一种地热水转化为淋浴生活用水的自动控制装置的制作方法

1.本发明属于地热水利用控制技术领域，特别是提供了一种地热水转化为淋浴生活用水的自动控制装置。能够保证地热水转化为合格的淋浴生活用水，且保证淋浴用水压力的恒定，同时保证水处理控制方式智能与最优化。


背景技术：

2.地热水是一种液态矿产资源，是大自然赐给人类的宝贵自然财富，它加以合理开发利用,对发展国民经济有重要意义。地热水的温度一般在25℃～53℃,水中含有多种对人体有益的微量矿物元素。地热水中还含有一些有害成分的元素和污染物。参照国家生活饮用水水质标准，地热水一般色度、浑浊度超标，特别是水中的fe2 离子、含有的h2s超标，而水中的fe2 离子一旦与空气中氧气接触,则fe2 离子间便迅速发生化学反应，产生红褐色的fe2o3(铁锈)使水质发生变化。水中含有的h2s对金属材料如设备、管道具有腐蚀性。地热水经过处理，只能用于非饮用水，可以作为一种具有医疗保健价值的淋浴生活用水之用。
3.作为居民淋浴生活用水，一定要保证水质安全，用水压力恒定，用水设备工作稳定智能化。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种地热水转化为淋浴生活用水的自动控制装置，保证地热水处理控制自动化。通过设备的合理配置及智能化控制方式，能够自动处理测量信号及控制设备运行，自动判断测量信号及控制设备的故障，智能修正测量信号，智能控制设备。变频器故障发生时，控制系统自动切换电机工频运行，保证正常的控制运行。通过变频器中内置pid控制器控制水泵转速达到储水罐液位、氧化反应器罐液位及用水管道压力恒定、安全可靠。系统一键控制，过程智能化运行。
5.本发明包括断路器与熔断器装置1、信号处理
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智能控制装置2、自动开关控制组合装置3、内置ethernet通讯触摸操作设定及显示屏4、内置控制盘、pid及ethernet通讯的1#变频器5、内置控制盘、pid及ethernet通讯的2#变频器6、内置控制盘、pid及ethernet通讯的3#变频器7、内置控制盘、pid及ethernet通讯的4#变频器8、交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置9、智能电度表10、温度变送器11、电磁流量计12、液位变送器13、温度变送器14、液位变送器15、压力变送器16、电磁流量计17及温度变送器18。断路器与熔断器装置1的进线侧连接五线制3相380v动力电源、n线及地线，出线侧与信号处理
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智能控制装置2、自动开关控制组合装置3、内置控制盘、pid及ethernet通讯的1#变频器5、内置控制盘、pid及ethernet通讯的2#变频器6、内置控制盘、pid及ethernet通讯的3#变频器7、内置控制盘、pid及ethernet通讯的4#变频器8、交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置9相连。信号处理
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智能控制装置2通过ethernet与内置ethernet通讯触摸操作设定及显示屏4、内置控制盘、pid及ethernet通讯的1#变频器5、内置控制盘、pid及ethernet通讯的2#变频器6、内置控制盘、pid及ethernet通讯的3#变频器7、内置控制盘、pid及ethernet通讯的4#变频器8相
连，信号处理
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智能控制装置2通过硬连线与自动开关控制组合装置3相连，信号处理
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智能控制装置2通过内置的485接口与智能电度表10相连。自动开关控制组合装置3通过硬连线与交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置9相连。内置控制盘、pid及ethernet通讯的1#变频器5、内置控制盘、pid及ethernet通讯的2#变频器6、内置控制盘、pid及ethernet通讯的3#变频器7、内置控制盘、pid及ethernet通讯的4#变频器8通过硬连线均与交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置9相连。交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置9与地热水深井泵电机21、氧化反应器除h2s离心风机电机22、氧化反应器提升泵电机23、过滤器返冲洗水泵电机25、用户输水泵电机26及回水加热装置加热器58相连。
6.所述的信号处理
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智能控制装置2由直流24v电源、内置ethernet及232/485通讯的cpu模块、cpu底板、cpu锂电池、sd存储卡、模拟量及开关量模块及i/o模块底板构成；直流24v电源采用abb cp
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e24/5一个,进线电压100
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240v ac输出24v dc/5a；cpu模块是abb plc产品pm583
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eth一个，内置rs232/485通讯及ethernet通讯，dc24v供电；cpu底板是abb tb511
