CN114349130A - 一种电解电流恒定的电解除磷装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解电流恒定的电解除磷装置，包括至少一个电解除磷器、水质传感器和电解板；每个电解除磷器包括MCU、电压调整电路、旋转编码器、第一通信接口和电极输出端口；电极输出端口与所述电解板相连；第一通信接口与所述水质传感器相连；旋转编码器用于获取用户操作指令；MCU用于根据电解液参数、预设电流效率和电解板参数，计算调整期电解电流值；电解液参数是通过所述水质传感器测量得到的；电压调整电路用于调节回路中的电流值，从而控制电解板的电解电压值，进而使电解板的电解电流值与调整期电解电流值相同。采用本发明实施例，可以结合电解液计算调整期电解电流值，准确控制电解板的工作电流，以达到预期除磷的要求。
Description
技术领域
本发明涉及电解除磷技术领域，尤其涉及一种电解电流恒定的电解除磷装置。
背景技术
电解除磷原理是通过电解的方式把铁质电解板中的Fe2+或铝质电解板中的Al3+电离出来，与污水中P化合物结合生成不溶于水的铁磷或铝磷化合物，化合物再经过沉淀或过滤去除来实现电解除磷的效果。
目前电解除磷领域中电解控制实现方式是通过可调式的电压源或电流源作为电解电源并配置具有电压换向功能的控制系统或电路来实现基本的电解功能，主要存在的问题和难点如下：一是无法准确或高效的控制电解板的工作电流，工作电流大了会造成能源和电解板的额外消耗，还会导致电解液体中的离子过多而影响水质，当工作电流小了就会达不到电解量的要求，造成水质不达标的问题；二是无法根据电解液的磷含量来调节电解效果。
发明内容
本发明实施例提供一种电解电流恒定的电解除磷装置，结合电解液计算调整期电解电流值，准确控制电解板的工作电流，以达到预期除磷的要求。
本申请实施例的第一方面提供了一种电解电流恒定的电解除磷装置，包括至少一个电解除磷器、水质传感器和电解板；
每个电解除磷器包括MCU、电压调整电路、旋转编码器、第一通信接口和电极输出端口；所述电极输出端口与所述电解板相连；所述第一通信接口与所述水质传感器相连；
所述旋转编码器用于获取用户操作指令；
所述MCU用于根据电解液参数、预设电流效率和电解板参数，计算调整期电解电流值；所述电解液参数是通过所述水质传感器测量得到的；所述预设电流效率与电解环境有关，需要提前设定；
所述电压调整电路用于调节回路中的电流值，从而控制所述电解板的电解电压值，进而使所述电解板的电解电流值与所述调整期电解电流值相同。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电压调整电路是PWM电压相脉宽调节电路，电路内部的H桥电路用于实现所述电解板输出电压的正负极性换向。
在第一方面的一种可能的实现方式中，每个电解除磷器还包括CAN通讯接口；所述CAN通讯接口用于与其他多个电解除磷器交接数据，实现除磷数据的交换与同步；所有的电解除磷器构成电解除磷器组，从而扩大电解除磷规模。
在第一方面的一种可能的实现方式中，每个电解除磷器还包括第二通信接口；所述第二通信接口用于与上位机或主机进行通讯；
所述上位机或主机与所述电解除磷器组中任一个电解除磷器的第二通信接口相连，所述上位机或主机用于获取所有电解除磷器的数据，并对一个或多个电解除磷器下发控制指令。
