浮动床型钠离子交换自动控制系统及控制方法

专利名称：浮动床型钠离子交换自动控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及水质软化处理设备，尤其是一种浮动床型钠离子交换自动控制系统及控制方法。
背景技术：
浮动床型钠离子交换系统内装有离子交换剂，现一般都采用钠离子交换树脂作为离子交换剂。在水处理过程中，离子交换树脂被装在圆柱型的交换罐体中，形成一定厚度的交换层。制水时原水从交换罐下部进入，从交换罐上部流出，在水保持一定的交换流速的条件下，离子交换树脂由于受水流的冲力而向上浮起至交换罐的顶部，在停止制水时离子交换树脂又由于自身的重力作用而落回罐体底部，故名“浮动床”。钠离子交换系统的工作包括运行与再生两个过程，在运行过程中，原水以一定速度通过离子交换系统的树脂层时，水中的钙、镁离子与树脂中的钠离子进行交换，当树脂的交换达到饱和时就失去了交换能力，出水水质就不能达到软化要求，则要停止工作；然后进行再生过程，用一定浓度的NaCl再生液自上而下流经床层，以恢复交换树脂的交换能力，最后利用正洗将再生废液冲洗干净。
在众多的选用自动控制型钠离子交换设备的系统中(如锅炉水处理系统)，设计单位和使用单位都习惯采用双罐配置，一用一备不间断供水的工作方式。我们通过一台双罐型钠离子交换系统工作和再生的过程举例说明，请看图1所示，为现有技术的浮动床型钠离子交换系统示意图，如交换系统中有两个交换罐1’，当其中一罐的交换能力终结时，电气控制箱2’通过电机驱动组合式旋转阀3’使该罐切换到再生状态，将另一罐由备用状态切换到工作状态。再看图2所示，为现有技术的控制方法流程图，其中每个罐的工作流程都是启动→运行→吸盐→正洗→停止→启动，在流程的运行阶段生产软化水，而当树脂层的交换饱和时则进入吸盐阶段，从盐液罐4’中取出一定浓度的盐液(即再生液)自上而下流经床层，恢复交换树脂的交换能力；而正洗则是指交换罐用一定浓度的盐水再生后，需要进行正向(自下而上)冲洗，将残留的再生废液冲洗干净后等待使用；软化设备再生溶盐用水取自高度上扬若干米(以获取必要的重力压头)的软化出水管道。软化设备的交换周期由控制器中的可调时间继电器控制，工作或停止靠软化水箱的液位控制系统(软化设备以外另行设计和安装的独立控制系统)驱动进水管道上的电磁(动)阀来完成。
但是，现有的水处理设备和技术总是有着种种不近人意之处，具体总结如下(a)未实现系统控制的自动化传统的浮动床型钠离子交换系统为分散式的多点控制方式，未实现从离子交换至软化水箱系统控制的一体化，这种控制方式所采用旋转式机械阀、电动(磁)阀，能耗大，维护成本高；分散式的多点控制不仅增加了操作难度和发生故障的机率，同时也不便于运行管理；控制手段落后，控制精度低。
(b)投入工作产水的瞬间水质出现超标现象每一个具有水处理设备运行经验的人都会有这样的感受，将一台钠离子交换器再生后备用一段时间再启用时，或者是钠离子交换器间断使用的初期产水时，进入软化水箱的软水往往是不合格的。原因就在于钠离子交换器停用期间，已经被交换后吸附于离子交换树指上的钙、镁离子，在交换罐内扩散出来。虽然这些扩散出来的钙、镁离子在以后水的正向流动时仍然会被交换掉，但在交换器每次投入工作产水的瞬间，部分扩散出来钙、镁离子随着产水而进入软化水箱，从而导致软化水箱中的水质超标。这种现象在由专业化验人员操作的手动钠离子交换器启动时，用人工短时间排放的方式将不合格的水放掉。而相对补水量较小而补水频繁的中小型工业锅炉房中，使用没有瞬间排放功能的自动控制型钠离子交换器，软化水箱的补水往往是补补停停，恰好断断续续将含有扩散出来钙、镁离子的水补入软化水箱。这一缺点使得现有自动控制型钠离子交换设备的产水质量受到不利影响，并且造成了水资源的浪费。
(c)软化设备的系统控制阀门设在进水管路上，致使成床时间延长、树脂的再生效率降低，再生剂消耗大以往国内同类设备(如兰州节能软水设备厂、成都节能软水设备厂等)都将系统自动控制阀门设置在进水管路上，如图9中所示，但因软化设备在由停止到运行的转换过程中，管道即要向交换罐充压又要向水箱供水，致使短时间内的交换流速变低、设备成床时间延长，成床条件并不十分理想。
另一方面，在软化水箱不需要补水时，进水阀门处于关闭状态使软化系统无水，导致使用B罐出水再生的A罐整个再生过程可能由此分解成为若干次。由此造成再生剂(盐液)浓度的变化，将影响树脂的再生效率和加大再生剂的消耗。
