一种基于总线的电渗析倒极控制系统的制作方法
【专利摘要】一种基于总线的电渗析倒极控制系统，涉及电驱动膜分离。提供利用现场总线和无线通信技术简化控制系统，生产成低本，设备稳定性与抗干扰能力高的一种基于总线的电渗析倒极控制系统。设有上位机、无线信号转换模块、第一无线信号收发器、第二无线信号收发器、总线协议通信模块、CAN总线、数据采集模块、电流功能模块、倒极功能模块、液路功能模块和电源模块。采用了先进的现场总线技术和分布式输入输出模块及无线远程控制技术，显著减少了系统元件和控制接线，减少了生产制造、安装调试的工作量和出错率，降低了功耗，使操作更快捷安全，提高了稳定性和抗干扰能力，大大减少了工程成本。
【专利说明】
一种基于总线的电渗析倒极控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及电驱动膜分离，尤其是涉及一种基于总线的电渗析倒极控制系统。
【背景技术】
[0002]电渗析法作为一种电驱动膜分离技术，具有能量消耗低、药剂耗量少、环境污染小、操作简单、易于实现自动化、水的利用率高等优点，在废水除盐、酸碱分离等方面应用前景广阔;特别是在低浓度废液浓缩、高选择分离方面具有明显的优势。随着电渗析膜成膜技术的发展，电渗析技术已经在海水淡化、废水处理等方面展示了良好的发展潜力和市场前景。突破电渗析膜的制造局限，进行膜电阻率、选择性的调控，实现低能耗、高选择性的电渗析分离已经成为其应用研究的重点，也实现其产业化应用的关键。
[0003]频繁倒极电渗析，是电渗析技术的一次重大突破，大大推动了电渗析技术的发展，扩展了它的应用领域。频繁倒极是指在运行过程中，每隔一定时间，正负电极极性相互倒换一次，因此称其为频繁倒极电渗析，它能自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢，以确保离子交换膜效率的长期稳定性及淡水的水质和水量。实现设备的自动化控制与小型化是电渗析技术推广与应用的核心;但现有控制系统结构复杂限制了设备体积的减小。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于针对现有电渗析技术控制结构复杂、设备成本高等问题，提供利用现场总线和无线通信技术简化控制系统，生产成低本，设备稳定性与抗干扰能力高的一种基于总线的电渗析倒极控制系统。
[0005]本实用新型设有上位机、无线信号转换模块、第一无线信号收发器、第二无线信号收发器、总线协议通信模块、CAN总线、数据采集模块、电流功能模块、倒极功能模块、液路功能模块和电源模块；
[0006]所述上位机通过无线信号转换模块与第一无线信号收发器连接，用于通过CAN总线，向数据采集模块、电流功能模块、倒极功能模块、电源模块发送数据采集指令；
[0007]所述第二无线信号收发器通过总线协议通信模块与CAN总线连接，用于完成上位机与CAN总线之间的无线数据传输；
[0008]所述数据采集模块与CAN总线连接;温度传感器与信号变送器连接组成温度监测模块，压力传感器和信号变送器连接组成压力监测模块，液位传感器和信号变送器连接组成液位监测模块，流量传感器和信号变送器连接组成流量监测模块；
[0009]所述电流功能模块与CAN总线连接；电流传感器和信号变送器连接组成电流监测模块，电流控制器和反应电流PID控制装置组成电流控制模块；
[0010]所述倒极功能模块与CAN总线连接;第一电压传感器和信号变送器连接组成第一电压监测模块，频繁倒极控制器和IGBT桥式倒极电路组成倒极控制模块；
[0011]所述液路功能模块与CAN总线连接;液路控制器、液路控制阀门组和蓄水池组组成液路控制模块；电渗析反应池通过液路功能模块与蓄水池组连接，各类反应室产液经由液路功能模块控制，分流到蓄水池组中的淡水池、浓水池、极水池和废水池;海水经预处理后引入蓄水池组中的原水池;液路功能模块控制蓄水池组为电渗析反应池提供所需反应液；
[0012]所述电源模块与CAN总线连接;第二电压传感器和信号变送器连接组成第二电压监测模块，三相交流电源、整流控制器和IGBT三相桥式整流电路连接组成整流模块，用于为整个系统提供稳定可靠的电能;三相交流电源经整流模块向系统主电路供应直流电，主电路串联电流功能模块和倒极功能模块后连接到电渗析反应池两端的电极，驱动电渗析反应进行。
[0013]本实用新型引入总线，优化的电渗析控制系统，减化了系统结构，促进了电渗析设备小型化发展，也为设备的可靠性的提升开辟了一种新的技术途径。
