池妍妍　劉　楊　張永壽　劉海量　趙曉辰

可編程邏輯控制器在血液透析機(jī)供水處理系統(tǒng)中的節(jié)水設(shè)計(jì)與應(yīng)用

池妍妍①劉楊②張永壽③*劉海量④趙曉辰③

目的：設(shè)計(jì)將可編程邏輯控制器（PLC）用于血液透析用水處理系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)字閉環(huán)流量實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)血液透析用水處理系統(tǒng)節(jié)水節(jié)能。方法：通過(guò)數(shù)字電子流量傳感器對(duì)產(chǎn)水、反水和排水3個(gè)不同部分的水流速進(jìn)行測(cè)量，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的測(cè)量值反饋給PLC，后者根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載的不同用水量，通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥控制廢水的排放量。結(jié)果：PLC利用數(shù)字電子流量傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水系統(tǒng)不同部分水流速的測(cè)量值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)廢水排放量的自動(dòng)化調(diào)節(jié)。結(jié)論：PLC技術(shù)建立的數(shù)字閉環(huán)流量實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，能夠保證最大的水利用率，同時(shí)可延緩反滲透膜的使用壽命，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水、反水和排水3部分智能配比，達(dá)到了血液透析用水處理系統(tǒng)節(jié)水和節(jié)能目的。

水處理系統(tǒng)；可編程邏輯控制器；數(shù)字閉環(huán)流量實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)；血液透析

［First-author’s address］ College of Science and Engineering， Shandong University of Traditional Chinese Medicine，Jinan 250031， China.

隨著血液凈化操作技術(shù)的不斷發(fā)展和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的進(jìn)步，血液透析已經(jīng)成為血液中毒患者和中、末期腎病患者的常規(guī)治療手段，是腎衰患者維持生命的有效方法［1-2］。血液透析供水處理系統(tǒng)是血液凈化領(lǐng)域內(nèi)的重要組成部分，越來(lái)越受到人們的重視，并對(duì)患者的治療具有重要意義［3-5］；同時(shí)，水處理系統(tǒng)的節(jié)水節(jié)能問題也受到普遍關(guān)住?？删幊踢壿嬁刂破鳎╬rogrammable logic controller，PLC）是一種性能穩(wěn)定且具有廣闊前景的可編程控制器，在水系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用［6-7］。為貫徹落實(shí)節(jié)約用水要求，本研究對(duì)血液透析用水處理系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)水改造，利用PLC系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同部分水的流速測(cè)量值，以達(dá)到血液透析供水處理系統(tǒng)安全、節(jié)水的目的。

1　血液透析用水處理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

血液透析用水處理系統(tǒng)是由前處理系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)組成，其中反滲透系統(tǒng)大都采用雙級(jí)反滲透技術(shù)，更加保證了血液透析用水的安全性［8-9］（如圖1所示）。

2　血液透析用水處理系統(tǒng)PLC性能分析

在血液透析用水處理系統(tǒng)中，PLC按照用戶所編寫的程序指令對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行控制，采用可編程的存儲(chǔ)器，是一種以自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)等作為基礎(chǔ)的新型控制裝置，屬于編程邏輯控制器［10-12］。

PLC作為一種新型的控制裝置，憑借其編程方便、可靠性高、對(duì)運(yùn)用的環(huán)境要求比較低以及性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，其具體性能特點(diǎn)如下。

（1）功能完善且適應(yīng)面廣。PLC的I/O接口模塊豐富，可根據(jù)需求靈活的組成各種控制系統(tǒng)；功能上不僅具有邏輯處理能力，還具備完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算功能等。

（2）可靠性高及抗干擾能力強(qiáng)。PLC內(nèi)部各模塊均采用屏蔽措施，使PLC具備很強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)自帶硬件故障自我監(jiān)測(cè)功能及相關(guān)預(yù)警系統(tǒng)，提高了PLC工作的可靠性。

（3）應(yīng)用簡(jiǎn)單易學(xué)。PLC中的接口均較簡(jiǎn)單和直觀，只需進(jìn)行程序的編寫和外部的接線工作就能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求，其操作指令也相對(duì)較基礎(chǔ)，技術(shù)人員能夠快速地掌握系統(tǒng)的應(yīng)用方法，具有很好的兼容性［13-16］。在自動(dòng)控制領(lǐng)域被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用，而且目前先進(jìn)的水自動(dòng)處理系統(tǒng)大都采用PLC進(jìn)行開發(fā)［17-18］。

3　血液透析用水處理系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1對(duì)產(chǎn)水、反水和排水流速的測(cè)量

血液透析用水處理系統(tǒng)是基于PLC控制的數(shù)字閉環(huán)流量實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)是血液透析用水處理系統(tǒng)中的一種新型技術(shù)，采用了DROS系列雙級(jí)反滲透系統(tǒng)，并且在此基礎(chǔ)上分別在產(chǎn)水、反水和排水處加入一個(gè)數(shù)字電子流量傳感器，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)不同部分水流速的測(cè)量。在排水口處設(shè)置一個(gè)以步進(jìn)電機(jī)組成的電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥，完成對(duì)排水的自動(dòng)執(zhí)行，系統(tǒng)水控制原理如圖2所示。

