Программно-аппаратный комплекс для автоматизации процесса водоподготовки Российский патент 2024 года по МПК C02F9/20 B01D37/04 

Изобретение относится к области многоступенчатой автоматизированной подготовки воды для получения сверхчистой воды и может быть использовано в лабораториях, медицинских учреждениях и в промышленных условиях.

Из уровня техники известна автоматизированная система водоподготовки (патент на изобретение РФ №2377193, МПК C02F 9/00, опубл. 10.04.2009г.), включающая программно-логическое устройство, датчики и исполнительные механизмы, программно-логическое устройство в виде управляющей ЭВМ соединенное с конструктивно разделенными двумя измерительными контроллерами и контроллером силовой коммутации, причем один из измерительных контроллеров осуществляет сбор информации с датчиков давления, уровня и разрежения, другой осуществляет контроль удельного электрического сопротивления воды, а контроллер силовой коммутации осуществляет управление исполнительными механизмами, которыми являются насосы, электромагнитные клапаны и шаровые краны с электрическими приводами.

Недостатками данного изобретения является отсутствие функции программированного налива, что усложняет процесс контроля, отсутствие функции передачи данных, что усложняет процесс получения, сохранения и передачи данных для пользователя о техническом состоянии установки и о процессе очистки воды.

Датчик утечки подает сигнал тревоги только в случае протечки воды, что снижает ее надежность, поскольку информация о повышенной влажности необходима для своевременной реакции и проведения дополнительной диагностики системы.

Отсутствие встроенного принтера что не позволяет пользователю дифференцировать образец и точно знать время и качество набранной воды.

В данной системе отсутствует программа автоматизированной замены картриджей, что в свою очередь процесс замены фильтрующего картриджа, от сброса давления до окончательной промывки и вводу в эксплуатацию.

Задача, на решение которой направлено изобретение является создание автоматизированного устройства полного цикла водоподготовки.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в получении компактного устройства, обеспечивающего полный цикл водоподготовки с автоматизацией всего процесса производства воды необходимого качества и технического обслуживания гидравлической системы, а также автоматизированного контроля состояния расходного материала.

Технический результат достигается программно-аппаратным комплексом для автоматизации процесса водоподготовки, содержащим гидравлическую систему, включающую краны входной и выходной воды, фильтры, трубопроводы, фитинги, исполнительные механизмы в виде насосов и электромагнитных клапанов; контроллер управления и обработки данных с программным обеспечением и элементами коммутации, блок измерения, включающий датчики давления и уровня, а так же дополнительно содержит связанный с контроллером управления и обработки данных блок индикация и управления, блок беспроводной связи с внешним сервером, а фильтры снабжены блоками управления регенерацией фильтров, электрически соединенными с контроллером, гидравлическая система содержит накопительный бак и выполнена двухконтурной, где первый контур выполнен с возможностью производства очищенной воды и выдачи ее потребителю, а второй контур выполнен с возможностью накопления и циркуляции воды, блок измерения дополнительно содержит датчик протечки, датчики регенерации фильтров, датчик потока воды, датчики температуры и датчики проводимости, при этом контроллер выполнен с возможностью обработки данных, получаемых от измерительного блока и устройства измерения проводимости и подачи управляющего воздействия на исполнительные механизмы для регулирования режима производства воды, регенерации фильтров и подачи сигнала на блок индикации и управления о необходимости замены фильтра.

Далее изобретение поясняется следующими схемами:

Фиг.1 - блок-схема программно-аппаратного комплекса;

Фиг.2 - схема гидравлического блока в одном из вариантов осуществления;

Фиг.3 - устройство измерения проводимости в одном из вариантов осуществления.

Условные обозначения, используемые в схемах:

Датчик протечки W1.

Датчик давления LPS1.

Датчик давления LPS2.

Датчик уровня воды в баке LS1.

Датчик уровня воды в баке LS2.

Датчик уровня воды в баке LS3.

Датчик уровня воды в баке LS4.

Датчик потока воды FM1.

Насос реверсивного осмоса Р1.

Насос циркуляции Р2.

Картридж предочистки железоудаляющий С1

Картридж предочистки ионообменный С2

Картридж финишной очистки С3

Картридж регенерационный С4

Картридж удаления бактерий и эндотоксинов BF1

Картридж предочистки мембранный М1

Картридж сменный УФ Элемент UF1

Датчики температуры ТМР1, ТМP2, ТМP3

Обратные клапаны RV2-RV5

Фильтр удаления бактерий с воздушным замком BF2

Датчики проводимости CS1, CS2

Редукционный клапан NV1

Накопительный бак Т1

Клапаны электромагнитные SV1-SV10

Фильтр грубой очистки F1

Автомат промыва фильтра грубой очистки AR1

Автоматический угольный / железоудаляющий фильтр F2

Автоматический ионообменный фильтр F3

Емкость соли T3

Клапаны V1-V9

Манометры PG1-PG3

Коннекторы быстросъемные QC1-QC7, QC9-QC15

Комплекс для очистки воды предназначен для удаления нежелательных химических, биологических загрязняющих веществ и/или твердых частиц из воды и обеспечивает очистку исходной воды от взвешенных механических и коллоидных частиц, микроорганизмов, органических соединений и солей тяжелых металлов благодаря комбинированному использованию нескольких методов очистки, включая механическую фильтрацию, деионизацию, обратный осмос и/или облучение ультрафиолетовым светом для снабжения лабораторного оборудования водой различных степеней очистки и производства воды для работы с препаратами и реактивами, а также для проведения различных лабораторных манипуляций.

