江蘇核工業(yè)格林水處理有限責(zé)任公司 張 凌

1.引言

靜電水處理器是上世紀(jì)末發(fā)展起來的，它是利用物理方法對循環(huán)水、給排水進(jìn)行防垢、除垢、殺菌、滅藻一種先進(jìn)方法。由于它成本低、能耗小、無化學(xué)污染等優(yōu)點(diǎn)在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。我們格林水處理在靜電水處理方面以前一直處于領(lǐng)先地位，現(xiàn)在市場競爭比較激烈，要想站穩(wěn)市場推陳出新是必然趨勢。

就市場反饋信息來看，靜電水處理器在各地用戶處理效果不一樣，有的地方效果很好，有的地方效果不明顯，通過研究認(rèn)為解決的辦法除需要研究水處理的機(jī)理外，就是要用根據(jù)實時水狀態(tài)來自動調(diào)整尋找最佳電學(xué)參數(shù)的智能化電源作水處理器的配套電源，以替代單一固定輸出的配套電源。通過探索改進(jìn)，我們給處理器提供“最佳電壓”來提高處理效果。

2.開發(fā)智能電源的必要性

從技術(shù)、使用和維修等幾方面來考慮：

(1)靜電水處理器除垢、防垢機(jī)理是流過靜電除垢器的水，在靜電場的作用下，形成正負(fù)有序的穩(wěn)定的鏈狀結(jié)構(gòu)，水偶極子緊緊包圍水中溶解的鹽類離子，使正負(fù)離子不能結(jié)合，從而防止水垢的生成。同時通過通過靜電場的處理增大水偶極子的偶極距，增強(qiáng)其與鹽類的水合能力，從而提高水垢的溶解速率，達(dá)到除垢的效果?！白罴央妷骸迸c水質(zhì)、水流量、水溫三個因素關(guān)系極大，只要一個因素發(fā)生變化，“最佳電壓”就要改變。原靜電水處理器配套電源只能輸出單一固定電壓，而在不同的水質(zhì)狀態(tài)中，效果就會有差異。而智能電源根據(jù)現(xiàn)場的及時水質(zhì)、流量、水溫自動搜尋并隨機(jī)調(diào)整至“最佳電壓”。

圖1 整機(jī)方框圖

圖2 軟件方框圖

圖3 可控高壓電源方框圖

(2)原配套電源使用不方便，出現(xiàn)故障不是專業(yè)人員沒有辦法排除，而智能電源可讓一般操作工看顯示屏進(jìn)行操作、排除故障。

(3)靜電水處理器系列有十幾種規(guī)格，原電源互換性很差。智能電源把所有規(guī)格的電源集于一身，從而形成互換性極強(qiáng)的通用電源。同時智能化電源可隨時自動檢測輸出高壓，并通過“保密字”顯示給維修人員，給維修人員帶來了方便。

3.智能電源原理

智能電源整機(jī)分兩大部分：單片機(jī)、可控高壓電源。

3.1 整機(jī)方框圖及性能指標(biāo)

3.1.1 方框圖(整機(jī)方框圖見圖1)

3.1.2 性能指標(biāo)

(1)電壓調(diào)整范圍：0V-15000V連續(xù)可調(diào)，精度〈2×10-2，4小時后溫度漂移〈2×10-2，源效應(yīng)〈2×10-2。

(2)液晶顯示，全部漢字化，顯示內(nèi)容：格林商標(biāo)、使用須知、流量及型號預(yù)置、溫度及流量實時數(shù)據(jù)、運(yùn)行正常(或正常)、檢修提示、警告等。

(3)智能化：隨流量和溫度自動調(diào)整輸出高壓，留有通訊接口、主送流量、溫度及運(yùn)行正常與否的信息給“中控室”；隨時可查閱的“使用說明”和“警告”；出現(xiàn)故障有聲光報警并有相應(yīng)的“檢修提示”；有停電自恢復(fù)功能；有“密碼”檢測高壓和保密功能。

