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(duì)機(jī)體和組織無(wú)刺激性、無(wú)殘留性酸性、富含游離氧、對(duì)創(chuàng)面有輕度的麻醉作用等優(yōu)點(diǎn)。文章的研究目的是設(shè)計(jì)出一種以歐姆龍PLC為核心的高效連續(xù)的酸性氧化電位水生成器控制系統(tǒng)，并運(yùn)用PID進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)酸性氧化電位水控制系統(tǒng)的自動(dòng)化

制水。

關(guān)鍵詞：PLC；PID；酸性氧化電位水生成器；自動(dòng)控制系統(tǒng)；自動(dòng)化制水

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(lái)水在生成器的電解槽中進(jìn)行電解、在陽(yáng)極一側(cè)生成的電位水。它是一種無(wú)色、透明、無(wú)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(jī)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(duì)機(jī)體和組織無(wú)刺激性、無(wú)殘留性酸性、富含游離氧、對(duì)創(chuàng)面有輕度的麻醉作用等優(yōu)點(diǎn)。氧化電位水及其電解儀于20世紀(jì)80年代在日本研制成功，后被廣泛應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用于醫(yī)院消毒以及一些感染性疾病的預(yù)防與治療。本文根據(jù)公司要求，采用了歐姆龍的CP1H可編程控制器，設(shè)計(jì)了酸性氧化電位水生成器的控制系統(tǒng)，包括硬件接線、I/O地址分配和程序設(shè)計(jì)，其中采用的PID調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了制水的全自動(dòng)化。

1 酸性氧化電位水生成器的硬件設(shè)計(jì)

酸性氧化電位水生成器是根據(jù)酸性氧化電位水的制備原理設(shè)計(jì)的，整個(gè)生成器由四部分組成。進(jìn)軟水部分：由于各個(gè)國(guó)家和不同地區(qū)的水的硬度不同，在電解過(guò)程中會(huì)影響酸性氧化電位水的質(zhì)量，減少電極壽命，影響消毒效果。所以在自來(lái)水超過(guò)硬度50mg/L時(shí)應(yīng)在自來(lái)水與酸性氧化電位水之間加一個(gè)軟水處理裝置，以保證酸性氧化電位水的質(zhì)量和消毒質(zhì)量?；旌消}水部分：為了達(dá)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(diào)節(jié)控制軟水泵和鹽泵的轉(zhuǎn)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(zhǎng)，在電解鹽水時(shí)每過(guò)一段時(shí)間進(jìn)行電解槽的換向電解。在換向時(shí)為保證酸性氧化電位水的質(zhì)量，必須進(jìn)行電解槽的清洗。出酸水部分：為了實(shí)現(xiàn)在酸水箱的水位在酸水下位開(kāi)關(guān)以上時(shí)，打開(kāi)酸水龍頭就能出水，設(shè)計(jì)了在酸水龍頭打開(kāi)時(shí)，酸水箱中的水流出沖開(kāi)流量開(kāi)關(guān)，觸發(fā)PLC控制酸水泵運(yùn)轉(zhuǎn)使酸性氧化電位水可以從酸水的水龍頭流出。

所有過(guò)程的設(shè)計(jì)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(jìn)水4L，酸水出2L的要求。根據(jù)要求設(shè)計(jì)出如下水路圖1。根據(jù)水路圖1設(shè)計(jì)出如下供電電路圖2。

2 控制系統(tǒng)的組成方案

2.1 控制系統(tǒng)的硬件組成方案

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求，確定使用歐姆龍公司型號(hào)為CP1H的PLC為控制器。本系統(tǒng)是一個(gè)小型集中控制系統(tǒng)，PLC選型主要取決于控制系統(tǒng)輸入、輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)的數(shù)量、模擬量的輸出等。根據(jù)此控制系統(tǒng)要求I/0點(diǎn)數(shù)在30左右，并且考慮到系統(tǒng)需要3個(gè)模擬量的輸入輸出擴(kuò)展，我們選擇了性能價(jià)格比比較高的歐姆龍CP1H系列機(jī)型，其輸入點(diǎn)為24點(diǎn)，輸出點(diǎn)16點(diǎn)，并且內(nèi)置模擬量，4個(gè)輸入2個(gè)輸出，精度可達(dá)到1/12000。根據(jù)設(shè)計(jì)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(gè)D/A轉(zhuǎn)換，而實(shí)際工作中需要3個(gè)D/A轉(zhuǎn)換，因此，在基本模塊上還需要擴(kuò)展模塊，在此，我們選用MAD11進(jìn)行擴(kuò)展。

