自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统、控制方法技术方案

本发明专利技术属于工业软化水应用技术领域，公开了一种自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统、控制方法，在系统掉电再恢复供电后，保证钠离子交换器按照系统掉电前的运行步骤和运行时间继续运行；具有软化水储水池水位检测功能，当水位超限时，显示报警信息，系统停机；采用硬度复合电极自动检测钠离子交换器出水硬度，根据检测结果，采用相应控制算法自动调整松床、再生和清洗步骤运行时间，保证了产水硬度符合软化水硬度指标，保证钠离子交换器处于经济、高效运行状态。本发明专利技术适用于通过多通道阀实现各步骤管路切换和通过电磁阀实现各步骤管路切换的钠离子交换器。实现各个电磁阀的线路故障检测；当阀出现线路故障时，系统停机并显示报警信息。

Control system and method of automatic control of the hardness of water produced by sodium ion exchanger

【技术实现步骤摘要】
自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统、控制方法
本专利技术属于工业软化水应用
，尤其涉及一种自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统、控制方法。
技术介绍
目前，钠离子交换器运行控制器只能够实现钠离子交换器的半自动运行，一方面，不能自动检测钠离子交换器的产水硬度，并根据检测到的产水硬度自动调整各步骤的运行时间，只能采用传统的化学试剂检测方法检测产水硬度，然后手动调整各步骤的运行时间，实时性差；另一方面，目前的钠离子交换器运行控制器适应性差，不能适应各种类型的钠离子交换器。本专利技术实现了钠离子交换器的全自动运行、能够自动检测和控制钠离子交换器的产水硬度，并根据产水硬度是否达标，自动调整各步骤的运行时间，保证产水硬度符合软化水指标要求，而且适用于多通道阀和电磁阀切换管路的钠离子交换器。目前，工业用水的水质软化方法大多采用钠离子交换器的离子交换方法。离子交换法的软化原理为用两个罐交替产水，一个罐产水时，另一个罐进行调整；产水罐产水时将水中的钙、镁离子充分吸附在树脂上，出水就是软化水；调整罐调整时要经历松床、再生和清洗三个步骤，松床的作用是让树脂的性能得以充分恢复，再生就是加盐，通过加盐将树脂吸附的钙、镁离子置换出来，最后通过清洗将含有钙、镁离子的废水排出。影响钠离子交换器产水硬度的关键就是松床、再生和清洗三个调整步骤的运行时间。目前这三个步骤的运行时间均需通过人工设置并根据产水硬度不断人工调整，这样不但费时费力，而且设置时间不准确，调整周期长，不能实现设备的自动运行；设置的步骤时间不准确会带来一定的弊端，设置的时间过短会降低产水效率、软化水硬度不达标；设置的时间过长，在再生阶段有剩余的盐水排出，浪费资源，污染环境。综上所述，现有技术存在的问题是：目前工业用水的水质软化方法通过人工设置并根据产水硬度不断人工调整，设置时间不合适，造成降低产水效率，软化水硬度不达标，而且浪费资源，对环境造成污染，不能实现钠离子交换器经济、高效、可靠运行。为解决上述问题，一方面通过采用硬度复合电极，测得产水硬度和温度，然后根据温度对硬度进行温度补偿，从而得到精确的产水硬度，这是后续控制产水硬度的前提；另一方面，根据得出的产水硬度以及各步骤对产水硬度影响的大小，采用逐次逼近的算法调整各步骤的运行时间，直至软化水指标符合要求。解决了上述问题，不但能够使钠离子交换器的产水硬度达标，而且由于步骤时间调整精确，既不会由于设置时间过短造成产水效率的降低、软化水硬度不达标，也不会由于设置时间过长而造成浪费资源、污染环境。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统、控制方法。本专利技术是这样实现的，一种自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法包括以下步骤：第一步，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，将控制箱的输入电源和用到的外部设备通过电缆连接到控制箱；第二步，初次上电，需要通过键盘输入模块根据原水硬度设置初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式，以后掉电再上电不需要设置；第三步，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，执行不同的控制程序；对于通过多通道阀切换步骤管路的钠离子交换器，由减速电机带动镶有7个金属触点的圆盘旋转，由主接近开关检测各个步骤，辅接近开关与主接近开关配合检测步骤0；对于通过电磁阀切换管路的钠离子交换器，由各个电磁阀的动作实现不同步骤的管路切换；第四步，在检测产水硬度，检测硬度和温度，按照温度值对硬度进行温度补偿。