酸性氧化電位水生成器自動控制系統的設計

朱燕叢++孫大鵬++李亞杏

摘要：酸性氧化電位水不僅具有良好的殺滅病原微生物的作用，還具有對機體和組織無刺激性、無殘留性酸性、富含游離氧、對創面有輕度的麻醉作用等優點。文章的研究目的是設計出一種以歐姆龍PLC為核心的高效連續的酸性氧化電位水生成器控制系統，并運用PID進行自動調節，實現酸性氧化電位水控制系統的自動化

制水。

關鍵詞：PLC；PID；酸性氧化電位水生成器；自動控制系統；自動化制水

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）19-0017-02

酸性氧化電位水（E1ectrolyzed Oxidizing Water，E0W）是將加入低濃度食鹽（0.1%以下）的自來水在生成器的電解槽中進行電解、在陽極一側生成的電位水。它是一種無色、透明、無刺激性異味的液體，pH值為2.3～2.7，溶解氯濃度僅為50～70ppm，氧化還原電位（ORP）為+1100mV，接觸空氣、光線、有機物，可逐漸還原成普通水。它不僅具有良好的殺滅病原微生物的作用，還具有對機體和組織無刺激性、無殘留性酸性、富含游離氧、對創面有輕度的麻醉作用等優點。氧化電位水及其電解儀于20世紀80年代在日本研制成功，后被廣泛應用到醫學領域，用于醫院消毒以及一些感染性疾病的預防與治療。本文根據公司要求，采用了歐姆龍的CP1H可編程控制器，設計了酸性氧化電位水生成器的控制系統，包括硬件接線、I/O地址分配和程序設計，其中采用的PID調節實現了制水的全自動化。

1 酸性氧化電位水生成器的硬件設計

酸性氧化電位水生成器是根據酸性氧化電位水的制備原理設計的，整個生成器由四部分組成。進軟水部分：由于各個國家和不同地區的水的硬度不同，在電解過程中會影響酸性氧化電位水的質量，減少電極壽命，影響消毒效果。所以在自來水超過硬度50mg/L時應在自來水與酸性氧化電位水之間加一個軟水處理裝置，以保證酸性氧化電位水的質量和消毒質量。混合鹽水部分：為了達到電解槽制備酸性氧化電位水的所需的鹽水濃度和鹽水的量，在混合鹽水階段需要用PLC的PID調節控制軟水泵和鹽泵的轉速，以便控制軟水的流量與鹽水流量，保證所需的鹽水的濃度和量合格。電解鹽水部分：為了使電解槽使用壽命延長，在電解鹽水時每過一段時間進行電解槽的換向電解。在換向時為保證酸性氧化電位水的質量，必須進行電解槽的清洗。出酸水部分：為了實現在酸水箱的水位在酸水下位開關以上時，打開酸水龍頭就能出水，設計了在酸水龍頭打開時，酸水箱中的水流出沖開流量開關，觸發PLC控制酸水泵運轉使酸性氧化電位水可以從酸水的水龍頭流出。

所有過程的設計都是為了酸性氧化電位水符合ORP大于1100mV，pH值為2.0～3.0，有效氯含量為50～70mg/L，殘留氯離子<1000mg/L。每分鐘進水4L，酸水出2L的要求。根據要求設計出如下水路圖1。根據水路圖1設計出如下供電電路圖2。

2 控制系統的組成方案

2.1 控制系統的硬件組成方案

根據實際生產要求，確定使用歐姆龍公司型號為CP1H的PLC為控制器。本系統是一個小型集中控制系統，PLC選型主要取決于控制系統輸入、輸出開關信號的數量、模擬量的輸出等。根據此控制系統要求I/0點數在30左右，并且考慮到系統需要3個模擬量的輸入輸出擴展，我們選擇了性能價格比比較高的歐姆龍CP1H系列機型，其輸入點為24點，輸出點16點，并且內置模擬量，4個輸入2個輸出，精度可達到1/12000。根據設計要求完成了完成PLC的硬件接線如圖3。其中，由于CP1H基本模塊中只有2個D/A轉換，而實際工作中需要3個D/A轉換，因此，在基本模塊上還需要擴展模塊，在此，我們選用MAD11進行擴展。

