（木材科学与技术专业论文）甲醛释放量快速检测装置的研究.pdf

摘要 摘要 人造板所释放的游离甲醛是影响室内环境的一个主要污染源，现已证明室内甲醛浓 度超标会严重影响人类的健康，这一情况已引起世界范围的高度重视。本论文参照欧洲 标准( b se n7 1 7 2 ：1 9 9 5 木质板材甲醛释放量的测定用气体分析法测定甲醛释放量) ， 设计开发了基于气体分析法的甲醛释放量快速检测仪，该检测仪的各项技术指标均达到 国外同类产品指标。 检测仪由温度控制子系统、压力控制予系统、湿度控制子系统、分时采样子系统、 实时监控子系统和数据库记录子系统组成，采用适合工业现场环境的可编程控制器 ( p l c ) ，并实现了计算机实时监测与控制。具有响应速度快，精度高，实时性强，操 作灵活简便等特点，相比气候箱法而言，检测周期由原来的3 - 2 8 天缩短到了4 个小时 利用计算机作为上位机，可编程控制器构成的下位机所刀= 发的甲醛释放量快速检测装 最，目前国内外未见报导，该检测仪器的研发成功可为我国人造板质量监督检验部门、 国家质检中心等执法部门提供检测设备与新的检测方法，同时也可以为企业提供产品质 量检测设备或制定相应的检测标准。 关键字l 甲醛释放量，气体分析法，p l c 程序控制，m c g s 组态设计，检测仪 垒曼! 坠! ! s t u d yo nt h ef a s tt e s t i n gd e v i c ef o rd e f i n i n g f o r m a l d e h y d ee m i s s i o n y u a n a n ( a n a l y s i s a n dc o n t r o lo f c o m p l e xs y s t e m ) d i r e c t e db yp r o f e s s o ry u c h e n gz h o u a b s t r a c t f r e ef o r m a l d e h y d e r e l e a s e db yw o o db a s e dp a n e l ，i sam a i ns o u r c ew h i c hp o l l u t e st h e i n d o o re n v i r o n m e n t i th a sa l r e a d yp r o v e dt h a ti ft h ed e n s i t yo ff o r m a l d e h y d ei se x c e s s ，t h e h e a l t ho f m a n k i n dw i l lb es e r i o u s l yd a m a g e d 1 1 缸ss i t u a t i o nh a sa l r e a d yc a u s e dt h eh i g hv a l u e o fw o r l ds c o p e a c c o r d i n gt ot h ee u r o p es t a n d a r df b se n7 1 7 - 2 1 9 9 5 ：w o o db a s e d p a n e l s d e t e r m i n a t i o no f f o r m a l d e h y d er e l e a s e - p a r t2 ：f o r m a l d e h y d er e l e a s eb yt h eg a s a n a l y s i sm e t h o d ) ，t h et h e s i sd e s i g n e da n dm a d et h e f a s t t e s t i n gd e v i c ef o rd e f i n i n g f o r m a l d e h y d ee m i s s i o n , w h i c hc 锄b er a n k e db e s i d et h es a l n ek i n di nt h ew o r l d t h ed e v i c ew a sc o m p o s e do ft e m p e r a t u r ec o n t r o ls u b - s y s t e m , p r e s sc o n t r o ls u b - s y s t e m , h u m i d i t yc o n t r o ls u b - s y s t e m , t i m e s h a r i n gc o l l e c t i o ns u b - s y s t e m , r e a l - t i m em o n i t o r i n g s u b s y s t e m , d a t a b a s es u b - s y s t e m i ta d o p t sp r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ( p l c ) w h i c hi s s u i t a b l ef o ri n d u s t r i a ls i t u a t i o n , a n dw a sr e a l - t i m em o n i t o r e da n du n d e rc o n