(d)采用控制出水时间方式计量周期产水量，误差较大由于管道的流量与供水压力关系密切，在众多的工业和民用管道中压力的波动在所难免，在设定的产水时间段内，如产水量小于计算值将增加再生剂的消耗量，而如产水量大于计算值将导致出水不合格。所以，用累计出水时间的方法计算周期产水量并不准确。
综上所述，国内现有的浮动床型钠离子交换系统由于受到其原有的控制技术老化、设备陈旧等不利影响，出水水质不稳定、工作效率低、其市场认可度每况愈下，急需改进。

发明内容
为克服上述现有技术的种种缺陷，特提出本发明的一种浮动床型钠离子交换自动控制系统及控制方法。
本发明的主要目的就是通过微电子技术实现钠离子交换、流量、软化水储存装置的一体化控制，提高工作效率，并实现控制系统的完整性。
本发明的次要目的是通过改进浮动床型钠离子交换系统的工作流程而提高制水质量、节约水资源、降低再生剂(氯化钠)消耗与废液排放，有利于环境保护。
为达成上述目的，本发明首先提出了一种浮动床型钠离子交换自动控制系统，对浮动床型钠离子交换系统实现自动控制，该浮动床型钠离子交换系统包括二个可对硬水进行交替软化的交换罐，罐内装有钠离子交换树脂；该二交换罐的出水口合并成一条软化出水管路，将交换后产出的软化水送入一软化水储存装置；一装有盐液的盐液储存装置，通过与其连接的射流器将盐液与水按一定比例混合后向该二交换罐提供必要浓度的再生用盐液；其中，该控制系统包括一控制器，为整个控制系统的核心，该控制器与该控制系统内的以下各元件相互信号连接；一流量传感器，安装于交换系统的软化出水管路上，将软化水的流量转换为电信号并传输给控制器；一液位检测装置，安装于软化水储存装置，对软化水储存装置的液位进行检测，将液位信息转换为电信号并传输给控制器；交换罐控制阀门，安装于所述二交换罐，接受控制器的控制指令而开启或关闭，对交换罐进行控制；一出水阀，安装于交换系统的软化出水管路上，接受控制器的指令而启闭以控制软化设备是否向软化水储存装置内补水。
本发明的控制器安装于一个控制箱内，该控制箱面板上设有按键和旋钮；该控制器包括单片机，型号为AT89C55，是控制器的核心，内含快闪存储器，储存有系统程序及参数设置、运行数据，该单片机与控制器内的其它部件相连接；可编程并行接口，型号为8255A，是单片机与外部设备之间的接口，接收外部传送的数据、控制命令以及液位的状态信息；时钟芯片，采用DS12887，为系统提供时间控制，并具有掉电记忆和通电自动复位功能；串行通信接口，与外部的微型计算机相连接。
本发明的控制系统还包括一个再生自动增压装置，其进口与所述软化出水管路相连接，出口与所述射流器的喷射管相连接，该再生自动增压装置还与所述控制器相互信号连接。
另外，本发明还提出了一种可通过上述的控制系统实现的控制方法，两个交换罐分别一用一备相互切换对硬水进行交替软化，其中对每个交换罐的控制包括下列步骤A.启动；B.判断该工作的交换罐是否是再生后的首次运行？若是则进行正洗步骤；若否则进行小正洗步骤；C.完成正洗或小正洗后，运行生产软化水；D.该交换罐内的树脂交换能力饱和后，结束运行进行再生吸盐步骤，另一交换罐被切换至启动；E.吸盐步骤结束，本罐停止待用。
另外，在交换罐再生过程中，若同时满足下列二条件，则再生增压装置开启，向射流器提供压力(1)交换罐处于设定的有效再生时间段内；(2)位于软化出水管路上的管路隔膜阀开启。
在该控制系统投入使用前还包括对控制系统的参数进行设置的步骤，其中所需设置的参数包括总交换能力(摩尔值)、流量转换系数(每立方米水流经管道时产生的脉冲数)、正洗时间、小正洗时间、再生时间、原水硬度(毫摩尔值)以及由控制器自动计算产生的每个周期的产水量、时钟；并确定每个交换罐和出水管道隔膜阀的初始位置；在启动步骤后，还包括读取交换罐数据的步骤，即读取控制器的存储器所储存的前述参数设置，并读取流量传感器、和液位电极传来的有关数据。
另外，在运行过程中还包括根据软化水储存装置的液位状态决定该交换罐是进入运行状态、还是进入停止待用状态，具体步骤为将软化水储存装置内的液位电极传来的信号定时与控制器内设定的软化水储存装置液位值比较判断，若软化水储存装置的液位处于正常水位或高水位，该交换罐处于停止待用状态；若软化水储存装置的液位处于低水位，该交换罐则进入运行状态，向软化水储存装置补充软化水；判断所述树脂交换能力是否饱和的步骤包括判断本交换罐剩余水量是否为0？若否，则本罐的交换能力尚未饱和可继续运行；若是，则本罐交换能力已饱和进入吸盐再生步骤，同时切换至另一交换罐开始工作；在运行过程中还包括判断软化水储存装置水位是否达到超高水位或超低水位，若是，则再次检测安装在出水管道上的出水阀的压力驱动分配器，以确定其在关闭或开启的位置，同时发出警告信息。
