一种edi运行能效的系统优化方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种EDI运行能效的系统优化方法，包括步骤数据采集；建立数学模型是在EDI连续进水下，建立EDI实时输出直流电压电流与EDI膜堆需要电压电流之间的数学模型，建立EDI实时输出直流电压电流与EDI瞬时电耗之间的数学模型；分析计算是对建立起来的数学模型，在不同进水流量及不同进水水质、采用不同的EDI整流装置输出电压电流的条件下进行分析计算，得出EDI在不同条件下对应的每吨水电耗预测值；输出与执行是在EDI在当前进水流量及进水水质条件下，计算出预测能达到最小每吨水电耗值所对应的EDI整流装置输出电压电流，作为推荐输出电压电流显示出来，指导运行人员增加或降低EDI当前输出电压电流，或者通过自动程序来调整EDI整流装置输出电压电流。
【专利说明】一种EDI运行能效的系统优化方法及其装置
【技术领域】
[0001]EDI运行能效的系统优化方法及其装置，属于电工、水处理环保【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着经济发展以及工业化步伐的推进，对纯水的生产设备要求越来越高。EDI技术的出现是水处理技术的一次跨越性的进步，越来越多的行业开始使用EDI技术装置进行纯水制备。EDI (电除盐)是巧妙地将电渗析技术和离子交换技术相融合的膜分离深度除盐技术，无需酸碱的化学再生，可制取高质量的纯水。系统主要是在直流电场的作用下，通过隔板的水中电介质离子发生定向移动，利用交换膜(膜堆)对离子的选择透过作用来对水质进行提纯的一种科学的水处理技术。EDI水处理运行再生主要靠电能，影响EDI水处理电耗的主要因素有=(I)EDI进水电导率的影响。在相同的操作电流下，随着原水电导率的增加EDI对弱电解质的去除率减小，出水的电导率也增加。如果原水电导率低则离子的含量也低，而低浓度离子使得在淡室中树脂和膜的表面上形成的电动势梯度也大，导致水的解离程度增强，极限电流增大，产生的H+和OH-的数量较多，使填充在淡室中的阴、阳离子交换树脂的再生效果良好。(2)EDI工作电压-电流的影响。工作电流增大，产水水质不断变好。但如果在增至最高点后再增加电流，由于水电离产生的H+和OH-离子量过多，除用于再生树脂夕卜，大量富余离子充当载流离子导电，同时由于大量载流离子移动过程中发生积累和堵塞，甚至发生反扩散，结果使产水水质下降，电能和除盐的效率较低。通常只有10-20%的直流电流用于移动盐离子，其它的电流都被用来电离水。⑶硬度的影响。如果EDI中进水的残存硬度太高，会导致浓缩水通道的膜表面结垢，浓水流量下降，产水电阻率下降；影响产水水质，严重时会堵塞组件浓水和极水流道，导致组件因内部发热而毁坏。因此，在保证EDI出水水质稳定的前提下，使电能消耗最优化，使每吨水处理电耗降至最低，实现节能减排，已经成为现代工业生产研究的课题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够实时计算分析EDI瞬时电耗及其影响因素之间定量关系的，能够指导运行人员调整EDI装置的输出电压电流到最合理的数值，或者自动调节EDI的输出电流到最经济合理的数值，能够全面进行EDI三个方面技术故障与系统能耗关系分析的，能够有效节约电耗EDI的运行能效的系统优化方法及
其装置。
[0004]本发明的目的通过下述技术方案予以实现:
[0005]所述方法包括步骤数据采集、建立数学模型、分析计算、输出与执行，具体步骤如下:
[0006]步骤一、所述数据采集是获得EDI进水流量、进水水质参数包括电导和硬度、出水水质参数包括电导和硅、EDI整流装置输出电压电流、EDI瞬时电耗；
