ПРЕРЫВАНИЕ ОЦЕНКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН В АВТОМАТИЧЕСКОЙ ВОДОУМЯГЧИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ ПРИ НАЛИЧИИ ЗАДАННЫХ РАБОЧИХ СИТУАЦИЙ
INTERRUPTION OF MEASUREMENT MAGNITUDE ESTIMATION IN AUTOMATIC WATER-SOFTENING PLANT GIVEN AVAILABILITY OF PRESET WORKING SITUATIONS

Изобретение относится к способу работы водоумягчительной установки, содержащей
verschnitt
teil1weich
teil2roh
- автоматически регулируемое смесительное устройство для смешивания потока V(t) смешанной воды из первого умягченного частичного потока V(t) и второго, содержащего исходную воду частичного потока V(t), и
- электронное управляющее устройство,
verschnitt
при этом управляющее устройство подстраивает с помощью одной или нескольких, определенных экспериментально моментальных измерительных величин положение регулирования смесительного устройства так, что жесткость воды смешанного потока V(t) устанавливается на заданное номинальное значение.
Работающая по такому способу водоумягчительная установка известна из ЕР 0 900 765 В1.
Водоумягчение используется всегда там, где в обычных системах снабжения (например, в сети питьевой воды) имеется лишь относительно жесткая вода, а по техническим причинам или причинам комфортности желательна более мягкая вода.
При водоумягчении используются водоумягчительные установки, которые в большинстве случаев работают по способам ионного обмена. При этом содержащиеся в воде соли жесткости (ионы кальция и магния) заменяются в ионно-обменной смоле на ионы натрия. При истощении ионно-обменной смолы ее необходимо регенерировать, например, посредством промывки раствором соли.
Если простое водоумягчительное устройство включается последовательно перед водными установками, то последующая водная установка имеет полностью умягченную воду. Однако по техническим или экономическим причинам часто нет необходимости иметь полностью умягченную воду, а только иметь воду со средней, однако заданной в узких пределах жесткостью воды. Вода со слишком низкой жесткостью воды может приводить к проблемам в трубопроводах на основании отсутствующего или плохого образования защитного слоя, она не так ценна для здоровья (в качестве питьевой воды) из-за отсутствия минералов и приводит, кроме того, к высокой стоимости содержания водоумягчительной установки из-за частой регенерации; с другой стороны, слишком высокая жесткость воды может приводить вследствие отложений извести к повреждению арматуры и технических приборов. Кроме того, имеются технические приборы, которые работают исключительно или во всяком случае предпочтительно с заданной в узких пределах жесткостью воды; например, в стиральных машинах оптимальное количество стирального средства сильно зависит от жесткости воды.
Из ЕР 0 900 765 В1 известна водоумягчительная установка с полностью автоматическим смешиванием. Поток исходной воды, который содержит относительно жесткую воду, разделяется на первый частичный поток, который протекает через ионно-обменную смолу, и второй частичный поток в обводном трубопроводе. После умягчения первого потока частичные потоки снова объединяются (так называемое смешение). С помощью датчика проводимости определяется жесткость подаваемой исходной воды и определяется соотношение частичных потоков, которое контролируется с помощью двух расходомеров и подстраивается с помощью автоматически регулируемого клапана в качестве смесительного устройства в зависимости от жесткости исходной воды. С помощью этой водоумягчительной установки можно обеспечивать смешанный поток воды с постоянной жесткостью воды также при изменяющейся жесткости исходной воды.
Однако работа этой известной водоумягчительной установки предъявляет высокие требования к износостойкости автоматически регулируемого смесительного устройства. Дополнительно к этому, при неисправностях конструктивных элементов, которые участвуют в регулировании смешивания, в смешиваемой воде могут возникать сильно отклоняющиеся от номинального значения величины жесткости воды.
Задача изобретения
Задачей данного изобретения является создание способа работы водоумягчительной установки, который обеспечивает возможность снижения износа автоматически регулируемого смесительного устройства и который улучшает надежность регулирования жесткости смешанной воды, когда возможно.
Сущность изобретения
Эта задача решена с помощью способа работы указанного в начале вида, который характеризуется тем, что управляющее устройство в одной или нескольких заданных рабочих ситуациях игнорирует по меньшей мере одну из одной или нескольких моментальных измерительных величин для подстройки положения регулирования смесительного устройства и вместо этого исходит из последней значащей соответствующей измерительной величины перед возникновением заданной рабочей ситуации или находящегося в памяти электронного управляющего устройства стандартного значения для соответствующей измерительной величины.
Способ работы, согласно изобретению, обеспечивает дифференцирование в зависимости от того, необходимо ли в данный момент проводить или нет оценку моментальной измерительной величины, которая влияет на подстройку положения регулирования смесительного устройства. Если оценка не должна выполняться, то на место моментальной измерительной величины приходит либо последнее значащее значение измерительной величины или находящееся в памяти стандартное значение (или заменяющее его значение). В рамках данного изобретения было установлено, что использование в качестве замены более раннего значения измерительной величины или находящегося в памяти стандартного значения делает смешивание воды более надежным или же может также приводить к уменьшению износа смесительного устройства (включая ее автоматические исполнительные системы). Запоминаемое, согласно изобретению, стандартное значение измерительной величины может быть неизменно запрограммировано в управляющем устройстве, или же актуализироваться время от времени (вручную или автоматически) при непрерывной работе водоумягчительной установки.