t r o lb yc o m p u t e r t h ed e v i c ei sw e l le s t a b l i s h e df o ri t sf a s ts p e e do fr e s p o n s e , h i g h e rp r e c i s i o n , a n dp o w e r f u l c a p a b i l i t yo fr e a l - t i m ea n df l e x i b l eo p e r a t i o n s c o m p a r e dw i t ht h ec l i m a t ec h a m b e r , t h e p e r i o do f d e t e r m i n a f i o ni sr e d u c e df r o m3 - 2 8d a y st o4h o u r s t h e r ei sn or e p o r ta b o u tt h ef a s t t e s t i n g d e v i c e f o r d e f i n i n g f o r m a l d e h y d e e m i s s i o n t h a t i s m a d e u p o f c o m p u t e r a n d p l c t h e d e v i c en o to n l yc a nf i l lag a po ff a s td e t e r m i n a t i o no ff o r m a l d e h y d em i s s i o n , b u ta l s o p r o v i d et h ee x a m i n a t i o ne q u i p m e n ta n dn e we x a m i n a t i o nm e t h o dt on a t i o n a ld e p a r t m e n t so f t h eq u a l i t ys u p e r v i s i o no fp a n e la n dt h e n a t i o n a ll e g a ld e p a r t m e n t so fi n s p e c t i o na n d q u a r a n t i n e a tt h es a m et i m e i t 锄p r o v i d et h ee q u i p m e n to fq u a l i t yt e s t i n go rm a k et h e r e l a t i o n a lt e s t i n gs t a n d a r d k e y w o r d s ：f o r m a l d e h y d ee m i s s i o n , g a sa n a l y s i s ，p l cp r o g r a m , m c g sc o n f i g u r a t i o nd e s i g n , r e s t i n gd e v i c e 图表目录 图表目录 表1 1 甲醛毒害程度与接触浓度之间的关系 表1 2 国家标准g b1 8 5 8 0 - 2 0 0 1 中有关甲醛的规定 图2 - 1 组态环境和运行环境的关系 图2 2m c g s 用户应用系统构成 图2 3 p i d 原理图。 图3 1 气体分析法检测装置示意图 图3 - 2 装置系统构成图 图3 3 控制框图 图4 - l 控制面板示意图 图4 2 检测箱结构示意图 图4 - 3 电路设计- 电源部分 图4 4 电路设计控制回路 图4 - 5 电路设计气路控制回路 图4 - 6 电路设 卜- 水泵控制回路 图4 - 7 电路设计加热器控制回路 图4 - 8 电路设计一电磁阀组控制回路 图4 - 9 电路设计i - 信号采集回路 表4 - 1p l c 符号表 图4 - 1 0p l c 主程序框图 图4 - 1 1 手动调试控制流程图 图4 - 1 2 自动试验控制流程图 图4 - 1 3 清理控制流程图。 图4 1 4 采集子程序流程图。 表4 _ 2 p i d 变量说明 图4 1 5 清理过程流程图。 图4 - 1 6m c g st 程框架图 图4 - 1 7 新建工程 一：! 4 1 3 1 4 1 7 2 0 2 7 2 7 2 8 2 9 3 0 3 l 3 2 3 3 3 6 表舢3m c g s 实时数据库 图4 1 8 数掘对象属性 图4 - - 1 9 封面 图4 - 2 0 信息界面。 3 9 4 7 4 9 5 0 5 0 v 钒铊 筋铂 图表目录 图4 - 2 1 实时监控界面 图4 - 2 2 历史曲线界面 图4 - 2 3 历史表格界面 图4 2 4 试验完成 图4 2 5 清理完成 图4 - 2 6 菜单设计 图4 - 2 7 主控窗口属性 图4 2 8 设备窗口属性 表4 - 4 通道连接属性 图4 - 2 9 运行策略 图4 - 3 0 安全机制。 。5 1 5 2 5 2 5 3 。5 3 。