CN110543135A - 基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节系统及方法。所述系统包括：硬度检测传感器、可编程逻辑控制器、触摸屏、云端服务器、电动执行器和无线传输模块，所述触摸屏内置Modbus模块和MQTT通信模块。采用硬度检测传感器在线检测水质硬度信号，输出电流信号。所述可编程逻辑控制器对接收的还原输出电流信号进行数据处理，得到水质硬度检测值，所述水质硬度检测值传输至触摸屏，通过触摸屏的MQTT通信模块传输至云端服务器。所述云端服务器对水质硬度检测值进行数据处理，得到阀门开度值，根据阀门开度值输出控制信号至可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器输出阀门调节控制信号通过无线传输模块控制电动执行器，调节阀门开度。
Description
技术领域
本发明涉及水质调节技术领域，是一种基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节控制系统及方法。
背景技术
目前现有的中央水机处理设备不能自动进行水质硬度调节，而是检测到水质硬度超限后，到设备现场手动调节超滤进水阀门的开度，来实现硬度调节，重复工作量大，且设备需要停机，不能持续供水。
发明内容
本发明为避免重复工作，减轻人工工作量，降低维护成本，本发明提供了一种基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节控制系统及方法，本发明提供了以下技术方案：
一种基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节控制系统，所述系统包括：硬度检测传感器、可编程逻辑控制器、触摸屏、云端服务器、电动执行器和无线传输模块，所述触摸屏内置Modbus模块和MQTT通信模块；
所述硬度检测传感器、电动执行器和可编程逻辑控制器分别连接一个无线传输模块，所述硬度检测传感器通过无线传输模块与可编程逻辑控制器进行数据交互，所述硬度检测传感器的数据信号输出端连接无线传输模块数据信号输入端，所述可编程逻辑控制器的数据信号接收端连接无线传输模块数据信号输出端；
所述可编程逻辑控制器通过无线传输模块与电动执行器进行数据交互，所述可编程逻辑控制器的控制信号输出端连接无线传输模块控制信号输入端，所述无线传输模块的控制信号输出端连接电动执行器的控制信号输入端；
所述可编程逻辑控制器数据信号输出端连接所述触摸屏的Modbus模块数据信号输入端，所述触摸屏的MQTT通信模块数据信号输出端连接云端服务器数据信号输入端，所述云端服务器的控制数据信号输出端通过MQTT通信模块传输至可编程逻辑控制器的数据信号接收端。
优选地，所述硬度检测传感器输出4-20mA的电流信号。
一种基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节方法，包括以下步骤：
步骤一：采用硬度检测传感器在线检测水质硬度信号，输出电流信号，所述电流信号通过无线传输模块进行无线传输并还原输出，处理后的电流信号传输至可编程逻辑控制器端的无线传输模块；
步骤二：所述可编程逻辑控制器对接收的还原输出电流信号进行数据处理，得到水质硬度检测值，所述水质硬度检测值传输至触摸屏，通过触摸屏的MQTT通信模块传输至云端服务器；
步骤三：所述云端服务器对水质硬度检测值进行数据处理，得到阀门开度值，根据阀门开度值输出控制信号至可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器输出阀门调节控制信号通过无线传输模块控制电动执行器，调节阀门开度。
优选地，第一步：所述可编程逻辑控制器对接收的还原输出电流信号后，通过内部AD转换模块，将所述电流信号转换为数字信号；
第二步：采用可编程逻辑控制器计算水质硬度检测值，通过下式表示所述水质硬度检测值：
x＝[(SOsh-SOsl)×(SInput-Slsl)÷(Slsh-Slsl)]+SOsl (1)
其中，x为水质硬度检测值，SOsh为仪表测量范围的高限，SOsl为仪表测量的低限，SInput为转化后的数字信号值，Slsh为20mA对应的数字量值，Slsl为4mA对应的数字量值；
第三步：可编程逻辑控制器将计算得到的水质硬度检测值传输至触摸屏，通过触摸屏的MQTT通信模块传输至云端服务器。