Оценка моментальной (определяемой с помощью датчика непосредственно или опосредованно) измерительной величины не проводится, согласно изобретению, при определенных заданных рабочих ситуациях. Эти рабочие ситуации задаются перед вводом в эксплуатацию водоумягчительной установки и обычно заносятся в электронное управляющее устройство (программируются). При этом занесенная рабочая ситуация содержит как критерий (или критерии), когда имеется такая рабочая ситуация, так и определение подлежащей игнорированию измерительной величины и подлежащей использованию в качестве замены измерительной величины. Заданные рабочие ситуации можно в рамках изобретения задавать и устанавливать по потребности относительно выполнения и функций работающей водоумягчительной установки.
Важный случай, когда, согласно изобретению, можно устанавливать заданную рабочую ситуацию, состоит в том, что моментальная измерительная величина, подаваемая в электронное управляющее устройство, является не достойной доверия. Это может быть, например, следствием дефекта измерительного устройства (датчика жесткости воды, расходомера и подобного). Не заслуживающее доверия значение можно распознавать, например, за счет того, что оно лежит вне заданного диапазона значений, или что значения сильно изменяются во времени. Не вызывающее доверия значение можно также распознавать с помощью дополнительных датчиков, которые соединены с управляющим устройством и не контролируют сами измерительные величины. Управление смешиванием на основании не вызывающей доверия измерительной величины приводит обычно к тому, что жесткость смешанной воды может отклоняться далеко от номинального значения. В противоположность этому, за счет замены не вызывающей доверия измерительной величины в рамках изобретения, можно обычно удерживать небольшими отклонения жесткости смешанной воды от номинального значения.
Другой важный случай, когда, согласно изобретению, можно устанавливать заданную рабочую ситуацию, состоит в том, что значение моментальной измерительной величины после последней подстройки положения регулирования изменилось лишь незначительно, так что жесткость смешанной воды могла также измениться лишь незначительно. В этой ситуации можно с помощью данного изобретения предотвращать подстройку (механическую перестановку) смесительного устройства.
Для этого вместо незначительно изменившейся моментальной измерительной величины используется последнее значащее значение соответствующей измерительной величины (при последней подстройке); без изменения базы данных электронное управляющее устройство не должно также выполнять регулирование смесительного устройства. За счет этого в целом уменьшается частота регулирования смесительного устройства и тем самым уменьшается его механический износ.
При необходимости в рамках данного изобретения во время заданных рабочих ситуаций игнорируется (как правило, не существенное и временное) отклонение жесткости смешанной воды от номинального значения.
Заданное номинальное значение жесткости смешанной воды может быть отдельным целевым значением жесткости или же интервалом целевых значений жесткости, при выходе за который происходит подстройка положения регулирования смесительного устройства.
roh
verschnitt
teillweich
teil2roh
rohges
rоh
verschnitt
mom
mom
mom
mom
mоm
mom
mom
Типичными моментальными измерительными величинами, которые оценивает управляющее устройство для подстройки положения регулирования (и которые, согласно изобретению, игнорирует) являются, например, моментальная жесткость WH  исходной воды, моментальная жесткость WH  смешанной воды, моментальный первый частичный поток V(t) , моментальный второй частичный поток V(t) , моментальный общий поток V(t) исходной воды, обозначаемый также коротко V(t) , и моментальный поток V (t)  смешанной воды. Моментальные измерительные величины обычно определяют экспериментально с помощью водоумягчительной установки (или в ней).
Определение жесткости воды с помощью датчика осуществляется в рамках изобретения, как правило, опосредованно за счет пересчета физического измерительного значения (например, проводимости) в жесткость воды внутри электронного управляющего устройства. Для определения значений жесткости воды хорошо зарекомендовали себя датчики проводимости. Для определения жесткости смешанной воды или жесткости умягченной воды пригодны в качестве датчика, например, чувствительный к ионам электрод или титратор.
roh
mom
Управление смесительным устройством происходит упрощенно на основании определенной моментальной жесткости WH  исходной воды. При этом о долях обоих частичных потоков в смешанной воде делается вывод лишь по установке смесительного устройства (для этого получающиеся при различных установках смесительного устройства доли частичных потоков необходимо определять заранее и заносить в память электронного управляющего устройства). При постоянных условиях давления на входе и выходе водоумягчительной установки смешивание является достаточно точным для большинства применений. В качестве альтернативного решения, частичные потоки можно также определять экспериментально во время работы, за счет чего достигается более высокая точность регулирования.
verschnitt
verschnitt
mom
mom
При управлении смесительным устройством с помощью экспериментально определяемой моментальной жесткости WH  смешанной воды можно компенсировать колебания долей частичных потоков в смешанной воде, которые могут возникать при идентичной установке смесительного устройства по колебании внешних условий (например, давления входящей исходной воды или величины отбора смешанной воды), и жесткость смешанной воды остается при нормальной работе особенно точно на номинальном значении. Положение регулирования смесительного устройства в этом случае подстраивается с помощью моментальной жесткости WH  смешанной воды непосредственно на номинальное значение.
В целом, данное изобретение предлагает при смешивании (не исчезающее малого) потока смешанной воды в заданных рабочих ситуациях выполнять подстройку положения регулирования смесительного устройства на основании находящихся в памяти управляющего устройства значений по меньшей мере одной измерительной величины. За счет этого предотвращается оценка, соответственно, применение не вызывающей доверия или лишь незначительно изменяющейся моментальной измерительной величины для подстройки положения регулирования. Пропускание оценки моментальной измерительной величины может сигнализироваться, согласно изобретению, с помощью оптического или акустического сигнала.
