CN111252853A - 自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统、控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业软化水应用技术领域，公开了一种自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统、控制方法，在系统掉电再恢复供电后，保证钠离子交换器按照系统掉电前的运行步骤和运行时间继续运行；具有软化水储水池水位检测功能，当水位超限时，显示报警信息，系统停机；采用硬度复合电极自动检测钠离子交换器出水硬度，根据检测结果，采用相应控制算法自动调整松床、再生和清洗步骤运行时间，保证了产水硬度符合软化水硬度指标，保证钠离子交换器处于经济、高效运行状态。本发明适用于通过多通道阀实现各步骤管路切换和通过电磁阀实现各步骤管路切换的钠离子交换器。实现各个电磁阀的线路故障检测；当阀出现线路故障时，系统停机并显示报警信息。

Description

自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统、控制方法

技术领域

本发明属于工业软化水应用技术领域，尤其涉及一种自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统、控制方法。

背景技术

目前，钠离子交换器运行控制器只能够实现钠离子交换器的半自动运行，一方面，不能自动检测钠离子交换器的产水硬度，并根据检测到的产水硬度自动调整各步骤的运行时间，只能采用传统的化学试剂检测方法检测产水硬度，然后手动调整各步骤的运行时间，实时性差；另一方面，目前的钠离子交换器运行控制器适应性差，不能适应各种类型的钠离子交换器。本发明实现了钠离子交换器的全自动运行、能够自动检测和控制钠离子交换器的产水硬度，并根据产水硬度是否达标，自动调整各步骤的运行时间，保证产水硬度符合软化水指标要求，而且适用于多通道阀和电磁阀切换管路的钠离子交换器。

目前，工业用水的水质软化方法大多采用钠离子交换器的离子交换方法。离子交换法的软化原理为用两个罐交替产水，一个罐产水时，另一个罐进行调整；产水罐产水时将水中的钙、镁离子充分吸附在树脂上，出水就是软化水；调整罐调整时要经历松床、再生和清洗三个步骤，松床的作用是让树脂的性能得以充分恢复，再生就是加盐，通过加盐将树脂吸附的钙、镁离子置换出来，最后通过清洗将含有钙、镁离子的废水排出。影响钠离子交换器产水硬度的关键就是松床、再生和清洗三个调整步骤的运行时间。目前这三个步骤的运行时间均需通过人工设置并根据产水硬度不断人工调整，这样不但费时费力，而且设置时间不准确，调整周期长，不能实现设备的自动运行；设置的步骤时间不准确会带来一定的弊端，设置的时间过短会降低产水效率、软化水硬度不达标；设置的时间过长，在再生阶段有剩余的盐水排出，浪费资源，污染环境。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前工业用水的水质软化方法通过人工设置并根据产水硬度不断人工调整，设置时间不合适，造成降低产水效率，软化水硬度不达标，而且浪费资源，对环境造成污染，不能实现钠离子交换器经济、高效、可靠运行。

为解决上述问题，一方面通过采用硬度复合电极，测得产水硬度和温度，然后根据温度对硬度进行温度补偿，从而得到精确的产水硬度，这是后续控制产水硬度的前提；另一方面，根据得出的产水硬度以及各步骤对产水硬度影响的大小，采用逐次逼近的算法调整各步骤的运行时间，直至软化水指标符合要求。解决了上述问题，不但能够使钠离子交换器的产水硬度达标，而且由于步骤时间调整精确，既不会由于设置时间过短造成产水效率的降低、软化水硬度不达标，也不会由于设置时间过长而造成浪费资源、污染环境。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统、控制方法。

本发明是这样实现的，一种自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法包括以下步骤：

第一步，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，将控制箱的输入电源和用到的外部设备通过电缆连接到控制箱；

第二步，初次上电，需要通过键盘输入模块根据原水硬度设置初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式，以后掉电再上电不需要设置；

第三步，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，执行不同的控制程序；对于通过多通道阀切换步骤管路的钠离子交换器，由减速电机带动镶有7个金属触点的圆盘旋转，由主接近开关检测各个步骤，辅接近开关与主接近开关配合检测步骤0；对于通过电磁阀切换管路的钠离子交换器，由各个电磁阀的动作实现不同步骤的管路切换；

第四步，在检测产水硬度，检测硬度和温度，按照温度值对硬度进行温度补偿。若产水硬度不达标，自动调整各步骤的运行时间，若超过软件预设的检测次数后，产水硬度仍不能达标，则液晶显示模块显示硬度超标报警信息，系统停机；

第五步，在钠离子交换器运行过程中，连续检测储水池水位信息，若水位超限，则液晶显示模块显示水位超限报警信息，系统停机，待水位正常后，继续运行；

第六步，在钠离子交换器运行过程中，连续检测各个电磁阀故障信息，若出现电磁阀故障，则液晶显示模块显示故障阀的阀号，系统停机，待故障消除后，继续运行。

进一步，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法还包括：用于输出外部设备的控制信号到输出驱动和阀故障检测模块，同时接收各电磁阀的线路故障信息；接收硬度检测模块的信号计算产水硬度，并通过相应控制算法调整各步骤的运行时间，若产水硬度指标无法达到要求则显示报警信息；在切换步骤时，输出控制信号经输出驱动和阀故障检测模块控制减速电机带动镶有触点的圆盘转动，然后接收步骤和水位检测模块的步骤检测信号，判断是否到达下一步骤对应多通道阀阀芯位置；接收步骤和水位检测模块的水位信号，判断水位是否超限，若超限则停机，直到水位正常继续运行；根据各步骤的运行时间自动切换运行步骤，将运行步骤、运行时间、产水硬度、报警状态等信息送液晶显示模块显示，同时接收键盘输入模块输入的初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式信息。

进一步，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法的微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口分别与输出驱动和阀故障检测模块的控制信号输入端CTR1～CTR9相连接，发出外部设备的9路控制信号；P4.1～P4.7口分别与输出驱动和阀故障检测模块的阀故障检测信号输出端CHK1～CHK7相连接，接收7路电磁阀的故障检测信号，P2.0～P2.2口分别与存储模块的SDA、SCL、WP相连接，分别作为串行双向数据口、时钟输出口和写保护控制口，控制存储模块的读写操作；P2.3～P2.5口分别与步骤和水位检测模块的检测信号输出端D-1、D-2、D-3相连接，分别接收水位信号、主接近开关和辅接近开关的步骤检测信号；P1.0和P1.1口分别与硬度检测模块的输出端A-1和A-2连接，接收温度模拟信号和硬度模拟信号并完成两路模数转换；P2.5～P2.7口分别与键盘输入模块的信号输出端SET、INC、DEC相连接，接收键盘输入模块的输入信息；P3.0～P3.2口分别与液晶显示模块的RW、E、RS相连接，向液晶显示模块输出显示信息。

