專利名稱：一種對氧化電位水生成器進行智能化控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種對氧化電位水生成器進行智能化控制的方法，屬于測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
智能型氧化電位水生成器主要技術(shù)原理為對普通自來水進行軟化處理后，加入低濃度的NaCl溶液，在設(shè)有離子交換隔膜的電解槽中進行電解，在陽極側(cè)產(chǎn)生酸性氧化電位水，用于各領(lǐng)域的消毒殺菌，陰極側(cè)生成堿性氧化電位水用于清潔洗滌。
氧化電位水生成器的出水評價指標主要包括ORP，pH和有效氯濃度三個數(shù)據(jù)。氧化電位水的消毒殺菌效果與這三個指標的關(guān)系密切相關(guān)。
對氧化電位水生成器出水的三個指標的檢測方法主要采用以下方法 一種是在出水使用前依靠人工操作檢測儀器來測試出水的ORP和pH，以判斷出水的ORP和pH是否符合殺菌消毒的技術(shù)要求，這種依靠人工操作檢測儀器來手工檢測的方法，因檢測操作的滯后難以保證出水指標的始終合格，同時增大了檢測的工作量； 另一種是在氧化電位水生成器內(nèi)部安裝ORP傳感器探頭或pH傳感器探頭，實時監(jiān)測出水ORP數(shù)值或pH數(shù)值，同時安裝兩種傳感器會增大設(shè)備的硬件成本和后期的儀器維護費用； 對氧化電位水生成器出水的有效氯濃度的檢測，目前普遍采用檢測試紙比對方式，這會帶來較大的誤差。少數(shù)要求較精確的用戶采用綜合滴定的辦法來測試，檢測周期較長，工作量大。
氧化電位水生成器三項出水指標(ORP，pH和有效氯濃度)的主要影響因素包括電解槽特性(電極板材料、面積、電極板之間的間距和隔膜材料等)、水中溶解性離子數(shù)量、電解槽入水的流速(流量)、入水NaCl的濃度、電解電壓、電解電流。到目前為止，還沒有快速有效、低成本的同時實時監(jiān)測氧化電位水生成器三個出水指標的方法，也不能根據(jù)出水指標的波動來自動調(diào)節(jié)各個控制因子。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點而設(shè)計提供了一種對氧化電位水生成器進行智能化控制的方法，該方法通過在出水指標和電解因子之間建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實時檢測的ORP、電解電壓和電解電流推算出pH和有效氯。同時根據(jù)ORP、pH和有效氯的變化來實時調(diào)節(jié)電解電壓、電解電流和入水NaCl的濃度，以保持出水指標的穩(wěn)定。
本發(fā)明技術(shù)方案是通過以下措施來實現(xiàn)的 該種對氧化電位水生成器進行智能化控制的方法，其特征在于該方法的步驟是 (1)對氧化電位水的各項指標建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式 1.1通過實驗數(shù)據(jù)得到氧化電位水pH和ORP、電解電壓、電解電流、流量、NaCl的濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，如下所示 1.2通過實驗數(shù)據(jù)得到氧化電位水有效氯濃度CL和ORP、電解電壓、電解電流、流量、NaCl的濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，如下所示 1.3通過實驗數(shù)據(jù)得到氧化電位水ORP和電解電壓、電解電流、NaCl的濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，如下所示 1.4建立電解電壓、電解電流與ORP、pH、有效氯濃度和它們各自基準之間偏差的數(shù)學(xué)關(guān)系，如下下式； IIset+A×(ORPset-ORP)+B(CLset-CL)+C(pHset-pH)……………(4) 其中1≤k≤3.0；0.5≤A≤3.0；-1≤B≤2.0；-0.5≤C≤1.0上述數(shù)學(xué)關(guān)系中 ORPset表示ORP基準值； ORP表示ORP測試(顯示)值； pHset表示pH基準值； pH表示pH計算(顯示)值； CLset表示有效氯濃度基準值； CL表示有效氯濃度計算(顯示)值； Iset表示電解電流基準值； I表示輸出的電解電流； U表示輸出的電解電壓； vset表示酸水流量； v表示入水總流量； f表示NaCl的濃度(鹽水脈沖泵頻率)； k表示比例系數(shù)； (2)測量并記錄數(shù)據(jù) 