Программно-аппаратный комплекс состоит из следующих компонентов (фиг.1):

- блок гидравлики, включающий фильтры, трубопроводы, фитинги, накопительный бак (не показано на фиг.1);

- контроллер управления и обработки данных 1 с программным обеспечением и элементами коммутации (реле, разъемы);

- блок измерения 2, включающий датчик протечки 3, датчики давления 4, датчики уровни воды 5 в накопительном баке, датчики регенерации фильтров 6, датчик потока воды 7, датчики проводимости 20, датчики температуры 21;

- исполнительные механизмы 8, состоящие из кранов входной и выходной воды, клапанов 9 и насосов 10 управляемыми токовыми ключами и реле, расположенными на контроллере 1;

- блок управления ультрафиолетовой лампой 11;

- вентилятор охлаждения воды 12;

- блок питания 13;

- устройство измерения проводимости 14;

- блок управления регенерацией (промывкой) фильтров 15. Блок управления регенерацией (промывкой) располагается на фильтрах. Питание и управляющие сигналы поступают непосредственно с контроллера;

- блок индикации и управления 16;

- модуль беспроводной связи NFC 17;

- модуль удаленной связи с внешним сервером сбора информации на базе GSM-модуля 18;

- принтер 19.

Программное обеспечение аппаратного комплекса в контроллере управления представляет собой комплекс взаимосвязанных алгоритмов, исполнение которых позволяет в полном объеме обеспечить выполнение всех функций и разделено на две части, в зависимости от его места расположения. Одна часть программного обеспечения размещена в памяти контроллера управления, а вторая часть в памяти блока индикации и управления.

Основными алгоритмами, расположенными в памяти контроллера управления, являются:

- алгоритм контроля параметров воды на входе аппаратного комплекса и на его выходе;

- алгоритм наполнения накопительного бака аппаратного комплекса водой необходимого качества;

- алгоритм поддержания требуемого качества воды в накопительном баке аппаратного комплекса;

- алгоритм регенерации фильтров аппаратного комплекса;

- алгоритм контроля состояния датчиков давления входного и выходного контуров аппаратного комплекса и датчиков уровня воды в накопительном баке аппаратного комплекса;

- алгоритм контроля процесса отбора воды из накопительного бака аппаратного комплекса;

- алгоритм обеспечения программируемого отбора воды из накопительного бака;

- алгоритм взаимодействия контроллера управления и блока индикации при отображении состояния аппаратного комплекса и при передаче сигналов управления;

- алгоритм обработки аварийных ситуаций;

- алгоритм взаимодействия контроллера управления и блока индикации при передаче данных через блок удаленной связи (GSM-модуль) на сервер сбора информации;

- алгоритм работы аппаратного комплекса в режиме ручного управления;

- алгоритм работы аппаратного комплекса в режиме полуавтоматического управления;

- алгоритм отработки операций технического обслуживания аппаратного комплекса.

Основными алгоритмами, расположенными в памяти блока индикации и управления, являются:

- алгоритм переключения режимов работы аппаратного комплекса (рабочий режим, режим ручного управления, режим полуавтоматического управления), а также возврат аппаратного комплекса из спящего в рабочий режим;

- алгоритм отображения текущего состояния аппаратного комплекса, в том числе, качества производимой воды, расхода воды пользователями, износа фильтров, состояния клапанов и насосов, количества воды в аппаратном комплексе;

- алгоритм отображения параметров настройки аппаратного комплекса и обеспечения возможности корректировки этих параметров;

- алгоритм отображения гидравлической схемы аппаратного комплекса в режиме реального времени с отображением параметров качества воды;

- алгоритм отображения аварийных ситуаций;

- алгоритм отображения состояния датчиков и обеспечения управления состоянием клапанов и насосов в режиме ручного управления аппаратным комплексом;

- алгоритм отображения состояния клапанов и насосов и обеспечения управления датчиками в режиме полуавтоматического управления аппаратным комплексом;

В наиболее общем виде алгоритм работы при включении аппаратного комплекса выглядит следующим образом.