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eth一个；模拟量模块是abb plc ai532一个,16路模拟量输入；开关量输入模块是abb di524一个，32路24v开关量输入；开关量输输出模块是abb d0524一个，32路晶体管输出24v；i/o模块底板是abb tu515四个，cpu锂电池是ta521一个，sd存储卡mc502一个。
7.温度、流量、液位及压力测量信号计8路进入输入模拟量模块；电机变频、工频控制方式状态信号、电机工频热继电器状态信号、加热器控制方式状态及热继电器状态信号计16路通过交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置9进入自动开关控制组合装置3再进入输入开关量模块；电机变频、工频控制主回路启停及加热器控制主回路启停信号计10路通过开关量输出模块进入自动开关控制组合装置3再给交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置9。设备消耗电能通过智能电度表10经rs232/485通讯接口采集到cpu模块，智能处理的液位及压力测量信号由cpu模块的ethernet通讯给变频器作为反馈信号；电机实际转速、电机电流及变频器的各种运行、故障状态信号由变频器通过ethernet通讯反馈给cpu模块。信号处理
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智能控制装置2把采集和给出的信号均通过ethernet通讯在触摸操作显示屏4显示；液位、压力、回水温度范围及回差希望设定值、定时返冲电机运行时间及实际人工操作控制按钮信号由触摸操作显示屏4通过ethernet通讯给信号处理
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智能控制装置2，再通过ethernet通讯给变频器及加热器。信号处理
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智能控制装置2通过ethernet通讯控制启停变频器，通过开关量输出模块给出电机的主回路的变频、工频主回路启停及加热器主回路启停信号。
8.本发明的优点在于：测量信号智能处理及控制，设备控制智能化，自动采集及判断故障信息并实时显示，实时监控电机运行参数，实时调整控制液位及压力参数。用水压力及温度智能控制，稳定。用水方式最优化，安全可靠。消除因控制主回路及变频器故障导致设备停止运行状况发生。节约能源。控制系统智能化运行，控制系统可靠。
附图说明
9.图1一种地热水转化为淋浴生活用水设备工艺流程示意图。
10.图2一种地热水转化为淋浴生活用水自动控制装置结构示意图。
11.图中：断路器与熔断器装置1、信号处理
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智能控制装置2、自动开关控制组合装置3、内置ethernet通讯触摸操作设定及显示屏4、内置控制盘、pid及ethernet通讯的1#变频
器5、内置控制盘、pid及ethernet通讯的2#变频器6、内置控制盘、pid及ethernet通讯的3#变频器7、内置控制盘、pid及ethernet通讯的4#变频器8、交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置9、智能电度表10、温度变送器11、电磁流量计12、液位变送器13、温度变送器14、液位变送器15、压力变送器16、电磁流量计17及温度变送器18、地热深井泵电机21、地热深井泵101、除砂器102、除砂器接沙罐103、集分水器104、1#管道阀门105、氧化反应器除h2s离心风机电机22、氧化反应器106、氧化反应器除h2s离心风机107、氧化反应器提升泵电机23、氧化反应器提升泵108、过滤器110、过滤器返冲接污罐111、2#管道阀门112、返冲洗水泵电机25、返冲洗水泵109、3#管道阀门113、储水罐114、4#管道阀门115、用户输水泵电机(26)、用户输水泵(116)、回水加热设备(118)、加热器28、5#管道阀门119。
具体实施方式
12.本发明包括断路器与熔断器装置1、信号处理
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智能控制装置2、自动开关控制组合装置3、内置ethernet通讯触摸操作设定及显示屏4、内置控制盘、pid及ethernet通讯的1#变频器5、内置控制盘、pid及ethernet通讯的2#变频器6、内置控制盘、pid及ethernet通讯的3#变频器7、内置控制盘、pid及ethernet通讯的4#变频器8、交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置9、智能电度表10、温度变送器11、电磁流量计12、液位变送器13、温度变送器14、液位变送器15、压力变送器16、电磁流量计17及温度变送器18。
13.断路器与熔断器装置1的进线侧连接五线制3相380v动力电源、n线及地线，出线侧与信号处理
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智能控制装置2、自动开关控制组合装置3、内置控制盘、pid及ethernet通讯的1#变频器5、内置控制盘、pid及ethernet通讯的2#变频器6、内置控制盘、pid及ethernet通讯的3#变频器7、内置控制盘、pid及ethernet通讯的4#变频器8、交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置9相连。信号处理