进一步，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法的在输出驱动和阀故障检测模块中，CTR1～CTR9端分别与微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口连接，接收微控制器模块发出的控制信号，经晶体管驱动放大，驱动继电器输出，输出端I-1～I-9和公共端COM之间分别与1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、减速电机、给水泵相连接，控制其动作；通过线性光耦PC817，检测各个阀的故障状态，检测信号输出端CHK1～CHK7分别与微控制器模块的P4.1～P4.7口相连接，将各阀的故障检测信号送微控制器模块；

步骤和水位检测模块中，检测信号输入端II-1、II-2、II-3分别与水位开关、主接近开关、辅接近开关相连，接收水位开关、主接近开关、辅接近开关的开关信号，经二极管1N5819实现电平转换输出；检测信号输出端D-1、D-2、D-3分别与微控制器模块的P2.3～P2.5口相连接，向微控制器模块发送水位信号和各步骤对应管路切换检测信号，实现水位超限检测和各步骤的管路切换；

硬度检测模块中，输入端III-1、III-2与硬度复合电极的热电偶信号输出端相连接，接收温度信号，经放大器ADA4841放大输出，输出端A-1与微控制器模块的P1.0(ADC0)口相连接，进行模数转换，实现产水温度检测，用来对检测硬度进行温度补偿；输入端III-3与硬度复合电极的硬度信号输出端相连，接收硬度信号，经AD8663和ADA4841放大输出，输出端A-2与微控制器模块的P1.1(ADC1)口相连接，进行模数转换，实现产水硬度检测。

进一步，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法的键盘输入模块中，三个按键的SET、INC、DEC端分别与微控制器模块的P1.5～P1.7相连接，SET为设置键，INC为加1键，DEC为减1键，实现设置步骤初始时间、钠离子交换器切换管路的方式参数；

液晶显示模块中，显示器件为128X64点阵、带背光的液晶显示器OCMJ4X8C，其RW、E、RS端口分别与微控制器模块的P3.0～P3.2相连接，采用串行显示方式，显示运行步骤、运行时间、产水硬度以及阀故障、水位超限、硬度超标报警信息；

存储模块中，存储器件为串行铁电存储器FM24C04-G，串行数据端口SDA、时钟端口SCL和写保护控制端口WP分别与微控制器模块的P2.0、P2.1、P2.2相连接，用于运行步骤、运行时间、步骤管路切换方式参数的存储，实现掉电保护；

电源模块中，采用AC-DC开关电源，功率30W，输入端AC220V为220V单相交流电，输出端DC5V和DC12V分别为直流5V和直流12V，输入交流220V同时为输出驱动和阀故障检测模块的输出接口供电，两路直流输出为其它各模块供电。

进一步，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法对于通过多通道阀切换管路的钠离子交换器，主接近开关和辅接近开关安装在与多通道阀阀芯相连，由减速电机驱动，上面镶嵌有7个金属触点的圆盘上方，通过电缆与步骤和水位检测模块相连，用于检测钠离子交换器各步骤切换管路时所对应的阀芯位置，当主接近开关检测到触点0，同时辅接近开关检测到触点6时，表示多通道阀将管路切换，然后由主接近开关依次检测到触点1～5。

本发明的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行包括下列步骤：

第二步，初次上电，需要通过键盘输入模块根据原水硬度设置初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式，以后掉电再上电不需要设置；

第三步，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，执行不同的控制程序；对于通过多通道阀切换步骤管路的钠离子交换器，由减速电机带动镶有7个金属触点的圆盘旋转，由主接近开关检测各个步骤，辅接近开关与主接近开关配合检测步骤0；对于通过电磁阀切换管路的钠离子交换器，由各个电磁阀的动作实现不同步骤的管路切换；

第四步，在检测产水硬度，检测硬度和温度，按照温度值对硬度进行温度补偿。若产水硬度不达标，自动调整各步骤的运行时间，若超过软件预设的检测次数后，产水硬度仍不能达标，则液晶显示模块显示硬度超标报警信息，系统停机；

第五步，在钠离子交换器运行过程中，连续检测储水池水位信息，若水位超限，则液晶显示模块显示水位超限报警信息，系统停机，待水位正常后，继续运行；

第六步，在钠离子交换器运行过程中，连续检测各个电磁阀故障信息，若出现电磁阀故障，则液晶显示模块显示故障阀的阀号，系统停机，待故障消除后，继续运行。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，其特征在于，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统包括：控制箱和钠离子交换器用到的外部设备；

控制箱内包括微控制器模块、输出驱动和阀故障检测模块、步骤和水位检测模块、硬度检测模块、存储模块、电源模块、液晶显示模块、键盘输入模块；液晶显示模块和键盘输入模块镶嵌在控制箱的面板上，通过排线与微控制器模块相连；

微控制器模块与输出驱动和阀故障检测模块、液晶显示模块、键盘输入模块、存储模块、硬度检测模块、步骤和水位检测模块相连，用于输出外部设备的控制信号到输出驱动和阀故障检测模块，同时接收各电磁阀的线路故障信息；接收硬度检测模块的信号计算产水硬度，并通过相应控制算法调整各步骤的运行时间，若产水硬度指标无法达到要求则显示报警信息；在切换步骤时，输出控制信号经输出驱动和阀故障检测模块控制减速电机带动镶有触点的圆盘转动，然后接收步骤和水位检测模块的步骤检测信号，判断是否到达下一步骤对应多通道阀阀芯位置；接收步骤和水位检测模块的水位信号，判断水位是否超限，若超限则停机，直到水位正常继续运行；根据各步骤的运行时间自动切换运行步骤，将运行步骤、运行时间、产水硬度、报警状态等信息送液晶显示模块显示，同时接收键盘输入模块输入的初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式；

输出驱动和阀故障检测模块，将微控制器输出的控制信号进行驱动放大，控制外部设备的动作；检测各阀的线路状态；

硬度检测模块，对硬度复合电极输出的电信号，包括硬度电极输出的硬度电信号和热电偶输出的温度电信号实现放大，然后送微控制器模块进行A/D转换，计算产水硬度并对产水硬度进行温度补偿；

步骤和水位检测模块，在步骤切换时，通过主接近开关和辅接近开关检测下一步骤对应多通道阀阀芯的位置，实现相应步骤的管路切换；检测储水池水位，将水位信号送微控制器模块，由微控制器模块判断水位是否超限；

存储模块，用于存储当前运行步骤、各步骤运行时间、当前步骤已经运行的时间、切换步骤管路的方式信息；

液晶显示模块，用于显示当前的运行步骤、当前步骤的运行时间、水位超限报警、阀线路故障报警、产水硬度及硬度超标报警；

键盘输入模块，用于钠离子交换器初次开机时，根据原水硬度设置初始步骤时间、钠离子交换器是通过多通道阀切换步骤管路还是通过电磁阀切换步骤管路信息；

电源模块，供电，包括AC220V、DC12V、DC5V三种电源，其中AC220V用于输出驱动和阀故障检测模块为外部设备提供电源；DC12V用于步骤和水位检测模块和输出驱动和阀故障检测模块；DC5V用于其它所有模块；