[0007]步骤二、所述建立数学模型是利用步骤一中获得的参数，在EDI连续进水下，建立EDI实时输出直流电压电流与EDI膜堆需要电压电流之间的数学模型，建立EDI实时输出直流电压电流与EDI瞬时电耗之间的数学模型；
[0008]步骤三、所述分析计算是对步骤二中建立起来的数学模型，在不同进水流量及不同进水水质、采用不同的EDI整流装置输出电压电流的条件下进行分析计算，得出EDI在不同条件下对应的每吨水电耗预测值；
[0009]步骤四、所述输出与执行是在EDI在当前进水流量及进水水质条件下，计算出预测能达到最小每吨水电耗值所对应的EDI整流装置输出电压电流，作为推荐输出电压电流显示出来，指导运行人员增加或降低EDI当前输出电压电流，或者通过自动程序来调整EDI整流装置输出电压电流；
[0010]所述步骤三分析计算之后设置电耗判断程序，在电耗判断程序中，事先设置EDI瞬时电耗、每吨水处理电耗的“提醒值”和“报警值”，在EDI运行期间，如果步骤分析计算的结果高于“提醒值”或“报警值”时，则以提醒或报警方式告诉运行人员需要修正操作方法。
[0011]所述步骤三分析计算之后设置故障判断程序，在故障判断程序中，事先设置正常计算状态下，EDI整流装置输出电压电流与EDI系统瞬时电耗之间的数学模型作为参照模型；在EDI运行制水期间，将步骤分析计算的结果中的EDI整流装置输出电压电流与EDI瞬时电耗之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在EDI进水流量及水质相同的条件下形成的关系曲线差异超过设定值，以报警的方式提醒EDI技术状态出现问题。
[0012]一种用于EDI运行能效的系统优化方法的装置，包括EDI整流调节器，所述EDI整流调节器通过总线连接到中央处理器及存储单元；所述中央处理器及其储存单元连接数据采集设备、输出设备、电源单元；所述数据采集设备包括EDI电耗测量装置、EDI进水流量计、EDI进水电导分析仪、EDI进水硬度分析仪、EDI出水淡水流量、EDI出水电导分析仪、EDI出水硅分析仪、EDI整流电源输出电压电测表、EDI整流电源输出电流电测表；所述中央处理器及储存单元对采集到的EDI瞬时电耗、EDI进水流量及进水水质、EDI整流电源输出电压电流、EDI出水淡水流量及出水水质数据进行分析处理，并将处理结果以数据和或图表方式在显示器上显示出来，用于指导EDI系统运行。
[0013]所述中央处理器及储存单元连接能够提醒或者警示运行人员进行最优化EDI整流输出电压电流操作的语音提示单元和声光报警单元。
[0014]所述输出设备中设置EDI直流电源整流调节器，整流调节器与主机调节器连接。
[0015]所述中央处理器及储存单元连接能够实现人机对话的键盘。
[0016]与原有技术相比，本发明具有以下优点:紧抓EDI水处理系统节能核心问题、针对性强、功能齐全、智能化程度高、结构合理、节能效果明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明装置的结构示意框图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
[0019]方法实施例1:[0020]数据采集:获得EDI系统瞬时电耗、EDI进水流量、EDI进水水质、EDI出水淡水流量、EDI出水水质、EDI整流电源输出电压电流。
[0021]1、建立数学模型:在EDI系统连续进水的条件下，在同一时间轴上，建立EDI实时输出直流电压电流与EDI膜堆需要电压电流之间的数学模型，建立EDI实时输出直流电压电流与EDI瞬时电耗之间的数学模型。
[0022]2、分析计算:是对建立起来的数学模型，在不同进水流量及不同进水水质、采用不同的EDI整流装置输出电压电流的条件下进行分析计算，得出EDI在不同条件下对应的每吨水电耗预测值。