5 4 5 5 5 5 图5 1 输入试验基本信息和参数 图5 - 2 实时监控 5 8 5 9 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得本研究生培养单位或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名害 r 期：彻f7 l f 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解中国林业科学研究院有关保留、使用学位论文的规 定，本研究生培养单位有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权本研究生培养单位可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名孚饬 卢师签名： 学位论文作者签名：苷l ； b 导师签名： o b 年7 月5 日影年7 月 工作单位：中国林业科学研究院 联系电话：6 2 8 8 8 8 8 4 电子邮件：a n y u a n c a f a c o n 通讯地址、邮编：北京市颐和园后中国林科院木材工业研究所2 6 # 信箱 1 0 0 0 9 1 第1 章引言 第1 章引言 1 1 研究甲醛释放量的目的和意义 2 l 世纪是环境科学的时代，人类对生活的需求，已从基本的生存与居住等生理层面， 提升到养生与体验生活的精神界面，特别强调生活质量问题，要求有清新、优美、环保、 自然的居住环境i l 】然而由甲醛、苯系物、氨气、氡及其子体和悬浮颗粒物等引起的化 学性室内空气污染却严重影响着人们的身心健康。其中，甲醛是最广泛也是最致命的污 染源之一闭。室内空气中的甲醛来源1 3 1 主要包括：护墙板、天花板等装饰材料的各类脲 醛树脂胶人造板，比如胶合板、细木工板、中密度纤维板和刨花板等；含有甲醛成分并 有可能向外界散发的各类装饰材料1 4 1 ：墙布、墙纸、油漆和涂料等；有可能散发甲醛的 室内陈列及生活用品：家具、化纤地毯和泡沫塑料等。 甲醛( 化学分子式h c h o ) 是一种无色、有特殊刺激性气味的气体，易溶于水和乙 醇，具有活泼的化学性质及生物活性，甲醛分子在摄氏1 8 度到3 4 度【5 】之间丌始活跃， 并且随温度和湿度的变化而变化。甲醛的另一个特点是具有很强的粘结力1 6 1 ，因此是制 作化学胶粘剂不可缺少的材料，也是人造板材生产过程中所使用的脲醛树脂 7 1 和酚醛树 脂【8 l 的主要成分。人造板材中的甲醛干燥后，可以提高板材的硬度；服装和纺织品中使 用甲醛唧主要是为了保证面料的平整度，避免起褶。因此，自上世纪6 0 年代中期，甲醛 作为黏合剂单体、稀释剂、防腐剂在胶合板和纤维板以及各种涂料的制造过程中大量使 用，随着新型的建筑材料、装潢材料和各式生活用品迸人到了人们的生产生活中【o 叫”。 与此同时，伴随着甲醛的大量使用，其对人类健康造成的影响也引起了高度的重视。 长期接触低剂量甲醛可以引起慢性呼吸道疾病、女性月经紊乱、妊娠综合症，引起新生 儿体质降低、染色体异常。高浓度的甲醛对神经系统、免疫系统、肝脏等都有毒害甲 醛还有致畸、致癌作用，据流行病学调查，长期接触甲醛的人，可引起舞腔、口腔、鼻 咽、咽喉、皮肤和消化道的癌症【1 2 “4 】。“欧洲室内空气质量及其健康影响联合行动组织” ( e u r o p e a n c o n c e r t e d a c t i o n i n d o o r a i r q u a l i t y a n d i t s i m p a c t o n m a n ) 1 1 5 1 已经出版了十 几本相关报告，提出一系列的方案和标准( 或称“指导限值”) 。其中第七部分报告主要 分析了欧洲国家室内空气的甲醛污染现状，表1 1 为甲醛毒害程度与接触浓度之间的关 系。 第1 章引言 表i - i 甲醉毒害程度与接触浓度之间的关系 t a b l e1 - lt h er e l a t i o n s h i pb 既w 嘲h a r ma n dd e n s i t yo f f o r m a l d e h y d e 对人类的影响程度 甲醛浓度：( r a g m 3 1 中间值范围 根据同本横滨国立大学【l6 j 的研究表明，一般正常装修情况下，人造板材中的甲醛释 放期长达3 到1 5 年【 】，一般的清除方法很难将其彻底清除人造板在生产中加入了大 量甲醛和尿素合成的脲醛树脂胶，而装修大量使用人造板造成了装修污染源。有人用香 水来掩盖甲醛气味【l 刁，那只是暂时的感官变化。也有用室内熏蒸、过滤等净化方法，但 污染源是人造板，因而只能起到治标不治本的效果，再加上有些净化剂本身有强刺激气 味，更会造成第二次污裂。 随着改革开放步伐的加快，近年来我国人造板市场发展迅速，无论是从生产或是从 需求方面柬讲，我国都己成为人造板大国，特别是在生产方面，仅低于美国而居世界第 二位【2 0 】。从国家林业局获悉，2 0 0 4 年我国人造板产量为5 4 4 6 4 9 万立方米。其中，纤维 板1 5 6 0 4 6 立方米( 其中中密度纤维板1 4 6 6 4 8 万立方米) ；胶合板2 0 9 8 6 2 万立方米； 刨花板6 4 2 9 2 万立方米；其他人造板1 1 4 4 4 9 万立方米【2 ”人造板产量的大幅度增长。 主要源于我国建筑装修和家具业等消费市场需求的快速增长我国人造板不仅产量提高 快，而且品种、质量多已达到和超过东南亚传统生产国的水平，主要人造板产品的标准 己逐步与国际接轨嘲。但高达6 0 的甲醛超标率矧却严重影响了人造板的出口，制约 着人造板行业的进一步发展。 