Предпочтительные варианты выполнения изобретения
roh
teillweich
teil2roh
roh
teillweich
teil2roh
teillweich
teil2roh
teil3spuel
mom
mom
mom
mom
mom
mom
mom
mom
mom
Предпочтительным является вариант выполнения изобретения, который характеризуется тем, что водоумягчительная установка содержит датчик в зоне исходной воды водоумягчительной установки для определения моментальной жесткости WH  исходной воды, а также по меньшей мере два расходомера для непосредственного или опосредованного определения моментальных частичных потоков V(t)  и V(t)  и что управляющее устройство в заданных рабочих ситуациях игнорирует по меньшей мере одну из моментальных измерительных величин WH , V(t)  и V(t)  для подстройки положения регулирования смесительного устройства и вместо этого исходит из последней значащей соответствующей измерительной величины перед возникновением заданной рабочей ситуации или из внесенного в память электронного управляющего устройства стандартного значения соответствующей измерительной величины. В этом варианте выполнения комбинируется простое определение жесткости воды в зоне исходной воды с экспериментальным (и тем самым возможно более точным) определением частичных потоков во время работы. При опосредованном определении (за счет образования разницы) одного или нескольких частичных потоков V(t)  и V(t)  при необходимости можно учитывать третий частичный поток V(t) , который используется для регенерации водоумягчительного устройства. В заданных рабочих ситуациях одна или несколько измерительных величин являются не вызывающими доверия или их значение изменяется лишь незначительно после последней подстройки положения регулирования смесительного устройства.
roh
roh
roh
roh
teil1weich
teil2roh
verschnitt
teil1weich
teil2roh
mom
mom
mom
mom
mom
mom
mom
mom
В особенно предпочтительной модификации этого варианта способа предусмотрено, что датчик выполнен в виде датчика проводимости, который определяет моментальную электрическую проводимость L  исходной воды, что управляющее устройство из определенной моментальной электрической проводимости L  исходной воды определяет моментальную жесткость WH  исходной воды, при этом управляющее устройство дополнительно из определенной моментальной жесткости WH  исходной воды определяет моментальное номинальное соотношение частичных потоков V(t)  и V(t) , с помощью которого в потоке V(t) смешанной воды устанавливается номинальное значение жесткости воды, и при этом управляющее устройство подстраивает положение регулирования смесительного устройства с помощью определенных моментальных частичных потоков V(t)  и V(t)  на моментальное номинальное соотношение. Этот вариант выполнения хорошо зарекомендовал себя на практике. Жесткость воды вычисляется, как правило, из проводимости с помощью характеристической кривой, или считывается на основании таблицы распределения. Так же, как правило, рассчитывается номинальное соотношение потоков.
teil1weich
teil2roh
mom
mom
Кроме того, предпочтительной является модификация указанного выше варианта выполнения, в которой управляющее устройство игнорирует лишь вместе измерительные величины обоих моментальных частичных потоков V(t)  и V(t) . Это приводит к тому, что исходят из последнего значащего (последнего вызывающего доверие) соотношения частичных потоков или стандартного соотношения, и тем самым предотвращаются большие отклонения жесткости смешанной воды от номинального значения.
teil1weich
teil2roh
mom
mom
В другой предпочтительной модификации предусмотрено, что заданные рабочие ситуации содержат промежутки времени, в которых отношение измерительных величин V(t)  к V(t)  изменяется после последней подстройки положения регулирования смесительного устройства меньше чем на величину относительного изменения потоков, в частности, при этом величина относительного изменения потоков составляет между 2% и 10%. За счет этого может достигаться уменьшение износа смесительного устройства вследствие менее частой подстройки. Типичные отношения первого и второго частичных потоков лежат в диапазоне от 0,25 до 3. Если, например, жесткость исходной воды составляет 12°dH (dH=немецкая жесткость) и должна достигаться жесткость смешанной воды 8°dH, то относительное соотношение мягкой воды (первый частичный поток с жесткостью 0°dH) и исходной воды (второй частичный поток с жесткостью 12°dH) составляет 1:2=0,5. При последней подстройке действительное моментальное соотношение первого и второго частичных потоков было установлено на номинальное соотношение 0,5. Когда действительное соотношение изменяется (например, вследствие изменившихся соотношений при изменившемся общем расходе), то происходит подстройка при величине относительного изменения потоков, например, 5% лишь тогда, когда действительное соотношение падает до 0,475 и увеличивается до 0,525 (5% от 0,5 составляет 0,025).
verschnitt
verschnitt
mom
mom
В другом предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что водоумягчительная установка содержит датчик в зоне смешанной воды водоумягчительной установки для определения моментальной жесткости WH  смешанной воды, при этом управляющее устройство в заданных рабочих ситуациях игнорирует по меньшей мере моментальную измерительную величину WH  для подстройки положения регулирования смесительного устройства и вместо этого исходит из последней значимой определенной жесткости смешанной воды перед возникновением заданной рабочей ситуации или хранящегося в памяти электронного управляющего устройства стандартного значения жесткости смешанной воды. В этом варианте выполнения можно осуществлять очень точное регулирование смешанной воды без необходимости определения первого и второго частичного потока. Жесткость смешанной воды можно сравнивать непосредственно с номинальным значением и подходящим образом подстраивать положение регулирования.
teil3spuel
mom
В одном предпочтительном варианте выполнения способа заданные рабочие ситуации содержат промежутки времени регенерации умягчительного устройства. Когда первый и второй частичный поток определяется опосредованно (через образование разницы, например, с общим потоком исходной воды), и промывочный поток V(t)  через умягчительное устройство, который обычно ответвляется от первого частичного потока, не измеряется, то опосредованное определение частичных потоков становится не правильным и потому не вызывающим доверия.