优选地，第一步：所述云端服务器接收水质硬度检测值，所述云端服务器根据水质硬度检测值确定阀门的开度值，通过下式表示所述开度值：
0<X<50,0<y<0.19；
50<X<100,0.19<y<0.50；
100<X<425,0.50<y<1；
其中，y为阀门开度；
当水质硬度检测值x在0至50mg/L(ppm)范围内时，阀门开度y在0至0.19范围内；
当水质硬度检测值x在50至100mg/L(ppm)范围内时，阀门开度y在0.19至0.5范围内；
当水质硬度检测值x在100至425mg/L(ppm)范围内时，阀门开度y在0.5至1范围内；
第二步：云端服务器根据阀门开度值，确定阀门的开关信号，当阀门开度y在0.5至1范围内，输出控制阀门全开的信号，当阀门开度y在0.19至0.5范围内时，输出阀门关断的信号，当阀门开度y在0至0.19范围内，阀门全开的信号；
第三步：所述阀门的开关信号通过MQTT通信模块传输至可编程逻辑控制器的数据信号接收端；所述可编程逻辑控制器输出阀门调节控制信号通过无线传输模块控制电动执行器，调节阀门开度的。
优选地，所述可编程逻辑控制器输出的阀门调节控制信号为4到20mA的电流信号。
本发明具有以下有益效果：
本发明减少了工程师的工作量，降低了维护成本，提高了设备的稳定性，加强了水质安全的保障。
附图说明
图1是基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节控制系统图；
图2是硬度检测传感器与可编程控制器信号传输图；
图3是数据信号计算函数模块图；
图4是模拟量处理函数模块图；
图5是可编程控制器信号与电动执行器连接实物图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
具体实施例一：
按照图1所示，本发明提供一种基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节控制系统，所述系统包括：硬度检测传感器、可编程逻辑控制器、触摸屏、云端服务器、电动执行器和无线传输模块，所述触摸屏内置Modbus模块和MQTT通信模块；
所述硬度检测传感器、电动执行器和可编程逻辑控制器分别连接一个无线传输模块，所述硬度检测传感器通过无线传输模块与可编程逻辑控制器进行数据交互，所述硬度检测传感器的数据信号输出端连接无线传输模块数据信号输入端，所述可编程逻辑控制器的数据信号接收端连接无线传输模块数据信号输出端；
所述可编程逻辑控制器通过无线传输模块与电动执行器进行数据交互，所述可编程逻辑控制器的控制信号输出端连接无线传输模块控制信号输入端，所述无线传输模块的控制信号输出端连接电动执行器的控制信号输入端；
所述可编程逻辑控制器数据信号输出端连接所述触摸屏的Modbus模块数据信号输入端，所述触摸屏的MQTT通信模块数据信号输出端连接云端服务器数据信号输入端，所述云端服务器的控制数据信号输出端通过MQTT通信模块传输至可编程逻辑控制器的数据信号接收端。
具体实施例二：
所述的基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节控制系统是针对中央水处理设备的，现有中央水处理设备如GDZY-NF-250型中央净水设备，所述的基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节控制系统可对GDZY-NF-250型的中央净水设备的直饮水硬度进行相应调节，具体调节过程如下:
根据图2至图5所示，本发明提供一种基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节方法，包括以下步骤：
步骤一：采用硬度检测传感器在线检测水质硬度信号，输出电流信号，所述电流信号通过无线传输模块进行无线传输并还原输出，处理后的电流信号传输至可编程逻辑控制器端的无线传输模块；
步骤二：所述可编程逻辑控制器对接收的还原输出电流信号进行数据处理，得到水质硬度检测值，所述水质硬度检测值传输至触摸屏，通过触摸屏的MQTT通信模块传输至云端服务器；
步骤三：所述云端服务器对水质硬度检测值进行数据处理，得到阀门开度值，根据阀门开度值输出控制信号至可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器输出阀门调节控制信号通过无线传输模块控制电动执行器，调节阀门开度。