钠离子交换器用到的外部设备包括1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、减速电机、给水泵、硬度复合电极、水位开关、主接近开关和辅接近开关；其中硬度复合电极安装在钠离子交换器的出水管道上，通过电缆与硬度检测模块相连；水位开关放在储水池内，通过电缆与步骤和水位检测模块相连；主接近开关和辅接近开关安装在与多通道阀阀芯相连，由减速电机驱动，上面镶嵌有7个金属触点的圆盘上方，通过电缆与步骤和水位检测模块相连，用于检测钠离子交换器各步骤切换管路时所对应的阀芯位置；主接近开关和辅接近开关沿圆盘径向安装，且主接近开关在半径为R的位置，辅接近开关在半径为r的位置，当主接近开关检测到触点0，同时辅接近开关检测到触点6时，表示多通道阀将管路切换为步骤0，然后由主接近开关依次检测到触点1～5；其余外部设备均通过电缆与控制箱内的输出驱动和阀故障检测模块相连；对于通过多通道阀实现各步骤管路切换的钠离子交换器，外部设备只需要连接1#进水阀、2#进水阀、再生阀、减速电机、给水泵、硬度复合电极、水位开关、主接近开关和辅接近开关，其中给水泵的连接视原水的来源而定，若原水来源于自来水则不需要连接，若来源于井水则需要连接；对于通过电磁阀实现各步骤管路切换的钠离子交换器，外部设备只需要连接1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、给水泵、硬度复合电极、水位开关，其中给水泵的连接同样要根据原水的来源决定是否连接。

进一步，所述微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口分别与输出驱动和阀故障检测模块的控制信号输入端CTR1～CTR9相连接，输出外部设备的控制信号到输出驱动和阀故障检测模块；微控制器模块的P4.1～P4.7口接收各电磁阀的故障检测信号，分别与输出驱动和阀故障检测模块的阀故障检测信号输出端CHK1～CHK7相连接；微控制器模块的P2.0～P2.2口分别与存储模块的SDA、SCL、WP相连接，控制存储模块的数据存储；微控制器模块的P2.3～P2.5口分别与步骤和水位检测模块的检测信号输出端D-1、D-2、D-3相连接，分别接收水位信号、主接近开关和辅接近开关的步骤检测信号；微控制器模块的P1.0、P1.1口分别与硬度检测模块的A-1和A-2相连接，实现温度和硬度模数转换；微控制器模块的P2.5～P2.7口分别与键盘输入模块的信号输出端SET、INC、DEC相连接，接收键盘输入模块的输入信息；微控制器模块的P3.0～P3.2口分别与液晶显示模块的RW、E、RS相连接，向液晶显示模块输出显示数据；

输出驱动和阀故障检测模块中，控制信号输入端CTR1～CTR9分别与微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口连接，接收微控制器模块发出的控制信号；输出端I-1～I-9分别与1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、减速电机、给水泵相连接；检测信号输出端CHK1～CHK7分别与微控制器模块的P4.1～P4.7口相连接，检测各个阀的故障状态；

步骤和水位检测模块中，检测信号输入端II-1、II-2、II-3分别与水位开关、主接近开关、辅接近开关相连；检测信号输出端D-1、D-2、D-3分别与微控制器模块的P2.3～P2.5口相连接，检测水位是否超限以及对于多通道阀切换管路的钠离子交换器，检测各步骤对应多通道阀阀芯的位置，实现管路切换；

硬度检测模块中，输入端III-1、III-2与硬度复合电极的热电偶信号输出端相连接，输出端A-1与微控制器模块的P1.0(ADC0)口相连接，实现产水温度检测，用于对检测硬度进行温度补偿；输入端III-3与硬度复合电极的硬度信号输出端相连接，输出端A-2与微控制器模块的P1.1口相连接，实现产水硬度检测；

键盘输入模块，SET、INC、DEC端与微控制器模块的P1.5～P1.7相连接，用于设置步骤初始时间、钠离子交换器切换管路的方式参数；

液晶显示模块，RW、E、RS端口分别与微控制器模块的P3.0～P3.2相连接，用于显示运行步骤、运行时间、产水硬度以及阀故障、水位超限、硬度超标；

存储模块，SDA、SCL和WP端分别与微控制器模块的P2.0、P2.1、P2.2相连接，用于运行步骤、运行时间、步骤管路切换方式参数的存储；

电源模块，采用30W开关电源，输入端AC220V通过电缆与外部配电箱的单相220V交流输出端相连接，两路直流输出DC5V和DC12V分别为各模块直流5V和直流12V供电，输入单相220V交流同时为输出驱动和阀故障检测模块供电。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：不需要人工设置各步骤的运行时间，通过检测到的产水硬度自动实现各步骤运行时间的调整，避免由于设置时间不合适造成的产水效率低、浪费资源、污染环境、软化水不达标等弊端，对于不同管路切换方式的钠离子交换器，只需在初次开机时设置好管路切换方式即可自动执行相应的应用程序，实现钠离子交换器的自动、经济、高效、可靠运行。

本发明实现在微处理器的控制下实现钠离子交换器按步骤1#罐产水2#罐松床、1#罐产水2#罐再生、1#罐产水2#罐清洗、2#罐产水1#罐松床、2#罐产水1#罐再生、2#罐产水1#罐清洗、1#罐产水2#罐松床的自动循环运行；本发明实现各个电磁阀的线路故障检测，当阀出现线路故障时，系统停机并显示报警信息。本发明在系统掉电再恢复供电后，保证钠离子交换器按照系统掉电前的运行步骤和运行时间继续运行；具有软化水储水池水位检测功能，当水位超限时，显示报警信息，系统停机。

本发明采用硬度复合电极自动检测钠离子交换器的出水硬度，根据检测结果，采用相应控制算法自动调整松床、再生和清洗三个调整步骤的运行时间，既保证了产水硬度符合软化水硬度指标，又保证钠离子交换器处于经济、高效运行状态。本发明适用于通过多通道阀实现各步骤管路切换和通过电磁阀实现各步骤管路切换的钠离子交换器。对于不同的钠离子交换器，硬件上连接不同的外部设备即可，软件上通过键盘设置即可执行不同的控制程序。

本发明通过外接不同的外部设备配合不同的控制程序，实现各种钠离子交换器的自动运行控制，适应性强；通过硬度复合电极检测产水硬度，若产水硬度不达标，通过控制算法自动调整钠离子交换器各步骤的运行时间，实现经济、高效运行；具有系统掉电保护功能，当系统掉电再上电后，能接着掉电前的步骤和运行时间继续运行；系统运行过程中，能自动检测储水池水位，当水位超限时显示水位超限报警信息，待水位恢复正常后继续运行；系统运行过程中，能自动检测各个电磁阀的线路故障，当电磁阀出现故障时显示故障阀的阀号信息，待故障修复后继续运行。综上所述，本发明在保证产水硬度达标的基础上，实现了各种钠离子交换器的自动运行控制，在出现产水硬度不达标、电磁阀故障、水位超限等异常时，系统停机，更好地保证钠离子交换器的产水硬度指标。