本发明的优势是1、采用为本系统专门设计的微电子程序控制技术，通过显示屏可直观实时显示每台钠离子交换系统的工作状态、运行数据、交换能力和水箱的液位，极大地简化了控制方式和控制手段，变多点控制为一点控制，优化了控制系统，方便了操作，并大幅度提高了控制系统的可靠性；2、本发明从节约用水的角度出发，在不影响功能性操作的前提下，将交换罐再生后的正洗移至该罐运行前进行，且在每次制水前设计有一个瞬间的小正洗步骤，且可以调整每次运行前的小正洗时间(一般仅为二十秒钟左右)，有效地克服了因杂质扩散而导致的软化水出水瞬间水质超标现象；这对于众多的工业蒸汽锅炉的补水系统来说，克服了其它自动控制型钠离子交换器目前尚未解决的因瞬间水质超标对蒸汽锅炉造成的潜在危害和影响，提高了工业蒸汽锅炉运行的安全性和经济性；3、运用再生自动增压装置为射流器提供必要的压力补偿，当软化水箱不补水时，再生的A罐直接使用经B罐导出的系统供水压力作为射流器的水压(根据国家有关标准规定自动控制型钠离子交换器的工作压力0.2-0.5MPa＜GB/T18300-2001＞，完全可以满足射流器的工作条件，同时该水源为软化水)；当水箱补水时造成系统管道分压导致的压降，此时再生增压泵启动，为射流器的正常工作提供压力补偿；再生自动增压装置的引入虽然并不复杂，但对于保障钠离子交换系统的再生效果来说却至关重要，效果显著；
4、将软化设备的系统控制阀门设在出水管路上而不是设置在进水管路上，这样工作的罐体无论处于停止位置还是运行位置始终带有压力，当系统命令管道液动隔膜阀打开时，带压罐体迅速将处理后的水压入出水管道，罐体内的树脂层象活塞一样浮起，成床条件得到明显改善；同时，由于工作的交换罐始终带有压力，亦可向另一个处于再生的交换罐提供带压软化水，改变了国内同类设备由于供水条件而分段再生的弊端。同时，具有自动和手动的双重控制功能；5、在软化水出水管道上使用了霍尔流量传感器，通过控制器连续计量产水量，周期产水量控制精确，误差小；6、系统装有串行的通信接口，以便与外部的计算机相连接，提高了钠离子交换设备的控制水平，更适用于现代化的中控管理。


图1为现有技术的浮动床型钠离子交换系统示意图；图2为现有技术的控制方法流程图；图3为本发明的浮动床型钠离子交换自动控制系统示意图；图4为本发明的控制方法流程图；图5为本发明的控制器的电路图；图6为本发明的控制箱面板外观图；图7为本发明的组合式液动控制阀门工作状态示意图；图8为本发明的直流电机接口图。
具体实施例方式
下面以一个实施例来对本发明的系统结构及工艺流程进行进一步的说明。
请看图3所示，为本发明的浮动床型钠离子交换自动控制系统示意图；该浮动床型钠离子交换自动控制系统，包括二个可对硬水进行交替软化的交换罐A、B，内装有交换树脂；A、B交换罐的出水口合并成一条软化出水管路，将生产出的软化水送入一软化水箱；一内装再生用盐液的盐液箱，向该二交换罐提供再生用盐液。
而本发明不同于现有技术之处首先是在本发明的交换系统中，增加了一个较为完整的自动控制系统，该自动控制系统包括一控制器1，是整个控制系统的核心，装于一个控制箱内，控制箱面板上设有复数个控制按键和旋钮；一霍尔流量传感器2，安装于交换系统的软化出水管路上，将软化水的流量转换为脉冲信号并传输给控制器1；一电极式液位装置3，它的电极传感器设于软化水箱内部，可根据实际使用情况选择不同的设置高度，从上往下依次为超高水位31、高水位32、正常水位33、低水位34和超低水位(即共用极)35五个电极，当软化水箱内的水位仅与超低水位35单独接触时，为超低水位，当软化水箱内的水位与超低水位35和低水位34接触时，为低水位；当软化水箱内的水位与超低水位35、低水位34和正常水位33接触时，为正常水位；当软化水箱内的水位与超低水位35、低水位34、正常水位33和高水位32接触时，为高水位；当软化水箱内的水位与超低水位35、低水位34、正常水位33、高水位32和超高水位31全部接触时，为超高水位；两组阀门系统4、5，分别安装于所述A、B交换罐，用于对交换罐进行运行状态、停止状态、吸盐状态、正洗状态、反洗状态(仅限手动)的控制，本实施例采用组