若产水硬度不达标，自动调整各步骤的运行时间，若超过软件预设的检测次数后，产水硬度仍不能达标，则液晶显示模块显示硬度超标报警信息，系统停机；第五步，在钠离子交换器运行过程中，连续检测储水池水位信息，若水位超限，则液晶显示模块显示水位超限报警信息，系统停机，待水位正常后，继续运行；第六步，在钠离子交换器运行过程中，连续检测各个电磁阀故障信息，若出现电磁阀故障，则液晶显示模块显示故障阀的阀号，系统停机，待故障消除后，继续运行。进一步，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法还包括：用于输出外部设备的控制信号到输出驱动和阀故障检测模块，同时接收各电磁阀的线路故障信息；接收硬度检测模块的信号计算产水硬度，并通过相应控制算法调整各步骤的运行时间，若产水硬度指标无法达到要求则显示报警信息；在切换步骤时，输出控制信号经输出驱动和阀故障检测模块控制减速电机带动镶有触点的圆盘转动，然后接收步骤和水位检测模块的步骤检测信号，判断是否到达下一步骤对应多通道阀阀芯位置；接收步骤和水位检测模块的水位信号，判断水位是否超限，若超限则停机，直到水位正常继续运行；根据各步骤的运行时间自动切换运行步骤，将运行步骤、运行时间、产水硬度、报警状态等信息送液晶显示模块显示，同时接收键盘输入模块输入的初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式信息。进一步，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法的微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口分别与输出驱动和阀故障检测模块的控制信号输入端CTR1～CTR9相连接，发出外部设备的9路控制信号；P4.1～P4.7口分别与输出驱动和阀故障检测模块的阀故障检测信号输出端CHK1～CHK7相连接，接收7路电磁阀的故障检测信号，P2.0～P2.2口分别与存储模块的SDA、SCL、WP相连接，分别作为串行双向数据口、时钟输出口和写保护控制口，控制存储模块的读写操作；P2.3～P2.5口分别与步骤和水位检测模块的检测信号输出端D-1、D-2、D-3相连接，分别接收水位信号、主接近开关和辅接近开关的步骤检测信号；P1.0和P1.1口分别与硬度检测模块的输出端A-1和A-2连接，接收温度模拟信号和硬度模拟信号并完成两路模数转换；P2.5～P2.7口分别与键盘输入模块的信号输出端SET、INC、DEC相连接，接收键盘输入模块的输入信息；P3.0～P3.2口分别与液晶显示模块的RW、E、RS相连接，向液晶显示模块输出显示信息。进一步，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法的在输出驱动和阀故障检测模块中，CTR1～CTR9端分别与微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口连接，接收微控制器模块发出的控制信号，经晶体管驱动放大，驱动继电器输出，输出端I-1～I-9和公共端COM之间分别与1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、减速电机、给水泵相连接，控制其动作；通过线性光耦PC817，检测各个阀的故障状态，检测信号输出端CHK1～CHK7分别与微控制器模块的P4.1～P4.7口相连接，将各阀的故障检测信号送微控制器模块；步骤和水位检测模块中，检测信号输入端II-1、II-2、II-3分别与水位开关、主接近开关、辅接近开关相连，接收水位开关、主接近开关、辅接近开关的开关信号，经二极管1N5819实现电平转换输出；检测信号输出端D-1、D-2、D-3分别与微控制器模块的P2.3～P2.5口相连接，向微控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，其特征在于，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法包括以下步骤：/n第一步，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，将控制箱的输入电源和用到的外部设备通过电缆连接到控制箱；/n第二步，初次上电，需要通过键盘输入模块根据原水硬度设置初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式，以后掉电再上电不需要设置；/n第三步，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，执行不同的控制程序；对于通过多通道阀切换步骤管路的钠离子交换器，由减速电机带动镶有7个金属触点的圆盘旋转，由主接近开关检测各个步骤，辅接近开关与主接近开关配合检测步骤0；对于通过电磁阀切换管路的钠离子交换器，由各个电磁阀的动作实现不同步骤的管路切换；/n第四步，在检测产水硬度，检测硬度和温度，按照温度值对硬度进行温度补偿，若产水硬度不达标，自动调整各步骤的运行时间，若超过软件预设的检测次数后，产水硬度仍不能达标，则液晶显示模块显示硬度超标报警信息，系统停机；/n第五步，在钠离子交换器运行过程中，连续检测储水池水位信息，若水位超限，则液晶显示模块显示水位超限报警信息，系统停机，待水位正常后，继续运行；/n第六步，在钠离子交换器运行过程中，连续检测各个电磁阀故障信息，若出现电磁阀故障，则液晶显示模块显示故障阀的阀号，系统停机，待故障消除后，继续运行。/n...