2.2 控制系統(tǒng)中自動(dòng)調(diào)節(jié)部分的軟件組成方案

（1）軟件整體設(shè)計(jì)。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(jìn)行循環(huán)，直到水位達(dá)到要求。其中還加入了對(duì)水位的監(jiān)測(cè)、加鹽和報(bào)警的過(guò)程。在整個(gè)過(guò)程中，由于進(jìn)水的流量、電解電流以及鹽水濃度都是實(shí)時(shí)變化的，因此，為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)制水過(guò)程的自動(dòng)化，在編寫程序時(shí)加入了PID的調(diào)節(jié)。

（2）軟水流量PID調(diào)節(jié)環(huán)的參數(shù)整定。該控制系統(tǒng)需要4L/min的進(jìn)水量，用PID調(diào)節(jié)變頻器轉(zhuǎn)速?gòu)亩{(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)軟水流量的控制。軟水流量控制如圖4。

（3）鹽水濃度電導(dǎo)率PID調(diào)節(jié)環(huán)的參數(shù)整定。電解鹽水時(shí)需要0.05%低濃度的鹽水，需要控制鹽水的濃度來(lái)保證鹽水在電解時(shí)的合格。圖5是鹽水濃度電導(dǎo)率PID調(diào)節(jié)環(huán)。測(cè)電導(dǎo)率實(shí)際就是測(cè)電阻的倒數(shù)，鹽水流過(guò)時(shí)產(chǎn)生一定的電阻，所以測(cè)電導(dǎo)率間接測(cè)的是鹽水的濃度。電導(dǎo)率經(jīng)過(guò)A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換，信號(hào)給PLC，PLC進(jìn)過(guò)PID運(yùn)算處理后，經(jīng)過(guò)D/A模塊，再經(jīng)過(guò)輔助板放大，來(lái)調(diào)節(jié)鹽泵的轉(zhuǎn)速。

（4）電解電流PID調(diào)節(jié)環(huán)的參數(shù)整定。在制備酸性氧化電位水時(shí)需要合適的電解電流來(lái)電解鹽水，這里采用控制電壓的方法，因?yàn)镮=U/R，1/R就是電導(dǎo)率由鹽水濃度電導(dǎo)率PID調(diào)節(jié)環(huán)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(diào)節(jié)環(huán)的原理圖。用電流放大器來(lái)檢測(cè)電解槽兩端的電流，經(jīng)過(guò)A/D模塊的轉(zhuǎn)換，傳送到PLC進(jìn)行PID運(yùn)算處理后，經(jīng)D/A模塊輸出，發(fā)送給移動(dòng)觸發(fā)器，由可控硅控制調(diào)節(jié)電壓的大小。

3 結(jié)語(yǔ)

PID控制是制備酸性氧化電位水的重要環(huán)節(jié)，直接影響著酸水的質(zhì)量，參數(shù)的設(shè)置就成了調(diào)試的關(guān)鍵。本文用PLC為控制元件，變頻器、電磁閥、水泵為執(zhí)行元件，采用PID閉環(huán)控制，將PID控制運(yùn)用到軟水流量、電解電壓、鹽水濃度的控制，實(shí)現(xiàn)了制酸水的自動(dòng)化。整個(gè)設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率高、消毒效果好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)使得機(jī)器的安裝和維修變得更加便利，帶來(lái)了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 霍罡.歐姆龍CPlH PLC應(yīng)用基礎(chǔ)與編程實(shí)踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3] 毛雅琴，曹國(guó)芳，邵彩英.酸性氧化電位水在消毒供應(yīng)中心的應(yīng)用[J].中國(guó)護(hù)理管理，2009，

（4）.

[4] 王偉.PID參數(shù)先進(jìn)整定方法綜述[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2000，（3）.