[0014]本实用新型的有益效果是:采用了先进的现场总线技术和分布式输入输出模块及无线远程控制技术，显著减少了系统元件和控制接线，减少了生产制造、安装调试的工作量和出错率，降低了功耗，使操作更快捷安全，提高了稳定性和抗干扰能力，大大减少了工程成本。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型实施例的控制系统原理框图。
[0016]图2是本实用新型实施例的具体系统结构图。
[0017]图中各标记为:1_上位机，2-无线信号转换模块，3-第一无线信号收发器，4-第二无线信号收发器，5-总线协议通信模块，6-CAN总线，7-数据采集模块，8-电流功能模块，9-倒极功能模块，10-液路功能模块，11-电源模块，12-温度监测模块，13-压力监测模块，14-液位监测模块，15-流量监测模块，16-电流监测模块，17-电流控制模块，18-第一电压监测模块，19-倒极控制模块，20-液路控制模块，21-第二电压监测模块，22-整流模块，23-信号变送器，24-第二电压传感器，25-电流传感器，26-第一电压传感器，27-压力传感器，28-温度传感器，29-流量传感器，30-液位传感器，31-整流控制器，32-电流控制器，33-频繁倒极控制器，34-电渗析反应池，35-液路控制器，36-蓄水池组，37-液路控制阀门组，38-1GBT桥式倒极电路，39-反应电流PID控制装置，40-1GBT三相桥式整流电路，41-三相交流电源。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步的描述。
[0019]参见图1和2，本实用新型实施例包括上位机1、无线信号转换模块2、第一无线信号收发器3、第二无线信号收发器4、总线协议通信模块5、CAN总线6、数据采集模块7、电流功能模块8、倒极功能模块9、液路功能模块10和电源模块11。
[0020]所述上位机I通过无线信号转换模块2与第一无线信号收发器3连接，用于通过CAN总线6，向数据采集模块7、电流功能模块8、倒极功能模块9、电源模块11发送数据采集指令，对生产现场采集的温度、压力、流量、液位等数据，对电渗析反应池的工作电流、工作电压和倒极工作情况，控制系统的电能供应进行监控;并根据程序运行结果或人为操作，通过控制总线，向电流功能模块8、倒极功能模块9、液路功能模块10和电源模块11发出各种调节指令，维持电渗析倒极系统的正常运转。
[0021]所述第二无线信号收发器4通过总线协议通信模块5与CAN总线6连接，用于完成上位机I与CAN总线6之间的无线数据传输。
[0022]所述数据采集模块7与CAN总线6连接;其中，温度传感器28与信号变送器23连接组成温度监测模块12，压力传感器27和信号变送器23连接组成压力监测模块13，液位传感器30和信号变送器23连接组成液位监测模块14，流量传感器29和信号变送器23连接组成流量监测模块15，用于对生产现场电渗析反应池34的温度、压力、反应液进出流量和蓄水池组36的各池液位数据进行采集和上传。
[0023]所述电流功能模块8与CAN总线6连接;其中，电流传感器25和信号变送器23连接组成电流监测模块16，电流控制器32和反应电流PID控制装置39组成电流控制模块17，用于对电渗析反应池34的工作电流进行监测、数据上传和控制，把工作电流控制在反应电流限值内。
[0024]所述倒极功能模块9与CAN总线6连接;其中，第一电压传感器26和信号变送器23连接组成第一电压监测模块18，频繁倒极控制器33和IGBT桥式倒极电路38组成倒极控制模块19，用于监测电渗析反应池34的反应极电压和倒极工作情况，并对反应中的频繁倒极动作进行控制。
[0025]所述液路功能模块10与CAN总线6连接;其中，液路控制器35、液路控制阀门组37和蓄水池组36组成液路控制模块20，用于对电渗析反应池34的反应液的用量和给排进行控制，对反应产生的淡水、浓水、极水和废水进行分流与收集，并为电渗析反应进行原水(海水)供应。电渗析反应池34通过液路功能模块10与蓄水池组36连接，各类反应室产液经由液路功能模块10控制，分流到蓄水池组36中的淡水池、浓水池、极水池和废水池;海水经预处理后引入蓄水池组36中的原水池;液路功能模块10控制蓄水池组36为电渗析反应池34提供所需反应液。
[0026]所述电源模块11与CAN总线6连接;其中，第二电压传感器24和信号变送器23连接组成第二电压监测模块21，三相交流电源14、整流控制器31和IGBT三相桥式整流电路40连接组成整流模块22，用于为整个系统提供稳定可靠的电能。三相交流电源41经整流模块22向系统主电路供应直流电，主电路串联电流功能申旲块8和倒极功能I旲块9后连接到电渗析反应池34两端的电极，驱动电渗析反应进行。