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智能控制装置2通过ethernet与内置ethernet通讯触摸操作设定及显示屏4、内置控制盘、pid及ethernet通讯的1#变频器5、内置控制盘、pid及ethernet通讯的2#变频器6、内置控制盘、pid及ethernet通讯的3#变频器7、内置控制盘、pid及ethernet通讯的4#变频器(8)相连，通过硬连线与自动开关控制组合装置3相连，通过内置的485接口与智能电度表10相连。自动开关控制组合装置3通过硬连线与交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置9相连。内置控制盘、pid及ethernet通讯的1#变频器5、内置控制盘、pid及ethernet通讯的2#变频器6、内置控制盘、pid及ethernet通讯的3#变频器7、内置控制盘、pid及ethernet通讯的4#变频器8通过硬连线均与交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置9相连。交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置9与地热水深井泵电机21、氧化反应器除h2s离心风机电机22、提升泵电机23、过滤器返冲洗水泵电机25、用户输水泵电机26及回水加热装置加热器28相连。
14.下面将通过附图1、2对本发明作进一步的说明。
15.首先通过勘探确认区域具有合格的地热水资源，打井到具有充足地热资源的深度。然后把自带电机的深井泵下到井下并固定，通过动力电缆与交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置相连。同时在出水管道上安装pt100温度变送器和电磁流量计，均是四线制接线，现场带数字显示,带4
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20ma输出,通过带屏蔽的双绞导线连接到信号处理
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智能控制装置上,通过信号处理的实时温度及瞬时流量及累计流量均可在触摸操作设定及显示屏上显示和记录。
16.地热水经地热深井泵首先通过除砂器，通过除砂器的内部管路和水的流速作用，把地热水中的泥沙颗粒冲到除砂器接沙罐中，处理后的水再进入集分水器，水流通过集分水器的缓冲通过1#管路阀门进入氧化反应器罐，水流通过氧化反应器罐顶端的喷头形成淋状水流。在氧化反应器罐下部安装离心风机和电机，通过电缆与交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置相连。离心风机运行，风向由下向上，能够带走地热水中的h2s，保证地热水对设备、管道的腐蚀性最小；同时淋状水流能够充分与空气接触，水中的fe2 离子迅速与空气中氧气发生化学反应，产生红褐色的fe2o3(铁锈)水。这时水中色度、浑浊度更加超标。同时在氧化反应器罐底板安装液位变送器，液位变送器采用两线制、扩散硅压力传感器，现场带数字显示、带4
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20ma输出，通过带屏蔽的双绞导线接到信号处理
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智能控制装置上。氧化反应器罐液位变送器实时测量罐中液位。液位达到一定高度时，必须开启提升泵运行，把水打出，否则水位就要超限，影响氧化反应器罐工作运行效率，以至漏水，造成事故。同时要保证氧化反应器罐一定液位，否则空气进入提升泵，形成气阻，导致泵运行效率下降。经过氧化反应器罐经提升泵处理后的水还需要经过滤器罐中过滤物质的过滤，通过过滤器罐处理，把水中有害杂质、铁锈过滤掉，保证地热水的色度、浑浊度满足人体淋浴用水要求。经过过滤器罐处理后的地热水通过管道阀门进入储水罐储备。在过滤器罐中过滤物质饱和时，过滤效果下降。这时就需要返冲洗，通过水流作用把在过滤物质中的杂质冲出。由储水罐中的地热水经过在管道上安装的返冲洗水泵加压及管道阀门由过滤器罐底部往上返冲洗，这样就能够把过滤器罐中杂质冲到过滤器返冲接污罐中，使过滤器罐中过滤物质可以恢复活性。在储水罐底部安装pt100温度变送器及液位变送器，温度变送器采用四线制，液位变送器采用两线制、扩散硅压力传感器，温度变送器及液位变送器均现场带数字显示，带4
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20ma输出，通过带屏蔽的双绞导线接到信号处理
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智能控制装置上。储水罐中合格淋浴生活用水经过管道阀门，通过用户输水泵电机加压给用户供水。在用户输水管道上安装压力变送器和电磁流量计，电磁流量计采用四线制，压力变送器采用两线制、扩散硅压力传感器，均带现场带数字显示，带4
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20ma输出，通过带屏蔽的双绞导线接到信号处理
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智能控制装置上。用户输水管道是一个闭环管道，当用户不需要水时，通过管道及管道阀门再回到储水罐中，达到了节约能源与资源作用。在回水管道中安装pt100温度变送器,温度变送器采用四线制，现场带数字显示，带4
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20ma输出,通过带屏蔽的双绞导线接到信号处理
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智能控制装置上。由于地热客观环境、管道长度、季节天气等原因导致回水温度低时，导致储水罐地热水温度不能满足用户用水温度，在闭环管道靠近储水罐端安装地热回水加热装置，通过回水加热装置加热回水，保证储水罐中地热水水温，满足用户用水温度。
17.测量信号均通过信号处理