1) контроль состояния датчиков уровня воды в накопительном баке аппаратного комплекса. Если уровень воды ниже допустимого, то аппаратный комплекс переходит в режим ПРОИЗВОДСТВО воды, в противном случае аппаратный комплекс переходит в режим поддержания качества воды в накопительном баке на требуемом уровне (режим циркуляции);

2) в режиме циркуляции происходит прокачка воды по выходному контуру аппаратного комплекса при помощи насоса через биофильтр, ультрафиолетовую лампу и, при необходимости, через вентилятор охлаждения воды. При нахождении в этом режиме в течение 10 мин и при условии, что качество воды соответствует требуемому уровню, аппаратный комплекс переходит в спящий режим, то есть насос выключается и прокачка воды прекращается. Через 1 час аппаратный комплекс переходит снова в режим циркуляции и цикл повторяется.

При необходимости отбора воды персоналом, спящий режим может быть прерван прикосновением к дисплею блока индикации аппаратного комплекса или прикосновением к кнопке ручного налива воды. Если в процессе отбора воды ее уровень опустится ниже допустимого, то аппаратный комплекс переходит в режим ПРОИЗВОДСТВО воды;

3) режим ПРОИЗВОДСТВО воды начинается с промывки трубопроводов и сброса воды. Затем, когда давление воды во входном контуре достигает необходимого уровня, включается насос и происходит прокачка воды через мембранный фильтр в накопительный бак аппаратного комплекса. При достижении необходимого уровня воды в накопительном баке аппаратного комплекса, набор воды прекращается и аппаратный комплекс снова переходит в режим циркуляции.

При наступлении времени перехода в режим регенерации аппаратный комплекс переводится в режим циркуляции и запускается оборудование регенерации фильтров. Если в момент запуска регенерации аппаратный комплекс находится в режиме ПРОИЗВОДСТВО воды, то набор воды прекращается и аппаратный комплекс переводится в режим циркуляции.

При наступлении времени передачи данных на сервер инициируется сеанс связи блока удаленной связи (GSM-модуля) аппаратного комплекса с сервером сбора информации и происходит передача данных на сервер. В случае аварийной ситуации сеанс связи с сервером устанавливается в момент обнаружения информации и на сервер передается вся необходимая информация для идентификации характера неисправности. Кроме этого, сервер дальше пересылает эту информацию персоналу, обслуживающему данный аппаратный комплекс.

При отборе воды персоналом предоставляется возможность распечатать сопроводительную квитанцию, содержащую следующую информацию: дата и время отбора воды, количество воды, проводимость и температура воды.

В процессе отработки алгоритмов происходит постоянный анализ состояния датчиков аппаратного комплекса с целью обнаружения и предупреждения аварийных и нештатных ситуаций. К таковым относятся:

- протечка воды, устанавливаемая посредством датчика протечки, подающего сигнал на контроллер, который в свою очередь подает сигнал на закрытие клапана подачи воды из водопровода, выключение всех насосов и клапанов аппарата. При этом обеспечивается вывод на дисплей блока индикации привлекающей внимание персонала информации об аварии с указанием ее причины и подача прерывистого звукового сигнала.

- неисправность любого из датчиков уровня, в результате которой контроллер подает сигнал на выключение всех насосов и клапанов аппаратного комплекса. При этом обеспечивается вывод на дисплей блока индикации привлекающей внимание персонала информации об аварии с указанием ее причины.

Программно-аппаратный комплекс содержит первый и второй контуры, где первый основной контур последовательно расположенных фильтров, при этом поток очищаемой воды принудительно перекачивается в накопительный бак посредством насоса и поступает на выход и выдачу потребителю после прохождения этапов дополнительной очистки, а второй контур работает в режиме ЦИРКУЛЯЦИЯ и содержит накопительный бак, насос, фильтры финишной очистки и устройство стабилизации температуры.

Аналогично управляющее воздействие на исполнительные механизмы подается контроллером в следующих случаях:

- низкое давление во входном контуре (отсутствие воды в водопроводе);

- низкое давление в выходном контуре;

- отсутствие циркуляции в выходном контуре;

- невозможность достичь необходимого качества воды в выходном контуре;

- качество воды во входном контуре ниже допустимого предела;

- высокое давление во входном или выходном контуре в тех случаях, когда состояние клапанов и насосов требует наличия низкого давления.

Программно-аппаратный комплекс обладает следующим набором функций:

- обеспечение получения качественной воды проводимостью не более 0,1 мСм/см из водопроводной воды;

- предоставление простого и удобного интерфейса для пользователей;

- обеспечение возможности ручного и программируемого налива воды;

- обеспечение блокировки подачи воды из водопровода, отключение всех насосов и закрытие всех клапанов при возникновении аварийных ситуаций - протечки воды, выхода из строя датчиков уровня, датчиков давления и т.д.

- обеспечение регулярной регенерации фильтров и корректировки при необходимости минерального состава воды с возможностью изменения периодичности и времени выполнения данной операции;

- обеспечение дистанционного контроля состояния аппаратного комплекса, качества воды на входе и выходе комплекса, расход чистой воды, остаточный ресурс фильтров и возникновение аварийных ситуаций;

- обеспечение всех необходимых аппаратов и программных средств для быстрого и удобного выполнения пуско-наладочных работ и технического обслуживания комплекса.