室内装饰装修和家具的主要材料之一是人造板，脲醛树脂因其价格低廉、使用方便 和胶合性能阱】良好，被大量用作室内用人造板的胶粘剂，即使是工业发达国家也是如此。 而且，到目前为止。人们还没有找到无污染且胶合性能好的甲醛替代品】。因此，加强 建筑及室内装饰材料中甲醛释放量的检测与监测，保障居住环境的质量己刻不容缓。丌 展甲醛释放量检测方法和装置的研究，一方面有利于减少室内污染，满足人们对居住环 境质量的要求；另一方面有助于监测提高人造板质量，为我国人造板走向国际市场提供 保证。 2 第1 章引言 1 2 甲醛释放量检测方法的现状及其发展 由于人造板甲醛释放的原因和方式相当复杂，以及检测成本、企业规模和地域及国 家的不同等原因，导致了限定甲醛释放量的标准和相应的检测方法不同2 6 1 2 1 国外研究现状 国外在室内甲醛污染控制技术方面起步早，发展快，范围广，公众的意识也非常强， 通过公益体系的工作和宣传，在厂家和公众中得到了普遍的认同，产品质量要比国内的 高得多。比较发达的人造板生产国家及地区，如欧洲、北美地区，早在上世纪七、八十 年代，就对人造板的甲醛释放问题，包括从人造板的甲醛散发机理，各种影响的因素， 甲醛释放量的测定和试验方法等进行了深入的研究。在此研究的基础上，出于对环境和 人类健康的保护，政府都制定了相应的产品质量检验标准，对人造板的游离甲醛释放量 作了严格的限制，有些国家还对所有从国外进口的木质制品、人造板制品作了强制性的 规定，即甲醛释放量必须达到规定的标准，才能进入这些国家，并统一授权由指定的权 威检测机构检测和出具检验报告 2 7 。明。 美国长期以来一直都是人造板生产大国，由于人造板企业规模巨大、实力雄厚、数 量少、产品质量稳定，美国人造板检测标准通常采用大尺寸的“气候箱法”，该方法模 拟典型的温度、湿度和通风状况，最接近实际的使用状念，检测结果也最能反映实际情 况【3 0 。3 ” 欧洲是刨花板和中密度纤维板工业最为发达的地区，也是最早对人造板的甲醛释放 产生重视的地区【3 2 】。以中密度纤维板为例，在1 9 8 0 年生产的产品，甲醛释放量年平均 值为2 0 m g l o o g ，发展到1 9 9 5 年，生产的产品的甲醛释放量年平均值下降到6 5 m g l o o g 。 欧洲检测人造板甲醛释放量的方法是最早开发的也是广泛采用的“穿孔萃取法”，所谓 “穿孔萃取法”就是通过萃取、蒸馏把人造板中的游离甲醛全部分离出来，而不是测定 单位时白j 内自然释放的甲醛量，因此，与板材实际使用情况有较大的差别。特别是用于 测定饰面人造板的甲醛释放量时，由于产品经饰面后基材裸露面积大大缩小，采用穿孔 萃取法显然不符合实际。为此，欧洲一些国家越来越多地使用气候箱法测定人造板甲醛 释放量，然而，相比美国的气候箱法而言，检测用气候箱尺寸较小，其容积分别为2 2 5 l 和l i n 3 同本也是人造板生产大国，胶合扳产量曾在世界上占有重要位置。根据掌握的f 1 本 人造板产品的标准资料内容，日本人造板产品的甲醛释放量测定全都采用“干燥器 法删，其主要原理是将一定暴露面积的试件放在清洁的干燥器内，干燥器底部则放置 一定尺寸的器皿，内装一定数量的蒸馏水，在特定的温度下释放甲醛被蒸馏水吸收，作 为试样溶液l 3 3 l ，然后用相应的检测方法进行分析与测定 第1 章引言 l 2 2 国内研究现状 近年来，我国人造板的产量迅速增加，2 0 0 2 年已跃居世界第二位，其中纤维板( 包 括中密度纤维板) 产量居第一位，胶合板产量居第三位，已成为世界人造板生产大国叨 我国大型企业的年产量与先进国家相比也不相上下，但仍存在众多的中小型企业，数量 难以确切统计，而且遍靠全国各地。因此，在制定中国的人造板甲醛释放量标准时，必 须考虑到检测成本低廉，检测样品数量巨大，中小企业能够接受，要与国际接轨等因素 3 s l 。强制性国家标准g b1 8 5 8 0 - 2 0 0 1 室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放 限量f 删规定： 中密度纤维板、高密度纤维板、刨花板和定向刨花板等采用“穿孔萃取法”检测； 胶合板，装饰单板、贴面胶合板和细木工板等采用( 9 1 1 ) l 的“干燥器法”； 强化木地板、实物复合地板和已完成饰面处理的人造板采用4 0 l 干燥器法”； 在4 0 l “干燥器法”的测定结果发生争议时，用l m 3 “气候箱法，进行仲裁检验。 这是综合考虑了中国的国情和各种因素后确定的 表l - 2 国家标准g b1 8 5 8 0 0 2 0 0 1 中有关甲醛的规定 t a b l e1 - 2t h er u l eo f f o r m a l d e h y d ei ng b1 8 5 8 0 - 2 0 0 1 4 产品名荐馘齄方盛鞭量值簋用范田曩t 标考 9 , m i 1 0 0 可毫蕞甩千耋冉e - 中衍度拜肇扳矗蕾廑好蛙扳售花鬟、毫 穿孔摹取t 盛覆怖西灶理后 向戗芘板荨 3 0 w , 1 0 0 扇 可允许用于室内 i 5 f m ，l可直接用于童内 芭i 脏台援蓑体板贴面般番蕾、簟木工簟 千薯磕 巧危伟甩于蠢一l 薯 s 0 w ，l 镰霭 毫饭包括爱糠纸整基木履鼍麓， 气靛糟击 o 1 2 唧，m 宴术鬟合鼍麓，竹电誓，曩穗茸簟傩面可直接用于童一e 建桩苒i 千曩蠡 1 5 m t ，l 。