teil1weich
teil2roh
mom
mom
Особенно предпочтительным является вариант выполнения способа, в котором заданные рабочие ситуации содержат понижение расхода ниже минимального количества и/или превышение максимального количества расхода в одном расходомере. В этом случае обычно игнорируются те измерительные величины, которые зависят от этого расходомера (как правило, V(t)  и V(t) ). Оценка расхода предпочтительно осуществляется лишь в среднем рабочем диапазоне расходомера, в частности, между 100 л/ч и 2500 л/ч, предпочтительно 150-1800 л/ч, в котором расходомер работает надежно и точно; лежащие вне этого диапазона значения рассматриваются как не достойные доверия. Минимальный расход обычно соответствует величине инерции расходомера (или слегка превышает его); максимальный расход обычно соответствует верхнему рабочему диапазону расходомера (или же немного ниже), или же (для первого частичного потока) номинальному объемному потоку умягчительного устройства, выше которого умягчение происходит не полностью.
Предпочтительным является также вариант выполнения способа, в котором заданные рабочие ситуации содержат промежутки времени, в которых имеется прорыв по жесткости в водоумягчительной установке. Прорыв по жесткости имеется, когда умягчительное устройство истощено (например, при недостатке соли для регенерации) или превышен номинальный объемный поток умягчительного устройства. В этом случае не может быть достигнуто номинальное значение потока смешанной воды, и можно не выполнять перестановки смесительного устройства с целью уменьшения износа. Дополнительно к этому, наличие прорыва по жесткости может сигнализироваться с помощью оптического и/или акустического сигнала.
Кроме того, предпочтительным является вариант выполнения способа, в котором заданные рабочие ситуации содержат промежутки времени, в которых определяется утечка в водоумягчительной установке или в возможной, расположенной за ней водной установке. Определение утечки можно осуществлять, например, с помощью датчиков влажности и/или за счет не типичных состояний потоков на основании измерительных величин расходомеров, которые используются для определения моментальных частичных потоков; не типичные состояния потоков содержат, например, очень большие абсолютные расходы (большая утечка, разрыв трубы), или же длительные постоянные небольшие расходы (небольшая утечка при закрытых арматурах, капающий водопроводный кран).
Особенно предпочтительным является вариант выполнения способа, в котором по меньшей мере в части заданных рабочих ситуаций управляющее устройство совсем не выполняет подстройку положения регулирования смесительного устройства, так что поток смешанной воды смешивается при последнем перед возникновением заданной рабочей ситуации положении регулирования смесительного устройства. В этом случае фактически игнорируются все моментальные измерительные величины. Это надежно исключает экзотические положения регулирования смесительного устройства и способствует тем самым удерживанию жесткости смешанной воды вблизи номинального значения даже при неисправностях. В качестве альтернативного решения к пропусканию подстройки, можно также все измерительные величины устанавливать на соответствующее номинальное значение и использовать соответствующее положение регулирования смесительного устройства.
roh
verschnitt
mom
mom
Особенно предпочтительным является вариант выполнения способа, в котором заданные рабочие ситуации содержат промежутки времени, в которых экспериментально определенная моментальная жесткость воды, в частности, моментальная жесткость WH  исходной воды или моментальная жесткость WH  смешанной воды, лежит вне заданного интервала значений, в частности, при этом интервал значений составляет 2-50°dH. За счет этого можно распознавать неправильную работу датчика, который поставляет необычные (не достойные доверия) значения жесткости, и игнорировать для подстройки смесительного устройства. При определении жесткости мягкой воды интервал значений содержит диапазон, начинающийся с 0°dH, т.е., например, от 0°dH до 50°dH. Неправильная работа датчика, соответственно, прерывание оценки соответствующих моментальных измерительных величин для подстройки положения регулирования смесительного устройства может сигнализироваться с помощью оптического и/или акустического сигнала.
roh
verschnitt
mom
mom
Также особенно предпочтительным является вариант выполнения способа, в котором заданные рабочие ситуации содержат промежутки времени, в которых экспериментально определенная моментальная жесткость воды, в частности, моментальная жесткость WH  исходной воды или моментальная жесткость WH  смешанной воды изменилась после последней подстройки положения регулирования смесительного устройства на меньшее чем предварительно заданное значение разницы жесткости, при этом, в частности, значение разницы жесткости составляет между 0,2°dH и 2,0°dH. Это предотвращает износ смесительного устройства за счет частой подстройки. Возможно также относительное значение разницы жесткости.
roh
roh
mom
mom
В одном предпочтительном варианте выполнения способа предусмотрено, что водоумягчительная установка содержит датчик проводимости в зоне исходной воды для определения моментальной проводимости L  исходной воды, и что заданные рабочие ситуации содержат промежутки времени, в которых моментальная измерительная величина L  изменилась после последней подстройки положения регулирования смесительного устройства меньше чем на предварительно заданное значение разницы проводимости, при этом, в частности, значение разницы проводимости составляет между 5 мкСм/см и 50 мкСм/см. За счет этого также уменьшается износ смесительного устройства. Возможно также относительное значение разницы проводимости.
Кроме того, предпочтительным является вариант выполнения способа, в котором заданные рабочие ситуации содержат промежутки времени, в которых непосредственно перед предполагаемой оценкой одной или нескольких моментальных измерительных величин через водоумягчительную установку не протекало без перерыва по меньшей мере минимальное количество воды. Это повышает точность измерения (и тем самым достоверность измерительных величин) датчика и расходомеров, в частности, за счет предотвращения измерения застоявшейся воды и предотвращения считывания еще начинающих движение частей. Типичное минимальное количество воды лежит в диапазоне от 250 мл до 5 л, в частности, приблизительно 1 л.