在第一方面的一种可能的实现方式中，每个电解除磷器还包括显示屏；所述显示屏用于显示关于所述MCU的功能菜单、运行状态信息和调节量信息。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述每个电解除磷器还包括防反接保护电路，所述防反接保护电路用于防止直流电源的正负极接反导致的电路损坏。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述每个电解除磷器还包括电压和电流检测电路；所述电压和电流检测电路通过采集采样电阻的电压，经过换算后得出测量电流值，通过采取输入源电压后经过换算后得出输出电压值。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述每个电解除磷器还包括极板保护电路；所述极板保护电路用于实现输出回路的快速检测与断开功能，防止输出电解板的异常短路导致的电损坏现象。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述MCU还用于根据电极板预设参数、所述预设电流效率、所述测量电流值和所述电解液参数中的pH参数，得出所述电解板的剩余量和预期更换时间。
相比于现有技术，本发明实施例提供了一种电解电流恒定的电解除磷装置，根据电解液参数、预设电流效率和电解板参数，计算调整期电解电流值，调整期电解电流值就是恒定的目标电流值。另一方面采集电解板的电解电流值和电压值，计算得出电解液的实时有效电阻值，并由电压调整电路通过PID控制方式调节电压，使电解板的电解电流值与调整期电解电流值相等。由于电解液体的电导率变化会清晰地反映到电解液参数中，而调整期电解电流值是根据电解液参数计算得到的，那么最后根据调整期电解电流值来准确调整电解板的电解电流，便能到预期的除磷效果。
此外，本发明实施例还能根据实际电解需求，将多个电解除磷器通过CAN通讯接口连接形成电解除磷器组，以模块化的方式实现电解除磷控制规模的扩充与扩容，满足不同电解除磷规模的需求。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种电解电流恒定的电解除磷装置的结构示意图；
图2是发明一实施例提供的一种调整期电解电流值计算流程示意图；
图3是本发明一实施例提供的一种电解电流恒定的电解除磷装置中各模块的交互示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，本申请实施例提供了一种电解电流恒定的电解除磷装置，包括至少一个电解除磷器1、水质传感器2和电解板3。
每个电解除磷器1包括MCU（10）、电压调整电路11、旋转编码器12、第一通信接口13和电极输出端口14；所述电极输出端口14与所述电解板3相连；所述第一通信接口13与所述水质传感器2相连。
所述旋转编码器12用于获取用户操作指令。
所述MCU（10）用于根据电解液参数、预设电流效率和电解板参数，计算调整期电解电流值；所述电解液参数是通过所述水质传感器2测量得到的；所述预设电流效率与电解环境有关，需要提前设定。
所述电压调整电路11用于调节回路中的电流值，从而控制所述电解板3的电解电压值，进而使所述电解板3的电解电流值与所述调整期电解电流值相同。
本发明的电解除磷器可以独立运行，也可以多组电解除磷器协同运行，设计者使用本发明可以非常方便的设计不同应用场景和处理规模的电解除磷控制方案，设计者仅需考虑电解电流的总量，并以此来配置相应功率的直流电源和电解除磷器的数量即可。
本发明实施例提供的电解除磷控制装置通过控制电解板3之间的回路电流（电解电流）来达到控制电极解析出的离子量。析出物质的质量具体可以由以下公式计算得出m=q×i×t×η，式中m是析出物质的质量，q是析出物质的电化当量，i是电解电流（A），t是通电时间（时），η是电流效率（%）。需要说明的是，电流效率的参数是调整期电解电流值的计算依据之一。所谓电流效率是电极上通过单位电量时，其一反应形成之产物的实际重量与其电化当量之比，通常以百分数表示，这个参数通常根据电特定的解槽或电解环境有关，需要提前测定。析出物质的质量m与目标除磷量正相关，而目标除磷量、pH值、液位等电解液参数是可以从水质传感器2实时获得，在其他参数确定情况下便可以确定此时电解电流应该达到的值，本发明实施例称这个值为调整期电解电流值。