3.1.3 工作原理

由自備流量計接口檢測實時流量或由鍵盤人工預(yù)置流量給單片機(jī)，再由溫度計接口輸入實時水溫，經(jīng)單片機(jī)處理后摸擬直流低壓植(0-15V)，送可控高壓電源，經(jīng)振蕩、變壓、整流后輸出直流高壓給水處理器。同時輸出高壓經(jīng)分壓后取樣再送回單片機(jī)，單片機(jī)將取樣植和計算機(jī)植進(jìn)行比較，再調(diào)整計算機(jī)輸出植，調(diào)整輸出高壓，這樣反復(fù)比較調(diào)整，直至與需要的參數(shù)植相等。

3.2 單片機(jī)軟件方框圖及原理

3.2.1 方框圖(軟件方框圖見圖2)

3.2.2 軟件原理

CPU首先訪問漢字庫，并將儲存格林商標(biāo)和使用須知等信息調(diào)出，依次顯示在液晶屏上，然后顯示“請按設(shè)型鍵”，則根據(jù)用戶需求設(shè)定。軟件系統(tǒng)按順序不斷提示操作者輸入現(xiàn)場數(shù)據(jù)。如不輸入，半分鐘后系統(tǒng)按前次參數(shù)投入運(yùn)行。并不斷檢測是否有故障。如有則發(fā)出聲光報警。如沒有則顯示流量、溫度值。

3.3 可控高壓電源原理及方框

3.3.1 方框圖(如圖3)

3.3.2 可控高壓電源電路圖

3.3.3 工作原理

交流電經(jīng)變壓器降壓，整流濾波后輸出22V的直流電壓，該電壓加到三端穩(wěn)壓器的輸入端，其輸出端電壓大小受控制端控制，而控制端受單片機(jī)控制。單片機(jī)根據(jù)流量和溫度將22V通過控制端調(diào)整為與流量、溫度相適應(yīng)的電壓提供給推挽振蕩器，經(jīng)高壓變壓器升壓、再經(jīng)五倍整流升壓后，輸出與實時狀態(tài)相適應(yīng)的最佳電壓給水處理器。為了判斷輸出高壓是否準(zhǔn)確，再把輸出高壓經(jīng)分壓取樣后送回單片機(jī)比較和計算，把誤差轉(zhuǎn)換為電壓，送至三端穩(wěn)壓器控制端進(jìn)行調(diào)整，反復(fù)多次直至準(zhǔn)確為止。這種閉環(huán)電路重要作用就是輸出穩(wěn)定的高壓值。其穩(wěn)定度取決于單片機(jī)的分辨率。

4.技術(shù)保障

4.1 為保證獲得很寬的電壓調(diào)整范圍(0-15KV)，又要適合計算機(jī)小電壓控制采用了輸入直流12V，振蕩后升壓到3KV的高壓變壓器，再經(jīng)5倍壓可達(dá)15KV，由于單片機(jī)電壓可達(dá)15V大于12V，高壓留有余地。

4.2 為了保證精度和源效應(yīng)均小于2×10-2，其一采用三端穩(wěn)壓器并作降額設(shè)計，其二采用閉環(huán)控制，計算機(jī)計算調(diào)整，將輸出電壓的變化控制在千分之一內(nèi)。因計算機(jī)為12位分辨率為1/4096，允許在三個單位以內(nèi)的變化不調(diào)整，所以3/4096以內(nèi)不調(diào)整，超過后自動調(diào)節(jié)。

4.3 為了保證因溫度變化而引起輸出電壓漂移小于2×10-2，選取元器件非常重要，如分壓取樣不準(zhǔn)其精度大大降低，這時電位器選取很關(guān)鍵.其他方面的控制也是一樣。

4.4 整機(jī)試驗：這里由于涉及單位機(jī)密，就不詳細(xì)說明。

5.結(jié)論

通過我們不斷地實驗，智能電源現(xiàn)已投入使用，并在實踐中不斷改進(jìn)。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，中央控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，我們智能水處理系統(tǒng)預(yù)留了通訊接口，主送流量、溫度及運(yùn)行是否正常的信息給“中控室”隨時可查閱“使用須知”和“警告”，并根據(jù)提示在中控室的計算機(jī)鍵盤上進(jìn)行相應(yīng)的操作或由PLC進(jìn)行自動控制。

[1]可靠性工程設(shè)計技術(shù)[Z].電子工業(yè)部第14研究所.

[2]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[Z].清華大學(xué)電子教研組.