Cherie DY J. Arao, Adamson University
為 Adamson University 的汙水處理廠 (STP) 設計一套系統，用來即時監控調節槽與淨水槽的 pH 值與水位調節，並自動化控制汙水處理加氯作業。
使用 NI CompactRIO，搭配 NI LabVIEW 與 LabVIEW Real-Time Module 所程式化的 NI DAQ 硬體，已進行 STP 的自動化與監控作業。
Cherie DY J. Arao - Adamson University
Perdi L. Barbadillo - Adamson University
Nelson JR.G. Biscocho - Adamson University
Krizzel M. Silapan - Adamson University
Ardinne E. Sugian - Adamson University
可用水資源的永續性與汙水處理問題，是備受矚目的全球議題。地表水的乾淨與否，則是確保永續使用的最重要關鍵。水資源可供農業、工業與家庭用水；因此，有效的使用方式與用水監控功能，可能會對家庭、辦公室或工業的水資源管理系統造成限制。
Adamson University 汙水處理廠 (STP) 不只負責處理汙水，同時也須遵守政府發布的不同共和法案與部門法令。這些法律囊括了汙水處理與其他水體，尤其是 2004 年的菲律賓淨水法案、1990 年的有毒物質與危險/核廢料管制法案，以及 DENR 行政命令 34 與 35 號。以前，我們必須以人力來執行隨機的 pH 值測試，以監控 STP。這樣做才能精準並正確地處理汙水，進而將處理後的水資源用於適當用途。
STP 會釋出使用過的水，以執行監控與處理作業。我們會確保水質乾淨，且不含汙染物質，這樣才能透過汙水處理作業確保產品品質，並將暴露量控制在可接受的範圍。我們必須收集樣本、進行監控並測試 pH 值，以排除儲存風險以及任何額外的有毒化學物質。由於其中有部分的水會在廁所中再利用，所以我們必須確保這項流程的可靠與準確性。
STP 必須有效監控廢水處理流程，才能運用感測與自動化功能保障水資源的永續性。
根據質量守恆定律，「物質不生不滅」。 人類在製造水與廢棄水的同時，廢料不會因此消失，而只是轉移到別的地方。STP 的任務在於減少廢水的總量，並重複使用其中一部分經處理的水。
2004 年菲律賓淨水法案 (RA 9275) 的目標是提升水質、管制與管理水汙染、設計水質管理地區，並籌備一項全國性的汙水與腐泥管理計畫。這項法案的用意是保護菲律賓水體免於各種汙染，其中提議了各種不同方式，已妥善管理會影響該國水資源的汙染物。
當初 Adamson University 的一批電子工程系學生，得知污染造成水資源品質下降，並導致淨水供應量不足，便著手展開這項計畫。為了提升汙水處理程序，我們的提案是協助 STP 監控處理過之廢水的持續供應。
NI cRIO-9073 是處理系統的主控制器 (圖 1)。NI 9474 與 NI 9203 C 系列模組則是直接連接控制器，分別擷取 pH 值與水位資訊。必要時，伺服馬達會自動化執行加氯控制與/或氯流動作業。pH 值傳輸器會根據量測到的 pH 值，輸出 4 mA 至 20 mA 的標準電流。兩個 pH 值感測器與兩個水位感測器，則會根據設定的程式演算法執行偵測，然後透過電腦顯示結果。
此流程剛開始，槽內的 pH 值與水位感測器會接觸到汙水，偵測水質屬於酸性、鹼性或中性，並且判斷水位。如果處理過的水 pH 值超過 9，系統會判定為鹼性，低於 6 就是酸性，等於 7 就是中性。如果水槽的水位並未達到特定的重要準位，系統就會重新開始感測水位。但如果水位到達上限，水可能就會溢出，並且觸發伺服器內的警示。pH 值與水位偵測會傳輸至 CompactRIO 控制器與其模組，接著再透過乙太網路線把資料傳輸至伺服器的 PC。詳情請見圖 2 的系統流程圖。
表 1、2 與表 3 都是 STP 量測系統的矩陣。特定的安培讀數會對應到相同之 pH 值與水位值，水位值則會依據水槽體積以英呎或百分比來表示。我們在整個系統開發階段都使用這個矩陣。
第二次在調節槽與淨水槽中執行最終 pH 值測試時，結果進步很多 (見表 4)。一個樣本等於 5 秒鐘的系統內部署時間。此表格顯示了 pH 值與水位的測試結果，同時說明了警示是否有觸發。根據 DO 的建議，pH 值介於 6 到 -9 的之間代表可以接受。水位會增加，不過壓力感測器仍然可執行量測。外部的加氯槽在全滿的情況下，並沒有明顯變化。
pH 值與水位的量測方式可能一樣，但是電流讀數卻不同。水位讀數百分比會根據量測矩陣而有所變化。現在我們可透過伺服馬達，在辦公室內控制加氯槽。
Adamson University 的汙水處理廠採用 CompactRIO 與 LabVIEW 架構的系統，該解決方案能即時密切監控調節槽與淨水槽的 pH 值與水位，而不需要將樣本送到大學外的實驗室進行分析。加氯槽會自動化執行監控與處理作業，接著系統會產生資料記錄報告以便追蹤。
cRIO-9073 整合式系統搭配即時處理器，可滿足我們的 STP 專案需求。該系統堅固耐用的特色，有助於承受專案現場各種天候狀態。透過內建乙太網路埠，系統就可使用網路連接專案現場與基地台。
我們使用 NI 9203 C 系列 DAQ 模組搭配 8 個類比電流輸入通道，做為系統 pH 值感測器與水位感測器的主要架構。NI 9474 模組可直接連接至各種工業級裝置，例如系統的伺服馬達。
我們運用 LabVIEW 來開發複雜的專案 VI。LabVIEW Real-Time Module 協助我們設定即時目標系統，藉此強化系統效能，並且建立、除錯、部署即時應用程式。
Cherie DY J. Arao
Adamson University
900 San Marcelino St., Ermita, Manila
1000
Philippines
電話：639153532395
cherie.arao@gmail.com