作者簡(jiǎn)介：朱燕叢（1982-），女，山東濟(jì)南人，北京工業(yè)大學(xué)耿丹學(xué)院機(jī)械系講師，碩士，研究方向：機(jī)械控制、機(jī)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(duì)機(jī)體和組織無(wú)刺激性、無(wú)殘留性酸性、富含游離氧、對(duì)創(chuàng)面有輕度的麻醉作用等優(yōu)點(diǎn)。文章的研究目的是設(shè)計(jì)出一種以歐姆龍PLC為核心的高效連續(xù)的酸性氧化電位水生成器控制系統(tǒng)，并運(yùn)用PID進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)酸性氧化電位水控制系統(tǒng)的自動(dòng)化

制水。

關(guān)鍵詞：PLC；PID；酸性氧化電位水生成器；自動(dòng)控制系統(tǒng)；自動(dòng)化制水

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(lái)水在生成器的電解槽中進(jìn)行電解、在陽(yáng)極一側(cè)生成的電位水。它是一種無(wú)色、透明、無(wú)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(jī)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(duì)機(jī)體和組織無(wú)刺激性、無(wú)殘留性酸性、富含游離氧、對(duì)創(chuàng)面有輕度的麻醉作用等優(yōu)點(diǎn)。氧化電位水及其電解儀于20世紀(jì)80年代在日本研制成功，后被廣泛應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用于醫(yī)院消毒以及一些感染性疾病的預(yù)防與治療。本文根據(jù)公司要求，采用了歐姆龍的CP1H可編程控制器，設(shè)計(jì)了酸性氧化電位水生成器的控制系統(tǒng)，包括硬件接線、I/O地址分配和程序設(shè)計(jì)，其中采用的PID調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了制水的全自動(dòng)化。

1 酸性氧化電位水生成器的硬件設(shè)計(jì)

酸性氧化電位水生成器是根據(jù)酸性氧化電位水的制備原理設(shè)計(jì)的，整個(gè)生成器由四部分組成。進(jìn)軟水部分：由于各個(gè)國(guó)家和不同地區(qū)的水的硬度不同，在電解過(guò)程中會(huì)影響酸性氧化電位水的質(zhì)量，減少電極壽命，影響消毒效果。所以在自來(lái)水超過(guò)硬度50mg/L時(shí)應(yīng)在自來(lái)水與酸性氧化電位水之間加一個(gè)軟水處理裝置，以保證酸性氧化電位水的質(zhì)量和消毒質(zhì)量?；旌消}水部分：為了達(dá)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(diào)節(jié)控制軟水泵和鹽泵的轉(zhuǎn)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(zhǎng)，在電解鹽水時(shí)每過(guò)一段時(shí)間進(jìn)行電解槽的換向電解。在換向時(shí)為保證酸性氧化電位水的質(zhì)量，必須進(jìn)行電解槽的清洗。出酸水部分：為了實(shí)現(xiàn)在酸水箱的水位在酸水下位開(kāi)關(guān)以上時(shí)，打開(kāi)酸水龍頭就能出水，設(shè)計(jì)了在酸水龍頭打開(kāi)時(shí)，酸水箱中的水流出沖開(kāi)流量開(kāi)關(guān)，觸發(fā)PLC控制酸水泵運(yùn)轉(zhuǎn)使酸性氧化電位水可以從酸水的水龍頭流出。

所有過(guò)程的設(shè)計(jì)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(jìn)水4L，酸水出2L的要求。根據(jù)要求設(shè)計(jì)出如下水路圖1。根據(jù)水路圖1設(shè)計(jì)出如下供電電路圖2。

2 控制系統(tǒng)的組成方案

2.1 控制系統(tǒng)的硬件組成方案

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求，確定使用歐姆龍公司型號(hào)為CP1H的PLC為控制器。本系統(tǒng)是一個(gè)小型集中控制系統(tǒng)，PLC選型主要取決于控制系統(tǒng)輸入、輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)的數(shù)量、模擬量的輸出等。根據(jù)此控制系統(tǒng)要求I/0點(diǎn)數(shù)在30左右，并且考慮到系統(tǒng)需要3個(gè)模擬量的輸入輸出擴(kuò)展，我們選擇了性能價(jià)格比比較高的歐姆龍CP1H系列機(jī)型，其輸入點(diǎn)為24點(diǎn)，輸出點(diǎn)16點(diǎn)，并且內(nèi)置模擬量，4個(gè)輸入2個(gè)輸出，精度可達(dá)到1/12000。根據(jù)設(shè)計(jì)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(gè)D/A轉(zhuǎn)換，而實(shí)際工作中需要3個(gè)D/A轉(zhuǎn)換，因此，在基本模塊上還需要擴(kuò)展模塊，在此，我們選用MAD11進(jìn)行擴(kuò)展。