2.2 控制系統中自動調節部分的軟件組成方案

（1）軟件整體設計。生成器的第一次工作流程為沖洗（30s）、清洗（90s）、電解（600s）、反向電解（300s），然后按照清洗-電解-反向電解進行循環，直到水位達到要求。其中還加入了對水位的監測、加鹽和報警的過程。在整個過程中，由于進水的流量、電解電流以及鹽水濃度都是實時變化的，因此，為了實現整個制水過程的自動化，在編寫程序時加入了PID的調節。

（2）軟水流量PID調節環的參數整定。該控制系統需要4L/min的進水量，用PID調節變頻器轉速從而調節實現軟水流量的控制。軟水流量控制如圖4。

（3）鹽水濃度電導率PID調節環的參數整定。電解鹽水時需要0.05%低濃度的鹽水，需要控制鹽水的濃度來保證鹽水在電解時的合格。圖5是鹽水濃度電導率PID調節環。測電導率實際就是測電阻的倒數，鹽水流過時產生一定的電阻，所以測電導率間接測的是鹽水的濃度。電導率經過A/D數模轉換，信號給PLC，PLC進過PID運算處理后，經過D/A模塊，再經過輔助板放大，來調節鹽泵的轉速。

（4）電解電流PID調節環的參數整定。在制備酸性氧化電位水時需要合適的電解電流來電解鹽水，這里采用控制電壓的方法，因為I=U/R，1/R就是電導率由鹽水濃度電導率PID調節環控制，只要用可控硅控制電解電壓就可以得到我們想要的電解電流。圖6是電解電流PID調節環的原理圖。用電流放大器來檢測電解槽兩端的電流，經過A/D模塊的轉換，傳送到PLC進行PID運算處理后，經D/A模塊輸出，發送給移動觸發器，由可控硅控制調節電壓的大小。

3 結語

PID控制是制備酸性氧化電位水的重要環節，直接影響著酸水的質量，參數的設置就成了調試的關鍵。本文用PLC為控制元件，變頻器、電磁閥、水泵為執行元件，采用PID閉環控制，將PID控制運用到軟水流量、電解電壓、鹽水濃度的控制，實現了制酸水的自動化。整個設計使得系統具有操作簡單、運行可靠、效率高、消毒效果好的優點，同時使得機器的安裝和維修變得更加便利，帶來了很好的經濟效益。

參考文獻

[1] OMRON. CP1H CP1L編程手冊（中文）[M].上海：OMRON公司，2007.

[2] 霍罡.歐姆龍CPlH PLC應用基礎與編程實踐[M].北京：機械工業出版社，2008.

[3] 毛雅琴，曹國芳，邵彩英.酸性氧化電位水在消毒供應中心的應用[J].中國護理管理，2009，

（4）.

[4] 王偉.PID參數先進整定方法綜述[J].自動化學報，2000，（3）.

作者簡介：朱燕叢（1982-），女，山東濟南人，北京工業大學耿丹學院機械系講師，碩士，研究方向：機械控制、機械電子工程。

摘要：酸性氧化電位水不僅具有良好的殺滅病原微生物的作用，還具有對機體和組織無刺激性、無殘留性酸性、富含游離氧、對創面有輕度的麻醉作用等優點。文章的研究目的是設計出一種以歐姆龍PLC為核心的高效連續的酸性氧化電位水生成器控制系統，并運用PID進行自動調節，實現酸性氧化電位水控制系統的自動化

制水。

關鍵詞：PLC；PID；酸性氧化電位水生成器；自動控制系統；自動化制水

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）19-0017-02

酸性氧化電位水（E1ectrolyzed Oxidizing Water，E0W）是將加入低濃度食鹽（0.1%以下）的自來水在生成器的電解槽中進行電解、在陽極一側生成的電位水。它是一種無色、透明、無刺激性異味的液體，pH值為2.3～2.7，溶解氯濃度僅為50～70ppm，氧化還原電位（ORP）為+1100mV，接觸空氣、光線、有機物，可逐漸還原成普通水。它不僅具有良好的殺滅病原微生物的作用，還具有對機體和組織無刺激性、無殘留性酸性、富含游離氧、對創面有輕度的麻醉作用等優點。氧化電位水及其電解儀于20世紀80年代在日本研制成功，后被廣泛應用到醫學領域，用于醫院消毒以及一些感染性疾病的預防與治療。本文根據公司要求，采用了歐姆龍的CP1H可編程控制器，設計了酸性氧化電位水生成器的控制系統，包括硬件接線、I/O地址分配和程序設計，其中采用的PID調節實現了制水的全自動化。