Контроллер управления и обработки 1 является коммутатором для всех подключенных к нему устройств. Он содержит:

- источник вторичного питания (импульсный преобразователь DC 12v в DC 5v) с обвязкой;

- модуль центрального процессора на базе контролера ATMEGA 2560 с обвязкой;

- микросхема часов реального времени с батареей резервного питания;

- микросхема преобразователя сигналов датчика протечки;

- звукопреобразователь;

- реле управления ультрафиолетовой лампой обеззараживания;

- схема управления ключами исполнительных устройств;

- разъемы и клемники для соединения со всеми перечисленными устройствами управления.

Блок измерения 2 включает в себя датчик протечки 3, датчики давления 4, датчики уровни воды 5 в накопительном баке, датчики регенерации фильтров 6, датчик потока воды 7, датчики проводимости 20 и датчики температуры.

Датчик протечки 3 представляет собой пластину из АВС пластика с электродами и соединительным кабелем. Датчик располагается под установкой на полу с целью контроля возможной аварийной протечки воды. При появлении влаги на электродах датчика, сигнал подается на контроллер, где преобразуется в сигнал тревоги, с последующим отключением всех систем установки и перекрытием подачи воды в установку.

Датчики давления 4 представляют собой мембранные датчики с нормально разомкнутыми контактами (при отсутствии давления контакты разомкнуты). Сигналы с датчиков поступаю на контроллер для дальнейшей обработки.

Датчики уровня воды 5 в накопительном баке представляют собой поплавково-магнитные датчики с нормально разомкнутым герконным контактом (при отсутствии воды в баке контакты датчика разомкнуты). Сигналы с датчиков поступают на контроллер для дальнейшей обработки.

Датчик регенерации 6 представляет собой электронное устройство управления автоматическим промывочным клапаном регенерации фильтров. С контроллера на блоки управления регенерацией фильтров 15 поступает питание, а также в запланированное время сигнал начала регенерации фильтра. В случае успешного начала регенерации с блока управления фильтрами в контроллер возвращается сигнал подтверждения регенерации.

Датчик потока 7 представляет собой счетчик воды улиточно-лопастного типа с элементом «холла». Питание датчика и съем данных осуществляется с контроллера. Датчик предназначен для определения наличия потока воды в контуре циркуляции и контроля набираемой воды.

Блок управления ультрафиолетовой лампой обеззараживания 11 представляет собой электронный дроссель и включается посредством замыкания контактов электромагнитного реле и подачи напряжения АС 220 вольт, на контроллер.

Блок питания 13 предназначен для питания низковольтной части электронного оборудования. Блок питания представляет собой импульсный преобразователь напряжения в отдельном корпусе. Входное напряжение АС 220 вольт, выходное напряжение DC 12 вольт /100 Ватт.

Устройство измерения проводимости 14 двухканальное (измерительная ячейка) предназначен для определения электропроводности приготовленной воды в потоке на выходе из реверса осмоса (1 канал) и в контуре циркуляции (2 канал). Так же производится измерение температуры воды в каждом канале раздельно с целью внесения температурной коррекции показаний проводимости. Логическое управление блоком измерения проводимости осуществляется контроллером.

Пределы измерения 1 канала - 0…200 мкСим/см.

Пределы измерения 2 канала - 0…18,2 МОм/см.

Температурный диапазон - 0…50 °С

Измерительная ячейка обеспечивает термокоррекцию показаний по обоим каналам (при необходимости, с возможностью отключения). Данные о показаниях проводимости и температуры по обоим каналам поступают в контроллер и далее на блок индикации и управления.

Для управления клапанами, кранами и насосами применены исполнительные механизмы 8 (метод широтно-импульсного управления нагрузкой). Данный метод позволил гибко регулировать характеристики мощности насосов и клапанов. В момент включения клапана или насоса на устройство подается полная мощность, через установленное время мощность снижается до пределов необходимого порога удержания клапана во включенном состоянии, как следствие уменьшая нагрев клапанов и энергопотребление в целом. Так же регулируется мощность насосов.

Блок индикации и управления 16 состоит из платы монитора, цветного дисплея, сенсорного датчика (кнопки) ручного налива воды. Блок индикации и управления предназначен для индикации состояния установки, управления всеми функциями установки, а также для программируемого набора воды.

Модуль беспроводной связи (NFC) 17 предназначен для беспарольного доступа в систему с целью проведения технического обслуживания установки, замены картриджей и другого оборудования. Доступ осуществляется при помощи NFC карты (метки).

Модуль беспроводной связи 18 (GSM) предназначен для передачи информации по сети сотовой связи о состоянии установки по всем параметрам и сигнализации о аварийной ситуации (при ее возникновении).

Принтер 19 представляет собой чековый ленточный принтер, ширина ленты 58мм. Принтер предназначен для документирования параметров набранной воды и технического состояния установки. Связь с контроллером осуществляется по интерфейсу UART.