合式液动控制阀门，其具体工作原理容后再详述，当然两组阀门系统4、5也可采用其它形式的阀门；一管路隔膜阀6，也安装于交换系统的软化出水管路上，通过一个压力分配器(图中未示)与控制器1连接，接受控制器的控制信号执行开启、或关闭动作，控制流入软化水箱的软化水产出量；与以往技术不同，本发明将管路隔膜阀6安装于交换系统的软化出水管路上，而不是设置在进水管路上，这使得工作的罐体无论处于停止位置还是运行位置始终带有压力，当系统命令管道液动隔膜阀6打开时，带压罐体迅速将处理后的水压入出水管道，罐体内的树脂层象活塞一样浮起，成床条件得到明显改善；另外，在现有技术的备用罐再生过程中，如恰好遇到交换罐向软化水箱送水而造成再生用的射流器(图中未示)的喷射口水压减小，使得从射流器混合管所吸入的饱和盐水量减少，导致进入再生罐内的盐液浓度降低，树脂的再生效果差，继而工作时产生的软化水质量下降，周期缩短。为克服上述缺陷，本发明运用再生自动增压装置为射流器提供压力补偿。在本实施例中，该再生自动增压装置为一个自动增压泵7，其进口与所述软化出水管路相连接，出口与所述射流器的混合管相连接，并根据控制器1的指令启闭为该射流器提供压力补偿，其控制原理容后再述。
参见图5为本发明的程序控制部分1的电路图，程序控制部分1是以单片机11为核心，采用ATMEL公司的闪电存储器型控制器AT89C55，其中内含Flash存储器，编程/擦写全部采用电实现，可以进行1000次擦写操作，数据不易挥发；而且AT89C55是以8031为核心构成的，它和MCS-51系列单片机兼容，非常适用于取代以前由8051单片机为基础构成的系统。系统采用AT89C52单片机后，由于无需外部扩展程序存储器，简化了系统的设计。
程序控制部分1除了单片机11外，还包括下列部分——时钟芯片12，采用DS12887，是跨越2000年的时钟芯片，过去采用2位数表示年度的日历系统在该芯片中用4位数来表示。它是时钟芯片DS1287的增强型品种。DS12887采用24引脚双列直插式封装，芯片的晶体振荡器、振荡电路、充电电路和可充电锂电池等一起封装在其上方，组成一个加厚的集成电路模块。芯片内部有专门的接口电路，从而使其与各种微处理器的接口大大简化。DS12887为系统提供时间控制，通过软件编程，实现极为方便准确。同时，由于DS12887具有可充电锂电池和充电电路，程序控制中做到了掉电记忆和通电自动复位。
——芯片13，型号为X25045，把三种常用的功能——看门狗定时，电源电压监视和串行EEPROM组合在单个封装芯片之内，减少了对电路板空间的要求，并增加了可靠性。看门狗定时器提供了独立的保护系统，当系统有故障时，在可选的超时周期之后，将以RESET信号作出响应。电源电压监视可以保护系统免受电压状态的影响，当Vcc降到最小Vcc转换点以下时，系统复位，一直确保Vcc返回到合适的工作电压并稳定为止。X25045内有32KB存储空间，作为非易失存储器保存系统所设置的各种参数，数据可擦写次数105次，数据保存100年。
——串行通信接口14，控制器1可与外部的微型计算机(未图示)相连接，它们之间的通讯采用RS232-C串行总线接口标准。电路采用MAX232芯片作为电平转换，将控制器1的各种信息传送至微型计算机以达到过程监控的需要。
——液晶显示器15，用于实时显示每台交换罐的工作状态(包括运行、再生、停止、及正洗)、参数设置、运行数据、交换能力、及交换罐和水箱的水位状态图形(包括“超高、高、正常、低、超低”液位状态)；本系统采用的是点阵式图形液晶显示器T6963C，能直接与51系列单片机直接接口，可以图形方式、文本方式及图形和文本合成方式进行显示，以及文本方式下的特征显示，还可以实现图形拷贝操作。在交换罐再生后的首次运行时，该LCD液晶显示器可以罐体内实影部分和数字结合为100％，并根据软化水制水量以5％的量值为单位将该影部分和数字递减，以实时显示每台交换罐的工作状态。该LCD液晶显示器具有低工作电压、微功耗，能使用CMOS直接驱动等特点；人机界面友好，显示直观、准确。
——并行接口16，由于系统资源需要扩展I/O口，在本实施例中采用可编程并行接口8255A，作为单片机与外部设备之间的接口，用来读取键盘传送的数据、控制命令以及液位的状态信息。并行接口16与控制面板的按键K1～K8相连接，接受按键控制指令；与液位检测电路161相连接，读取软化水箱的“超高、高、正常、低、超低”液位状态；并行接口16还连接固态继电器122，继电器122的吸合与断开以达到对前述自动增压泵7的控制；另外，还连接有一个蜂鸣器121，在液位超高、或超低时输出报警信号。