先通過手動調(diào)節(jié)氧化電位水生成器的入水的流量、NaCl的濃度和NaCl的添加量、電解電壓和電解電流，用pH計和ORP測定儀測量酸水的pH值和ORP值，再用綜合滴定法測量酸水的有效氯濃度，直至酸水的pH值在2.2～2.7之間、ORP值在1130～1230之間、有效氯濃度在30～80之間為止，記錄包括有效氯濃度、pH、ORP、電解電壓、電解電流、流量數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)作為基準數(shù)據(jù)存儲； (3)實時檢測工作過程中氧化電位水生成器的ORP、電解電壓、電解電流、流量和溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)建立的式(1)、式(2)、式(3)計算出pH和有效氯濃度，再根據(jù)ORP、pH和有效氯濃度與保存的基準數(shù)據(jù)的差值按照式(4)、(5)式調(diào)節(jié)電解電流或電壓。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的主要優(yōu)點在于可以實時監(jiān)測出水的ORP，pH和有效氯濃度；當由于單一因素的微小波動而導(dǎo)致出水指標發(fā)生變化時，可以通過其它因素的綜合調(diào)節(jié)來達到維持出水指標穩(wěn)定的目標。



圖1為本發(fā)明建立數(shù)學(xué)模型的拓撲結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本發(fā)明推算pH和有效氯濃度的過程框圖； 圖3為本發(fā)明反饋控制框圖； 圖4為本發(fā)明控制原理圖； 圖5為本發(fā)明控制程序流程圖
具體實施例方式 參見附圖1～3所示，該種對氧化電位水生成器進行智能化控制的方法，其步驟是 (1)對氧化電位水的各項指標建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式 經(jīng)過大量的實驗，建立鹽水脈沖泵頻率(F)、電解電壓(U)、電解電流(I)、入水流量(v)和溫度(T)與ORP、pH和有效氯濃度之間的映射關(guān)系，通過數(shù)據(jù)分析及擬和方法，借助常用的模糊推理規(guī)則建立以下相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型式(1)、(2)、(3)的和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)模型(4)、(5) 1.1通過實驗數(shù)據(jù)得到氧化電位水pH和ORP、電解電壓、電解電流、流量、NaCl的濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，如下所示 1.2通過實驗數(shù)據(jù)得到氧化電位水有效氯濃度CL和ORP、電解電壓、電解電流、流量、NaCl的濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，如下所示 1.3通過實驗數(shù)據(jù)得到氧化電位水ORP和電解電壓、電解電流、NaCl的濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，如下所示 1.4建立電解電壓、電解電流與ORP、pH、有效氯濃度和它們各自基準之間偏差的數(shù)學(xué)關(guān)系，如下下式； IIset+A×(ORPset-ORP) +B(CLset-CL) +C(pHset-pH)……………(4) 其中1≤k≤3.0；0.5≤A≤3.0；-1≤B≤2.0；-0.5≤C≤1.0 上述數(shù)學(xué)關(guān)系中 ORPset表示ORP基準值； ORP表示ORP測試(顯示)值； pHset表示pH基準值； pH表示pH計算(顯示)值； CLset表示有效氯濃度基準值； CL表示有效氯濃度計算(顯示)值； Iset表示電解電流基準值； I表示輸出的電解電流； U表示輸出的電解電壓； vset表示酸水流量； v表示入水總流量； f表示NaCl的濃度(鹽水脈沖泵頻率)； k表示比例系數(shù)； (2)測量并記錄數(shù)據(jù) 先通過手動調(diào)節(jié)氧化電位水生成器的入水的流量、NaCl的濃度和NaCl的添加量、電解電壓和電解電流，用pH計和ORP測定儀測量酸水的pH值和ORP值，再用綜合滴定法測量酸水的有效氯濃度，直至酸水的pH值在2.2～2.7之間、ORP值在1130～1230之間、有效氯濃度在30～80之間為止，記錄包括有效氯濃度、pH、ORP、電解電壓、電解電流、流量數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)作為基準數(shù)據(jù)存儲； (3)實時檢測工作過程中氧化電位水生成器的ORP、電解電壓、電解電流、流量和溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)建立的式(1)、式(2)、式(3)計算出pH和有效氯濃度，再根據(jù)ORP、pH和有效氯濃度與保存的基準數(shù)據(jù)的差值按照式(4)、(5)式調(diào)節(jié)電解電流或電壓。