2.2 控制系統(tǒng)中自動(dòng)調(diào)節(jié)部分的軟件組成方案

（1）軟件整體設(shè)計(jì)。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(jìn)行循環(huán)，直到水位達(dá)到要求。其中還加入了對(duì)水位的監(jiān)測(cè)、加鹽和報(bào)警的過(guò)程。在整個(gè)過(guò)程中，由于進(jìn)水的流量、電解電流以及鹽水濃度都是實(shí)時(shí)變化的，因此，為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)制水過(guò)程的自動(dòng)化，在編寫程序時(shí)加入了PID的調(diào)節(jié)。

（2）軟水流量PID調(diào)節(jié)環(huán)的參數(shù)整定。該控制系統(tǒng)需要4L/min的進(jìn)水量，用PID調(diào)節(jié)變頻器轉(zhuǎn)速?gòu)亩{(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)軟水流量的控制。軟水流量控制如圖4。

（3）鹽水濃度電導(dǎo)率PID調(diào)節(jié)環(huán)的參數(shù)整定。電解鹽水時(shí)需要0.05%低濃度的鹽水，需要控制鹽水的濃度來(lái)保證鹽水在電解時(shí)的合格。圖5是鹽水濃度電導(dǎo)率PID調(diào)節(jié)環(huán)。測(cè)電導(dǎo)率實(shí)際就是測(cè)電阻的倒數(shù)，鹽水流過(guò)時(shí)產(chǎn)生一定的電阻，所以測(cè)電導(dǎo)率間接測(cè)的是鹽水的濃度。電導(dǎo)率經(jīng)過(guò)A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換，信號(hào)給PLC，PLC進(jìn)過(guò)PID運(yùn)算處理后，經(jīng)過(guò)D/A模塊，再經(jīng)過(guò)輔助板放大，來(lái)調(diào)節(jié)鹽泵的轉(zhuǎn)速。

（4）電解電流PID調(diào)節(jié)環(huán)的參數(shù)整定。在制備酸性氧化電位水時(shí)需要合適的電解電流來(lái)電解鹽水，這里采用控制電壓的方法，因?yàn)镮=U/R，1/R就是電導(dǎo)率由鹽水濃度電導(dǎo)率PID調(diào)節(jié)環(huán)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(diào)節(jié)環(huán)的原理圖。用電流放大器來(lái)檢測(cè)電解槽兩端的電流，經(jīng)過(guò)A/D模塊的轉(zhuǎn)換，傳送到PLC進(jìn)行PID運(yùn)算處理后，經(jīng)D/A模塊輸出，發(fā)送給移動(dòng)觸發(fā)器，由可控硅控制調(diào)節(jié)電壓的大小。

3 結(jié)語(yǔ)

PID控制是制備酸性氧化電位水的重要環(huán)節(jié)，直接影響著酸水的質(zhì)量，參數(shù)的設(shè)置就成了調(diào)試的關(guān)鍵。本文用PLC為控制元件，變頻器、電磁閥、水泵為執(zhí)行元件，采用PID閉環(huán)控制，將PID控制運(yùn)用到軟水流量、電解電壓、鹽水濃度的控制，實(shí)現(xiàn)了制酸水的自動(dòng)化。整個(gè)設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率高、消毒效果好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)使得機(jī)器的安裝和維修變得更加便利，帶來(lái)了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 霍罡.歐姆龍CPlH PLC應(yīng)用基礎(chǔ)與編程實(shí)踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3] 毛雅琴，曹國(guó)芳，邵彩英.酸性氧化電位水在消毒供應(yīng)中心的應(yīng)用[J].中國(guó)護(hù)理管理，2009，

（4）.

