Установка для обработки хроматографической информации

Хроматографы широко применяются в таких отраслях промышленности, как химия, нефтеперерабатывающая, газовая, при анализе смесей и выделении компонентов из сложных смесей. Одной из важнейших областей применения хроматографических методов является экология.

Защита окружающей среды в настоящее время является самой актуальной общечеловеческой проблемой и не может быть осуществлена в условиях развитой индустрии без автоматизированной системы контроля за уровнем примесей в атмосфере и водоемах.

Поскольку обработка хроматографической информации требует большого объема вычислительных операций, созданы системы контроля с применением универсальных и специализированных вычислительных устройств. Однако эти системы дороги, громоздки, имеют невысокую надежность, поэтому нашли весьма ограниченное применение. Появление микро-ЭВМ позволило преодолеть эти недостатки.

На основе микро-ЭВМ "Электроника С5-02" разработана установка для автоматизированной групповой обработки хроматографической информации, поступающей одновременно от пяти хроматографов (см. рисунок). В процессе автоматизированной обработки хроматограмм микро-ЭВМ определяет зоны интегрирования (начала и конца пика), площадь пика, время выхода вершины пика, концентрацию компонентов в смеси, осуществляющей обсчет неполностью разделенных пиков, ввод поправки на дрейф базисной линии.

Рис. Блок схема установки

Периферийная аппаратура, предназначенная для сбора информации, нормирования входных сигналов, преобразования их в код и представления информации, выполнена на агрегатных средствах контроля и регулирования.

В качестве конструктивной базы для построения установки приняты унифицированные типовые конструкции.

Входная информация с детектора хроматографа или выхода электрометрического усилителя поступает на вход автономных многопредельных блоков нормализации сигналов постоянного тока (МБН), число которых равно количеству обслуживаемых хроматографов. Эти блоки располагаются в непосредственной близости от хроматографа (удаленность от центральной стойки не более 200 м).

В связи с тем, что хроматографический сигнал меняется в широких пределах (от 10 мкВ до 1 В), а создать высокоточный усилитель сигналов , работающий в таком диапазоне, весьма затруднительно, в установке используется автоматическое переключение диапазонов. Выходные сигналы МБН - 0-10 В; приведенная погрешность в диапазоне от 10 мкВ до 10 мВ - 0,5 %, в остальных диапазонах - 0,1 %.

Выходные сигналы от пяти МБН поступают через бесконтактный коммутатор сигналов высокого уровня (КСВУ) на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Время кодирования аналогового сигнала - 1 мс, точность преобразования - 0,1 %. Код параметра с выхода АЦП поступает на унифицированный интерфейс, к которому через соответствующие модули связи подключены микро-ЭВМ, блок полу постоянной памяти (ППЗУ), блок цифробуквенной регистрации (БЦБР) и пульт оператора (ПО).

Последний позволяет задавать требуемую программу обработки, осуществлять ввод и вывод информации в десятичном коде на цифровые индикаторы с помощью специальной клавиатуры, выполнять тестовый контроль работы установки.

В установке предусмотрен аппаратный контроль правильности всех передач по линиям связи и работы отдельных блоков. Микро-ЭВМ в процессе автоматизированной обработки хроматограмм определяет зоны интегрирования (начала и конца пика), площадь пика, время выхода вершины пика, концентрацию компонентов, обсчитывает не полностью разделенные пики, вводит поправки на дрейф базисной линии.

Продольные помехи подавляются с помощью специальных фильтров в цепях питания, гальванического разделения каскадов в МБН, плавающего экрана в МБН. Поперечные помехи подавляются в основном с помощью цифровой фильтрации за счет многократных измерений и усреднений входных сигналов. Коэффициент подавления продольной помехи по переменному току 60-80 дБ; поперечной = 15 дБ для пиков длительностью поряд - ка 50 с.

Методика обработки хроматограмм выбирается оператором с пульта в зависимости от анализируемой смеси и условий эксперимента.

Экономический эффект при внедрении разработанной установки в народное хозяйство достигается за счет увеличения в 2-3 раза точности хроматографических измерений, сокращения на несколько порядков времени на обработку информации, а также благодаря выработке в реальном масштабе времени управляющих воздействий.

Наибольший технико-экономический эффект дает использование установки в замкнутой системе управления технологическим процессом. Так, например, разрабатываемая на основе данной установки система автоматизированного контроля и управления процессом риформинга нефти позволяет получить значительный экономический эффект.

Исследования показали возможность и целесообразность создания на основе микро-ЭВМ ряда установок централизованного контроля и управления, предназначенных для использования в аналитическом приборостроении и при автоматизации различных технологических процессов. В настоящее время ведутся разработки установки для автоматизации рентгеновских квантометров, дифрактометров и микроанализаторов. Рассматриваются возможности создания установок для автоматизации газоаналитических приборов.

Применение микро-ЭВМ в установках для автоматизации технологических процессов позволяет реализовать функции оптимального программно-командного и логического управления, создать установки контроля и управления, меняющие свои параметры и структуру в зависимости от состояния объекта и его команд.