忡藏聪幕用靛栩瘟 e l 为可直接甩f 童内的人t 誓厶为必囊体砸齄蔑后允许甩干宣一曲人鼍篆 除此之外，我国也相继发布实施了几条与室内环境有关的甲醛的监测标准和方法： 中华人民共和国国家标准居室空气中甲醛的卫生标准 3 9 1 规定： 居室空气中甲醛的最高容许浓度为o 0 8 m g 1 3 检测方法：分光光度计化学分析法，在现场进行空气采样，然后在实验室进行 分析。特点是数值准确、抗干扰性强，是目前国家室内空气甲醛浓度的唯一标 准检测方法。 中华人民共和国国家标准实木复合地板1 4 0 】规定： a 类实木复合地板甲醛释放量小于和等于9 m g 1 0 0 9 ；b 类实木复合地板甲醛释 放量大于9 m g - - 4 0 m g 1 0 0 9 。 第1 章引言 检测方法：穿孔萃取法，取1 0 0 克试件通过化学萃取的方法，测定其甲醛含量。 国家环境标志产品技术要求人造木质板材1 4 】规定： 人造板材中甲醛释放量应小于0 2 0 m g 1 3 ；木地板中甲醛释放量应小于 0 1 2 m g 1 3 。 检测方法：气候箱法，板材样品按照规定要求放入气候箱，从气候箱中抽出空 气样品，用化学分析方法进行其甲醛含量的测定。 室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量1 4 3 l 规定： 内墙涂料限定游离甲醛小于等于0 1 9 k g 。 本标准对游离甲醛指标的确定，主要是以验证试验结果为依据，选取的是国内 市场上1 9 种合成树脂乳液内墙涂料( 即乳胶漆) ，将游离甲醛的指标确定为 o i g k g ，样品的合格率为8 9 5 。 室内装饰装修材料胶粘剂中有害物质限量【“】规定： 溶剂型胶粘剂对甲醛的限量：橡胶胶粘剂为0 s g k g ，聚氨酯类胶粘剂和其他胶 粘剂中不得检出甲醛； 水基型胶粘剂对甲醛的限量：缩甲醛类、聚乙酸乙烯酯胶粘剂、橡胶类胶粘剂 为小于等于 g k g ，聚氨酯类胶粘剂不得检出甲醛，其他胶粘剂为小于等于 w k g 。 室内装饰装修材料木家具中有害物质限量嗍规定： 室内使用的各类木家具甲醛释放量限量值小于等于1 5 m g l 。 世界各国对人造板的甲醛释放量均有严格的规定，木家具甲醛释放量的确定， 主要参考了发达国家关于人造板甲醛释放的限量。 室内装饰装修材料壁纸中有害物质限量【4 6 1 规定： 壁纸产品中甲醛限量值小于等于1 2 0 m g k g 。 该标准对甲醛的限量，主要参考了e n 2 3 3 ：1 9 9 9 卷筒壁纸、成品壁纸、乙烯壁 纸和塑料壁纸的规范等欧洲标准，由于欧洲标准e n 2 3 3 中甲醛释放量的限定 被认为最具科学性和可靠性，经过相关的试验，本标准将甲醛限量为小于等于 1 2 0 m g k g ，和e n 2 3 3 相同的指标。 室内装饰装修材料地毯、地毯衬垫及地毯胶粘剂有害物质释放限量1 4 7 规 定： 地毯、地毯衬挚及地毯胶粘剂甲醛释放量限量值为每小时小于等于0 0 5 0 m g m 3 该标准等同采用了美国标准，即小于等于0 0 5 0 m g m 3 。应该说明的是，该标准 对涉及的产品都分为a 、b 两级，其他指标的限量，b 级都要宽泛些，但甲醛 的限量，a 级与b 级的限量是一致的。 5 第l 章引言 1 2 3甲醛释放置检测的方法 目| j i ，世界上通用的测定甲醛释放量的方法有三种穿孔萃取法、干燥器法和气 候箱法。1 4 ”5 0 l 1 穿孔萃取法5 2 1 主要用于测定中密度纤维板、高密度纤维板、刨花板、定向刨花板等产品的甲醛释 放量网。首先将试件与甲苯溶剂共热，逸出甲醛与甲苯一起蒸发后，被水收集，并用乙 酰丙酮光度测定法分析，结果由每l o o g 绝干板中甲醛含量( 以n a g 为单位) 来表示畔巧5 1 2 干燥器法又分为美国干燥器法和日本干燥器法 5 6 1 ，具体如下： 美国干燥器法p7 l 一8 个封边的样品( 7 0 1 2 7 m m ) 置于一个1 0 5 l 的玻璃干燥 器中，其内部的玻璃容器中装有2 5 m l 的蒸馏水。干燥器盖住2 个小时，此间释 放出的甲醛溶于水中此实验在2 4 士6 条件下进行实验结束后，对水进行分 析得出甲醛含量。 f i 本干燥器法【5 柳一与美国干燥器法采用了定数目的封边样品相反，此法规 定根掘样品的厚度放置7 1 0 件样品( 5 0 x 1 5 0 m m ) 。并且规定暴露表面积约为 1 8 0 0 e m 2 ，这样厚板材就可以少用一些样品。这种检测方法用了较大量的水 ( 3 0 m 1 ) 来吸收甲醛。干燥器密封后，在2 0 - 2 5 。( 2 条件下搁置2 4 小时1 5 9 1 。 3 气候箱法 6 0 4 ” l m 3 气候箱检测方法是国外普遍采用的室内装饰、装修材料甲醛释放量检测的标准 方法，其特点是模拟室内气候环境，检测结果更贴近实际，因而真实、可靠。样品的表 面积为l m 2 ( o 5 mxi r a ) ，边部密封，放置在l m 3 的气候箱内。箱内温度为2 3 c ，相对 湿度为4 5 ( 欧洲标准) ，空气交换率为每小时1 次。气候箱内空气中的甲醛浓度须多 次检测，待其达到稳定值时的测定结果作为最后结果。用气洗瓶来收集甲醛，气沈瓶内 吸收液的甲醛浓度，则用变色酸法或乙酰丙酮法经显色后用分光光度计测定，结果的表 达为p p m 或m g m 3 ，也可以用m g m 2 h 来表达样品的甲醛释放速度。