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智能控制装置进行程序自动处理判断。对于信号测量故障，表现为0或最大，不稳定，波动大，偏离正常范围。信号处理
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智能控制装置实时能够处理测量信号。若测量信号正常，通过数字滤波的处理值做为最终信号；若测量值故障，报警，提示要更换或维修。
18.变频器正常状态及故障信息如缺相、短路、断路、接地故障、电源进线故障、控制盘丢失故障及通讯故障等均通过ethernet通讯给信号处理
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智能控制装置。信号处理
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智能控制装置综合分析与处理变频器状态信号，实时判断设备处于何种状态
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正常或故障。变频器正常时，先变频器运行，另外工频热备；当运行变频器故障，信号处理
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智能控制装置发出此变频器停止运行信号，同时发出信号给自动控制开关组合装置，自动控制开关组合装置给
出信号到交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置断开此路交流接触器，同时在触摸操作显示屏上显示。信号处理
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智能控制装置判断确定停机后，先自动控制开关组合装置给出控制信号到交流接触器
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热继电器互锁切换组合装置接通此路交流接触器和热继电器，并判断状态是否正常。正常后再向交流接触器发出启动运行信号，电机运行，此时通过热继电器保护电机，电机过载时热继电器断开，并能发出故障信号。信号处理
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智能控制器装置实时监测电机运行状态和运行时间，并在触摸操作显示屏实时显示。
19.现场操作人员预先通过变频器内置的显示操作盘给变频器程序组态，程序组态有电机名牌中额定参数，ethernet通讯参数、pid控制参数，电机运行方向及故障信息输出参数。
20.地热深井泵变频器pid控制是根据储水罐液位设定值与实际反馈值相比较，通过pid运算控制电机转速，触摸操作设定及显示屏给出设定值，此设定值保证正常用户用水液位值。当用户用水量少时，此电机转速下储水罐实际液位增高，pid控制电机转速减小，深井提升流量变小，储水罐进水减少，实际液位值降低接近并达到原设定值；当用户用水量大时，此电机转速下实际液位值减少，pid控制电机转速增大，深井提升流量变大，储水罐进水增加，实际液位值增高接近并达到原设定值。当用户用水量变化导致液位变化时，pid控制输出值自动改变，增大或减小，保证液位实际值恒定，满足正常储水罐水量。
21.氧化反应器罐提升泵pid控制是根据氧化反应器液位设定值与实际反馈值相比较通过pid运算控制电机转速，液位设定值是通过触摸操作设定及显示屏给出，此设定值保证氧化反应器罐正常液位值。当地热深井泵提升水量少时，氧化反应器罐来水量小，在此电机转速下实际液位降低，此时pid控制电机转速减小，氧化反应器罐提升流量变小，保证氧化反应器罐实际液位值增高接近并达到原设定值；当地热深井泵提升水量大时，来水量多，在此电机转速下实际液位值增高，此时pid控制电机转速增大，提升流量变大，液位实际反馈值降低接近并达到原设定值。当地热深井泵提升水量变化导致液位值变化时，pid控制输出值自动改变，增大或减小，保证液位实际值恒定，满足氧化反应器罐工作安全的水量。
22.用户输水泵变频器pid控制是根据压力设定值与实际压力值相比较，通过pid运算控制电机转速，压力设定值是通过触摸操作设定及显示屏给出，此设定值保证正常用户用水压力值。当用户用水量少时，使用流量少，此时pid控制电机转速减小，管道压力实际值降低，接近并达到设定值；当用户水量大时，使用流量多，此时pid控制电机转速增大，流量变大，压力实际反馈值增高，接近并达到原设定值。当用户水量变化导致压力反馈值变化时，pid控制输出值自动改变，增大或减小，pid控制输出值与压力反馈值变化方向相反，保证用户用水实际压力恒定。
23.离心风机运行与地热深井泵运行时间一致。
24.返冲洗水泵运行是在其他设备停止运行状态下，由触摸操作设定及显示屏通过预先编辑的指令给出信号，通过信号处理
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智能控制装置发出信号。
25.地热回水加热装置是根据回水温度运行或停止。信号处理
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智能控制装置根据季节、回水温度及触摸操作设定及显示屏给出温度范围和温度变化回差范围运行或停止加热器。
26.正常操作时，现场人员先在断路器与熔断器装置中合断路器开关，此时信号处理
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智能控制器装置、触摸操作设定及显示屏、变频器、自动控制开关组合装置及智能电度表带
电，信号处理
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智能控制器装置、变频器内置程序初始化运行，ethernet通讯正常，测量信号正常，触摸操作设定及显示屏正常显示设备状态与给出设定，值。现场人员预先在触摸操作设定及显示屏上设定希望液位值，用水设定压力值，温度范围值及温度回差，定时返冲洗水泵运行时间。在测量信号及控制设备状态显示正常时触摸控制按钮，控制设备全部智能化控制运行。