Также предпочтительным является вариант выполнения способа, в котором заданные рабочие ситуации содержат промежутки времени, в которых непосредственно перед предполагаемой оценкой одной или нескольких измерительных величин через водоумягчительную установку не протекала без перерыва по меньшей мере в течение минимального промежутка времени вода. Это повышает аналогичным образом точность измерения (и тем самым достоверность измерительных величин) датчика и расходомеров. Типичное значение для минимального промежутка времени лежит в диапазоне от 5 с до 1 минуты, в частности, составляет приблизительно 10 с. Управляющее устройство предпочтительно использует лишь моментальные измерительные величины, когда перед этим определенный объем воды (минимальное количество) и в течение определенного времени (минимальный промежуток времени) вода протекала непрерывно через водоумягчительную установку.
Предпочтительным является также вариант выполнения способа, в котором предусмотрено, что водоумягчительная установка содержит автоматически приводимый в действие запирающий клапан непосредственно после входа водоумягчительной установки, и что управляющее устройство после определения утечки автоматически закрывает запирающий клапан, так что прерывается поток воды через водоумягчительную установку и возможно соединенный с выходом (3) водоумягчительной установки водопровод. За счет этого достигается хорошая защита от повреждения водой. Определение утечки происходит, например, с помощью датчика влажности или посредством определения не типичных состояний потока с помощью расходомеров, как указывалось выше.
Варианты выполнения способа относительно управления регенерацией
Предпочтительным является также вариант выполнения способа, который характеризуется тем, что водоумягчительная установка дополнительно содержит накопительный резервуар для обеспечения раствора регенерационного средства, а также средства для автоматического выполнения регенерации умягчительного устройства, и что управляющее устройство в зависимости от осуществляемого после последней регенерации умягчительного устройства отбора мягкой воды автоматически инициирует регенерацию умягчительного устройства. В этом варианте выполнения в функции управления электронного управляющего устройства интегрировано управление регенерацией умягчительного устройства. Типично исходят из всегда одинаковой основной емкости умягчительного устройства после регенерации, которая при положенной в основу жесткости исходной воды соответствует определенному создаваемому количеству мягкой воды. В простейшем случае положенная в основу жесткость исходной воды предварительно программируется (программируется неизменно или с возможностью изменения вручную).
В одной особенно предпочтительной модификации этого варианта выполнения предусмотрено, что управляющее устройство в зависимости от выполненных после последней инициированной регенерации отборов мягкой воды и одной или нескольких соответствующих определяемых величин жесткости исходной воды определяет остаточную емкость умягчительного устройства и при ее истощении автоматически инициирует регенерацию умягчительного устройства. За счет этой модификации можно более эффективно выполнять регенерацию умягчительного устройства.
Обычно исходят из всегда одинаковой основной емкости умягчительного устройства после регенерации, которая при положенной в основу жесткости исходной воды соответствует определенному создаваемому количеству мягкой воды. В рамках данного изобретения, закладываемая в основу управления регенерацией жесткость исходной воды предпочтительно определяется эмпирически непосредственно или опосредованно с помощью датчика. В простейшем случае после завершения регенерации один раз снова определяется жесткость исходной воды (например, в начале первого отбора воды) и в соответствии с этим актуализируется создаваемое количество мягкой воды для текущего рабочего цикла (времени между двумя регенерациями). Однако для упрощения можно отказаться от актуализации количества мягкой воды, когда изменение вновь определяемой жесткости исходной воды относительно последней заложенной в основу жесткости исходной воды остается ниже предельного значения изменения. Типичные предельные значения изменения, ниже которых не выполняется актуализация, лежат в диапазоне 0,5-2,0°dH.
Для повышения точности определения остаточной емкости можно также выполнять взвешивание различных отборов воды внутри рабочего цикла с соответствующими моментальными величинами жесткости исходной воды. При этом в большинстве случаев можно для упрощения без заметной потери точности принимать определяемую в начале каждого отбора мягкой воды жесткость исходной воды для всего остального отбора воды. Расходуемая при каждом отборе воды емкость уменьшает остающуюся емкость (остаточную емкость) умягчительного устройства в текущем рабочем цикле. Однако в качестве альтернативного решения можно также с помощью сложного математического способа (например, способа свертки) осуществлять непрерывное измерение расходования емкости, которое учитывает также изменения жесткости исходной воды во время отдельного отбора воды.
Жесткость исходной воды в простейшем случае определяется с помощью датчика непосредственно в зоне исходной воды; однако можно также определять жесткость исходной воды из моментальной жесткости смешанной воды в соединении с моментальными частичными потоками (в частности, их моментального соотношения).
Отбираемое количество мягкой воды определяется либо непосредственно с помощью расходомера (в большинстве случаев в зоне мягкой воды), либо опосредованно через образование разницы.