Осуществления работы устройства

Первичная подготовка воды осуществляется каскадом фильтрующих элементов в составе F1, F2 F3 (фиг. 2).

Фильтр грубой очистки F1. Предназначен для проведения первичной фильтрации воды, поступающей из магистрали городской водопроводной сети, с целью удаления включений крупнее 100 мкм. Поток воды следует от входного патрубка внутри корпуса фильтра сквозь сетку, размещенную в колбе корпуса фильтра, которая задерживает частицы селективностью крупнее установленного номинального размера. Поток следует к отводному патрубку и направляется к патрубку далее размещенного фильтрующего оборудования. Фильтр оснащен системой дренирования и автоматом промыва.

Фильтр грубой очистки: поток воды следует от входного патрубка внутри корпуса фильтра сквозь сетку, размещенную в колбе корпуса фильтра, которая задерживает частицы селективностью крупнее установленного номинального размера. Поток следует к отводному патрубку и направляется к патрубку далее размещенного фильтрующего оборудования. Фильтр оснащен системой дренирования и автоматическим блоком промыва.

Далее поток воды поступает в автоматический железоудаляющий фильтр F2: поток воды от входного патрубка клапана автоматического управления направляется на верхний слой фильтрующего материала, загруженного в напорный корпус. Далее проходя сквозь слой фильтрующего материала поток воды освобождается от включений железистой группы и попадает в нижнюю сетку водоподъемной трубки. Затем по трубке водоподъемной направляется в клапан автоматического управления, из которого по патрубку выходной воды направляется к следующему фильтрующему устройству.

Далее, поток фильтруемой воды проходит ионнообменный фильтр F3: поток воды от входного патрубка клапана автоматического управления направляется на верхний слой фильтрующего материала, загруженного в напорный корпус. Далее проходя сквозь слой фильтрующего материала поток воды освобождается от элементов группы жесткости и попадает в нижнюю сетку водоподъемной трубки. Затем по трубке водоподъемной направляется в клапан автоматического управления, из которого по патрубку выходной воды направляется к следующему фильтрующему устройству.

Регенерация (промывка) фильтров

Для промывки фильтра грубой очистки активируется устройство автоматического промыва открывая дренажный канал. При этом образовавшийся перепад давления перемещает вставку фильтра целиком вниз до полной изоляции нижней части сетки от нефильтрованной воды. Одновременно начинается подача нефильтрованной воды в верхнюю («промывочную») часть вставки. Необходимое для промывки фильтра количество воды поступает через верхнюю часть сетки в установленную внутри вставки турбинку гидравлического промывного механизма с форсунками, выполненными по принципу «трубки Вентури». Выходящая под давлением из форсунок вода раскручивает турбинку и вымывает загрязнения из рабочей части сетки, осуществляя, таким образом, обратную промывку сетки фильтра фильтрованной водой. Одновременно происходит очистка промывочной части сетки, действующая по аналогичному принципу. При перекрывании расположенного внизу колбы дренажного канала, давление внутри колбы стабилизируется, и вставка под воздействием пружины возвращается снова вверх, в рабочее положение.

Автоматический железоудаляющий фильтр управляется контроллером автоматического клапана. По сигналу таймера фильтр переходит в режим промывки, который состоит из 3 фаз.

Первая фаза - обратная промывка, в процессе которой гидравлический поток направляется следующим образом: после входного патрубка следует в центральную трубу и, достигая дна, проходит сквозь фильтрующий материал, увлекая за собой накопленные им за время фильтрации примеси и включения, разбивая плотные спрессованные слои материалам, тем самым убираются каналы, образовавшиеся в процессе фильтрации. Далее поток достигает клапана автоматического управления, где направляется в дренажный патрубок фильтра. Длительность данной фазы определяется настройками таймера автоматического фильтра. Затем таймер переводит клапан автоматического управления в положение Прессовка фильтрующего материала.

Вторая фаза - Прессовка фильтрующего материала, в процессе которой гидравлический поток направляется от входного патрубка на верхний слой фильтрующего материала. Отсутствие потока в выходной и дренажный патрубки способствуют уплотнению фильтрующего материала с целью обеспечения лучших условий фильтрации. Длительность данной фазы определяется настройками таймера автоматического фильтра. Затем таймер переводит клапан автоматического управления в положение Прямая промывка.

Третья фаза - Прямая промывка в процессе которой, гидравлический поток направляется от входного патрубка на верхний слой фильтрующего материала. Далее, проходя сквозь слой фильтрующего материала, поток воды попадает в нижнюю сетку водоподъемной трубки. После чего, по водоподъемной трубке направляется в клапан автоматического управления, из которого в патрубок дренажа, далее направляется в систему дренирования. Длительность данной фазы определяется настройками таймера автоматического фильтра. Затем таймер переводит клапан автоматического управления в положение ФИЛЬТРАЦИЯ.