整个检测过程约需 要2 个星期，1 个星期用于样品预处理，1 个星期用以进行检测【翻。 穿孔萃取法简单易行，操作方便，但是测结果不能直接反映甲醛放对环境的污染： 干燥器法标定甲醛时采用滴定法，测试精度低，测试范围窄；气候箱法最大的优势在于 对实际环境的模拟能力，该方法可以对人造板及其制品的试样甚至大幅面整体试件进行 模拟气候处理，评定其甲醛释放性能，但试验用箱造价高，测试周期较长，最多可能延 续至2 8 天，这就不能适应快节奏的市场变化和进出1 2 1 货物通关的要求因此替代它的 气体分析法( 即所谓的派生检测) 被开发出来。 气体分析法嘟】又称快速检测法，其基本原理是将一块具有一定暴露面积的测试样 品，安放在温度、湿度、气流和压力等均控制在规定范围内的检测室中，甲醛从测试样 品中释放出来，与检测室内的空气混合在一起，从检测室连续抽取混合气体4 小时并通 6 箢l 章引言 过气体吸收瓶。控制吸收瓶内蒸馏水对所释放出的甲醛吸收，直到测试最后，用分光分 度计测定，用测定的浓度、抽样( 气体) 的时间和试件暴露的面积计算出甲醛释放量。 以每平米每小时释放甲醛毫克数计。 1 3 重点解决的问题 综上所述，现有的甲醛释放量检测方法都存在这样那样的问题和不足，如萃取法， 精度不高；气候箱法检测周期过长等。而复合欧洲标准b se n 7 1 7 - 2 ：1 9 9 5 的气体分析法， 具有精度高，监测周期短( 4 个小时) 的特点，因此本论文的主要研究内容是设计制造 “甲醛释放量快速检测仪”，使人造板释放甲醛的环境满足以下条件： 温度控制范围：( 6 0 i 0 5 ) ； 湿度控制范围：( 2 - 土1 ) ； 空气流量范围：( 6 0 - 士3 ) l h 压力控制范围：( 1 0 0 0 1 2 0 0 ) p a ； 并使检测仪器和整个检测过程符合欧洲标准：b se n 7 1 7 - 2 ：1 9 9 5 木质板材甲醛释 放量的测定用气体分析法测定甲醛释放量。其核心控制部件采用西门子公司s 7 2 0 0 系 列p l c ，p l c 内部程序编写采用西门子公司s t e p7 一m i c r o w i n 软件，实时监控程序 的编制采用采用北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的全中文工控组念软件m c g s ( m o n i t o ra n dc o n t r o lg e n e r a t e ds y s t e m ，通用监控系统) 。 本项研究的目的是围绕人与自然协调发展所急需解决的人造板所构成的人工环境， 开展对环境、人类身心健康的影响及其评价与监测等方面刀= 展研究。为我国人造板质量 监督检验部门，国家质检中心等执法部门提供检测设备与新的检测方法，同时也可以为 企业提供产品质量检测设备及方法及制定相应的检测标准。 7 第2 章基础理论与知识 第2 章基础理论与知识 2 1 可编程控制器 2 1 1 可编程逻辑控制器( p l c ) 简介 在自动化控制领域，p l c 是一种重要的控制设备，其基本功能是监视现场的输入， 根据控制逻辑去控制现场输出设备的接通和关断。目前，世界上有2 0 0 多厂家1 6 5 】生产 3 0 0 多品种p l c 产品，应用在汽车 2 3 ) 、粮食加工( 1 6 4 ) 、化学，审0 药( 1 4 6 ) 、 金属矿山( 1 1 5 ) 、纸豺造纸( 1 1 3 ) 等行业。上世纪8 0 年代至9 0 年代中期，是 p l c 发展最快的时期，年增长率一直保持为3 0 , - 4 0 。在这时期，p l c 在处理模拟量能 力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，p l c 逐渐进入过程控制 领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的分散式控制系统( d c s 系统) 嗍。 p l c 的定义有许多种。国际电工委员会( i e c ) 对p l c 的定义是：可编程控制器 是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计它采用可编程序的存 贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指 令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控 制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则 设计。 p l c 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、 设计、施工、调试的周期短等特点【6 7 l ，具体表现在 t , l q ： 抗干扰能力强，可靠性高 p l c 在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制 经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，i o 系统设计有完善的通道保护与 信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到地考虑；在硬件上采用 隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措旌；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措 施；所有这些使p l c 具有较高的抗干扰能力。 