1 酸性氧化電位水生成器的硬件設計

酸性氧化電位水生成器是根據酸性氧化電位水的制備原理設計的，整個生成器由四部分組成。進軟水部分：由于各個國家和不同地區的水的硬度不同，在電解過程中會影響酸性氧化電位水的質量，減少電極壽命，影響消毒效果。所以在自來水超過硬度50mg/L時應在自來水與酸性氧化電位水之間加一個軟水處理裝置，以保證酸性氧化電位水的質量和消毒質量。混合鹽水部分：為了達到電解槽制備酸性氧化電位水的所需的鹽水濃度和鹽水的量，在混合鹽水階段需要用PLC的PID調節控制軟水泵和鹽泵的轉速，以便控制軟水的流量與鹽水流量，保證所需的鹽水的濃度和量合格。電解鹽水部分：為了使電解槽使用壽命延長，在電解鹽水時每過一段時間進行電解槽的換向電解。在換向時為保證酸性氧化電位水的質量，必須進行電解槽的清洗。出酸水部分：為了實現在酸水箱的水位在酸水下位開關以上時，打開酸水龍頭就能出水，設計了在酸水龍頭打開時，酸水箱中的水流出沖開流量開關，觸發PLC控制酸水泵運轉使酸性氧化電位水可以從酸水的水龍頭流出。

所有過程的設計都是為了酸性氧化電位水符合ORP大于1100mV，pH值為2.0～3.0，有效氯含量為50～70mg/L，殘留氯離子<1000mg/L。每分鐘進水4L，酸水出2L的要求。根據要求設計出如下水路圖1。根據水路圖1設計出如下供電電路圖2。

2 控制系統的組成方案

2.1 控制系統的硬件組成方案

根據實際生產要求，確定使用歐姆龍公司型號為CP1H的PLC為控制器。本系統是一個小型集中控制系統，PLC選型主要取決于控制系統輸入、輸出開關信號的數量、模擬量的輸出等。根據此控制系統要求I/0點數在30左右，并且考慮到系統需要3個模擬量的輸入輸出擴展，我們選擇了性能價格比比較高的歐姆龍CP1H系列機型，其輸入點為24點，輸出點16點，并且內置模擬量，4個輸入2個輸出，精度可達到1/12000。根據設計要求完成了完成PLC的硬件接線如圖3。其中，由于CP1H基本模塊中只有2個D/A轉換，而實際工作中需要3個D/A轉換，因此，在基本模塊上還需要擴展模塊，在此，我們選用MAD11進行擴展。

2.2 控制系統中自動調節部分的軟件組成方案

（1）軟件整體設計。生成器的第一次工作流程為沖洗（30s）、清洗（90s）、電解（600s）、反向電解（300s），然后按照清洗-電解-反向電解進行循環，直到水位達到要求。其中還加入了對水位的監測、加鹽和報警的過程。在整個過程中，由于進水的流量、電解電流以及鹽水濃度都是實時變化的，因此，為了實現整個制水過程的自動化，在編寫程序時加入了PID的調節。

（2）軟水流量PID調節環的參數整定。該控制系統需要4L/min的進水量，用PID調節變頻器轉速從而調節實現軟水流量的控制。軟水流量控制如圖4。

（3）鹽水濃度電導率PID調節環的參數整定。電解鹽水時需要0.05%低濃度的鹽水，需要控制鹽水的濃度來保證鹽水在電解時的合格。圖5是鹽水濃度電導率PID調節環。測電導率實際就是測電阻的倒數，鹽水流過時產生一定的電阻，所以測電導率間接測的是鹽水的濃度。電導率經過A/D數模轉換，信號給PLC，PLC進過PID運算處理后，經過D/A模塊，再經過輔助板放大，來調節鹽泵的轉速。

（4）電解電流PID調節環的參數整定。在制備酸性氧化電位水時需要合適的電解電流來電解鹽水，這里采用控制電壓的方法，因為I=U/R，1/R就是電導率由鹽水濃度電導率PID調節環控制，只要用可控硅控制電解電壓就可以得到我們想要的電解電流。圖6是電解電流PID調節環的原理圖。用電流放大器來檢測電解槽兩端的電流，經過A/D模塊的轉換，傳送到PLC進行PID運算處理后，經D/A模塊輸出，發送給移動觸發器，由可控硅控制調節電壓的大小。