[4] 王偉.PID參數(shù)先進(jìn)整定方法綜述[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2000，（3）.

作者簡(jiǎn)介：朱燕叢（1982-），女，山東濟(jì)南人，北京工業(yè)大學(xué)耿丹學(xué)院機(jī)械系講師，碩士，研究方向：機(jī)械控制、機(jī)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(duì)機(jī)體和組織無(wú)刺激性、無(wú)殘留性酸性、富含游離氧、對(duì)創(chuàng)面有輕度的麻醉作用等優(yōu)點(diǎn)。文章的研究目的是設(shè)計(jì)出一種以歐姆龍PLC為核心的高效連續(xù)的酸性氧化電位水生成器控制系統(tǒng)，并運(yùn)用PID進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)酸性氧化電位水控制系統(tǒng)的自動(dòng)化

制水。

關(guān)鍵詞：PLC；PID；酸性氧化電位水生成器；自動(dòng)控制系統(tǒng)；自動(dòng)化制水

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(lái)水在生成器的電解槽中進(jìn)行電解、在陽(yáng)極一側(cè)生成的電位水。它是一種無(wú)色、透明、無(wú)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(jī)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(duì)機(jī)體和組織無(wú)刺激性、無(wú)殘留性酸性、富含游離氧、對(duì)創(chuàng)面有輕度的麻醉作用等優(yōu)點(diǎn)。氧化電位水及其電解儀于20世紀(jì)80年代在日本研制成功，后被廣泛應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用于醫(yī)院消毒以及一些感染性疾病的預(yù)防與治療。本文根據(jù)公司要求，采用了歐姆龍的CP1H可編程控制器，設(shè)計(jì)了酸性氧化電位水生成器的控制系統(tǒng)，包括硬件接線、I/O地址分配和程序設(shè)計(jì)，其中采用的PID調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了制水的全自動(dòng)化。

1 酸性氧化電位水生成器的硬件設(shè)計(jì)

酸性氧化電位水生成器是根據(jù)酸性氧化電位水的制備原理設(shè)計(jì)的，整個(gè)生成器由四部分組成。進(jìn)軟水部分：由于各個(gè)國(guó)家和不同地區(qū)的水的硬度不同，在電解過(guò)程中會(huì)影響酸性氧化電位水的質(zhì)量，減少電極壽命，影響消毒效果。所以在自來(lái)水超過(guò)硬度50mg/L時(shí)應(yīng)在自來(lái)水與酸性氧化電位水之間加一個(gè)軟水處理裝置，以保證酸性氧化電位水的質(zhì)量和消毒質(zhì)量?；旌消}水部分：為了達(dá)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(diào)節(jié)控制軟水泵和鹽泵的轉(zhuǎn)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(zhǎng)，在電解鹽水時(shí)每過(guò)一段時(shí)間進(jìn)行電解槽的換向電解。在換向時(shí)為保證酸性氧化電位水的質(zhì)量，必須進(jìn)行電解槽的清洗。出酸水部分：為了實(shí)現(xiàn)在酸水箱的水位在酸水下位開(kāi)關(guān)以上時(shí)，打開(kāi)酸水龍頭就能出水，設(shè)計(jì)了在酸水龍頭打開(kāi)時(shí)，酸水箱中的水流出沖開(kāi)流量開(kāi)關(guān)，觸發(fā)PLC控制酸水泵運(yùn)轉(zhuǎn)使酸性氧化電位水可以從酸水的水龍頭流出。

所有過(guò)程的設(shè)計(jì)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(jìn)水4L，酸水出2L的要求。根據(jù)要求設(shè)計(jì)出如下水路圖1。根據(jù)水路圖1設(shè)計(jì)出如下供電電路圖2。