В качестве альтернативного решения, для определения жесткости исходной воды и выполненных после инициированной последней регенерации отборов мягкой воды для управления регенерацией умягчительного устройства, можно контролировать качество мягкой воды с помощью датчика для определения жесткости в зоне мягкой воды. При превышении жесткостью мягкой воды предельного значения инициируется регенерация. Типичные предельные значения, при превышении которых инициируется регенерация, лежат в диапазоне 0,5-2,0°dH. Датчик может быть выполнен, например, в виде чувствительного к ионам электрода или титратора.
roh
verschnitt
mom
mom
В дальнейшем усовершенствовании указанной выше модификации предусмотрено, что управляющее устройство в одной или нескольких заданных рабочих ситуациях игнорирует по меньшей мере одну из одной или нескольких измерительных величин также для автоматического инициирования регенерации умягчительного устройства и вместо этого исходит из соответствующей последней значимой измерительной величины перед возникновением заданной рабочей ситуации или из хранящегося в памяти электронного управляющего устройства стандартного значения соответствующей измерительной величины. За счет этого может быть улучшена надежность автоматического управления регенерацией и, в частности, уменьшена вероятность прорыва по жесткости вследствие истощения умягчительного устройства. При этом в большинстве случаев игнорируется распознанное как ненадежное значение WH , WH  для управления регенерацией. Следует отметить, что применяемые, согласно изобретению, в качестве замены значения для моментальных измерительных величин для управления смешиванием и для управления регенерацией могут быть различными.
roh
roh
Дальнейшее усовершенствование указанной выше модификации характеризуется тем, что водоумягчительная установка имеет датчик проводимости в зоне исходной воды, и что общая жесткость I исходной воды, которая применяется для управления процессом регенерации умягчительного устройства, выводится с помощью первой калибровочной кривой (F1) из измеренной проводимости L, и общая жесткость II, которая применяется для управления смесительным устройством, выводится с помощью второй калибровочной кривой (F2) из измеренной проводимости L. За счет применения обеих различных калибровочных кривых можно улучшать точность автоматического смешивания, а также надежность (своевременность) автоматического инициирования регенерации.
В указанном выше усовершенствовании предпочтительно предусмотрено, что выведенная с помощью первой калибровочной кривой (F1) общая жесткость I по меньшей мере на некоторых участках больше выведенной с помощью второй калибровочной кривой (F2) общей жесткости II. Обычно, первая калибровочная кривая (F1) имеет коэффициент пересчета 28-35 мкСм/см на 1°dH, в частности, 30-33 мкСм/см на 1°dH, и вторая калибровочная кривая (F2) имеет обычно коэффициент пересчета 35-44 мкСм/см на 1°dH, в частности, 38-41 мкСм/см на 1°dH.
Другие аспекты изобретения
К данному изобретению относится также водоумягчительная установка, содержащая
verschnitt
teil1weich
teil2roh,
- автоматически регулируемое смесительное устройство для регулирования смешивания потока V(t) смешанной воды из первого умягченного частичного потока V(t) и второго, содержащего исходную воду частичного потока V(t) и
- электронное управляющее устройство,
при этом управляющее устройство предназначено для подстройки с помощью одной или нескольких, определенных экспериментально моментальных измерительных величин положения регулирования смесительного устройства так, что жесткость воды в потоке смешанной воды устанавливается на заданное номинальное значение, которая характеризуется тем, что управляющее устройство содержит память с занесенными одной или несколькими заданными рабочими ситуациями, и что управляющее устройство дополнительно предназначено для игнорирования при наличии одной из заданных рабочих ситуаций по меньшей мере одной из одной или нескольких моментальных измерительных величин для подстройки положения регулирования смесительного устройства и вместо этого использования соответствующей последней значимой измерительной величины перед возникновением заданной рабочей ситуации или хранящегося в памяти электронного управляющего устройства стандартного значения соответствующей измерительной величины. В водоумягчительной установке, согласно изобретению, можно уменьшать износ смесительного устройства и достигать более высокой степени надежности при регулировании жесткости смешанной воды. Управляющее устройство обычно имеет также промежуточную память для последних значимых измерительных величин и/или память для стандартных значений измерительных величин.
Данное изобретение относится также к применению водоумягчительной установки, согласно изобретению, в указанном выше способе, согласно изобретению.
Другие преимущества изобретения следуют из описания и чертежей. Указанные выше и приведенные ниже признаки можно применять, согласно изобретению, отдельно сами по себе или в любых комбинациях. Показанные и приведенные в описании варианты выполнения не следует понимать в качестве ограничения, а лишь в качестве примеров для пояснения изобретения.
Подробное описание изобретения и чертежей
Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основании примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг.1 - схематично, водоумягчительная установка, согласно изобретению, с датчиком проводимости в зоне исходной воды, для применения в способе, согласно изобретению;
фиг.2 - схематично, водоумягчительная установка, согласно изобретению, с датчиком жесткости в зоне смешанной воды, для применения в способе, согласно изобретению.
На фиг.1 схематично показана водоумягчительная установка 1 для применения в способе работы, согласно изобретению.
roh
Водоумягчительная установка 1 подключена через вход 2 к местной системе водоснабжения, например, к водопроводной сети питьевой воды. Первая часть протекающего через вход (общего) потока V(t)исходной воды протекает в умягчительное устройство 6, которое имеет, в частности, управляющую головку 19, а также две камеры с ионно-обменной смолой 5. Вторая часть исходной воды протекает в обводной трубопровод 18.
roh
teil1weich
mom
mom
Втекающая в умягчительное устройство 6 исходная вода проходит сначала через датчик 12 проводимости, с помощью которого определяется моментальная жесткость WH  исходной воды. Затем исходная вода проходит через обе камеры с ионно-обменной смолой 5, при этом она полностью умягчается. Наконец, умягченная вода проходит через расходомер 14, который определяет моментальный первый частичный поток V(t) .
teil2roh
mom
Вторая часть исходной воды в обводном трубопроводе 18 проходит сначала через автоматически приводимое в действие смесительное устройство, в данном случае регулируемый с помощью серводвигателя 10 смесительный клапан 9, а затем через расходомер 17, который измеряет моментальный второй частичный поток V(t) .