前述自动增压泵7的控制原理再详述如下当A罐的交换能力终结时，控制器通过阀门使A罐切换到再生状态，将B罐由切换到工作状态。这时A罐将进入再生过程(包括吸盐置换、正洗)，一方面，进水管道要向二只同样口径的管道供水(一只用于B罐生产软化水，另一只用于A罐供给反洗、正洗用水)，另一方面，因本控制系统所要控制的交换系统，是采用射流器(图中未示)的方式吸取盐液箱中的饱和盐液，即通过与其连接的射流器将盐液与水按一定比例混合后向二交换罐提供必要浓度的再生用盐液；也就是说，再生的A罐直接使用经B罐导出的系统供水压力作为射流器的水压，即A罐的再生液由B罐生产出的软化水水压通过射流器按一定比例混入饱和盐液来提供；若这时B交换罐产出的软化水恰好正在向水箱供水，则将导致了输送到射流器喷射管的水压必然明显减小，而直接导致射流器吸入管负压的减小所吸入的饱和盐水量减少，使进入交换罐内的盐液浓度降低，甚至不能吸入盐液。简单地说，管道的分压作用将直接影响到A交换罐再生效果。
因此，为解决这一问题，本发明在软化水出水管路与射流器的喷射管之间加装了一个自动增压泵7，在交换罐再生过程中，当①其中的一个交换罐处于设定的有效再生时间段内、且②位于软化出水管路上的管路隔膜阀开启时，则控制器1指令与再生增压泵7的驱动电机相接的固态继电器162的输出端输出220V工作电压，从而启动再生增压泵7自动增压泵7开启，为该射流器提供压力补偿。若不能同时满足上述二条件，则控制器1指令固态继电器162断开，自动增压泵7关闭。
其中上述的液位检测电路161，采用高阻抗放大器LM339及光电耦合器，从而对地电位差干扰具有很强的抑制能力，而且又很强的抑制电磁干扰的能力，接口简单，信息准确。该液位检测电路161与电极式液位装置3相连接(请同时参考图3所示)，接受电极超高水位31、高水位32、正常水位33、低水位34传来的信号。
下面再结合图6、7对上述的管道隔膜阀6、及组合式液动控制阀门4、5进行详述，图6为本发明的控制箱面板外观图，上部为自动控制面板，下部为手动控制面板；控制箱下部的三个手动旋钮从左到右分别控制管道隔膜阀6、A罐组合式液动控制阀门4、及B罐组合式液动控制阀门5。其中管道隔膜阀6的控制旋钮，通过管道隔膜阀6的启闭实现是否向软化水箱补水；A罐组合式液动控制阀门4的控制旋钮，可对A罐进行运行、停止、吸盐、反洗、正洗五个功能的控制；B罐组合式液动控制阀门5的控制旋钮，可对B罐进行运行、停止、吸盐、反洗、正洗五个功能的控制。在上述三个旋钮的背后还分别安装了三个低压微型电机MOTOA、B、C(参见图8所示的直流电机驱动电路)，使之分别带动三个水压分配器按规定的方向定位旋转，接受程序控制部分的指令。两台组合式液动控制阀门4、5，分别安装于所述二交换罐，每台组合式液动控制阀门包括6个阀室，该6个阀室分别连接硬水进水管、软化水出水管路、盐液储存装置、交换罐的上下水管、及排污管，该6个阀室根据控制状态的需要而被分别设定为开启、关闭两组(参见图7)，且每台组合式液动控制阀门分别连接有一压力分配器(图中未示)，每一压力分配器分别与控制器1通过一电机电连接，控制器1向该电机发出控制指令驱动电机带动压力分配器定位旋转，以对交换罐A、B进行运行状态、停止状态、吸盐状态、正洗状态的控制；分配器根据工艺需要将水压(这种压力取自于本交换系统的管道自身的水压)分成导入和导出两组，分别与组合式液动控制阀门4或5各阀室的控制一侧相连接，将水压经分配器传递给需要关闭的一组阀室(导入)，同时使需要开启的一组阀室的导压管与大气相通而释放掉原有的水压(导出)。图7即本发明使用的组合式液动控制阀门4、5的工作状态示意图。上述控制过程可以是自动方式由电机驱动压力分配器，也可以用手动旋钮驱动，由此可以实现自动和手动两种控制方式，手动控制方式一般是在特殊情况下，如软化水箱水位超高、或超低时采用的备用方式，也可用于停电状态下的操作。
以下将结合附图详述本发明的浮动床型钠离子交换自动控制系统的控制方法。
该控制系统投入使用前首先要对控制系统的参数进行设置，其中所需设置的参数包括总交换能力(摩尔值)、流量转换系数(每立方米水流经管道时产生的脉冲数)、正洗时间(分钟)、小正洗时间(秒)、再生时间(分钟)、原水硬度(毫摩尔值)以及由控制器自动计算产生的每个周期的产水量(立方米)、时钟等；并确定每个交换罐和出水管道隔膜阀的初始位置。