本发明能实现钠离子交换器的自动运行、自动检测显示产水硬度和产水硬度的自动调整，避免了经常需要人工修改钠离子交换器运行参数的弊端。在设置好钠离子交换器的步骤初始时间后，一方面，自动控制钠离子交换器按照松床、再生、清洗三个调整步骤控制调整罐和产水罐的自动工作；另一方面，不断检测显示钠离子交换器产水罐的产水硬度，并根据产水硬度是否达标自动调整松床、再生和清洗三个调整步骤的运行时间，直至产水硬度符合要求，若经过调整也不能达到符合要求的硬度指标，则输出报警信息，表示钠离子交换器盐罐缺盐或者树脂性能不满足要求。该装置实现了钠离子交换器的自动、经济、高效运行。

附图说明

图1是本发明实施例提供的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统的结构示意图；

图中：1、控制箱；2、外部设备。

图3是本发明实施例提供的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统的硬件结构示意图；

图中：I-1～I-9十个输出端与COM端之间分别接1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、减速电机、给水泵等九个外部设备；III-1和III-2接硬度复合电极的热电偶引出线，III-3和GND接硬度复合电极的电极引出线；II-1和GND接水位开关引出线，DC12V、II-2和GND接主接近开关引出线，DC12V、II-3和GND接辅接近开关引出线；微控制器模块为STC12C5A60S2；各模块的供电来自电源模块V。

图4是本发明实施例提供的多通道阀实现管路切换的控制示意图；

图中：镶有金属触点0～6的圆盘与钠离子交换器的多通道阀阀芯相连接，由减速电机通过齿轮驱动圆盘带动阀芯旋转；主接近开关和辅接近开关沿圆盘径向，布置在半径为R和r的圆盘上方。切换步骤时，在减速电机的驱动下，圆盘带动阀芯旋转，当触点0和触点6分别转到主接近开关和辅接近开关的正下方时，多通道阀正好切换到第1个步骤，其它步骤由主接近开关顺序检测到触点1～5时，实现管路切换。

图5是本发明实施例提供的液晶显示模块电气原理图。

图6是本发明实施例提供的键盘输入模块电气原理图。

图7是本发明实施例提供的输出驱动和阀故障检测模块电气原理图。

图8是本发明实施例提供的步骤和水位检测模块电气原理图。

图9是本发明实施例提供的硬度检测模块电气原理图。

图10是本发明实施例提供的存储模块电气原理图。

图11是本发明实施例提供的电源模块示意图。

图12是本发明实施例提供的控制程序流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统、控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法包括以下步骤：

S101：根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，将控制箱的输入电源和用到的外部设备通过电缆连接到控制箱。

S102：初次上电，需要通过键盘输入模块设置初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式，以后掉电再上电不需要设置。

S103：根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，执行不同的控制程序。对于通过多通道阀切换步骤管路的钠离子交换器，由减速电机带动镶有7个金属触点的圆盘旋转，由主接近开关检测各个步骤，辅接近开关与主接近开关配合检测步骤0；对于通过电磁阀切换管路的钠离子交换器，由各个电磁阀的动作实现不同步骤的管路切换。

S104：在步骤S102和步骤S105检测产水硬度，也就是在换罐前的最后一个步骤，检测硬度和温度，按照温度值对硬度进行温度补偿。若产水硬度不达标，自动调整各步骤的运行时间，若超过软件预设的检测次数后，产水硬度仍不能达标，则液晶显示模块显示硬度超标报警信息，系统停机。

S105：在钠离子交换器运行过程中，连续检测储水池水位信息，若水位超限，则液晶显示模块显示水位超限报警信息，系统停机，待水位正常后，继续运行。

S106：在钠离子交换器运行过程中，连续检测各个电磁阀故障信息，若出现电磁阀故障，则液晶显示模块显示故障阀的阀号，系统停机，待故障消除后，继续运行。

如图2所示，本发明实施例提供的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统包括：控制箱1和钠离子交换器用到的外部设备2。

控制箱1内包括微控制器模块、输出驱动和阀故障检测模块、步骤和水位检测模块、硬度检测模块、存储模块、电源模块、液晶显示模块、键盘输入模块；液晶显示模块和键盘输入模块镶嵌在控制箱1的面板上，通过排线与微控制器模块相连。

钠离子交换器用到的外部设备2包括1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、减速电机、给水泵、硬度复合电极、水位开关、主接近开关和辅接近开关。其中硬度复合电极安装在钠离子交换器的出水管道上，通过电缆与硬度检测模块相连；水位开关放在储水池内，通过电缆与步骤和水位检测模块相连；主接近开关和辅接近开关安装在与多通道阀阀芯相连，由减速电机驱动，上面镶嵌有7个金属触点的圆盘上方，通过电缆与步骤和水位检测模块相连，用于检测钠离子交换器各步骤切换管路时所对应的阀芯位置。主接近开关和辅接近开关沿圆盘径向安装，且主接近开关在半径为R的位置，辅接近开关在半径为r的位置，当主接近开关检测到触点0，同时辅接近开关检测到触点6时，表示多通道阀将管路切换为步骤0，然后由主接近开关依次检测到触点1～5，分别表示步骤1～步骤5；其余外部设备均通过电缆与控制箱内的输出驱动和阀故障检测模块相连。对于通过多通道阀实现各步骤管路切换的钠离子交换器，外部设备只需要连接1#进水阀、2#进水阀、再生阀、减速电机、给水泵、硬度复合电极、水位开关、主接近开关和辅接近开关，其中给水泵的连接视原水的来源而定，若原水来源于自来水则不需要连接，若来源于井水则需要连接；对于通过电磁阀实现各步骤管路切换的钠离子交换器，外部设备只需要连接1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、给水泵、硬度复合电极、水位开关，其中给水泵的连接同样要根据原水的来源决定是否连接。

在本发明的优选实施例中，微控制器模块与输出驱动和阀故障检测模块、液晶显示模块、键盘输入模块、存储模块、硬度检测模块、步骤和水位检测模块相连，用于输出外部设备的控制信号到输出驱动和阀故障检测模块，同时接收各电磁阀的线路故障信息；接收硬度检测模块的信号计算产水硬度，并通过相应控制算法调整各步骤的运行时间，若产水硬度指标无法达到要求则显示报警信息；在切换步骤时，输出控制信号经输出驱动和阀故障检测模块控制减速电机带动镶有触点的圆盘转动，然后接收步骤和水位检测模块的步骤检测信号，判断是否到达下一步骤对应多通道阀阀芯位置；接收步骤和水位检测模块的水位信号，判断水位是否超限，若超限则停机，直到水位正常继续运行；根据各步骤的运行时间自动切换运行步骤，将运行步骤、运行时间、产水硬度、报警状态等信息送液晶显示模块显示，同时接收键盘输入模块输入的初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式等信息。

在本发明的优选实施例中，输出驱动和阀故障检测模块，一方面将微控制器输出的控制信号进行驱动放大，控制外部设备的动作；另一方面检测各阀的线路状态。

在本发明的优选实施例中，硬度检测模块，对硬度复合电极输出的电信号，包括硬度电极输出的硬度电信号和热电偶输出的温度电信号实现放大，然后送微控制器模块进行A/D转换，计算产水硬度并对产水硬度进行温度补偿。