teil1weich
teil2roh
verschnitt
Первый частичный поток V(t) и второй частичный поток V(t) затем объединяются в поток V(t) смешанной воды, который приходит на выход 3. Выход 3 подключен к последующей водной установке, например, к трубопроводам питьевой воды здания.
roh
teil1weich
teil2roh
teil1weich
teil2roh
mom
mom
mom
Результаты измерения датчика 12 проводимости и расходомеров 14, 17 подаются в электронное управляющее устройство 11. В управляющее устройство 11 заложено желаемое номинальное значение SW жесткости воды (в данном случае 8°dH) смешанной воды. Из номинального значения SW и моментальной жесткости WH  исходной воды управляющее устройство 11 определяет моментальное номинальное соотношение частичных потоков V(t) и V(t), с помощью которого получает желаемую жесткость воды в смешанной воде. Если моментальные частичные потоки V(t)  и V(t)  не соответствуют номинальному соотношению, то управляющее устройство 11 автоматически подстраивает положение регулирования (в данном случае проточное поперечное сечение) смесительного клапана 9 с помощью серводвигателя 10, например, посредством пропорционального регулирования или регулирования ПИД. За счет этого водоумягчительная установка 1 может обеспечивать постоянную жесткость смешанной воды также при изменяющейся жесткости исходной воды.
teil1weich
roh
teil1weich
teil2roh
teil3spuel
mom
Управляющее устройство 11 дополнительно контролирует также степень истощения как раз активной камеры умягчительного устройства 6. При отборах воды отбираемое количество воды с соответствующей моментальной жесткостью исходной воды взвешивается и вычитается из (моментальной остаточной) емкости. Если камера истощена, то управляющее устройство 11 переключает умягчительное устройство 6 на другую (не истощенную) камеру и запускает, кроме того, регенерацию истощенной камеры. Для этого управляющее устройство 11 автоматически приводит в действие регенерационный клапан 15 с помощью серводвигателя 16, за счет чего раствор регенерационного средства (предпочтительно раствор соли) 7 протекает из резервуара 8 через истощенную камеру. При регенерации по меньшей мере временно часть протекающей к управляющей головке 19 исходной воды еще перед расходомером 14 ответвляется и используется в качестве потока промывочной воды. Поскольку в показанном варианте выполнения расходомер 14 определяет непосредственно вытекающий из управляющей головки 19 поток V(t)  мягкой воды, то это ответвление не оказывает отрицательного влияния на автоматическую подстройку положения регулирования смесительного устройства и нет необходимости в определении промывочного потока (примечание: однако при опосредованном определении частичного потока через общий поток исходной воды необходимо учитывать промывочный поток по формуле: V(t)=V(t)+V(t)+V(t).
При регенерации в данном случае контролируется также поток для электролиза (поток для хлорирования ионно-обменной смолы 5 во время регенерации с целью дезинфекции); тем самым можно одновременно контролировать концентрацию рассола. Таким образом, можно своевременно распознавать недостаток соли.
Для определения жесткости исходной воды из электрической проводимости исходной воды в электронном управляющем устройстве 11 предусмотрены два различных пересчета измеренной электрической проводимости в жесткость исходной воды. Пересчет с помощью первой калибровочной кривой (F1) является консервативным и дает (определенные из предыдущих измерений) максимально возникающие жесткости воды при различных проводимостях; он применяется для автоматической регенерации ионно-обменной смолы 5 при известной емкости ионно-обменной смолы 5. Пересчет с помощью второй калибровочной кривой (F2) близок к реальности и дает средние (т.е. имеющие наименьшую статическую погрешность) жесткости воды при различных проводимостях; он используется для управления смесительным устройством (т.е. долями обоих частичных потоков в смешанной воде).
roh
teil1weich
teil2roh
mom
mom
mom
В качестве соответствующей изобретению особенности, управляющее устройство 11 имеет память 11а для заданных рабочих ситуаций, в которых подстройка положения регулирования смесительного устройства (в данном случае смесительного клапана 9) происходит не на основе моментальных измерительных величин WH , V(t)  и V(t) , а полностью или частично на основе последних значимых значений этих измерительных величин перед возникновением заданной рабочей ситуации или хранящихся в памяти (предварительно заданных) стандартных значений этих измерительных величин. Следует отметить, что заданные рабочие ситуации проверяются и моментальные измерительные величины возможно игнорируются, когда как раз происходит отбор смешанной воды. А именно, в показанном примере выполнения в память занесены следующие три заданных рабочих ситуации, приведенные в таблице 1:
Таблица 1
№
Наличие заданной рабочей ситуации
Предусмотренная замена измерительных величин
1
WH<sub>roh</sub> <sup>mom</sup> < 2°dHилиWH<sub>roh</sub> <sup>mom</sup> > 50°dH
Для подстройки положения регулирования смесительного устройства используется значение WH<sub>roh</sub> = 14°dH.Для управления автоматическим инициированием регенерации используется значение WH<sub>roh</sub> = 20°dH.
2
WH<sub>roh</sub> <sup>mom</sup> изменилась после последней подстройки положения регулирования смесительного устройствана менее чем 0,5°dH
Для подстройки смесительного устройства применяется определенное в момент последней подстройки значение WH<sub>roh</sub>.
3
V(t)<sub>teil1weich</sub> <sup>mom</sup> или V(t)<sub>teil2roh</sub> <sup>mom</sup> лежат вне диапазона значений от150 л/ч до 1800 л/ч
Подстройка положения регулирования смесительного устройства совсем не выполняется.