【技术特征摘要】
1.一种自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，其特征在于，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法包括以下步骤：
第一步，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，将控制箱的输入电源和用到的外部设备通过电缆连接到控制箱；
第二步，初次上电，需要通过键盘输入模块根据原水硬度设置初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式，以后掉电再上电不需要设置；
第三步，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，执行不同的控制程序；对于通过多通道阀切换步骤管路的钠离子交换器，由减速电机带动镶有7个金属触点的圆盘旋转，由主接近开关检测各个步骤，辅接近开关与主接近开关配合检测步骤0；对于通过电磁阀切换管路的钠离子交换器，由各个电磁阀的动作实现不同步骤的管路切换；
第四步，在检测产水硬度，检测硬度和温度，按照温度值对硬度进行温度补偿，若产水硬度不达标，自动调整各步骤的运行时间，若超过软件预设的检测次数后，产水硬度仍不能达标，则液晶显示模块显示硬度超标报警信息，系统停机；
第五步，在钠离子交换器运行过程中，连续检测储水池水位信息，若水位超限，则液晶显示模块显示水位超限报警信息，系统停机，待水位正常后，继续运行；
第六步，在钠离子交换器运行过程中，连续检测各个电磁阀故障信息，若出现电磁阀故障，则液晶显示模块显示故障阀的阀号，系统停机，待故障消除后，继续运行。


2.如权利要求1所述的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，其特征在于，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法还包括：用于输出外部设备的控制信号到输出驱动和阀故障检测模块，同时接收各电磁阀的线路故障信息；接收硬度检测模块的信号计算产水硬度，并通过相应控制算法调整各步骤的运行时间，若产水硬度指标无法达到要求则显示报警信息；在切换步骤时，输出控制信号经输出驱动和阀故障检测模块控制减速电机带动镶有触点的圆盘转动，然后接收步骤和水位检测模块的步骤检测信号，判断是否到达下一步骤对应多通道阀阀芯位置；接收步骤和水位检测模块的水位信号，判断水位是否超限，若超限则停机，直到水位正常继续运行；根据各步骤的运行时间自动切换运行步骤，将运行步骤、运行时间、产水硬度、报警状态等信息送液晶显示模块显示，同时接收键盘输入模块输入的初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式信息。


3.如权利要求2所述的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，其特征在于，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法的微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口分别与输出驱动和阀故障检测模块的控制信号输入端CTR1～CTR9相连接，发出外部设备的9路控制信号；P4.1～P4.7口分别与输出驱动和阀故障检测模块的阀故障检测信号输出端CHK1～CHK7相连接，接收7路电磁阀的故障检测信号，P2.0～P2.2口分别与存储模块的SDA、SCL、WP相连接，分别作为串行双向数据口、时钟输出口和写保护控制口，控制存储模块的读写操作；P2.3～P2.5口分别与步骤和水位检测模块的检测信号输出端D-1、D-2、D-3相连接，分别接收水位信号、主接近开关和辅接近开关的步骤检测信号；P1.0和P1.1口分别与硬度检测模块的输出端A-1和A-2连接，接收温度模拟信号和硬度模拟信号并完成两路模数转换；P2.5～P2.7口分别与键盘输入模块的信号输出端SET、INC、DEC相连接，接收键盘输入模块的输入信息；P3.0～P3.2口分别与液晶显示模块的RW、E、RS相连接，向液晶显示模块输出显示信息。