系統(tǒng)實時檢測電壓(U)、電解電流(I)、入水流量(V)、溫度(T)和ORP，根據(jù)建立的式(1)、式(2)、式(3)的數(shù)學(xué)關(guān)系模型計算出出水的pH值和有效氯濃度數(shù)值。
實際實驗表明pH和有效氯與脈沖鹽泵頻率(F)、電解電壓(U)、電解電流(I)、入水流量(V)，ORP和溫度(T)之間雖然存在一定的對應(yīng)關(guān)系，但它們之間并非呈嚴格的線性關(guān)系。因此，通過對實驗數(shù)據(jù)進行分段處理，在各段內(nèi)通過數(shù)據(jù)擬和算法找出近似的線性關(guān)系，這樣在整個數(shù)據(jù)域內(nèi)就可以建立起模糊推理規(guī)則和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模型，根據(jù)模糊推理原則先得出pH和有效氯。
根據(jù)實際工作中測得的ORP、pH和有效氯濃度與它們各自基準值之間的偏差大小，按照圖3的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過不斷更新加權(quán)因子的值，即更新式(4)、式(5)中的k、A、B、C的數(shù)值，在每一個采樣周期后，幫助控制器產(chǎn)生一個自適應(yīng)控制信號，以達到穩(wěn)定出水指標的控制目標。
以下通過具體示例來說明本發(fā)明實施方法 先通過手動調(diào)節(jié)氧化電位水生成器的入水的流量、NaCl的濃度和NaCl的添加量、電解電壓和電解電流，用pH計和ORP測定儀測量酸水的pH值和ORP值，再用綜合滴定法測量酸水的有效氯濃度，得到酸水的出水指標數(shù)據(jù)如下 ORP1169； pH2.32； CL46； 酸水流量1.5升/分； 入水總流量3.1升/分； 電解電流21.4安； 電解電壓9.2伏； 鹽水濃度換算值1.1； 將上述的ORP、pH、CL、電解電流、電解電壓分別作為基準值存儲到機器中，然后重新開機后，機器通過傳感器檢測酸水的ORP和電流及總流量分別為1172、21.2、3.1，按上述的式(1)、式(2)、式(3)計算得到實際的顯示值分別為 pH2.39； CL46.16； ORP1169.6； 將計算得到的pH、CL、ORP與前面存儲的基準值進行比較，若誤差超過允許范圍，則按式(4)、式(5)計算調(diào)節(jié)的電流和電壓，通過PWM輸出去控制調(diào)節(jié)電解電壓(電流)，進而維持出水指標穩(wěn)定。
參見附圖4～5所示，采用Atmel公司高性價比的MEGA128單片機作為中央處理器，它采用先進的RISC精簡指令集結(jié)構(gòu)，內(nèi)置128K字節(jié)在線可重復(fù)編程Flash，4K字節(jié)EEPROM，4K字節(jié)內(nèi)部SRAM，二通道8位PWM，6通道2到16位精度PWM，8通道10位A D轉(zhuǎn)換。
中央處理器接受來自O(shè)RP、流量、電流和溫度傳感器的數(shù)據(jù)信號，經(jīng)過運算放大器變換輸入到單片機，由單片機自帶的10位A D轉(zhuǎn)換器完成摸/數(shù)轉(zhuǎn)換。對電解電壓/電流的調(diào)節(jié)通過單片機輸出PWM波經(jīng)隔離后送到驅(qū)動電路，驅(qū)動功率開關(guān)管來調(diào)節(jié)電解電壓/電流。同時單片機通過控制脈沖計量泵的頻率來調(diào)節(jié)NaCl的濃度。
上述中央處理器已按本發(fā)明技術(shù)方案的方法被編程，其流程的示意圖所圖5所示，系統(tǒng)啟動后按照圖5所示的流程循環(huán)運行，在每一周期均要對水流、液位、ORP等條件進行檢查以作出故障判斷，出現(xiàn)故障則進行報警提示并停止電解。在相關(guān)工作條件均滿足時則根據(jù)檢測的電壓、電流、流量和ORP等參數(shù)，用建立的模糊推理規(guī)則計算出pH和有效氯，再根據(jù)ORP、pH和有效氯與各自基準值的偏差以確定PWM的輸出數(shù)值和脈沖計量泵的頻率大小，以維持出水指標的穩(wěn)定。