[0023]3、输出与执行:EDI在当前进水流量及进水水质条件下，计算出预测能达到最小每吨水电耗值所对应的EDI整流装置输出电压电流，作为推荐输出电压电流显示出来，指导运行人员增加或降低EDI当前输出电压电流，或者通过自动程序来调整EDI整流装置输出电压电流。
[0024]方法实施例2:
[0025]在方法实施例1的基础上，在步骤分析计算之后设置电耗判断程序，在电耗判断程序中，事先设置EDI瞬时电耗、每吨水处理电耗的“提醒值”和“报警值”，在EDI运行期间，如果步骤分析计算的结果高于“提醒值”或“报警值”时，则以提醒或报警方式告诉运行人员需要修正操作方法。
[0026]方法实施例3:
[0027]在方法实施例1的基础上，在分析计算之后设置故障判断程序，在故障判断程序中，事先设置正常计算状态下，EDI整流装置输出电压电流与EDI系统瞬时电耗之间的数学模型作为参照模型；在EDI运行制水期间，将步骤分析计算的结果中的EDI整流装置输出电压电流与EDI瞬时电耗之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在EDI进水流量及水质相同的条件下形成的关系曲线差异超过设定值，以报警的方式提醒EDI技术状态出现问题。
[0028]装置的实施例:
[0029]如图1所示，本发明的装置，主机的核心部分为中央处理器及储存单元，其中安装专用软件:中央处理器及储存单元连接信号输入装置、执行机构、人机对话单元和提示及报
I=I目.0
[0030]1、中央处理器采用32位ARM主控芯片LPC1752，LPC1752芯片运算速度快，性价比高，并提供丰富的常用外设接口，能很好系统装置使用功能；储存单元包括EEPROM数据存储器，主要由一片CAT24C256组成，用来存储控制系统的历史数据，存储状态数据及处理报
m IR尼、寸ο
[0031]2、信号输入装置；
[0032](1)、EDI电耗测量装置，用于测量EDI瞬时电耗数据。采用成熟的现有技术。
[0033](2)、进水流量，用于测量EDI进水流量。采用成熟现有技术。
[0034](3)、进水电导分析仪，用于测量EDI进水电导。采用成熟现有技术。
[0035](4)、进水硬度分析仪，用于测量EDI进水硬度。采用成熟现有技术。
[0036](5)、出水电导分析仪,用于测量EDI出水电导。米用成熟现有技术。
[0037](6)、出水硅分析仪，用于测量EDI出水硅。采用成熟现有技术。[0038](7)、出水淡水流量计，用于测量EDI出水淡水流量。采用成熟现有技术。
[0039](8)、整流电源输出电压电测仪，用于测量EDI整流模块输出直流电压。采用成熟现有技术。
[0040](9)、整流电源输出电流电测仪，用于测量EDI整流模块输出直流电流。采用成熟现有技术。
[0041]上述9个输入装置获得的数据，全部传递到中央处理控制器及储存单元的专用软件中进行实时分析、计算、比较，指出EDI在运行制水过程中存在的问题，指导运行人员进行EDI系统装置合理利用电能制水，并配有语音提示或者声光报警进行提示。
[0042]3、执行机构为总线控制器，连接整流调节器，最终控制调节EDI整流电源，自动调节EDI整流电源输出电压、电流；也可以手动调节EDI整流电源输出，通过手工调节EDI整流电源输出。
[0043]4、人机对话单元:键盘和显示器。采用成熟的现有技术。
[0044]5、提示和报警装置为:能够指示或者警示运行人员进行优化操作的语音提示单元和声光报警单元。采用成熟的现有技术。
[0045]工作原理:
[0046](一)数据测量和传输
[0047]UEDI电耗测量装置获取EDI系统瞬时电耗，每套EDI装置配一套。