在本发明的优选实施例中，步骤和水位检测模块，一方面在步骤切换时，通过主接近开关和辅接近开关检测下一步骤对应多通道阀阀芯的位置，实现相应步骤的管路切换；另一方面检测储水池水位，将水位信号送微控制器模块，由微控制器模块判断水位是否超限。

在本发明的优选实施例中，存储模块，用于存储当前运行步骤、各步骤运行时间、当前步骤已经运行的时间、切换步骤管路的方式等信息，保证在系统掉电再上电后，接着掉电前的状态继续运行。

在本发明的优选实施例中，液晶显示模块，用于显示当前的运行步骤、当前步骤的运行时间、水位超限报警、阀线路故障报警、产水硬度及硬度超标报警等信息。

在本发明的优选实施例中，键盘输入模块，用于设置钠离子交换器的初次开机时预置步骤时间、钠离子交换器是通过多通道阀切换步骤管路还是通过电磁阀切换步骤管路等信息，以便微控制器模块执行不同的控制程序。

在本发明的优选实施例中，电源模块，为其它各模块供电，包括AC220V、DC12V、DC5V三种电源，其中AC220V用于输出驱动和阀故障检测模块为外部设备提供电源；DC12V用于步骤和水位检测模块和输出驱动和阀故障检测模块；DC5V用于其它所有模块。

在本发明的优选实施例中，微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口分别与输出驱动和阀故障检测模块的控制信号输入端CTR1～CTR9相连接，输出外部设备的控制信号到输出驱动和阀故障检测模块；微控制器模块的P4.1～P4.7口接收各电磁阀的故障检测信号，分别与输出驱动和阀故障检测模块的阀故障检测信号输出端CHK1～CHK7相连接；微控制器模块的P2.0～P2.2口分别与存储模块的SDA、SCL、WP相连接，控制存储模块的数据存储；微控制器模块的P2.3～P2.5口分别与步骤和水位检测模块的检测信号输出端D-1、D-2、D-3相连接，分别接收水位信号、主接近开关和辅接近开关的步骤检测信号；微控制器模块的P1.0、P1.1口分别与硬度检测模块的A-1和A-2相连接，实现温度和硬度模数转换；微控制器模块的P2.5～P2.7口分别与键盘输入模块的信号输出端SET、INC、DEC相连接，接收键盘输入模块的输入信息；微控制器模块的P3.0～P3.2口分别与液晶显示模块的RW、E、RS相连接，向液晶显示模块输出显示数据。

在本发明的优选实施例中，输出驱动和阀故障检测模块中，控制信号输入端CTR1～CTR9分别与微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口连接，接收微控制器模块发出的控制信号；输出端I-1～I-9分别与1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、减速电机、给水泵相连接；检测信号输出端CHK1～CHK7分别与微控制器模块的P4.1～P4.7口相连接，检测各个阀的故障状态。

在本发明的优选实施例中，步骤和水位检测模块中，检测信号输入端II-1、II-2、II-3分别与水位开关、主接近开关、辅接近开关相连；检测信号输出端D-1、D-2、D-3分别与微控制器模块的P2.3～P2.5口相连接，检测水位是否超限以及对于多通道阀切换管路的钠离子交换器，检测各步骤对应多通道阀阀芯的位置，实现管路切换。

在本发明的优选实施例中，硬度检测模块中，输入端III-1、III-2与硬度复合电极的热电偶信号输出端相连接，输出端A-1与微控制器模块的P1.0(ADC0)口相连接，实现产水温度检测，用于对检测硬度进行温度补偿；输入端III-3与硬度复合电极的硬度信号输出端相连接，输出端A-2与微控制器模块的P1.1(ADC1)口相连接，实现产水硬度检测。

在本发明的优选实施例中，键盘输入模块的SET、INC、DEC端与微控制器模块的P1.5～P1.7相连接，用于设置步骤初始时间、钠离子交换器切换管路的方式等参数。

在本发明的优选实施例中，液晶显示模块的RW、E、RS端口分别与微控制器模块的P3.0～P3.2相连接，用于显示运行步骤、运行时间、产水硬度以及阀故障、水位超限、硬度超标等报警信息。

在本发明的优选实施例中，存储模块的SDA、SCL和WP端分别与微控制器模块的P2.0、P2.1、P2.2相连接，用于运行步骤、运行时间、步骤管路切换方式等参数的存储。

在本发明的优选实施例中，电源模块采用30W开关电源，输入端AC220V通过电缆与外部配电箱的单相220V交流输出端相连接，两路直流输出DC5V和DC12V分别为各模块直流5V和直流12V供电，输入单相220V交流同时为输出驱动和阀故障检测模块供电。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

如图3所示，本发明实施例提供的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统的控制箱内部设置有微控制器模块MCU、输出驱动和阀故障检测模块、步骤和水位检测模块、硬度检测模块、存储模块，控制箱前面板上设置有液晶显示模块LCD和键盘输入模块KEY，通过排线与微控制器模块相连。

微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口分别与输出驱动和阀故障检测模块的控制信号输入端CTR1～CTR9相连接，发出外部设备的9路控制信号；P4.1～P4.7口分别与输出驱动和阀故障检测模块的阀故障检测信号输出端CHK1～CHK7相连接，接收7路电磁阀的故障检测信号，P2.0～P2.2口分别与存储模块的SDA、SCL、WP相连接，分别作为串行双向数据口、时钟输出口和写保护控制口，控制存储模块的读写操作；P2.3～P2.5口分别与步骤和水位检测模块的检测信号输出端D-1、D-2、D-3相连接，分别接收水位信号、主接近开关和辅接近开关的步骤检测信号；P1.0和P1.1口分别与硬度检测模块的输出端A-1和A-2连接，接收温度模拟信号和硬度模拟信号并完成两路模数转换；P2.5～P2.7口分别与键盘输入模块的信号输出端SET、INC、DEC相连接，接收键盘输入模块的输入信息；P3.0～P3.2口分别与液晶显示模块的RW、E、RS相连接，向液晶显示模块输出显示信息。

如图4所示，在输出驱动和阀故障检测模块中，CTR1～CTR9端分别与微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口连接，接收微控制器模块发出的控制信号，经晶体管驱动放大，驱动继电器输出，输出端I-1～I-9和公共端COM之间分别与1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、减速电机、给水泵相连接，控制其动作；通过线性光耦PC817，检测各个阀的故障状态，检测信号输出端CHK1～CHK7分别与微控制器模块的P4.1～P4.7口相连接，将各阀的故障检测信号送微控制器模块。

如图8所示，在步骤和水位检测模块中，检测信号输入端II-1、II-2、II-3分别与水位开关、主接近开关、辅接近开关相连，接收水位开关、主接近开关、辅接近开关的开关信号，经二极管1N5819实现电平转换输出；检测信号输出端D-1、D-2、D-3分别与微控制器模块的P2.3～P2.5口相连接，向微控制器模块发送水位信号和各步骤对应管路切换检测信号，实现水位超限检测和各步骤的管路切换。