示例性地，所述电压调整电路11是PWM电压相脉宽调节电路，电路内部的H桥电路用于实现所述电解板输出电压的正负极性换向。
请参见图2，MCU（10）根据多个输入参数（一类参数是电解液参数：电解液体的每单位磷含量值、pH值、排放标准或除磷目标值、单位时间内的除磷量值；二类参数是电解板参数：电解电极（电解板）的质量值、电解板的材质、电极换向周期值、采集到的电流值等相关数据；三类参数是电流效率值）计算或统计得出输出电极板（电解板）的电解电流值；然后电压调整电路11根据这个输出电流值为电极板（电解板）输出调整期内恒定的电流，以达到预期除磷的要求。在一类参数中，获取总磷值（除磷目标值）是用以精确计算并调整输出电流值，实现稳定除磷、精确除磷、经济除磷的效果；获取液位值是用于确认电解板被电解液体浸没的位置，确保电解板工作在设计工况中，如果出现液位高度不符合设计工况要求时，电解除磷装置会通过指示灯或显示屏16显示异常状态。
进一步的，电解液输入方式可以是水质传感器2采集获得的数据，也可以是人工手动录入的数据，或者是预先配置好的相关数据；所谓的调整期，即前后两个调整时间段。当电解除磷装置通过采集数据、计算、统计后得出需要改变电解板3当前输出电压或电流值时立即作出调整。
需要说明的是，电解液体的电导率是动态变化的，例如在污水处理的场景下，液体中所含物质含量是不断变化的，其电导率也随之变化，要实现电解电流的恒定就必须根据液体中动态变化的有效电阻来提供相应的电压值；本电解除磷装置可采集电解电流值和电压值，计算得出有效电阻值，并通过PID控制方式调节电压以达到恒定的目标电流值（调整期电解电流值）的目的。
示例性地，每个电解除磷器1还包括CAN通讯接口151；所述CAN通讯接口151用于与其他多个电解除磷器1交接数据，实现除磷数据的交换与同步；所有的电解除磷器1构成电解除磷器组，从而扩大电解除磷规模。
示例性地，每个电解除磷器1还包括第二通信接口150；所述第二通信接口150用于与上位机或主机进行通讯。
所述上位机或主机与所述电解除磷器组中任一个电解除磷器1的第二通信接口150相连，所述上位机或主机用于获取所有电解除磷器的数据，并对一个或多个电解除磷器下发控制指令。
参见图2，电解除磷装置的MCU（10）是装置核心，负责驱动电压和电流调节电路，获取电压调整电路11的数据，获取过流或短路故障的数据，驱动CAN通讯接口151与其它电解除磷器1交换数据，第二通信接口150与上位机或主机交换数据，驱动第一通信接口13与水质传感器或仪表交换数据，驱动旋转编码器和按键以获取用户操作指令，驱动指示灯或显示屏为用户显示引导信息和状态信息。
电解除磷装置采用直流电源供电，输入电压可以是标准的直流电压5V、9V、12V、24V、36V中的一种，也可以是直流电压5V到36V区间的任意电压；输入电流范围根据电解输出需求而定，最大输入电流为100A。
以上所述电解板3可以是铁质或铝质。
示例性地，每个电解除磷器1还包括显示屏16；所述显示屏16用于显示关于所述MCU（10）的功能菜单、运行状态信息和调节量信息。
示例性地，所述MCU（10）还用于根据电极板预设参数、所述预设电流效率、所述测量电流值和所述电解液参数中的pH参数，得出所述电解板3的剩余量和预期更换时间。
在实际应用中，电解除磷装置可以根据输入参数中的电解板3的材质和质量参数得出可供电解的材料总量，然后根据电流效率数据、实时监测的输出电解电流数据和pH数据，通过计算、计量和统计等方法得出电解材料的当前消耗量、剩余可用量、预计更换时间等，实现对电解板3的使用寿命进行精细化管理，无需人工定期检查电解板3消耗情况，真正的实现了无人值守的目标。
示例性地，所述每个电解除磷器1还包括防反接保护电路17，所述防反接保护电路用于防止直流电源的正负极接反导致的电路损坏。
示例性地，所述每个电解除磷器1还包括电压和电流检测电路18；所述电压和电流检测电路通过采集采样电阻的电压，经过换算后得出测量电流值，通过采取输入源电压后经过换算后得出输出电压值。