通过传感器检测产水箱水质硬度，模拟量信号(4-20MA)通过无线传输模块传数据到PLC，PLC与触摸屏Modbus通讯，触摸屏联网通过MQTT协议实时传递和接收数据给云端服务器进行监控，发现数据超限，经过系统函数运算，可以发送控制指令给PLC，PLC输出模拟量信号(4-20MA)通过无线传输模块控制超滤(UF)进水阀门的电动执行器，调节阀门的开度，以达到直饮水硬度自动调节的功能。触摸屏自带MQTT功能，只需联网就可以和云端服务器通讯，节省了网关模块。
硬度检测传感器在线检测信号，输出4-20MA，通过无线传输模块对模拟量无线传输并还原输出，如图1所示；
PLC接收到4-20MA信号后，通过内部AD转换成数字信号进行处理，图2是对模拟量处理函数模块；
Input:表示需要转换的数字量，即采样所的数字量是模拟量转化后的数据寄存器，
Ish：换算对象的高限，即最大模拟量所对应的数字量值(27648-20ma)
Isl:换算对象的低限，即最小模拟量所对应的数字量值(5530-4ma)
Osh：换算结果的高限，即测量范围最大值
Osl：换算结果的底限，即测量范围最小值
Output:换算结果所存储的值
x＝[(SOsh-SOsl)×(SInput-Slsl)÷(Slsh-Slsl)]+SOsl (1)
其中，x为水质硬度检测值，SOsh为仪表测量范围的高限，SOsl为仪表测量的低限，SInput为转化后的数字信号值，Slsh为20mA对应的数字量值，Slsl为4mA对应的数字量值；
例如4MA信号AIW16＝5510硬度测出的值为0ppm，20MA信号AIW16＝27648硬度测出的值为425ppm。
数据传递给云端服务器进行处理，处理说明如下:
水质硬度正常范围为50-100mg/L(ppm)，口味尚佳；
经试验在关闭UF微滤进水阀，只使用NF精滤产水，水质硬度为10-24mg/L，回收率为80％；只使用UF产水，水质硬度测量为210mg/L左右,回收率为96％{回收率＝(产水流量/进水流量)×100％},UF产水量是NF的1.2倍；
在进水流量相同时,设传感器检测到水质硬度为X，阀门开度设为y(0-1)。
y＝0,x＝10～24
y＝0.1 x＝(0.1*210*1.2+10)/(0.1+1)～(0.1*210*1.2+24)/(0.1+1)＝32～44.7
…
…
y＝1 x＝130～137
当0<X<50,0<y<0.19；
50<X<100,0.19<y<0.50；
100<X<425,0.50<y<1；
UF进水阀初始开度调节到0.35，硬度在正常范围时阀门不动作，当硬度低于50或高于100时，按照X(硬度)的值实时控制Y(阀门开度)来调节，直到硬度达到正常范围。
图3是对模拟量处理函数模块，云端服务器发布数据给PLC，PLC接收到控制的数字信号后，通过内部DA转换成模拟量信号，；
Input:云端服务器发送的阀门开度数据
Ish：换算对象的高限，即最大模拟量所对应的数字量值(27648-20ma)
Isl:换算对象的低限，即最小模拟量所对应的数字量值(5530-4ma)
Osh：换算结果的高限，即测量范围最大值
Osl：换算结果的底限，即测量范围最小值
Output:换算结果所存储的值即y的值
换算公式Output＝[(Osh-Osl)*(Input-Isl)/(Ish-Isl)]+Osl
例如VD＝27648，AQW＝1，y＝1输出20MA信号，阀门全开。
通过无线传输模块把PLC输出的4-20MA信号传给电动执行器，控制阀门开度。
本发明采用可编程控制器型号是西门子S7-200SMART SR20，触摸屏是威纶通MT8102iE，硬度检测传感器是盈傲PGM-1008在线水硬度检测仪，电动执行器是上海罗劲LJS-50。
以上所述仅是基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节控制系统及方法的优选实施方式，基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节控制系统及方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节控制系统，其特征是：所述系统包括：硬度检测传感器、可编程逻辑控制器、触摸屏、云端服务器、电动执行器和无线传输模块，所述触摸屏内置Modbus模块和MQTT通信模块；
所述硬度检测传感器、电动执行器和可编程逻辑控制器分别连接一个无线传输模块，所述硬度检测传感器通过无线传输模块与可编程逻辑控制器进行数据交互，所述硬度检测传感器的数据信号输出端连接无线传输模块数据信号输入端，所述可编程逻辑控制器的数据信号接收端连接无线传输模块数据信号输出端；