控制系统结构简单，通用性强 p l c 以及外围模块品种多，可有各种组建灵活组合成各种大小和不同要求的控制系 统。在p l c 构成的控制系统中，只需要在p l c 的端子上接入相应的输入输出信号线即 可，不需要诸如继电器之类的物理电子器件和大量而又繁杂的硬接线线路。当控制要求 改变，需要变更控制系统功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个p l c 装 s 第2 章墓础理论与知识 置用于不同的控制对象，只是输入， i 出组建和应用软件的不同。 编程方便，易于使用 p l c 是面向用户的设备，p l c 的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习 惯，p l c 程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原 理图相类似，这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只 要具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间学会。 功能完善 p l c 的输入，输出系统功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的丌关量 和模拟量的输入输出在p l c 内部具备许多控制功能，诸如时序、计算器、主控继电 器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便的实现延时、 锁存、比较、跳转和强制i 0 等诸多功能，不仅具有逻辑运算、算术运算、数制转换以 及时序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控，打印机报表生成功能。此外，它 还可以和其他微机系统、控制设备共同组成分布式或分散式控制系统，还能实现成组数 据传送、矩阵运算、闭环控制、排序与查表、函数运算及快速终端等功能。因此p l c 具有极强的适应性，能够很好的满足各种类型控制的需要 设计、施工、调试的周期短 采用p l c 控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商业化，故仅需 按性能、容量( 输入输出点数、内存大小) 等选用组装，而大量具体的程序编制工作也 可在p l c 到货自口进行，因而缩短了设计周期，设计和施工可同时进行。由于用软件编 程取代了硬接线实现控制功能，大大减轻了繁重的安装接线工作，缩短了施工周期。因 为p l c 是通过程序完成控制任务的，采用了方便用户的工业编程语言，且都具有强制 和仿真的功能，因此程序的设计、修改和调试都很方便，这样可大大缩短设计和投运周 期。 体积小，维护操作方便 p l c 体积小，质量轻，便于安装。p l c 的输入输出系统能够直观的反映现场信号 的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通 信状态、f o 点状态、异常状态和电源状态等，对此均有醒目的提示，非常有利于运行 和维护人员对系统进行监视。 2 1 2 西门子s 7 - 2 0 0 系列p l c 目静，世界上有2 0 0 多个厂家生产可编程控制器，比较著名的厂家有德国的西门子、 美国的通用、日本的三菱、欧姆龙、法国的施耐德等，其中德国西门子公司制造的 s 7 - 2 0 0 系列p l c 由于它具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能 模块以及强大的指令系统成为了同类产品中的佼佼者，可以近乎完美的满足各种设备的 9 第2 章基础理论与知识 自动化控制需求，在集散自动化系统中已得到充分的应用。除上一节介绍的特点外， s 7 2 0 0 系列p l c 还具有以下特点：1 7 0 。嘲 功能强大的指令集 指令内容包括为逻辑指令、计数器、定时器、复杂数学运算指令、p i d 指令、字符 串指令、时钟指令、通讯指令以及和智能模块配合的专用指令等。 丰富强大的通讯功能 s 7 2 0 0 提供了近1 0 种通讯方式以满足不同的应用需求，从简单的$ 7 - 2 0 0 之间的 p p i 通讯到$ 7 - 2 0 0 通过p r o f i b u s d p 网络通讯，甚至到s 7 2 0 0 通过以太网通讯。在 联网需求已闩益成为必需的今天，强大的通讯无疑会使s 7 2 0 0 更具性价比。 编程软件的易用性 s t e p 7 m i c r o w i n 编程软件为用户提供了开发、编辑和监控的良好程序环境。