示例性地，所述每个电解除磷器1还包括极板保护电路19；所述极板保护电路用于实现输出回路的快速检测与断开功能，防止输出电解板的异常短路导致的电损坏现象。
相比于现有技术，本发明实施例提供了一种电解电流恒定的电解除磷装置，根据电解液参数、预设电流效率和电解板参数，计算调整期电解电流值，调整期电解电流值就是恒定的目标电流值。另一方面采集电解板的电解电流值和电压值，计算得出电解液的实时有效电阻值，并由电压调整电路通过PID控制方式调节电压，使电解板的电解电流值与调整期电解电流值相等。由于电解液体的电导率变化会清晰地反映到电解液参数中，而调整期电解电流值是根据电解液参数计算得到的，那么最后根据调整期电解电流值来准确调整电解板的电解电流，便能到预期的除磷效果。
此外，本发明实施例还能根据实际电解需求，将多个电解除磷器1通过CAN通讯接口151连接形成电解除磷器组，以模块化的方式实现电解除磷控制规模的扩充与扩容，满足不同电解除磷规模的需求。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种电解电流恒定的电解除磷装置，其特征在于，包括至少一个电解除磷器、水质传感器和电解板；
每个电解除磷器包括MCU、电压调整电路、旋转编码器、第一通信接口和电极输出端口；所述电极输出端口与所述电解板相连；所述第一通信接口与所述水质传感器相连；
所述旋转编码器用于获取用户操作指令；
所述MCU用于根据电解液参数、预设电流效率和电解板参数，计算调整期电解电流值；所述电解液参数是通过所述水质传感器测量得到的；所述预设电流效率与电解环境有关，需要提前设定；
所述电压调整电路用于调节回路中的电流值，从而控制所述电解板的电解电压值，进而使所述电解板的电解电流值与所述调整期电解电流值相同。
2.如权利要求1所述电解电流恒定的电解除磷装置，其特征在于，所述电压调整电路是PWM电压相脉宽调节电路，电路内部的H桥电路用于实现所述电解板输出电压的正负极性换向。
3.如权利要求1所述电解电流恒定的电解除磷装置，其特征在于，每个电解除磷器还包括CAN通讯接口；所述CAN通讯接口用于与其他多个电解除磷器交接数据，实现除磷数据的交换与同步；所有的电解除磷器构成电解除磷器组，从而扩大电解除磷规模。
4.如权利要求3所述电解电流恒定的电解除磷装置，其特征在于，每个电解除磷器还包括第二通信接口；所述第二通信接口用于与上位机或主机进行通讯；
所述上位机或主机与所述电解除磷器组中任一个电解除磷器的第二通信接口相连，所述上位机或主机用于获取所有电解除磷器的数据，并对一个或多个电解除磷器下发控制指令。
5.如权利要求1所述电解电流恒定的电解除磷装置，其特征在于，每个电解除磷器还包括显示屏；所述显示屏用于显示关于所述MCU的功能菜单、运行状态信息和调节量信息。
6.如权利要求1所述电解电流恒定的电解除磷装置，其特征在于，每个电解除磷器还包括防反接保护电路，所述防反接保护电路用于防止直流电源的正负极接反导致的电路损坏。
7.如权利要求1所述电解电流恒定的电解除磷装置，其特征在于，每个电解除磷器还包括电压和电流检测电路；所述电压和电流检测电路通过采集采样电阻的电压，经过换算后得出测量电流值，通过采取输入源电压后经过换算后得出输出电压值。
8.如权利要求1所述电解电流恒定的电解除磷装置，其特征在于，每个电解除磷器还包括极板保护电路；所述极板保护电路用于实现输出回路的快速检测与断开功能，防止输出电解板的异常短路导致的电损坏现象。
9.如权利要求7所述电解电流恒定的电解除磷装置，其特征在于，所述
MCU还用于根据电极板预设参数、所述预设电流效率、所述测量电流值和所述电解液参数中的pH参数，得出所述电解板的剩余量和预期更换时间。
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