3 結語

PID控制是制備酸性氧化電位水的重要環節，直接影響著酸水的質量，參數的設置就成了調試的關鍵。本文用PLC為控制元件，變頻器、電磁閥、水泵為執行元件，采用PID閉環控制，將PID控制運用到軟水流量、電解電壓、鹽水濃度的控制，實現了制酸水的自動化。整個設計使得系統具有操作簡單、運行可靠、效率高、消毒效果好的優點，同時使得機器的安裝和維修變得更加便利，帶來了很好的經濟效益。

參考文獻

[1] OMRON. CP1H CP1L編程手冊（中文）[M].上海：OMRON公司，2007.

[2] 霍罡.歐姆龍CPlH PLC應用基礎與編程實踐[M].北京：機械工業出版社，2008.

[3] 毛雅琴，曹國芳，邵彩英.酸性氧化電位水在消毒供應中心的應用[J].中國護理管理，2009，

（4）.

[4] 王偉.PID參數先進整定方法綜述[J].自動化學報，2000，（3）.

作者簡介：朱燕叢（1982-），女，山東濟南人，北京工業大學耿丹學院機械系講師，碩士，研究方向：機械控制、機械電子工程。

摘要：酸性氧化電位水不僅具有良好的殺滅病原微生物的作用，還具有對機體和組織無刺激性、無殘留性酸性、富含游離氧、對創面有輕度的麻醉作用等優點。文章的研究目的是設計出一種以歐姆龍PLC為核心的高效連續的酸性氧化電位水生成器控制系統，并運用PID進行自動調節，實現酸性氧化電位水控制系統的自動化

制水。

關鍵詞：PLC；PID；酸性氧化電位水生成器；自動控制系統；自動化制水

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）19-0017-02

酸性氧化電位水（E1ectrolyzed Oxidizing Water，E0W）是將加入低濃度食鹽（0.1%以下）的自來水在生成器的電解槽中進行電解、在陽極一側生成的電位水。它是一種無色、透明、無刺激性異味的液體，pH值為2.3～2.7，溶解氯濃度僅為50～70ppm，氧化還原電位（ORP）為+1100mV，接觸空氣、光線、有機物，可逐漸還原成普通水。它不僅具有良好的殺滅病原微生物的作用，還具有對機體和組織無刺激性、無殘留性酸性、富含游離氧、對創面有輕度的麻醉作用等優點。氧化電位水及其電解儀于20世紀80年代在日本研制成功，后被廣泛應用到醫學領域，用于醫院消毒以及一些感染性疾病的預防與治療。本文根據公司要求，采用了歐姆龍的CP1H可編程控制器，設計了酸性氧化電位水生成器的控制系統，包括硬件接線、I/O地址分配和程序設計，其中采用的PID調節實現了制水的全自動化。

1 酸性氧化電位水生成器的硬件設計

酸性氧化電位水生成器是根據酸性氧化電位水的制備原理設計的，整個生成器由四部分組成。進軟水部分：由于各個國家和不同地區的水的硬度不同，在電解過程中會影響酸性氧化電位水的質量，減少電極壽命，影響消毒效果。所以在自來水超過硬度50mg/L時應在自來水與酸性氧化電位水之間加一個軟水處理裝置，以保證酸性氧化電位水的質量和消毒質量。混合鹽水部分：為了達到電解槽制備酸性氧化電位水的所需的鹽水濃度和鹽水的量，在混合鹽水階段需要用PLC的PID調節控制軟水泵和鹽泵的轉速，以便控制軟水的流量與鹽水流量，保證所需的鹽水的濃度和量合格。電解鹽水部分：為了使電解槽使用壽命延長，在電解鹽水時每過一段時間進行電解槽的換向電解。在換向時為保證酸性氧化電位水的質量，必須進行電解槽的清洗。出酸水部分：為了實現在酸水箱的水位在酸水下位開關以上時，打開酸水龍頭就能出水，設計了在酸水龍頭打開時，酸水箱中的水流出沖開流量開關，觸發PLC控制酸水泵運轉使酸性氧化電位水可以從酸水的水龍頭流出。