如图9所示，在硬度检测模块中，输入端III-1、III-2与硬度复合电极的热电偶信号输出端相连接，接收温度信号，经放大器ADA4841放大输出，输出端A-1与微控制器模块的P1.0(ADC0)口相连接，进行模数转换，实现产水温度检测，用来对检测硬度进行温度补偿；输入端III-3与硬度复合电极的硬度信号输出端相连，接收硬度信号，经AD8663和ADA4841放大输出，输出端A-2与微控制器模块的P1.1(ADC1)口相连接，进行模数转换，实现产水硬度检测。

如图6所示，在键盘输入模块中，三个按键的SET、INC、DEC端分别与微控制器模块的P1.5～P1.7相连接，SET为设置键，INC为加1键，DEC为减1键，实现设置步骤初始时间、钠离子交换器切换管路的方式等参数。

如图5所示，在液晶显示模块中，显示器件为128X64点阵、带背光的液晶显示器OCMJ4X8C，其RW、E、RS端口分别与微控制器模块的P3.0～P3.2相连接，采用串行显示方式，显示运行步骤、运行时间、产水硬度以及阀故障、水位超限、硬度超标等报警信息。

如图10所示，在存储模块中，存储器件为串行铁电存储器FM24C04-G，串行数据端口SDA、时钟端口SCL和写保护控制端口WP分别与微控制器模块的P2.0、P2.1、P2.2相连接，用于运行步骤、运行时间、步骤管路切换方式等参数的存储，实现掉电保护。

如图11所示，在电源模块中，采用AC-DC开关电源，功率30W，输入端AC220V为220V单相交流电，输出端DC5V和DC12V分别为直流5V和直流12V，输入交流220V同时为输出驱动和阀故障检测模块的输出接口供电，两路直流输出为其它各模块供电。

如图4所示，对于通过多通道阀切换管路的钠离子交换器，主接近开关和辅接近开关安装在与多通道阀阀芯相连，由减速电机驱动，上面镶嵌有7个金属触点的圆盘上方，通过电缆与步骤和水位检测模块相连，用于检测钠离子交换器各步骤切换管路时所对应的阀芯位置，当主接近开关检测到触点0，同时辅接近开关检测到触点6时，表示多通道阀将管路切换为步骤0，然后由主接近开关依次检测到触点1～5，分别表示步骤1～步骤5。

本发明实施例提供的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法实现钠离子交换器按步骤1#罐产水2#罐松床(步骤0)→1#罐产水2#罐再生(步骤1)→1#罐产水2#罐清洗(步骤2)→2#罐产水1#罐松床(步骤3)→2#罐产水1#罐再生(步骤4)→2#罐产水1#罐清洗(步骤5)→1#罐产水2#罐松床(步骤1)的自动循环运行。

如图12所示，本发明实施例提供的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法包括以下步骤：

步骤一，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，将控制箱的输入电源和用到的外部设备通过电缆连接到控制箱。

步骤二，初次上电，需要通过键盘输入模块根据原水硬度设置初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式，以后掉电再上电不需要设置。

步骤三，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，执行不同的控制程序，每个控制程序都能自动控制钠离子交换器按照步骤0～步骤5的顺序循环工作，一个步骤完成后，自动切换到下一步骤运行，但切换管路的方式不同，其控制方法不同。对于通过多通道阀切换步骤管路的钠离子交换器，由微控制器模块输出控制信号，经输出驱动和阀故障检测模块，控制减速电机带动镶有7个金属触点(触点0～5分别对应步骤0～步骤5)的圆盘旋转，由主接近开关检测各个步骤，辅接近开关与主接近开关配合检测步骤0(主接近开关检测到触点0，同时辅接近开关检测到触点6)；对于通过电磁阀切换管路的钠离子交换器，直接由微控制器模块输出控制信号，经输出驱动和阀故障检测模块控制各个电磁阀的动作实现不同步骤的管路切换。

步骤四，在步骤二和步骤五检测产水硬度，也就是在换罐前的最后一个步骤(步骤二和步骤五)，微控制器模块对硬度检测模块输出的硬度和温度模拟信号进行模数转换计算硬度和温度，根据检测到的温度值对硬度进行温度补偿，得到精确的产水硬度。根据产水硬度是否达标，经过相应控制算法自动调整各步骤的运行时间。若产水硬度不达标，则在换罐后按照调整后的时间运行，若超过软件预设的检测次数后，产水硬度仍不能达标，则液晶显示模块显示硬度超标报警信息，系统停机。

步骤五，在钠离子交换器运行过程中，微控制器模块连续检测步骤和水位检测模块送来的水位信息，若水位超限，则液晶显示模块显示水位超限报警信息，系统停机，待水位正常后，继续运行。

步骤六，在钠离子交换器运行过程中，微控制器模块连续检测输出驱动和阀故障检测模块送来的各个电磁阀故障信息，若出现电磁阀故障，则液晶显示模块显示故障阀的阀号，系统停机，待故障消除后，继续运行。

本发明适用于各种不同类型的钠离子交换器，通电运行前需要根据钠离子交换器切换管路的方式将用到的进水阀、清洗阀、排水阀、再生阀、减速电机、给水泵、硬度复合电极、接近开关等外部设备与控制箱对应连接，初次上电运行需要设置初始步骤时间、切换管路的方式，自动检测产水硬度并调整各步骤的运行时间，自动检测储水池水位和电磁阀故障，真正实现了钠离子交换器的自动、经济、高效运行。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，其特征在于，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法包括以下步骤：

第一步，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，将控制箱的输入电源和用到的外部设备通过电缆连接到控制箱；

第二步，初次上电，需要通过键盘输入模块根据原水硬度设置初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式，以后掉电再上电不需要设置；

第三步，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，执行不同的控制程序；对于通过多通道阀切换步骤管路的钠离子交换器，由减速电机带动镶有7个金属触点的圆盘旋转，由主接近开关检测各个步骤，辅接近开关与主接近开关配合检测步骤0；对于通过电磁阀切换管路的钠离子交换器，由各个电磁阀的动作实现不同步骤的管路切换；

第四步，在检测产水硬度，检测硬度和温度，按照温度值对硬度进行温度补偿，若产水硬度不达标，自动调整各步骤的运行时间，若超过软件预设的检测次数后，产水硬度仍不能达标，则液晶显示模块显示硬度超标报警信息，系统停机；

第五步，在钠离子交换器运行过程中，连续检测储水池水位信息，若水位超限，则液晶显示模块显示水位超限报警信息，系统停机，待水位正常后，继续运行；

第六步，在钠离子交换器运行过程中，连续检测各个电磁阀故障信息，若出现电磁阀故障，则液晶显示模块显示故障阀的阀号，系统停机，待故障消除后，继续运行。

2.如权利要求1所述的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，其特征在于，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法还包括：用于输出外部设备的控制信号到输出驱动和阀故障检测模块，同时接收各电磁阀的线路故障信息；接收硬度检测模块的信号计算产水硬度，并通过相应控制算法调整各步骤的运行时间，若产水硬度指标无法达到要求则显示报警信息；在切换步骤时，输出控制信号经输出驱动和阀故障检测模块控制减速电机带动镶有触点的圆盘转动，然后接收步骤和水位检测模块的步骤检测信号，判断是否到达下一步骤对应多通道阀阀芯位置；接收步骤和水位检测模块的水位信号，判断水位是否超限，若超限则停机，直到水位正常继续运行；根据各步骤的运行时间自动切换运行步骤，将运行步骤、运行时间、产水硬度、报警状态等信息送液晶显示模块显示，同时接收键盘输入模块输入的初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式信息。