3.2系統(tǒng)的節(jié)水功能

該系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字電子流量傳感器對(duì)產(chǎn)水、反水和排水3個(gè)不同部分的水流速進(jìn)行測(cè)量，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的測(cè)量值反饋給中央信號(hào)處理器即PLC，由此計(jì)算出系統(tǒng)的總用水量。中央信號(hào)處理器根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載的不同用水量，通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥來(lái)控制廢水的排放量，由此實(shí)現(xiàn)血透用水處理系統(tǒng)的全自動(dòng)化過(guò)程，同時(shí)達(dá)到節(jié)水節(jié)能的目的。

圖1　血液透析用水處理系統(tǒng)示圖

圖2　系統(tǒng)水控制原理圖

3.3PLC節(jié)水控制作用

PLC在數(shù)字閉環(huán)流量實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用，并對(duì)該系統(tǒng)的整個(gè)工作流程進(jìn)行控制，其控制程序流程設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3　控制程序流程設(shè)計(jì)圖

系統(tǒng)各個(gè)子程序的主要功能為：①實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)3個(gè)數(shù)字電子流量傳感器的測(cè)量值，以及系統(tǒng)的產(chǎn)水水質(zhì)、軟水水質(zhì)、配水器水質(zhì)和RO電導(dǎo)率等；②在PLC內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器中運(yùn)算，得到系統(tǒng)實(shí)時(shí)用水量以及系統(tǒng)廢水排水量；③在主機(jī)消毒、后級(jí)消毒和待機(jī)模式時(shí)排廢量的控制以及制水、沖洗和熱消毒時(shí)排廢量的控制；④輸出電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥的控制信號(hào)；⑤驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，顯示設(shè)備所出的工作模式；⑥信息的積累，如總的開機(jī)時(shí)間及總的產(chǎn)水量等。

3.4使用PLC系統(tǒng)后的節(jié)水效果

血液透析中心使用PLC系統(tǒng)后，水處理系統(tǒng)的廢水排放量可實(shí)時(shí)連續(xù)跟隨系統(tǒng)的負(fù)載即腎機(jī)臺(tái)數(shù)的不同而變化，有效地減少了系統(tǒng)廢水的排放量，使系統(tǒng)水的回收率可達(dá)到50%～90%，避免了血液透析中心用水的浪費(fèi)，同時(shí)間接減少了預(yù)處理過(guò)程中樹脂再生所帶來(lái)的鹽耗和電能，達(dá)到了節(jié)水、節(jié)能的目的。

4　結(jié)論

PLC系統(tǒng)在血液透析用水處理系統(tǒng)中之所以能夠起到節(jié)水作用，是依靠PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字閉環(huán)流量實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，保證系統(tǒng)最大的用水利用率。PLC系統(tǒng)用于血液透析用水處理系統(tǒng)中可延緩反滲膜的使用壽命，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)水、反水和排水3部分水的智能配比，以達(dá)到血透用水處理系統(tǒng)的節(jié)水節(jié)能目的。通過(guò)改進(jìn)血液透析方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的循環(huán)利用和高效率利用［19-20］。節(jié)約用水不僅能夠創(chuàng)建節(jié)約型醫(yī)院，更能為社會(huì)的和諧發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量，兼具重要的社會(huì)效益。

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Design and application of programmable logic controller in water saving of water processing system of hemodialysis machine

CHI Yan-yan， LIU Yang， ZHANG Yong-shou， et al

China Medical Equipment，2016，13（9）:22-24.

Objective: To explore the water saving application of programmable logic controller（PLC） in the water treatment system for hemodialysis， to achieve the purpose of saving water. Methods: The flow velocity of water production， water returning and drainage was measured by the digital electronic flow sensor and the real-time monitoring value was give feedback to the PLC system. According to different water emission， the wastewater emission was controlled through adjusting electric flow control valve. Results: PLC system monitored the water flow velocity value of different parts using digital electronic flow sensor in real-time and realized the automation system for wastewater discharge regulation. Conclusion: The real-time control system of digital closed-loop flow depending on PLC technology can ensure the highest utilization efficiency of water， delay the service life of reverse osmosis membrane， realize intelligent ratio of the water in the system， and achieve water saving and energy saving of the water treatment system.

Water processing system； Programmable logic control； Real-time control system of digital closed-loop flow； Hemodialysis

1672-8270（2016）09-0022-03

R197.324

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.09.007

2016-06-07

①山東中醫(yī)藥大學(xué)理工學(xué)院 山東 濟(jì)南 250031

③濟(jì)南軍區(qū)總醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科 山東 濟(jì)南 250031

②臨沂市第一人民醫(yī)院 山東 臨沂 276000

④山東省職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)病防治研究院 山東 濟(jì)南 250062

843172891@qq.com

池妍妍，女，（1992- ），碩士研究生。山東中醫(yī)藥大學(xué)理工學(xué)院，研究方向：醫(yī)療設(shè)備工程。