这里给出一个参数设置的具体实施例两台交换罐各装填1000 L树脂，当地原水硬度为5mmol/l，经查阅手册和现场校准霍尔效应流量传感器每立方米水产生7002个脉冲，调试时260升24％的氯化钠溶液在40min被吸完，10min大正洗时间(每台交换罐再生后首次工作前)出水合格，15sec小大正洗时间(每台交换罐每次制水前)出水合格，具体参数设置方法如下·打开钠离子交换程序控制器电源，使其显示第三屏内容(此屏内容在设置完成后不需改变的情况下，可以通过拔跳线的方式不使其显示，避免无关人员随便改写设置内容。)；·液晶屏显示以下设置内容总交换容量，流量系数，大正洗时间和小大正洗时间，操作者可以利用面板上的上、下、左、右和功能键进行设置，如总交换容量800mol(树脂的有效工作交换容量取800mol/m3)流量系数7002大正洗时间10min(取调试试验值)小大正洗时间15sec(取调试试验值)·设置完成后拔下跳线关闭控制器电源，二十秒钟后重新开启电源，设置的参数就被记忆在钠离子交换程序控制器中，如要改变设置的参数仅需将跳线插入(断电状态下)，重新开启电源重复上述设置操作即可。
·第三屏设置完成重新开启电源后的第一屏显示内容(可以显示有关公司的信息)是过渡屏，此时控制部分正在对各原始位置进行自检，自检完成后转入第二屏。
·第二屏为设备运行时参数、工作状态的图文显示，第二屏中有以下参数需要设置(同样利用控制面板上的各功能键进行设置)原水硬度 5mmol/l再生时间 70min(吸盐时间加置换时间)电子表时间的设置上述设置完成后按确定键，这样钠离子交换程序控制器的参数设置全部完成。参数设置完成后，承前所述，在本发明中两个交换罐A、B分别一用一备相互切换对硬水进行交替软化，请结合参考图4，其中对每个交换罐的控制包括下列步骤A.启动；B.先进入停止状态，控制器1开始读取交换罐的数据；C.然后根据软化水箱的液位状态决定该交换罐是进入运行状态、还是进入停止待用状态；D.再判断该工作的交换罐是否是再生后的首次运行？若是则进行正洗步骤；若否则进行小正洗步骤；E.完成正洗或小正洗后，运行生产软化水；F.该交换罐内的树脂交换能力饱和后，结束运行进行再生吸盐步骤，另一交换罐被切换至启动；G.吸盐步骤结束，本罐停止待用。
以下详述步骤A-G的控制过程步骤A、B——启动后，首先要读取控制器1的存储器所储存的前述参数设置，并读取流量传感器2、和液位电极3传来的有关数据；步骤C——判断软化水箱水位的方法具体为通过软化水箱内的液位电极3传来的信号定时与控制器1内设定的软化水箱液位值比较判断，若软化水箱的液位处于正常水位或高水位，则管道隔膜阀6应为关闭状态，该交换罐处于停止待用状态；若软化水箱的液位处于低水位，则管道隔膜阀6开启，使该交换罐则进入运行状态，向软化水箱补充软化水；步骤D——再判断该次启动是否是本罐再生后的首次运行？若是则进行正洗步骤，若否则进行小正洗步骤。交换罐用一定浓度的盐水再生后，需要进行正向冲洗，将残留的再生废液冲洗干净后等待使用。在前面我已特别提到钠离子交换器在等待过程中因杂质扩散而导致瞬间出水水质超标现象，运行前仍然需要进行瞬间正洗。对照图2、及图4可明显看出本发明的控制方法与以往不同之处首先在于将正洗移至运行前，且增添了一个可以调整每次运行前正洗时间长短的小正洗功能，瞬间的(一般仅为二十秒钟左右)放掉含有杂质的水，这样每个交换罐在每次再生后的运行中均可省略一次瞬间小正洗，在保证水质的同时又尽量降低再生水耗。本发明通过将实际正洗、小正洗时间与控制器内已设定的正洗、小正洗时间参数进行比较的方法，判断正洗、小正洗是否结束，在一个实施例中，可将正洗时间设定为10分钟，小正洗时间设定为15秒。
步骤E——接着，进行运行生产软化水；在运行的过程中，根据软化水箱的液位状态决定该交换罐是进入运行状态、还是进入停止待用状态；具体判断方法如前所述；步骤F——在运行的过程中步骤C与D之间，还要判断本罐剩余水量是否为0？控制器1根据编制的程序内容，开始累计安装在软化出水管道上的霍尔效应流量转换器2发出的脉冲信号，在累计脉冲信号的过程中与设置的流量系数(XXXX脉冲/立方米水)进行比较，并同时在显示屏幕上的剩余水量一栏中递减剩余水量，当剩余水量递减为0(立方米水)时，表示本罐的树脂已经交换终结，则本罐需要进行吸盐再生步骤，同时切换至另一交换罐开始工作。若经判断上述本罐剩余水量不是0，则表示本罐的树脂尚未饱和，则本罐继续工作。