Автоматический ионообменный фильтр используется с целью удаления элементов, определяющих показатели жесткости. Управляется контроллером автоматического клапана. По сигналу таймера фильтр переходит в режим регенерации, который состоит из 7 фаз.

Первая фаза - Обратная промывка, в процессе которой гидравлический поток направляется следующим образом: после входного патрубка следует в центральную трубу и, достигая дна, проходит сквозь фильтрующий материал, разрыхляя его, обеспечивая свободное омывание гранул на последующих фазах процесса. Далее поток достигает клапана автоматического управления, где направляется в дренажный патрубок фильтра. Длительность данной фазы определяется настройками таймера автоматического фильтра. Затем таймер переводит клапан автоматического управления в положение Орошение солевым раствором.

Вторая фаза - Орошение фильтрующего материала раствором соли, в процессе которой гидравлический поток направляется от входного патрубка на верхний слой фильтрующего материала. Область разряжения, формирующаяся в зоне эжекторного насоса, обеспечивает поступление раствора соли в патрубок от солевого бака Т3, далее раствор смешивается с потоком входной воды и поступает на верхние слои фильтрующего материала, и проходя сквозь его слой, поступает в водоподъемную трубку и следует в клапан автоматического управления, где, в свою очередь, через дренажный патрубок отправляется на дренирование. По завершению времени, отведенного на данную фазу, таймер переключает клапан автоматического управления в фазу экспозиции.

Третья фаза - Экспозиция солевого раствора, определяется временем таймера автоматического клапана. Она необходима для проведения регенерации ионообменных свойств фильтрующего материала. Установка времени таймера производится в процессе проведении настройки оборудования при вводе в эксплуатацию. По завершению времени, клапан автоматического управления переходит в фазу быстрой промывки.

Четвертая фаза - Прямая промывка, в процессе которой гидравлический поток направляется от входного патрубка на верхний слой фильтрующего материала. Далее, проходя сквозь слой фильтрующего материала, поток воды попадает в нижнюю сетку водоподъемной трубки. После чего, по водоподъемной трубке направляется в клапан автоматического управления, из которого направляется в патрубок дренажа и далее направляется в систему дренирования. Длительность данной фазы определяется настройками таймера автоматического фильтра. После чего клапан автоматического управления переходит к следующей фазе.

Пятая фаза - Обратная промывка, в процессе которой гидравлический поток направляется следующим образом: после входного патрубка следует в центральную трубу и, достигая дна, проходит сквозь фильтрующий материал, разрыхляя его, обеспечивая свободное омывание гранул на последующих фазах процесса. Далее поток достигает клапана автоматического управления, где направляется в дренажный патрубок фильтра. Длительность данной фазы определяется настройками таймера автоматического фильтра. После чего клапан автоматического управления переходит к следующей фазе.

Шестая фаза- Прямая промывка, в процессе которой гидравлический поток направляется от входного патрубка на верхний слой фильтрующего материала. Далее, проходя сквозь слой фильтрующего материала, поток воды попадает в нижнюю сетку водоподъемной трубки. После чего, по водоподъемной трубке направляется в клапан автоматического управления, из которого в патрубок дренажа, далее направляется в систему дренирования. Длительность данной фазы определяется настройками таймера автоматического фильтра. После чего клапан автоматического управления переходит к следующей фазе.

Седьмая фаза- Заполнение бака солевого раствора. В процессе данной фазы гидравлический поток, двигаясь от входного патрубка на верхний слой фильтрующего материала, проходит его слои и, попадая в нижнюю сетку водоподъемной трубки, направляется в клапан автоматического управления, где отводится в патрубок к солевому баку Т3. Длительность данной фазы определяется таймером клапана автоматического управления и зависит от настроек регенерационных характеристик фильтра. По завершению фазы наполнения солевого бака Т3 клапан автоматического управления переходи в режим фильтрация (работа).

В частном случае первичная подготовка воды является необязательной и зависит от качества исходной воды и требуемых параметров воды на выходе.

Цикл производства готовой к работе установки начинается с сетчатого фильтра и регулятора давления, расположенного на участке магистрали после крана входной воды.

По коллекторным магистралям через электромагнитный клапан SV1 (фиг.2), открываемый по команде контроллера вода поступает в картридж С1, далее через клапан электромагнитный SV8 и обратный клапан RV3 поступает в картридж С2, далее насосом Р1 под контролем датчика LPS1 подается на картридж М1. Регулировка потоков и давлений на картридже М1 осуществляется редукционным клапаном NV1. Контроль производимой воды осуществляется датчиком температуры TMP2 и датчиком проводимости CS 1, при этом независимо от качества продукта первая порция готового продукта дренируется через электромагнитный клапан SV7 и, по достижению необходимого качества, происходит переключения потока воды в накопительный бак Т1 открытием электромагнитного клапана SV3 и закрытием SV7. После достижения верхнего уровня накопительного бака T1 происходит отключение оборудования в обратном порядке и, по завершению процесса отключения, происходит дренирование системы предварительной подготовки кратковременным открытием электромагнитных клапанов SV2 и SV4.