所有過程的設計都是為了酸性氧化電位水符合ORP大于1100mV，pH值為2.0～3.0，有效氯含量為50～70mg/L，殘留氯離子<1000mg/L。每分鐘進水4L，酸水出2L的要求。根據要求設計出如下水路圖1。根據水路圖1設計出如下供電電路圖2。

2 控制系統的組成方案

2.1 控制系統的硬件組成方案

根據實際生產要求，確定使用歐姆龍公司型號為CP1H的PLC為控制器。本系統是一個小型集中控制系統，PLC選型主要取決于控制系統輸入、輸出開關信號的數量、模擬量的輸出等。根據此控制系統要求I/0點數在30左右，并且考慮到系統需要3個模擬量的輸入輸出擴展，我們選擇了性能價格比比較高的歐姆龍CP1H系列機型，其輸入點為24點，輸出點16點，并且內置模擬量，4個輸入2個輸出，精度可達到1/12000。根據設計要求完成了完成PLC的硬件接線如圖3。其中，由于CP1H基本模塊中只有2個D/A轉換，而實際工作中需要3個D/A轉換，因此，在基本模塊上還需要擴展模塊，在此，我們選用MAD11進行擴展。

2.2 控制系統中自動調節部分的軟件組成方案

（1）軟件整體設計。生成器的第一次工作流程為沖洗（30s）、清洗（90s）、電解（600s）、反向電解（300s），然后按照清洗-電解-反向電解進行循環，直到水位達到要求。其中還加入了對水位的監測、加鹽和報警的過程。在整個過程中，由于進水的流量、電解電流以及鹽水濃度都是實時變化的，因此，為了實現整個制水過程的自動化，在編寫程序時加入了PID的調節。

（2）軟水流量PID調節環的參數整定。該控制系統需要4L/min的進水量，用PID調節變頻器轉速從而調節實現軟水流量的控制。軟水流量控制如圖4。

（3）鹽水濃度電導率PID調節環的參數整定。電解鹽水時需要0.05%低濃度的鹽水，需要控制鹽水的濃度來保證鹽水在電解時的合格。圖5是鹽水濃度電導率PID調節環。測電導率實際就是測電阻的倒數，鹽水流過時產生一定的電阻，所以測電導率間接測的是鹽水的濃度。電導率經過A/D數模轉換，信號給PLC，PLC進過PID運算處理后，經過D/A模塊，再經過輔助板放大，來調節鹽泵的轉速。

（4）電解電流PID調節環的參數整定。在制備酸性氧化電位水時需要合適的電解電流來電解鹽水，這里采用控制電壓的方法，因為I=U/R，1/R就是電導率由鹽水濃度電導率PID調節環控制，只要用可控硅控制電解電壓就可以得到我們想要的電解電流。圖6是電解電流PID調節環的原理圖。用電流放大器來檢測電解槽兩端的電流，經過A/D模塊的轉換，傳送到PLC進行PID運算處理后，經D/A模塊輸出，發送給移動觸發器，由可控硅控制調節電壓的大小。

3 結語

PID控制是制備酸性氧化電位水的重要環節，直接影響著酸水的質量，參數的設置就成了調試的關鍵。本文用PLC為控制元件，變頻器、電磁閥、水泵為執行元件，采用PID閉環控制，將PID控制運用到軟水流量、電解電壓、鹽水濃度的控制，實現了制酸水的自動化。整個設計使得系統具有操作簡單、運行可靠、效率高、消毒效果好的優點，同時使得機器的安裝和維修變得更加便利，帶來了很好的經濟效益。

參考文獻

[1] OMRON. CP1H CP1L編程手冊（中文）[M].上海：OMRON公司，2007.

[2] 霍罡.歐姆龍CPlH PLC應用基礎與編程實踐[M].北京：機械工業出版社，2008.

[3] 毛雅琴，曹國芳，邵彩英.酸性氧化電位水在消毒供應中心的應用[J].中國護理管理，2009，

（4）.

[4] 王偉.PID參數先進整定方法綜述[J].自動化學報，2000，（3）.

作者簡介：朱燕叢（1982-），女，山東濟南人，北京工業大學耿丹學院機械系講師，碩士，研究方向：機械控制、機械電子工程。