3.如权利要求2所述的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，其特征在于，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法的微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口分别与输出驱动和阀故障检测模块的控制信号输入端CTR1～CTR9相连接，发出外部设备的9路控制信号；P4.1～P4.7口分别与输出驱动和阀故障检测模块的阀故障检测信号输出端CHK1～CHK7相连接，接收7路电磁阀的故障检测信号，P2.0～P2.2口分别与存储模块的SDA、SCL、WP相连接，分别作为串行双向数据口、时钟输出口和写保护控制口，控制存储模块的读写操作；P2.3～P2.5口分别与步骤和水位检测模块的检测信号输出端D-1、D-2、D-3相连接，分别接收水位信号、主接近开关和辅接近开关的步骤检测信号；P1.0和P1.1口分别与硬度检测模块的输出端A-1和A-2连接，接收温度模拟信号和硬度模拟信号并完成两路模数转换；P2.5～P2.7口分别与键盘输入模块的信号输出端SET、INC、DEC相连接，接收键盘输入模块的输入信息；P3.0～P3.2口分别与液晶显示模块的RW、E、RS相连接，向液晶显示模块输出显示信息。

4.如权利要求2所述的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，其特征在于，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法的在输出驱动和阀故障检测模块中，CTR1～CTR9端分别与微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口连接，接收微控制器模块发出的控制信号，经晶体管驱动放大，驱动继电器输出，输出端I-1～I-9和公共端COM之间分别与1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、减速电机、给水泵相连接，控制其动作；通过线性光耦PC817，检测各个阀的故障状态，检测信号输出端CHK1～CHK7分别与微控制器模块的P4.1～P4.7口相连接，将各阀的故障检测信号送微控制器模块；

步骤和水位检测模块中，检测信号输入端II-1、II-2、II-3分别与水位开关、主接近开关、辅接近开关相连，接收水位开关、主接近开关、辅接近开关的开关信号，经二极管1N5819实现电平转换输出；检测信号输出端D-1、D-2、D-3分别与微控制器模块的P2.3～P2.5口相连接，向微控制器模块发送水位信号和各步骤对应管路切换检测信号，实现水位超限检测和各步骤的管路切换；

硬度检测模块中，输入端III-1、III-2与硬度复合电极的热电偶信号输出端相连接，接收温度信号，经放大器ADA4841放大输出，输出端A-1与微控制器模块的P1.0(ADC0)口相连接，进行模数转换，实现产水温度检测，用来对检测硬度进行温度补偿；输入端III-3与硬度复合电极的硬度信号输出端相连，接收硬度信号，经AD8663和ADA4841放大输出，输出端A-2与微控制器模块的P1.1(ADC1)口相连接，进行模数转换，实现产水硬度检测。

5.如权利要求2所述的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，其特征在于，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法的键盘输入模块中，三个按键的SET、INC、DEC端分别与微控制器模块的P1.5～P1.7相连接，SET为设置键，INC为加1键，DEC为减1键，实现设置步骤初始时间、钠离子交换器切换管路的方式参数；

液晶显示模块中，显示器件为128X64点阵、带背光的液晶显示器OCMJ4X8C，其RW、E、RS端口分别与微控制器模块的P3.0～P3.2相连接，采用串行显示方式，显示运行步骤、运行时间、产水硬度以及阀故障、水位超限、硬度超标报警信息；

存储模块中，存储器件为串行铁电存储器FM24C04-G，串行数据端口SDA、时钟端口SCL和写保护控制端口WP分别与微控制器模块的P2.0、P2.1、P2.2相连接，用于运行步骤、运行时间、步骤管路切换方式参数的存储，实现掉电保护；

电源模块中，采用AC-DC开关电源，功率30W，输入端AC220V为220V单相交流电，输出端DC5V和DC12V分别为直流5V和直流12V，输入交流220V同时为输出驱动和阀故障检测模块的输出接口供电，两路直流输出为其它各模块供电。

6.如权利要求2所述的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法，其特征在于，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法对于通过多通道阀切换管路的钠离子交换器，主接近开关和辅接近开关安装在与多通道阀阀芯相连，由减速电机驱动，上面镶嵌有7个金属触点的圆盘上方，通过电缆与步骤和水位检测模块相连，用于检测钠离子交换器各步骤切换管路时所对应的阀芯位置，当主接近开关检测到触点0，同时辅接近开关检测到触点6时，表示多通道阀将管路切换，然后由主接近开关依次检测到触点1～5。

7.一种接收用户输入程序存储介质，其特征在于，所存储的计算机程序使电子设备执行包括下列步骤：

第二步，初次上电，需要通过键盘输入模块根据原水硬度设置初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式，以后掉电再上电不需要设置；

第三步，根据钠离子交换器切换步骤管路的方式，执行不同的控制程序；对于通过多通道阀切换步骤管路的钠离子交换器，由减速电机带动镶有7个金属触点的圆盘旋转，由主接近开关检测各个步骤，辅接近开关与主接近开关配合检测步骤0；对于通过电磁阀切换管路的钠离子交换器，由各个电磁阀的动作实现不同步骤的管路切换；

第四步，在检测产水硬度，检测硬度和温度，按照温度值对硬度进行温度补偿，若产水硬度不达标，自动调整各步骤的运行时间，若超过软件预设的检测次数后，产水硬度仍不能达标，则液晶显示模块显示硬度超标报警信息，系统停机；

第五步，在钠离子交换器运行过程中，连续检测储水池水位信息，若水位超限，则液晶显示模块显示水位超限报警信息，系统停机，待水位正常后，继续运行；

第六步，在钠离子交换器运行过程中，连续检测各个电磁阀故障信息，若出现电磁阀故障，则液晶显示模块显示故障阀的阀号，系统停机，待故障消除后，继续运行。

8.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，其特征在于，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求1～6任意一项所述的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法。

9.一种实施权利要求1～6任意一项所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制方法的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统，其特征在于，所述自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统包括：控制箱和钠离子交换器用到的外部设备；

控制箱内包括微控制器模块、输出驱动和阀故障检测模块、步骤和水位检测模块、硬度检测模块、存储模块、电源模块、液晶显示模块、键盘输入模块；液晶显示模块和键盘输入模块镶嵌在控制箱的面板上，通过排线与微控制器模块相连；