После полного наполнения накопительного бака Т1 и подтверждения датчиком CS2 соответствия продукта требуемому качеству, система переходит в режим «ХРАНЕНИЕ».

Данный режим предусматривает включение циркуляции чистого контура и выключение, а также ожидание и запуск следующего включения (ожидание).

При включении системы через заданные промежутки времени подается питание на электромагнитный клапан SV10 и насос P2, после чего производится контроль состояния датчика давления LPS 2 и включается ультрафиолетовый облучатель UF1, далее производится контроль температуры датчиком TMP3 и, одновременно с этим, производится включение устройства стабилизации температуры Cool1 (опция), выполненного, например, в виде вентилятора охлаждения воды. Далее производится контроль измерений датчика проводимости CS2, и с момента появления показателей, соответствующих норме, через определенные программой интервалы система производит пульсирующее открытие и закрытие электромагнитного клапана SV6 с целью отмывки мембраны бактериального фильтра BF1. По прошествии определенного времени происходит последовательное отключение элементов в обратном порядке.

Для налива из состояния готовности на блоке индикации загорается транспарант «ГОТОВНОСТЬ».

Разбор очищенной воды в ручном режиме осуществляется оператором при нажатии кнопки, расположенной на верхней поверхности дозатора. Данная функция доступна при наличии воды в накопительном баке выше критического уровня и качестве, определенном характеристиками системы. Процесс схож с запуском системы в режиме готовности. При поступлении команды по каналу стабильный сигнал производит включение системы через соответствующие промежутки времени и подает питание SV10, далее производится контроль состояния LPS2 и включается UF1, производится контроль TMP3 и одновременно с этим производится включение устройства стабилизации температуры Cool, далее производится контроль CS2 и с момента появления показателей нормы поступает разрешение на налив и открытие клапана SV 5 и закрытие SV10, при этом производится контроль по датчику FM1. Цикл налива будет выполнятся при нажатой кнопке BT2 до момента отсутствия сигнала наличия воды на уровне датчика LS4. По завершению налива производится последовательное обратное отключение элементов. Одновременно с этим, результаты измерения CS2 и FM1, а также установочные значения распечатываются встроенным принтером на бумажном носителе.

После активации кнопки BT2 производится контроль CS2 и с момента появления показателей нормы поступает разрешение на налив и открытие клапана SV5. По завершению налива производится последовательное обратное отключение элементов, одновременно с этим результаты измерения CS2 и FM1, а также установочные значения распечатываются встроенным принтером на бумажном носителе.

Процесс наполнения накопительного бака Т1 обусловлен состоянием датчиков уровня LS1 и LS2 в накопительном баке T1. В случае отсутствия воды на указанных уровнях, стартует процесс наполнения.

Промывка осуществляется при установке новых фильтров, а также с заданной периодичностью в процессе эксплуатации устройства для исключения эффекта застоя воды.

Направление воды на промывку картриджей осуществляется в сервисном режиме, периодичность определяется системой. После проведения промывки производится самотестирование установки и результаты заносятся в базу данных в памяти контроллера, выводятся в блок данных протоколирования состояния установки на внешний сервер сбора информации (систему протоколирования).

Направление воды на промывку картриджа С1, С2, М1, BF1 и UF1 осуществляется в сервисном режиме, периодичность определяется системой. После проведения промывки производится самотестирование установки и результаты заносятся в базу данных в памяти контроллера и выводятся в систему протоколирования.

Сервисная функция замена картриджа С1, С2, М1, BF1 и UF1 производятся в сервисном режиме. Инициируется при помощи электронного ключа, находящегося в комплекте со сменными элементами. Происходит в режиме общения установки с пользователем. На блоке индикации отображаются текстовые сообщения, определяющие действия пользователя, контролируется исполнение и результаты заносятся в базу данных в памяти контроллера и систему протоколирования.

Контролирующая функция показаний индикатора CS1. Отображается в Диапазоне 1,0-20,0 мкСм/см. Является сервисной функцией и определяющей величиной в работе установки, имеет температурную компенсацию, выводится в базу данных в памяти контроллера и систему протоколирования

Контролирующая функция показаний индикатора CS2. Отображается в Диапазоне 18,2 - 1,0 МОм/см. Является сервисной функцией и определяющей величиной в работе установки, имеет температурную компенсацию, выводится в базу данных в памяти контроллера и систему протоколирования.

Пользовательские установки определяются возможностями ПО системы. Базовый набор настроек: время, дата, год, наименование ЛПУ, вариант прямого подключения, вариант автоматического протоколирования.

Преимуществами программно-аппаратного комплекса для автоматизации процесса водоподготовки являются:

Компактность: не занимает много места (большое пространство). Расположена в закрытом корпусе, что даёт возможность проводить простую санитарную обработку поверхностей и обеспечивает малошумность установки, позволяя использовать её в помещении с персоналом.