4.如权利要求2所述的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，其特征在于，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法的在输出驱动和阀故障检测模块中，CTR1～CTR9端分别与微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口连接，接收微控制器模块发出的控制信号，经晶体管驱动放大，驱动继电器输出，输出端I-1～I-9和公共端COM之间分别与1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、减速电机、给水泵相连接，控制其动作；通过线性光耦PC817，检测各个阀的故障状态，检测信号输出端CHK1～CHK7分别与微控制器模块的P4.1～P4.7口相连接，将各阀的故障检测信号送微控制器模块；
步骤和水位检测模块中，检测信号输入端II-1、II-2、II-3分别与水位开关、主接近开关、辅接近开关相连，接收水位开关、主接近开关、辅接近开关的开关信号，经二极管1N5819实现电平转换输出；检测信号输出端D-1、D-2、D-3分别与微控制器模块的P2.3～P2.5口相连接，向微控制器模块发送水位信号和各步骤对应管路切换检测信号，实现水位超限检测和各步骤的管路切换；
硬度检测模块中，输入端III-1、III-2与硬度复合电极的热电偶信号输出端相连接，接收温度信号，经放大器ADA4841放大输出，输出端A-1与微控制器模块的P1.0(ADC0)口相连接，进行模数转换，实现产水温度检测，用来对检测硬度进行温度补偿；输入端III-3与硬度复合电极的硬度信号输出端相连，接收硬度信号，经AD8663和ADA4841放大输出，输出端A-2与微控制器模块的P1.1(ADC1)口相连接，进行模数转换，实现产水硬度检测。


5.如权利要求2所述的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，其特征在于，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法的键盘输入模块中，三个按键的SET、INC、DEC端分别与微控制器模块的P1.5～P1.7相连接，SET为设置键，INC为加1键，DEC为减1键，实现设置步骤初始时间、钠离子交换器切换管路的方式参数；
液晶显示模块中，显示器件为128X64点阵、带背光的液晶显示器OCMJ4X8C，其RW、E、RS端口分别与微控制器模块的P3.0～P3.2相连接，采用串行显示方式，显示运行步骤、运行时间、产水硬度以及阀故障、水位超限、硬度超标报警信息；
存储模块中，存储器件为串行铁电存储器FM24C04-G，串行数据端口SDA、时钟端口SCL和写保护控制端口WP分别与微控制器模块的P2.0、P2.1、P2.2相连接，用于运行步骤、运行时间、步骤管路切换方式参数的存储，实现掉电保护；
电源模块中，采用AC-DC开关电源，功率30W，输入端AC220V为220V单相交流电，输出端DC5V和DC12V分别为直流5V和直流12V，输入交流220V同时为输出驱动和阀故障检测模块的输出接口供电，两路直流输出为其它各模块供电。


6.如权利要求2所述的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，其特征在于，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法对于通过多通道阀切换管路的钠离子交换器，主接近开关和辅接近开关安装在与多通道阀阀芯相连，由减速电机驱动，上面镶嵌有7个金属触点的圆盘上方，通过电缆与步骤和水位检测模块相连，用于检测钠离子交换器各步骤切换管路时所对应的阀芯位置，当主接近开关检测到触点0，同时辅接近开关检测到触点6时，表示多通道阀将管路切换，然后由主接近开关依次检测到触点1～5。


7.一种接收用户输入程序存储介质，其特征在于，所存储的计算机程序使电子设备执行包括下列步骤：
第二步，初次上电，需要通过键盘输入模块根据原水硬度设置初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式，以后掉电再上电不需要设置；
第三步，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，执行不同的控制程序；对于通过多通道阀切换步骤管路的钠离子交换器，由减速电机带动镶有7个金属触点的圆盘旋转，由主接近开关检测各个步骤，辅接近开关与主接近开关配合检测步骤0；对于通过电磁阀切换管路的钠离子交换器，由各个电磁阀的动作实现不同步骤的管路切换；
第四步，在检测产水硬度，检测硬度和温度，按照温度值对硬度进行温度补偿，若产水硬度不达标，自动调整各步骤的运行时间，若超过软件预设的检测次数后，产水硬度仍不能达标，则液晶显示模块显示硬度超标报警信息，系统停...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴清收，白长柱，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37