微控制器模块与输出驱动和阀故障检测模块、液晶显示模块、键盘输入模块、存储模块、硬度检测模块、步骤和水位检测模块相连，用于输出外部设备的控制信号到输出驱动和阀故障检测模块，同时接收各电磁阀的线路故障信息；接收硬度检测模块的信号计算产水硬度，并通过相应控制算法调整各步骤的运行时间，若产水硬度指标无法达到要求则显示报警信息；在切换步骤时，输出控制信号经输出驱动和阀故障检测模块控制减速电机带动镶有触点的圆盘转动，然后接收步骤和水位检测模块的步骤检测信号，判断是否到达下一步骤对应多通道阀阀芯位置；接收步骤和水位检测模块的水位信号，判断水位是否超限，若超限则停机，直到水位正常继续运行；根据各步骤的运行时间自动切换运行步骤，将运行步骤、运行时间、产水硬度、报警状态等信息送液晶显示模块显示，同时接收键盘输入模块输入的初始步骤时间、钠离子交换器切换步骤管路的方式；

输出驱动和阀故障检测模块，将微控制器输出的控制信号进行驱动放大，控制外部设备的动作；检测各阀的线路状态；

硬度检测模块，对硬度复合电极输出的电信号，包括硬度电极输出的硬度电信号和热电偶输出的温度电信号实现放大，然后送微控制器模块进行A/D转换，计算产水硬度并对产水硬度进行温度补偿；

步骤和水位检测模块，在步骤切换时，通过主接近开关和辅接近开关检测下一步骤对应多通道阀阀芯的位置，实现相应步骤的管路切换；检测储水池水位，将水位信号送微控制器模块，由微控制器模块判断水位是否超限；

存储模块，用于存储当前运行步骤、各步骤运行时间、当前步骤已经运行的时间、切换步骤管路的方式信息；

液晶显示模块，用于显示当前的运行步骤、当前步骤的运行时间、水位超限报警、阀线路故障报警、产水硬度及硬度超标报警；

键盘输入模块，用于钠离子交换器初次开机时设置初始步骤时间、钠离子交换器是通过多通道阀切换步骤管路还是通过电磁阀切换步骤管路信息；

电源模块，供电，包括AC220V、DC12V、DC5V三种电源，其中AC220V用于输出驱动和阀故障检测模块为外部设备提供电源；DC12V用于步骤和水位检测模块和输出驱动和阀故障检测模块；DC5V用于其它所有模块；

钠离子交换器用到的外部设备包括1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、减速电机、给水泵、硬度复合电极、水位开关、主接近开关和辅接近开关；其中硬度复合电极安装在钠离子交换器的出水管道上，通过电缆与硬度检测模块相连；水位开关放在储水池内，通过电缆与步骤和水位检测模块相连；主接近开关和辅接近开关安装在与多通道阀阀芯相连，由减速电机驱动，上面镶嵌有7个金属触点的圆盘上方，通过电缆与步骤和水位检测模块相连，用于检测钠离子交换器各步骤切换管路时所对应的阀芯位置；主接近开关和辅接近开关沿圆盘径向安装，且主接近开关在半径为R的位置，辅接近开关在半径为r的位置，当主接近开关检测到触点0，同时辅接近开关检测到触点6时，表示多通道阀将管路切换为步骤0，然后由主接近开关依次检测到触点1～5；其余外部设备均通过电缆与控制箱内的输出驱动和阀故障检测模块相连；对于通过多通道阀实现各步骤管路切换的钠离子交换器，外部设备只需要连接1#进水阀、2#进水阀、再生阀、减速电机、给水泵、硬度复合电极、水位开关、主接近开关和辅接近开关，其中给水泵的连接视原水的来源而定，若原水来源于自来水则不需要连接，若来源于井水则需要连接；对于通过电磁阀实现各步骤管路切换的钠离子交换器，外部设备只需要连接1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、给水泵、硬度复合电极、水位开关，其中给水泵的连接同样要根据原水的来源决定是否连接。

10.如权利要求9所述的自动化控制钠离子交换器产水硬度的控制系统，其特征在于，所述微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口分别与输出驱动和阀故障检测模块的控制信号输入端CTR1～CTR9相连接，输出外部设备的控制信号到输出驱动和阀故障检测模块；微控制器模块的P4.1～P4.7口接收各电磁阀的故障检测信号，分别与输出驱动和阀故障检测模块的阀故障检测信号输出端CHK1～CHK7相连接；微控制器模块的P2.0～P2.2口分别与存储模块的SDA、SCL、WP相连接，控制存储模块的数据存储；微控制器模块的P2.3～P2.5口分别与步骤和水位检测模块的检测信号输出端D-1、D-2、D-3相连接，分别接收水位信号、主接近开关和辅接近开关的步骤检测信号；微控制器模块的P1.0、P1.1口分别与硬度检测模块的A-1和A-2相连接，实现温度和硬度模数转换；微控制器模块的P2.5～P2.7口分别与键盘输入模块的信号输出端SET、INC、DEC相连接，接收键盘输入模块的输入信息；微控制器模块的P3.0～P3.2口分别与液晶显示模块的RW、E、RS相连接，向液晶显示模块输出显示数据；

输出驱动和阀故障检测模块中，控制信号输入端CTR1～CTR9分别与微控制器模块的P0.0～P0.7口、P4.0口连接，接收微控制器模块发出的控制信号；输出端I-1～I-9分别与1#进水阀、2#进水阀、再生阀、1#清洗阀、2#清洗阀、1#排水阀、2#排水阀、减速电机、给水泵相连接；检测信号输出端CHK1～CHK7分别与微控制器模块的P4.1～P4.7口相连接，检测各个阀的故障状态；

步骤和水位检测模块中，检测信号输入端II-1、II-2、II-3分别与水位开关、主接近开关、辅接近开关相连；检测信号输出端D-1、D-2、D-3分别与微控制器模块的P2.3～P2.5口相连接，检测水位是否超限以及对于多通道阀切换管路的钠离子交换器，检测各步骤对应多通道阀阀芯的位置，实现管路切换；

硬度检测模块中，输入端III-1、III-2与硬度复合电极的热电偶信号输出端相连接，输出端A-1与微控制器模块的P1.0(ADC0)口相连接，实现产水温度检测，用于对检测硬度进行温度补偿；输入端III-3与硬度复合电极的硬度信号输出端相连接，输出端A-2与微控制器模块的P1.1口相连接，实现产水硬度检测；

键盘输入模块，SET、INC、DEC端与微控制器模块的P1.5～P1.7相连接，用于设置初始步骤时间、钠离子交换器切换管路的方式参数；

液晶显示模块，RW、E、RS端口分别与微控制器模块的P3.0～P3.2相连接，用于显示运行步骤、运行时间、产水硬度以及阀故障、水位超限、硬度超标；

存储模块，SDA、SCL和WP端分别与微控制器模块的P2.0、P2.1、P2.2相连接，用于运行步骤、运行时间、步骤管路切换方式参数的存储；

电源模块，采用30W开关电源，输入端AC220V通过电缆与外部配电箱的单相220V交流输出端相连接，两路直流输出DC5V和DC12V分别为各模块直流5V和直流12V供电，输入单相220V交流同时为输出驱动和阀故障检测模块供电。

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