在交换罐再生过程中，若同时满足下列二条件，意味着再生用射流器的喷射水压减小，使所吸入的饱和盐水量减少，则与再生增压泵7的驱动电机相接的固态继电器162的输出端输出220V工作电压，从而启动再生增压泵7，向射流器提供压力改善再生条件(a)其中的一个交换罐处于设定的有效再生时间段内(如两个交换罐其中一个失效后进入再生状态，再生的时间设定为90分钟，那么其中的一个交换罐已经开始再生及90分钟时间就是条件之一)。
(b)位于软化出水管路上的管路隔膜阀开启，即设备正在向软化水箱供水(造成再生时射流器射流压力低的直接原因，正由于是设备正在向软化水箱供水造成的管道分压，所以当控制器1对控制水箱液位的管道液动隔膜阀6驱动装置发出开启命令的同时，也向再生增压泵7发出开启的命令)。
而当上述两个条件缺少一个时，则固态继电器的输出端无工作电压输出，射流器无须增压，停止工作。
另外，为了确保系统的正常运行，本控制系统还设置有一个软化水水箱的水位超高或超低报警的程序，具体是通过软化水箱内的液位电极3传来的信号定时与控制器1内设定的软化水箱超高水位、及超低水位值比较判断，若是，则再次检测安装在出水管道上的管道隔膜阀6的压力驱动分配器，以确定其在关闭或开启的位置，同时发出警告信息。这种警告信息可以是通过蜂鸣器发出警告声音及/或利用灯光报警，并同时在显示屏幕上进行显示，以提示操作人员采取措施，查看管道隔膜阀6的压力驱动分配器，必要时可手动操控如图6所示的按钮调整系统的自动运行。
虽然本发明已比较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明之保护范围当视权利要求书范围所界定者为准。
权利要求
1.一种浮动床型钠离子交换自动控制系统，对浮动床型钠离子交换系统实现自动控制，该浮动床型钠离子交换系统包括二个可对硬水进行交替软化的交换罐，罐内装有钠离子交换树脂；该二交换罐的出水口合并成一条软化出水管路，将交换后产出的软化水送入一软化水储存装置；一装有盐液的盐液储存装置，通过与其连接的射流器将盐液与软化水按一定比例混合后向该二交换罐提供必要浓度的再生用盐液；其特征是该控制系统包括一控制器，为整个控制系统的核心，该控制器与该控制系统内的以下各元件相互信号连接；一流量传感器，安装于交换系统的软化出水管路上，将软化水的流量转换为电信号并传输给控制器；一液位检测装置，安装于软化水储存装置，对软化水储存装置的液位进行检测，将液位信息转换为电信号并传输给控制器；交换罐控制阀门，安装于所述二交换罐，接受控制器的控制指令而开启或关闭，对交换罐进行控制；一出水阀，安装于交换系统的软化出水管路上，接受控制器的指令而启闭以控制软化设备是否向软化水储存装置内补水。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征是该控制器安装于一个控制箱内，该控制箱面板上设有按键和旋钮；该控制器包括单片机，型号为AT89C55，是控制器的核心，内含快闪存储器，储存有系统程序及参数设置、运行数据，该单片机与控制器内的其它部件相连接；可编程并行接口，型号为8255A，是单片机与外部设备之间的接口，接收外部传送的数据、控制命令以及液位的状态信息；时钟芯片，采用DS12887，为系统提供时间控制，并具有掉电记忆和通电自动复位功能；串行通信接口，与外部的计算机相连接。
3.如权利要求1所述的控制系统，其特征是该控制系统还包括一个再生自动增压装置，其进口与所述软化出水管路相连接，出口与所述射流器的喷射管相连接，该再生自动增压装置还与所述控制器相互信号连接。
4.如权利要求2或3所述的控制系统，其特征是可编程并行接口与控制箱面板的按键相连接，接受按键控制指令；该并行接口与液位检测电路相连接，读取软化水储存装置的“超高、高、正常、低、超低”液位信号；该并行接口还连接有一个继电器，该继电器与所述自动增压装置相连接，当①其中的一个交换罐处于设定的有效再生时间段内、且②位于软化出水管路上的管路隔膜阀开启时，则控制器通过该并行接口指令该继电器输出工作电压，而启动所述再生增压装置；该并行接口还连接有一个蜂鸣器，在液位超高、或超低时输出报警信号。