全中 文的界面、中文的在线帮助信息、w m d o w s 的界面风格以及丰富的编程向导，能使用户 快速进入状态，得心应手 2 2m c g s 系统介绍 2 2 1m c g s 简介 m c g s ( m o n i t o ra n dc o n t r o lg e n e r a t e ds y s t e m ，通用监控系统) 是一套用于快速构造 和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于m i c r o s o t t ( 各种3 2 位w m d o w s 平台 上) 运行，通过对现场数掘的采集处理，以动画显示、报警处理，流程控制、实时曲线、 历史曲线和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，它充分利用了 w i n d o w s 图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机丌发的工 业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。 m c g s 的主要特点和基本功能如下： 简单灵活的可视化操作界面 m c g s 采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面，符合中国人的使用习惯和要求， 以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得m c g s 的组态工作既简单直观， 又灵活多变。用户可以使用系统的缺省构架，也可以根据需要自己组念配置图形界面， 生成各种类型和风格的图形界面，包括d o s 风格的图形界面、标准 瞩r m d o w s 风格的图 形界面并且带有动画效果的工具条和状态条等 实时性强、良好的并行处理性能 m c g s 是真j 下的3 2 位应用系统，充分利用了3 2 位w m d o w s 操作平台的多任务、 按优先级分时操作的功能，以线程为单位对在工程作业中实时性强的关键任务和实时性 不强的非关键任务进行分时并行处理，使p c 机广泛应用于工程测控领域成为可能。例 第2 章基础理论与知识 如m c g s 在处理数掘采集、设备驱动和异常处理等关键任务时，可在主机运行周期时 日j 内分时处理打印数掘等类似的非关键性工作，实现系统并行处理多任务、多进程。 丰富、生动的多媒体画面 m c g s 以图像、图符、报表、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的状 态、品质及异常报警等有关信息；通过对图形大小的变化、颜色的改变、明暗的c 4 烁、 图形的移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果；在图元、图符对象上定义相应 的状态属性，实现动画效果。m c g s 还为用户提供了丰富的动画构件，每个动画构件都 对应一个特定的动画功能。m c g s 还支持多媒体功能，能够快速地开发出集图像、声音、 动画于一体的漂亮、生动的工程画面 开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能 m c g s 采用丌放式结构，系统可以与广泛的数据源交换数据，m c g s 提供多种高性 能的f o 驱动：支持m i c r o s o f t 开放数据库互连( o d b c ) 接口，有强大的数掘库连接能力； m c g s 全面支持o p c ( o l ef o rp r o c e s sc o n t r 0 1 ) 标准，既可作为o p c 客户端，也可以作 为o p c n 匪务器，可以和更多的自动化设备相连接；m c g s 通过d d e ( d y n a m i cd a t a e x c h a n g e ，动态数据交换) 与其它应用程序交换数据，充分利用计算机丰富的软件资源； m c g s 全面支持a c t i v e x 控件，提供及其灵活的面向对象的动态图形功能，并且包含丰富 的图形库。 完善的安全机制 m c g s 提供了良好的安全机制，为多个不同级别用户设定不同的操作权限。此外， m c g s 还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，大大加强了保护组态开 发者劳动成果的力度。 强大的网络功能 m c g s 支持t c p i p 、m o d e m 、r s _ 4 8 5 瓜s 4 2 加塔一2 3 2 等多种网络体系结构，使用 m c g s 网络版组态软件，可以在整个企业范围内，用浏览器方便地浏览到实时和历史 的监控信息，实现设备管理与企业管理的集成。 多样化的报警功能 m c g s 提供多种不同的报警方式，具有丰富的报警类型和灵活多样的报警处理函 数。不仅方便用户进行报警设置，并且实现了系统实时显示、打印报警信息的功能。报 警信息的存储与应答，为工业现场安全可靠地生产运行提供了有力的保障。 实时数据库为用户分步组态提供极大方便 m c o s 由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成， 其中实时数掘库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能性构件的公用数据 区，是整个系统的核心。各个部件独立地向实时数据库输入输出数据，并完成自己的差 错控制。在生成用户应用系统时，每一部分均可分别进行组态配黄，独立建造，互不相 第2 章基础理论与知识 干，而在系统运行过程中，各个部分都通