Заданная рабочая ситуация №1 показывает не заслуживающие доверия измерительные значения для жесткости исходной воды, которые указывают на неисправность датчика. В качестве ответной меры управляющее устройство 11 исходит для инициирования регенерации из консервативного (выбранного высоким) запрограммированного значения жесткости 20°dH, с целью исключения прорыва по жесткости (вследствие истощения емкости ионно-обменной смолы); в качестве альтернативного решения, можно использовать, например, находящееся в памяти, определенное экспериментально значение жесткости исходной воды в момент последней регенерации. Для подстройки положения регулирования смесительного устройства используется выбранное близко к реальности, запрограммированное значение жесткости исходной воды 14°dH; в качестве альтернативного решения, подстройку положения регулирования смесительного устройства можно также просто пропускать (т.е. не изменять прежнее положение регулирования).
Заданная рабочая ситуация №2 показывает незначительное колебание жесткости исходной воды, которое имеет лишь небольшое влияние на жесткость смешанной воды и поэтому не должно учитываться при подстройке положения регулирования. За счет этого уменьшается износ смесительного устройства. Величиной замены в данном случае является последнее значимое экспериментальное измерительное значение, которое учитывалось при последней подстройке. Лишь когда моментальная жесткость исходной воды изменяется на более чем предусмотренные 0,5°dH по сравнению с последним значимым измерительным значением, происходит снова подстройка.
roh
teil1weich
teil2roh
mom
mom
mom
Заданная рабочая ситуация №3 показывает выход одного (или же обоих) расходомеров 14, 17 за надежный диапазон измерения. В этом случае подстройка совсем не выполняется, т.е. как для WH , так и для V(t)  и V(t)  используются последние значимые значения перед выходом из надежного диапазона измерения, за счет чего управляющее устройство 11 не выполняет изменение положения регулирования смесительного устройства.
teil1weich
teil1weich
roh
teil2roh
teil3spuel
teil3spuel
mom
mom
mom
mom
mom
Примечание: при опосредованном определении одного из частичных потоков, например, первого частичного потока V(t)  из формулы V(t) =V(t) -V(t) , было бы необходимо учитывать четвертую заданную рабочую ситуацию. Четвертая заданная рабочая ситуация имелась бы во время регенерации ионно-обменной смолы одной из камер, соответственно, при V(t) >0. В этом случае протекает поток V(t) промывочной воды, который при опосредованном определении объемных потоков для подстройки смесительного устройства необходимо также учитывать. Если это невозможно (например, если отсутствует соответствующий расходомер), то можно, например, в качестве меры, согласно изобретению, в четвертой рабочей ситуации (т.е. в фазах регенерации) совсем не выполнять подстройку положения регулирования смесительного устройства.
За счет введения заданных рабочих ситуаций исключаются ненужные или даже вредные регулирования смесительного устройства во время отбора смешанной воды, за счет чего значительно улучшается надежность водоумягчительной установки 1.
На фиг.2 показана аналогичная показанной на фиг.1 водоумягчительная установка 1, которую также можно использовать в соответствии со способом, согласно изобретению. Ниже приводятся пояснения различий.
verschnitt
verschnitt
verschnitt
teil1weich
teil2roh
mom
mom
mom
mom
В этом варианте выполнения водоумягчительной установки 1 датчик 20 расположен не в зоне исходной воды, а в зоне смешанной воды вблизи выхода 3. В этом случае можно непосредственно определять жесткость WH  воды в потоке V(t) смешанной воды и сравнивать с номинальным значением SW. Управляющее устройство 11 может с помощью моментальной жесткости WH  воды подстраивать положение регулирования смесительного устройства (в данном случае смесительного клапана 9); в частности, при подстройке положения регулирования смесительного устройства в этом варианте выполнения не используются моментальные частичные потоки V(t)  и V(t) .
Поэтому в этом варианте выполнения предусмотрены несколько другие заданные рабочие ситуации:
Таблица 2
№
Наличие заданной рабочей ситуации
Предусмотренная замена измерительных величин
1
WH<sub>roh</sub> <sup>mom</sup> < 2°dHилиWH<sub>roh</sub> <sup>mom</sup> > 50°dH
Подстройка положения регулирования смесительного устройства совсем не выполняется.Для управления автоматическим инициированием регенерации используется значение WH<sub>verschnitt</sub> = 8°dH.
2
WH<sub>verschnitt</sub> <sup>mom</sup> изменилась после последней подстройки положения регулирования смесительного устройствана менее чем 0,5°dH
Подстройка положения регулирования смесительного устройства совсем не выполняется.
Что касается подстройки положения регулирования смесительного устройства, то в заданных рабочих ситуациях №1 и №2 подстройка не выполняется, соответственно, работа продолжается с последним перед возникновением заданной рабочей ситуации значением жесткости смешанной воды, так что не осуществляется изменение положения регулирования смесительного устройства.
teil1weich
teil2roh
mom
mom
Для управления регенерацией в заданной рабочей ситуации №1, которая указывает на неисправность датчика 20, принимается, что как и прежде установлена средняя жесткость (в данном случае номинальное значение 8°dH) смешанной воды. Следует отметить, что для автоматического инициирования управления регенерацией (на основании выполненного в примере выполнения взвешивания различных отборов мягкой воды внутри рабочего цикла с соответствующими моментальными значениями жесткости исходной воды), необходимо знать частичные потоки V(t)  и V(t) , с целью обеспечения возможности пересчета жесткости исходной воды из жесткости смешанной воды.