[0027]本实用新型的工作原理是:利用无线通信技术，通过CAN总线6将电渗析反应工业现场的数据采集模块7、电流功能模块8、倒极功能模块9、液路功能模块10和电源模块11与上位机1(含工程师站、操作员站等)连接起来，将采集的测量值和过程信息通过第一无线信号收发器3和无线信号收发器2传输给上位机I，在上位机I对现场工况进行监控，并把上位机I产生的各种控制指令和调整信息通过CAN总线6传输到生产现场的各所需功能模块，实现了工业现场的分布式智能控制及各功能模块与上位机I的通讯。
[0028]通过基于总线的控制与管理，各功能模块协调运作，完成频繁倒极电渗析水处理的流程，反应流程由时长为1.5小时的正向反应阶段和时长为10分钟的反向冲刷阶段两步循环构成。
[0029]所述正向反应阶段，倒极功能模块9控制电渗析反应池34接通正向电压，电流功能模块8对反应工作电流进行监控和调节，使工作电流不超过警戒值;池中海水进行淡化处理，各反应室产液经由液路功能模块10控制，分别进入蓄水池组36中相应的蓄水池;原水池中的反应液经液路功能模块10控制，为电渗析反应池34供水;浓水池中的一部分反应液经液路功能模块10控制，混合相应比例的原水，导入电渗析反应池34循环利用。
[0030]所述反向冲刷阶段，倒极功能模块9控制电渗析反应池34接通反向电压，在液路功能模块10的控制下，将蓄水池组36中原水池中的原水导入电渗析反应池34各反应室中，并把冲刷后产生的废液统一导入到蓄水池组36中的废水池中。
[0031 ]在系统运行过程中，通过各监控模块采集和上传电渗析工业现场的各种测量值和过程信息，在上位机I通过程序界面监视现场各模块、各环节的工作情况，根据生产需要调控整个系统的工作状态，对系统中出现的异常情况快速反应、及时排查故障，维护系统稳定运行。
[0032]本实用新型是一种采用了总线的电渗析倒极控制系统，有助于简化控制系统，促进小型海水淡化设备的推广与应用。具有利用总线通信技术，协调控制频繁倒极电渗析水处理系统的功能。本实用新型采用了先进的现场总线技术和分布式输入输出模块及无线远程控制技术，显著减少了系统元件和控制接线，减少了生产制造、安装调试的工作量和出错率，降低了功耗，使操作更快捷安全，提高了稳定性和抗干扰能力，大大减少了工程成本。
【主权项】
1.一种基于总线的电渗析倒极控制系统，其特征在于设有上位机、无线信号转换模块、第一无线信号收发器、第二无线信号收发器、总线协议通信模块、CAN总线、数据采集模块、电流功能t吴块、倒极功能t吴块、液路功能t吴块和电源t吴块； 所述上位机通过无线信号转换模块与第一无线信号收发器连接，用于通过CAN总线，向数据采集模块、电流功能模块、倒极功能模块、电源模块发送数据采集指令； 所述第二无线信号收发器通过总线协议通信模块与CAN总线连接，用于完成上位机与CAN总线之间的无线数据传输； 所述数据采集模块与CAN总线连接;温度传感器与信号变送器连接组成温度监测模块，压力传感器和信号变送器连接组成压力监测模块，液位传感器和信号变送器连接组成液位监测模块，流量传感器和信号变送器连接组成流量监测模块； 所述电流功能模块与CAN总线连接；电流传感器和信号变送器连接组成电流监测模块，电流控制器和反应电流PID控制装置组成电流控制模块； 所述倒极功能模块与CAN总线连接;第一电压传感器和信号变送器连接组成第一电压监测模块，频繁倒极控制器和IGBT桥式倒极电路组成倒极控制模块； 所述液路功能模块与CAN总线连接;液路控制器、液路控制阀门组和蓄水池组组成液路控制模块；电渗析反应池通过液路功能模块与蓄水池组连接，各类反应室产液经由液路功能模块控制，分流到蓄水池组中的淡水池、浓水池、极水池和废水池;海水经预处理后引入蓄水池组中的原水池;液路功能模块控制蓄水池组为电渗析反应池提供所需反应液； 所述电源模块与CAN总线连接;第二电压传感器和信号变送器连接组成第二电压监测模块，三相交流电源、整流控制器和IGBT三相桥式整流电路连接组成整流模块，用于为整个系统提供稳定可靠的电能;三相交流电源经整流模块向系统主电路供应直流电，主电路串联电流功能模块和倒极功能模块后连接到电渗析反应池两端的电极，驱动电渗析反应进行。
【文档编号】G05D9/12GK205540314SQ201620289399
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】郑高峰, 李明璋, 李梦琦, 姜佳昕
【申请人】厦门大学