[0048]2、进水流量测量装置获取EDI系统进水流量数据，安装于进水母管，每套EDI装置配一台。
[0049]3、进水电导分析仪装置获取EDI系统进水电导数据，每套EDI装置配一台。
[0050]4、进水硬度分析仪装置获取EDI系统进水硬度数据，每套EDI装置配一台。
[0051]5、出水电导分析仪装置获取EDI系统出水电导数据，每套EDI装置配一台。
[0052]6、出水硅分析仪装置获取EDI系统出水硅数据，每套EDI装置配一台。
[0053]7、出水淡水流量计测量装置获取EDI系统出水淡水流量数据，每套EDI装置配一台。
[0054]8、整流电源输出电压电测仪获取EDI整流电源输出电压数据，每台EDI整流电源配一台。
[0055]9、整流电源输出电流电测仪获取EDI整流电源输出电流数据，每台EDI整流电源配一台。
[0056]将上述数据转换成数字信号，通过RS485总线传递至中央处理器及储存单元保存、分析计算和处理。数据记录的时间间隔为在10-300秒之间可调。
[0057](二)工况设置
[0058]通过键盘和显示器，实现人机对话，设置EDI处理水量，EDI装置可根据处理水量简单分为多水量、正常水量和低水量三种情况，以此选择相应的曲线。所有设置采用已知的方法进行处理。
[0059](三)对于技术节能的数据分析
[0060]通过EDI整流装置输出电压电流与EDI系统瞬时电耗关系曲线判断EDI技术状况。通过这种方法可以对EDI的输出电压电流，出水水质等进行初步判断，在EDI处于良好工况时，通过测量数据建立得出EDI装置输出电压、电流与瞬时电耗关系的数学模型(曲线)，以之作为参照曲线，每套EDI装置的曲线会有不同，在后期运行中，定期对实测的EDI整流装置输出电压电流与瞬时电耗数据进行建模分析。分析方法如下:
[0061]I)如果实测分析得到的曲线明显低于对照曲线，主要原因为EDI进水水质较差，EDI整流输出能效降低
[0062]2)如果分析得到的曲线明显高于对照曲线，主要原因在于EDI进水水质较好，进水处理量偏小
[0063]通过上述方法可以从电耗数据的异常查出故障，及时指出故障方向，指导运行人员进行针对性修理，修复工况，减少电耗的不经济消耗。实际运行EDI系统电耗理想数据为:每吨水处理电耗< 0.lKWh。在EDI系统运行时选择能效比较高的EDI整流电源装置，对提高EDI系统装置的能效也有明显的效果。
[0064](四)数据显示和应用
[0065]1、数据显示
[0066]本装置共有节能操作、EDI整流电源匹配、技术故障分析三个界面。
[0067]节能操作界面显示测量的EDI整流输出电压电流、EDI系统瞬时电耗、EDI进水流量、进水水质、出水淡水流量、出水水质等测量数据，以及EDI系统每吨水电耗等计算数据。显示EDI整流电源推荐输出电压、电流，推荐EDI整流电源输出电压电流为在当前进水量条件下的EDI整流电源经济输出电压电流。
[0068]EDI整流电源匹配，如上节所述:
[0069]EDI设备故障。
[0070]2、相关数据的应用
[0071]经济EDI整流电源输出电压电流的选择，根据推算的数据选择经济EDI整流电源输出电压电流来运行EDI系统，即可达到节约电耗的目的。
[0072]综上所述，所述方法包括通过设计专用软件对EDI电耗及相关数据进行分析处理和显示，用于指导运行人员进行经济EDI系统合理使用电能进行电除盐和EDI系统整流电源的输出设置，能对EDI运行过程中的变化情况进行判断，对影响EDI电耗的技术故障进行分析，从而系统解决EDI节能运行中的主要问题，在实际使用中已取得十分显著的效果；所述装置包括数据采集设备、中央处理器及其存储单元、人机对话设备、输出设备和电源单元等，所述数据采集设备能够对EDI系统运行电耗及各种影响因素的数据进行全面、准确的自动测量和采集，为相关分析提供客观的根据。
