靜電水處理器中的智能化開發與應用

江蘇核工業格林水處理有限責任公司 張 凌

1.引言

靜電水處理器是上世紀末發展起來的，它是利用物理方法對循環水、給排水進行防垢、除垢、殺菌、滅藻一種先進方法。由于它成本低、能耗小、無化學污染等優點在國內外得到廣泛的應用。我們格林水處理在靜電水處理方面以前一直處于領先地位，現在市場競爭比較激烈，要想站穩市場推陳出新是必然趨勢。

就市場反饋信息來看，靜電水處理器在各地用戶處理效果不一樣，有的地方效果很好，有的地方效果不明顯，通過研究認為解決的辦法除需要研究水處理的機理外，就是要用根據實時水狀態來自動調整尋找最佳電學參數的智能化電源作水處理器的配套電源，以替代單一固定輸出的配套電源。通過探索改進，我們給處理器提供“最佳電壓”來提高處理效果。

2.開發智能電源的必要性

從技術、使用和維修等幾方面來考慮：

(1)靜電水處理器除垢、防垢機理是流過靜電除垢器的水，在靜電場的作用下，形成正負有序的穩定的鏈狀結構，水偶極子緊緊包圍水中溶解的鹽類離子，使正負離子不能結合，從而防止水垢的生成。同時通過通過靜電場的處理增大水偶極子的偶極距，增強其與鹽類的水合能力，從而提高水垢的溶解速率，達到除垢的效果。“最佳電壓”與水質、水流量、水溫三個因素關系極大，只要一個因素發生變化，“最佳電壓”就要改變。原靜電水處理器配套電源只能輸出單一固定電壓，而在不同的水質狀態中，效果就會有差異。而智能電源根據現場的及時水質、流量、水溫自動搜尋并隨機調整至“最佳電壓”。

圖1 整機方框圖

圖2 軟件方框圖

圖3 可控高壓電源方框圖

(2)原配套電源使用不方便，出現故障不是專業人員沒有辦法排除，而智能電源可讓一般操作工看顯示屏進行操作、排除故障。

(3)靜電水處理器系列有十幾種規格，原電源互換性很差。智能電源把所有規格的電源集于一身，從而形成互換性極強的通用電源。同時智能化電源可隨時自動檢測輸出高壓，并通過“保密字”顯示給維修人員，給維修人員帶來了方便。

3.智能電源原理

智能電源整機分兩大部分：單片機、可控高壓電源。

3.1 整機方框圖及性能指標

3.1.1 方框圖(整機方框圖見圖1)

3.1.2 性能指標

(1)電壓調整范圍：0V-15000V連續可調，精度〈2×10-2，4小時后溫度漂移〈2×10-2，源效應〈2×10-2。

(2)液晶顯示，全部漢字化，顯示內容：格林商標、使用須知、流量及型號預置、溫度及流量實時數據、運行正常(或正常)、檢修提示、警告等。

(3)智能化：隨流量和溫度自動調整輸出高壓，留有通訊接口、主送流量、溫度及運行正常與否的信息給“中控室”；隨時可查閱的“使用說明”和“警告”；出現故障有聲光報警并有相應的“檢修提示”；有停電自恢復功能；有“密碼”檢測高壓和保密功能。

3.1.3 工作原理

由自備流量計接口檢測實時流量或由鍵盤人工預置流量給單片機，再由溫度計接口輸入實時水溫，經單片機處理后摸擬直流低壓植(0-15V)，送可控高壓電源，經振蕩、變壓、整流后輸出直流高壓給水處理器。同時輸出高壓經分壓后取樣再送回單片機，單片機將取樣植和計算機植進行比較，再調整計算機輸出植，調整輸出高壓，這樣反復比較調整，直至與需要的參數植相等。

3.2 單片機軟件方框圖及原理

3.2.1 方框圖(軟件方框圖見圖2)

3.2.2 軟件原理

CPU首先訪問漢字庫，并將儲存格林商標和使用須知等信息調出，依次顯示在液晶屏上，然后顯示“請按設型鍵”，則根據用戶需求設定。軟件系統按順序不斷提示操作者輸入現場數據。如不輸入，半分鐘后系統按前次參數投入運行。并不斷檢測是否有故障。如有則發出聲光報警。如沒有則顯示流量、溫度值。

3.3 可控高壓電源原理及方框

3.3.1 方框圖(如圖3)

3.3.2 可控高壓電源電路圖

3.3.3 工作原理

交流電經變壓器降壓，整流濾波后輸出22V的直流電壓，該電壓加到三端穩壓器的輸入端，其輸出端電壓大小受控制端控制，而控制端受單片機控制。單片機根據流量和溫度將22V通過控制端調整為與流量、溫度相適應的電壓提供給推挽振蕩器，經高壓變壓器升壓、再經五倍整流升壓后，輸出與實時狀態相適應的最佳電壓給水處理器。為了判斷輸出高壓是否準確，再把輸出高壓經分壓取樣后送回單片機比較和計算，把誤差轉換為電壓，送至三端穩壓器控制端進行調整，反復多次直至準確為止。這種閉環電路重要作用就是輸出穩定的高壓值。其穩定度取決于單片機的分辨率。

4.技術保障

4.1 為保證獲得很寬的電壓調整范圍(0-15KV)，又要適合計算機小電壓控制采用了輸入直流12V，振蕩后升壓到3KV的高壓變壓器，再經5倍壓可達15KV，由于單片機電壓可達15V大于12V，高壓留有余地。

4.2 為了保證精度和源效應均小于2×10-2，其一采用三端穩壓器并作降額設計，其二采用閉環控制，計算機計算調整，將輸出電壓的變化控制在千分之一內。因計算機為12位分辨率為1/4096，允許在三個單位以內的變化不調整，所以3/4096以內不調整，超過后自動調節。

4.3 為了保證因溫度變化而引起輸出電壓漂移小于2×10-2，選取元器件非常重要，如分壓取樣不準其精度大大降低，這時電位器選取很關鍵.其他方面的控制也是一樣。

4.4 整機試驗：這里由于涉及單位機密，就不詳細說明。

5.結論

通過我們不斷地實驗，智能電源現已投入使用，并在實踐中不斷改進。隨著工業自動化的發展，中央控制系統得到廣泛應用，我們智能水處理系統預留了通訊接口，主送流量、溫度及運行是否正常的信息給“中控室”隨時可查閱“使用須知”和“警告”，并根據提示在中控室的計算機鍵盤上進行相應的操作或由PLC進行自動控制。

[1]可靠性工程設計技術[Z].電子工業部第14研究所.

[2]童詩白.模擬電子技術基礎[Z].清華大學電子教研組.