Использование входной водопроводной воды: подключается напрямую к водопроводной сети и не требует дополнительного оборудования предварительной очистки

Система интеллектуального управления и контроля качества: обеспечивает максимальный контроль за производственными процессами установки на всех основных стадиях производства воды. Программное обеспечение контролирует состояние расходного материала и предупреждает персонал о своевременности проведения регламентных мероприятий

Функция протоколирования: обеспечивает распечатку результатов контроля результатов получаемой воды на бумажном носителе встроенным принтером по желанию оператора

Интегрированный дозатор: расположен в корпусе, имеет эргономичное пространство под используемую емкость. Позволяет набирать требуемый объём воды (от 10 мл до 4500 мл)

Универсальность: обеспечивает производство очищенной воды необходимой степени водоподготовки и нужных объемов, что даёт возможность её использовать для различных лабораторных нужд

Простота в использовании: обеспечена управлением с сенсорного монитора, а интуитивный дисплей позволяет легко и быстро воспринимать служебную информацию

Функция автоматической самодиагностики: своевременно информирует персонал о возникших ошибках, тем самым позволяет оператору быть уверенным в исправности оборудования

Функция автоматического технического обслуживания: обеспечивает программный контроль за своевременностью и порядком проведения регламентных работ, а также гарантирует простую, легкую и быструю смену использованных фильтрующих элементов

Функция передачи данных: происходит посредством GSM-модуля и позволяет в режиме реального времени получать информацию о технических параметрах Установки, а также информацию о возможных аварийных ситуациях.

Возможность использования в боксированных помещениях: Кнопка налива выполнена в виде бесконтактного сенсора. Управление установкой возможно производить в средствах индивидуальной защиты (перчатках)

Безопасность: установка оборудована встроенным датчиком протечек, который может реагировать так же и на утечку очищенной воды. Звуковые сигналы привлекут внимание персонала к возникшей проблеме.

Изобретение относится к области многоступенчатой автоматизированной подготовки воды для получения сверхчистой воды и может быть использовано в лабораториях, медицинских учреждениях и в промышленных условиях. Программно-аппаратный комплекс содержит гидравлическую систему, контроллер управления и обработки данных с программным обеспечением и элементами коммутации, блок измерения, связанный с контроллером управления и обработки данных блок индикация и управления, блок беспроводной связи с внешним сервером. Гидравлическая система включает краны входной и выходной воды, фильтры, трубопроводы, фитинги, исполнительные механизмы в виде насосов и электромагнитных клапанов, накопительный бак. Блок измерения включает датчики давления и уровня, датчик протечки, датчики регенерации фильтров, датчик потока воды, датчики температуры и датчики проводимости. Фильтры снабжены блоками управления регенерацией фильтров, электрически соединенными с контроллером. Гидравлическая система выполнена двухконтурной. Первый контур выполнен с возможностью производства очищенной воды и выдачи ее потребителю. Второй контур выполнен с возможностью накопления и циркуляции воды. Контроллер выполнен с возможностью обработки данных, получаемых от измерительного блока и устройства измерения проводимости, и подачи управляющего воздействия на исполнительные механизмы для регулирования режима производства воды, регенерации фильтров и подачи сигнала на блок индикации и управления о необходимости замены фильтра. Технический результат: получение компактного устройства, обеспечивающего полный цикл водоподготовки с автоматизацией всего процесса производства воды необходимого качества и технического обслуживания гидравлической системы, а также автоматизированного контроля состояния расходного материала. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Программно-аппаратный комплекс для автоматизации процесса водоподготовки, содержащий гидравлическую систему, включающую краны входной и выходной воды, фильтры, трубопроводы, фитинги, исполнительные механизмы в виде насосов и электромагнитных клапанов; контроллер управления и обработки данных с программным обеспечением и элементами коммутации, блок измерения, включающий датчики давления и уровня, отличающийся тем, что дополнительно содержит связанный с контроллером управления и обработки данных блок индикация и управления, блок беспроводной связи с внешним сервером, а фильтры снабжены блоками управления регенерацией фильтров, электрически соединенными с контроллером, гидравлическая система содержит накопительный бак и выполнена двухконтурной, где первый контур выполнен с возможностью производства очищенной воды и выдачи ее потребителю, а второй контур выполнен с возможностью накопления и циркуляции воды, блок измерения дополнительно содержит датчик протечки, датчики регенерации фильтров, датчик потока воды, датчики температуры и датчики проводимости, при этом контроллер выполнен с возможностью обработки данных, получаемых от измерительного блока и устройства измерения проводимости, и подачи управляющего воздействия на исполнительные механизмы для регулирования режима производства воды, регенерации фильтров и подачи сигнала на блок индикации и управления о необходимости замены фильтра.

2. Программно-аппаратный комплекс по п.1, отличающийся тем, что содержит связанные с устройством измерения проводимости датчики проводимости и температуры в первом и втором контурах.

3. Программно-аппаратный комплекс по п.1, отличающийся тем, что содержит дренажный канал для осуществления режима промывки.