【权利要求】
1.一种EDI运行能效的系统优化方法，其特征在于:包括步骤数据采集、建立数学模型、分析计算、输出与执行，具体步骤如下: 步骤一、所述数据采集是获得EDI进水流量、进水水质参数包括电导和硬度、出水水质参数包括电导和硅、EDI整流装置输出电压电流、EDI瞬时电耗； 步骤二、所述建立数学模型是利用步骤一中获得的参数，在EDI连续进水下，建立EDI实时输出直流电压电流与EDI膜堆需要电压电流之间的数学模型，建立EDI实时输出直流电压电流与EDI瞬时电耗之间的数学模型； 步骤三、所述分析计算是对步骤二中建立起来的数学模型，在不同进水流量及不同进水水质、采用不同的EDI整流装置输出电压电流的条件下进行分析计算，得出EDI在不同条件下对应的每吨水电耗预测值； 步骤四、所述输出与执行是在EDI在当前进水流量及进水水质条件下，计算出预测能达到最小每吨水电耗值所对应的EDI整流装置输出电压电流，作为推荐输出电压电流显示出来，指导运行人员增加或降低EDI当前输出电压电流，或者通过自动程序来调整EDI整流装置输出电压电流。
2.根据权利要求1所述的EDI运行能效的系统优化方法，其特征在于:所述步骤三分析计算之后设置电耗判断程序，在电耗判断程序中，事先设置EDI瞬时电耗、每吨水处理电耗的“提醒值”和“报警值”，在EDI运行期间，如果步骤分析计算的结果高于“提醒值”或“报警值”时，则以提醒或报警方式告诉运行人员需要修正操作方法。
3.根据权利要求1所述的EDI运行能效的系统优化方法，其特征在于:所述步骤分析计算之后设置故障判断程序，在故障判断`程序中，事先设置正常计算状态下，EDI整流装置输出电压电流与EDI系统瞬时电耗之间的数学模型作为参照模型；在EDI运行制水期间，将步骤三中分析计算的结果中的EDI整流装置输出电压电流与EDI瞬时电耗之间也建立数学模型作为实时模型，将实时模型与参照模型进行比较，如果上述两个数学模型在EDI进水流量及水质相同的条件下形成的关系曲线差异超过设定值，以报警的方式提醒EDI技术状态出现问题。
4.一种用于EDI运行能效的系统优化方法的装置，其特征在于:包括EDI整流调节器，所述EDI整流调节器通过总线连接到中央处理器及存储单元；所述中央处理器及其储存单元连接数据采集设备、输出设备、电源单元；所述设备采集设备包括EDI电耗测量装置、EDI进水流量计、EDI进水电导分析仪、EDI进水硬度分析仪、EDI出水淡水流量、EDI出水电导分析仪、EDI出水硅分析仪、EDI整流电源输出电压电测表、EDI整流电源输出电流电测表；所述中央处理器及储存单元对采集到的EDI瞬时电耗、EDI进水流量及进水水质、EDI整流电源输出电压电流、EDI出水淡水流量及出水水质数据进行分析处理，并将处理结果以数据和或图表方式在显示器上显示出来，用于指导EDI系统运行。
5.根据权利要求4所述的用于EDI运行能效的系统优化方法的装置，其特征在于:所述中央处理器及储存单元能够提示或者警示运行人员进行最优化EDI整流电源输出操作的的语音提示单元和声光报警单元。
6.根据权利要求4所述的用于EDI运行能效的系统优化方法的装置，其特征在于:所述输出设备中设置总线控制器，总线控制器与整流调节器连接。
7.根据权利要求4所述的用于EDI运行能效的系统优化方法的装置，其特征在于:所述中央处理器 及储存单元连接能够实现人机对话的键盘。
【文档编号】G05B19/418GK103699080SQ201310692619
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】杨平, 王荣, 秦正兵 申请人:南京中电自动化有限公司