2 控制系統(tǒng)的組成方案

2.1 控制系統(tǒng)的硬件組成方案

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求，確定使用歐姆龍公司型號(hào)為CP1H的PLC為控制器。本系統(tǒng)是一個(gè)小型集中控制系統(tǒng)，PLC選型主要取決于控制系統(tǒng)輸入、輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)的數(shù)量、模擬量的輸出等。根據(jù)此控制系統(tǒng)要求I/0點(diǎn)數(shù)在30左右，并且考慮到系統(tǒng)需要3個(gè)模擬量的輸入輸出擴(kuò)展，我們選擇了性能價(jià)格比比較高的歐姆龍CP1H系列機(jī)型，其輸入點(diǎn)為24點(diǎn)，輸出點(diǎn)16點(diǎn)，并且內(nèi)置模擬量，4個(gè)輸入2個(gè)輸出，精度可達(dá)到1/12000。根據(jù)設(shè)計(jì)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(gè)D/A轉(zhuǎn)換，而實(shí)際工作中需要3個(gè)D/A轉(zhuǎn)換，因此，在基本模塊上還需要擴(kuò)展模塊，在此，我們選用MAD11進(jìn)行擴(kuò)展。

2.2 控制系統(tǒng)中自動(dòng)調(diào)節(jié)部分的軟件組成方案

（1）軟件整體設(shè)計(jì)。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(jìn)行循環(huán)，直到水位達(dá)到要求。其中還加入了對(duì)水位的監(jiān)測(cè)、加鹽和報(bào)警的過(guò)程。在整個(gè)過(guò)程中，由于進(jìn)水的流量、電解電流以及鹽水濃度都是實(shí)時(shí)變化的，因此，為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)制水過(guò)程的自動(dòng)化，在編寫程序時(shí)加入了PID的調(diào)節(jié)。

（2）軟水流量PID調(diào)節(jié)環(huán)的參數(shù)整定。該控制系統(tǒng)需要4L/min的進(jìn)水量，用PID調(diào)節(jié)變頻器轉(zhuǎn)速?gòu)亩{(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)軟水流量的控制。軟水流量控制如圖4。

（3）鹽水濃度電導(dǎo)率PID調(diào)節(jié)環(huán)的參數(shù)整定。電解鹽水時(shí)需要0.05%低濃度的鹽水，需要控制鹽水的濃度來(lái)保證鹽水在電解時(shí)的合格。圖5是鹽水濃度電導(dǎo)率PID調(diào)節(jié)環(huán)。測(cè)電導(dǎo)率實(shí)際就是測(cè)電阻的倒數(shù)，鹽水流過(guò)時(shí)產(chǎn)生一定的電阻，所以測(cè)電導(dǎo)率間接測(cè)的是鹽水的濃度。電導(dǎo)率經(jīng)過(guò)A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換，信號(hào)給PLC，PLC進(jìn)過(guò)PID運(yùn)算處理后，經(jīng)過(guò)D/A模塊，再經(jīng)過(guò)輔助板放大，來(lái)調(diào)節(jié)鹽泵的轉(zhuǎn)速。

（4）電解電流PID調(diào)節(jié)環(huán)的參數(shù)整定。在制備酸性氧化電位水時(shí)需要合適的電解電流來(lái)電解鹽水，這里采用控制電壓的方法，因?yàn)镮=U/R，1/R就是電導(dǎo)率由鹽水濃度電導(dǎo)率PID調(diào)節(jié)環(huán)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(diào)節(jié)環(huán)的原理圖。用電流放大器來(lái)檢測(cè)電解槽兩端的電流，經(jīng)過(guò)A/D模塊的轉(zhuǎn)換，傳送到PLC進(jìn)行PID運(yùn)算處理后，經(jīng)D/A模塊輸出，發(fā)送給移動(dòng)觸發(fā)器，由可控硅控制調(diào)節(jié)電壓的大小。

3 結(jié)語(yǔ)

PID控制是制備酸性氧化電位水的重要環(huán)節(jié)，直接影響著酸水的質(zhì)量，參數(shù)的設(shè)置就成了調(diào)試的關(guān)鍵。本文用PLC為控制元件，變頻器、電磁閥、水泵為執(zhí)行元件，采用PID閉環(huán)控制，將PID控制運(yùn)用到軟水流量、電解電壓、鹽水濃度的控制，實(shí)現(xiàn)了制酸水的自動(dòng)化。整個(gè)設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率高、消毒效果好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)使得機(jī)器的安裝和維修變得更加便利，帶來(lái)了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：朱燕叢（1982-），女，山東濟(jì)南人，北京工業(yè)大學(xué)耿丹學(xué)院機(jī)械系講師，碩士，研究方向：機(jī)械控制、機(jī)械電子工程。