数保持在推荐的最佳水平内。 目前还在开发一种检测大肠杆菌的生物传感器，因为它是水中粪便污染的最佳指标。 本研究所用技术的灵活性意味着它具有许多其他潜在应用，例如：饮用水处理，废水处理，工业过程控制，环境研究和监测。

介绍

目前，游泳池行业缺乏统一性，不仅在爱尔兰，而且在英国和更远的地方。 这是由于两个主要因素。 首先，没有关于池操作方法的具有法律约束力的指导方针，只有“最佳实践”的建议。 其次，没有统一的方法来收集和整理来自不同池的数据。 爱尔兰的所有沐浴区都必须符合2006年规定的最低质量标准

欧盟沐浴水指令^[1]。 环境，遗产和地方政府部门通过环境保护署（EPA）负责监测所有公共洗浴水区的水质。 HSE的健康和安全官员经常参与监测当地的权威机构。 私人游泳池目前不受任何法定质量要求的约束。

任何具有关键参数和在线连接自动数据记录的系统无疑将为合理化提供一个平台。 这意味着相关部门如HSE或ILAM的检查可以简化和规范化。 它将为游泳池业主提供现成的数据，以加强诸如白旗奖等卫生奖项的申请。 该系统还可以通过提供池的详细性能来保证最终用户的安全。 类似的系统目前在市场上可用，例如

Chemtrol PC600控制器和Polaris 4功能控制器E1。 Chemtrol控制器提供有限的数据分析，但它是一个工厂密封单元，没有扩展空间，而Polaris提供了扩展空间，但没有数据分析。 这两种控制器都不能通过基于LabView软件的控制器提供的便捷性和精确性进行编程，也不能为数据记录，分析和访问提供相同的可能性。 此外，这些控制器不具备包含浊度或微生物传感器的选项。

背景和理论

任何泳池运营商的目标应该是实现良好的水平衡。 化学值必须适合消毒，对于游泳是安全的，并且适用于泳池材料。 任何泳池的主要污染源都来自泳客自己。 泳客进入泳池的污染物包括：汗水，尿液，鼻子和胸部的粘液，唾液，头发，化妆品和皮肤和粪便中的鳞屑。 这些污染物会导致微生物进入池中。 许多疾病暴发直接与游泳池相关，包括大肠杆菌，隐孢子虫和Naegleria fowleri。

为了防止疾病爆发，有必要持续消毒泳池水。 使用的消毒剂最常见的形式是次氯酸钙。 消毒剂的有效性不仅仅取决于给药浓度。 水温，pH和浊度都会影响消毒剂杀灭微生物的能力。

水越浑浊，微生物从消毒剂中被截留的越多。 消毒剂通过氧化反应破坏微生物。 由于污染物进入池的速率不同，氯含量的定量测量不足以提供有效的操作。 ORP探针测量池中的氧化还原电位（氧化还原电位）。 氧化还原电位可定性测量消毒剂的有效性。 低于700mV的氧化还原读数表明池中的消毒效果差，无论氯浓度如何。

建议范围之外的水硬度和总溶解固体可能会导致水池材料受损。 如果CaCO₃的TDS超过1000mg / l或硬度值低于40mg / l，则会导致池材腐蚀。 如果CaCO₃的硬度超过150mg / l，可能会引起结垢。

下表总结了为每个池参数选择的化学品和控制方法：

表1 - 池水参数列表

系统总览

图2显示了所提出的监测和控制系统的概况。为了清楚起见，池循环系统已经有所简化。

图2 - 池操作系统概述

该系统共有9个输入和9个输出。 池式循环系统已被模拟钻井平台所模拟。 图3显示了试验台的概况。由于钻机循环系统流量低，因此决定不在钻机中安装过滤器。 然而，使用系统来控制过滤器反冲洗将使用一系列开关来模拟。

图3 - 测试台概述

选择National Instruments Compact Rio 9023嵌入式控制器来操作测试系统。 选择了五个模块与控制器一起使用 - 一个32通道模拟量输入模块，一个32通道输出模块，一个八通道数字量输入模块，一个八通道数字量输出模块和一个4通道热电偶模块。 一次在LabView中编程的Compact Rio可以独立于PC运行数据可以定期下载以释放内存或通过以太网连接不断。

电子电路

• 1. 泵速控制

选择蠕动泵进行化学加药过程。 所选择的变速泵在启动时均吸取〜200mA电流。 Compact Rio控制器的模拟输出通道每个都提供最大20mA的电流。 图4所示的控制电路旨在解决这个问题。 初始测试将使用数字输出和简单的额定开/关控制进行。 然后使用下面的模拟输出和控制电路将该控制方法的性能与比例控制进行比较。

图4 - 泵速控制电路

探头信号放大

发现pH和氯探头输出的电压太小，无法提供准确和可重复的测量结果。 选用拉普拉斯仪器VIP 20低电平信号放大器来改善探头的输出信号。 在LabView内使用500的放大器增益和信号处理，实现了0.1V / pH单位的pH电压关系。 控制系统要求精度为0.1pH或0.01V。 发现信号噪声约为0.0005V，这足够小以实现这种精度。 使用相同的信号处理，但较小的放大器增益为200，为氯探头实现了类似的精确信号输出。

然而，选择的放大器对于真实世界实施该系统来说可能证明过于昂贵。 其他放大器电路有许多设计可用于pH和氯探头。 图5显示了这种电路的一个例子。计划构建和测试这些设计的选择，以便为当

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