所述可编程逻辑控制器通过无线传输模块与电动执行器进行数据交互，所述可编程逻辑控制器的控制信号输出端连接无线传输模块控制信号输入端，所述无线传输模块的控制信号输出端连接电动执行器的控制信号输入端；
所述可编程逻辑控制器数据信号输出端连接所述触摸屏的Modbus模块数据信号输入端，所述触摸屏的MQTT通信模块数据信号输出端连接云端服务器数据信号输入端，所述云端服务器的控制数据信号输出端通过MQTT通信模块传输至可编程逻辑控制器的数据信号接收端。
2.根据权利要求1所述的一种基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节控制系统，其特征是：所述硬度检测传感器输出4-20mA的电流信号。
3.一种基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节方法，所述方法基于一种如权利要求1所述的基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节控制系统，其特征是：包括以下步骤：
步骤一：采用硬度检测传感器在线检测水质硬度信号，输出电流信号，所述电流信号通过无线传输模块进行无线传输并还原输出，处理后的电流信号传输至可编程逻辑控制器端的无线传输模块；
步骤二：所述可编程逻辑控制器对接收的还原输出电流信号进行数据处理，得到水质硬度检测值，所述水质硬度检测值传输至触摸屏，通过触摸屏的MQTT通信模块传输至云端服务器；
步骤三：所述云端服务器对水质硬度检测值进行数据处理，得到阀门开度值，根据阀门开度值输出控制信号至可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器输出阀门调节控制信号通过无线传输模块控制电动执行器，调节阀门开度。
4.根据权利要求3所述的一种基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节方法，其特征是：所述步骤二具体为：
第一步：所述可编程逻辑控制器对接收的还原输出电流信号后，通过内部AD转换模块，将所述电流信号转换为数字信号；
第二步：采用可编程逻辑控制器计算水质硬度检测值，通过下式表示所述水质硬度检测值：
x＝[(SOsh-SOsl)×(SInput-Slsl)÷(Slsh-Slsl)]+SOsl (1)
其中，x为水质硬度检测值，SOsh为仪表测量范围的高限，SOsl为仪表测量的低限，SInput为转化后的数字信号值，Slsh为20mA对应的数字量值，Slsl为4mA对应的数字量值；
第三步：可编程逻辑控制器将计算得到的水质硬度检测值传输至触摸屏，通过触摸屏的MQTT通信模块传输至云端服务器。
5.根据权利要求3所述的一种基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节方法，其特征是：所述步骤三具体为：
第一步：所述云端服务器接收水质硬度检测值，所述云端服务器根据水质硬度检测值确定阀门的开度值，通过下式表示所述开度值：
0<X<50,0<y<0.19；
50<X<100,0.19<y<0.50；
100<X<425,0.50<y<1；
其中，y为阀门开度；
当水质硬度检测值x在0至50mg/L(ppm)范围内时，阀门开度y在0至0.19范围内；
当水质硬度检测值x在50至100mg/L(ppm)范围内时，阀门开度y在0.19至0.5范围内；
当水质硬度检测值x在100至425mg/L(ppm)范围内时，阀门开度y在0.5至1范围内；
第二步：云端服务器根据阀门开度值，确定阀门的开关信号，当阀门开度y在0.5至1范围内，输出控制阀门全开的信号，当阀门开度y在0.19至0.5范围内时，输出阀门关断的信号，当阀门开度y在0至0.19范围内，阀门全开的信号；
第三步：所述阀门的开关信号通过MQTT通信模块传输至可编程逻辑控制器的数据信号接收端；所述可编程逻辑控制器输出阀门调节控制信号通过无线传输模块控制电动执行器，调节阀门开度的。
6.根据权利要求5所述的一种基于中央水处理设备的直饮水硬度自动调节方法，其特征是：所述可编程逻辑控制器输出的阀门调节控制信号为4到20mA的电流信号。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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