本發(fā)明技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下兩點優(yōu)勢 1、通過在氧化電位水生成器出水的三個指標(ORP、pH、有效氯濃度)之間建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)在線監(jiān)測氧化電位水生成器出水的三項指標(ORP、pH、有效氯)，并根據(jù)出水指標的變化來反饋控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)各個控制因子(電解電壓、電解電流、NaCl的濃度)，用閉環(huán)控制回路來保證出水指標穩(wěn)定。
2、這種數(shù)學(xué)模型方法會給氧化電位水在應(yīng)用中實現(xiàn)實時監(jiān)測提供低成本的解決方法，能夠有效地提升氧化電位水生成器的智能化水平，使用戶的操作使用更為方便和簡單，這會進一步推動氧化電位水在各相關(guān)行業(yè)的廣泛使用。
權(quán)利要求
1.一種對氧化電位水生成器進行智能化控制的方法，其特征在于該方法的步驟是
(1)對氧化電位水的各項指標建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式
1.1通過實驗數(shù)據(jù)得到氧化電位水pH和ORP、電解電壓、電解電流、流量、NaCl的濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，如下所示
1.2通過實驗數(shù)據(jù)得到氧化電位水有效氯濃度CL和ORP、電解電壓、電解電流、流量、NaCl的濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，如下所示
1.3通過實驗數(shù)據(jù)得到氧化電位水ORP和電解電壓、電解電流、NaCl的濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，如下所示
1.4建立電解電壓、電解電流與ORP、pH、有效氯濃度和它們各自基準之間偏差的數(shù)學(xué)關(guān)系，如下下式；
I Iset+A×(ORPset-ORP)+B(CLset-CL)+C(pHset-pH)……………(4)
其中1≤k≤3.0；0.5≤A≤3.0；-1≤B≤2.0；-0.5≤C≤1.0上述數(shù)學(xué)關(guān)系中
ORPset表示ORP基準值；
ORP表示ORP測試(顯示)值；
pHset表示pH基準值；
pH表示pH計算(顯示)值；
CLset表示有效氯濃度基準值；
CL表示有效氯濃度計算(顯示)值；
Iset表示電解電流基準值；
I表示輸出的電解電流；
U表示輸出的電解電壓；
vset表示酸水流量；
v表示入水總流量；
f表示NaCl的濃度(鹽水脈沖泵頻率)；
k表示比例系數(shù)；
(2)測量并記錄數(shù)據(jù)
先通過手動調(diào)節(jié)氧化電位水生成器的入水的流量、NaCl的濃度和NaCl的添加量、電解電壓和電解電流，用pH計和ORP測定儀測量酸水的pH值和ORP值，再用綜合滴定法測量酸水的有效氯濃度，直至酸水的pH值在2.2～2.7之間、ORP值在1130～1230之間、有效氯濃度在30～80之間為止，記錄包括有效氯濃度、pH、ORP、電解電壓、電解電流、流量數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)作為基準數(shù)據(jù)存儲；
(3)實時檢測工作過程中氧化電位水生成器的ORP、電解電壓、電解電流、流量和溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)建立的式(1)、式(2)、式(3)計算出pH和有效氯濃度，再根據(jù)ORP、pH和有效氯濃度與保存的基準數(shù)據(jù)的差值按照式(4)、(5)式調(diào)節(jié)電解電流或電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過建立數(shù)學(xué)模型來對氧化電位水生成器進行控制的方法。該方法通過大量的實驗，得到pH和有效氯與脈沖鹽泵頻率、電解電壓、電解電流、入水流量，ORP和溫度之間的數(shù)據(jù)關(guān)系，通過對數(shù)據(jù)進行分析、分段、擬和處理，建立pH和有效氯與其它因子之間的模糊推理規(guī)則，再根據(jù)ORP、pH和有效氯與它們各自基準值之間的偏差，通過控制器調(diào)節(jié)脈沖鹽泵頻率、電解電壓和電流，從而保證出水指標的穩(wěn)定。
文檔編號G05B19/048GK101178589SQ20071016429
公開日2008年5月14日 申請日期2007年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月24日
發(fā)明者孔祥兵, 張敦杰 申請人:張敦杰