5.如权利要求4所述的控制系统，其特征是该流量传感器为霍尔流量传感器；该液位检测装置为电极式液位装置，包括5个电极传感器，设于软化水储存装置内从上往下依次为超高水位、高水位、正常水位、低水位和超低水位；其中该超低水位电极为共用极；该交换罐控制阀门为两台组合式液动控制阀门，分别安装于所述二交换罐；该出水阀为管道隔膜阀；上述三阀门分别与三个压力分配器相连接，而该三个压力分配器分别与三个电机电连接，由该三个电机分别接受控制器指令带动所连接的压力分配器定位旋转，实现相关阀门的启闭；其中每组组合式液动控制阀门有6个阀室分别连接硬水进水管、软化水出水管、盐液储存装置、交换罐的上下水管、及排污管，上述阀室在不同的功能状态下分别被设定成开启和关闭两组；控制器发出控制指令使驱动电机带动压力分配器定位旋转，通过压力的导出和导入驱动该组合式液动控制阀门的两组阀室的开启及关闭，而对交换罐进行运行状态、停止状态、吸盐状态、正洗状态的控制。
6.如权利要求2所述的控制系统，其特征是该单片机还连接一点阵式图形液晶显示器，型号为T6963C，显示每台交换罐的工作状态、参数设置、运行数据、交换能力、及交换罐和水箱的水位状态图形；所述的参数设置包括总交换能力(摩尔值)、流量转换系数(每立方米水流经管道时产生的脉冲数)、正洗时间、小正洗时间、再生时间、原水硬度(毫摩尔值)以及由控制器自动计算产生的每个周期的产水量、时钟。
7.一种通过如权利要求1所述的控制系统实现的控制方法，两个交换罐分别一用一备相互切换对硬水进行交替软化，其特征是对每个交换罐的控制包括下列步骤A.启动；B. 判断该工作的交换罐是否是再生后的首次运行？若是则进行正洗步骤；若否则进行小正洗步骤；C.完成正洗或小正洗后，运行生产软化水；D.该交换罐内的树脂交换能力饱和后，结束运行进行再生吸盐步骤，另一交换罐被切换至启动；E.吸盐步骤结束，本罐停止待用。
8.如权利要求7所述的方法，其特征是在交换罐再生过程中，若同时满足下列二条件，则再生增压装置开启，向射流器提供压力(a)交换罐处于设定的有效再生时间段内；(b)位于软化出水管路上的管路隔膜阀开启。
9.如权利要求7所述的方法，其特征是在该控制系统投入使用前还包括对控制系统的参数进行设置的步骤，其中所需设置的参数包括总交换能力(摩尔值)、流量转换系数(每立方米水流经管道时产生的脉冲数)、正洗时间、小正洗时间、再生时间、原水硬度(毫摩尔值)以及由控制器自动计算产生的每个周期的产水量、时钟；并确定每个交换罐和出水管道隔膜阀的初始位置；在启动步骤后，还包括读取交换罐数据的步骤，即读取控制器的存储器所储存的前述参数设置，并读取流量传感器、和液位电极传来的有关数据。
10.如权利要求7所述的方法，其特征是在运行过程中还包括根据软化水储存装置的液位状态决定该交换罐是进入运行状态、还是进入停止待用状态，具体步骤为将软化水储存装置内的液位电极传来的信号定时与控制器内设定的软化水储存装置液位值比较判断，若软化水储存装置的液位处于正常水位或高水位，该交换罐处于停止待用状态；若软化水储存装置的液位处于低水位，该交换罐则进入运行状态，向软化水储存装置补充软化水；判断所述树脂交换能力是否饱和的步骤包括判断本交换罐剩余水量是否为0？若否，则本罐的交换能力尚未饱和可继续运行；若是，则本罐交换能力已饱和进入吸盐再生步骤，同时切换至另一交换罐开始工作；在运行过程中还包括判断软化水储存装置水位是否达到超高水位或超低水位，若是，则再次检测安装在出水管道上的出水阀的压力驱动分配器，以确定其在关闭或开启的位置，同时发出警告信息。
全文摘要
一种浮动床型钠离子交换自动控制系统及控制方法，该交换系统包括二个可对硬水进行交替软化的交换罐、一软化水储存装置、一盐液储存装置；本发明的控制系统包括一控制器，为整个控制系统的核心；一流量传感器，安装于交换系统的软化出水管路上；一液位检测装置，安装于软化水储存装置；交换罐控制阀门，安装于二交换罐，接受控制器的控制指令对交换罐进行控制；一出水阀，安装于软化出水管路上，控制软化设备是否制水；本发明的系统实现了浮动床型钠离子交换系统的一体化控制；而本发明的方法主要是将交换罐再生后的正洗移至该罐运行前进行，且在每次制水前有一小正洗步骤，克服了软化水出水瞬间水质超标现象；总之，本发明可提高工作效率，并可提高制水质量、节约水资源、降低再生剂消耗与废液排放，有利于环保。
文档编号B01J47/00GK1506166SQ0215552
公开日2004年6月23日 申请日期2002年12月9日 优先权日2002年12月9日
发明者韩平, 韩 平 申请人:韩平, 韩 平