一種自動消除陰極結垢物裝置及方法
2023-06-02 16:32:41 5
一種自動消除陰極結垢物裝置及方法
【專利摘要】本發明公布一種自動消除陰極結垢物裝置及方法，包括PLC控制器，繼電器，釕銥鈦電極，電流傳感器、主迴路、次迴路等。PLC控制器檢測到主迴路電流減小時，斷開主迴路陰極繼電器，閉合次迴路繼電器，將此陰極在次迴路中改作陽極使用，實現了電極的正負轉換，消除表面結垢物。幾分鐘後，斷開次迴路繼電器，閉合主迴路繼電器，此電極繼續作主迴路陰極使用。用同樣的方法，消除另一個陰極表面結垢物。陰極結垢物處理完成後，全部接入主迴路，為主接駁盒供電。如此循環，保持陰極表面清潔。採用本發明可以在不中斷電源供給的基礎上消除陰極表面結垢物，提高供電效率，延長陰極使用壽命。
【專利說明】一種自動消除陰極結垢物裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自動消除陰極結垢物裝置及方法，可應用於海底觀測網陰極除垢及電解海水陰極除垢。
【背景技術】
[0002]海底觀測系統將觀測儀器放在海底，通過有線和無線網絡向各個觀測點供應能量、收集信息，從而實現全天候、長期、連續的自動觀測。海底觀測系統可提供多要素、多學科的長期、綜合、實時觀測，觀測範圍包括海底地殼深部、海底表面、海水水體及海面，觀測內容涉及物理、化學、地質、生物等學科參數及其相互關係，可應用於基礎科學研究、資源與能源勘探開發利用、災害預防與環境保護、航海與軍事等方面。海底觀測系統已成為地球系統的第三個觀測平臺。
[0003]在海底觀測網絡系統中，電能是海底觀測網絡的命脈，沒有了電能整個海底觀測系統就不能運作，海底觀測網絡中的每一個儀器運行都離不開電能。電能供給系統就是要把電能源源不斷的輸送到海底觀測網絡中，為水下觀測儀器設備供電，維持接駁盒和各個觀測儀器設備的正常運行。電能供給的好壞將直接影響到海底觀測網絡是否能正常的運行。在整個海底觀測網建設中，電能供給系統的設計和建造佔有舉足輕重的地位。供電系統負責整個系統的電能供給與管理，決定著整個系統的生命周期。供電技術是保證海底觀測系統正常穩定運行的關鍵技術。
[0004]海底觀測系統採用海水作為輸電迴路的正極，利用一根導線作為輸電迴路的負極即可傳輸直流電，所以稱為單級直流輸電。岸基站所接電極稱為陽極，主接駁盒放置在海底，其電極稱為陰極。隨著電流的傳輸，陰極附近海水中的離子發生複雜的化學反應，陰極表面被白色物質沉澱附著，主要成分為碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鈣等。這種混合成分的白色物質電阻率很大，難溶於海水，附著在陰極表面，陰極導電性變差，導致輸電效率降低，減少陰極使用壽命。由於陰極位於海底，維護費用昂貴，因此應設計自動消除陰極表面結垢物的電路，以延長陰極使用壽命。
【發明內容】
[0005]針對現有技術中陰極在輸電過程中容易受結垢物的問題，本發明提供一種自動消除陰極結垢物的裝置及方法。
[0006]本發明為實現上述目的所採用的技術方案是:一種自動消除陰極結垢物裝置，包括主迴路和次迴路,其中，
[0007]主迴路，包括岸基站及其所連接的陽極，所述岸基站還連接直流電壓變換器，所述直流電壓變換器連接第一電流傳感器，所述第一電流傳感器分別連接繼電器SI和繼電器S2，所述繼電器SI的另一端連接電極A，繼電器S2的另一端連接電極B ;
[0008]次迴路，包括繼電器S3、S4、S5、S6、S7、S8和第二電流傳感器，所述繼電器S3連接電極A，繼電器S4連接電極B，繼電器S3、S4的另一端連接繼電器S5和S7，繼電器S5的另一端連接直流電源模塊的正極和繼電器S6，繼電器S7的另一端連接電阻和繼電器S8，所述繼電器S6的另一端和繼電器S8的另一端相連並連接電極C ;所述直流電源模塊的負極連接所述第二電流傳感器，第二電流傳感器的另一端連接所述電阻的另一端；
[0009]所述繼電器S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8均連接PLC控制器，其打開/閉合由PLC控制器控制；
[0010]所述第一電流傳感器和第二電流傳感器均連接PLC控制器，將其檢測電流反饋給PLC控制器；
[0011]所述PLC控制器用於根據檢測電流實現釕銥鈦電極在主、次迴路間的切換，由所述直流電源模塊供電。
[0012]所述電極A、B、C為利用海水作為導電介質的釕銥鈦電極。
[0013]所述直流電壓變換器為DC/DC隔離電源模塊。
[0014]所述次迴路電流為主迴路電流的3倍。
[0015]一種自動消除陰極結垢物方法，包括以下步驟:
[0016]啟動系統，繼電器S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8初始狀態均為斷開狀態；
[0017]在PLC控制器的控制下閉合繼電器S1、斷開繼電器S2，使電極A作為主迴路的陰極；
[0018]通過第一電流傳感器檢測主迴路電流，若減小值超出設定範圍，則PLC控制器控制主迴路的繼電器S2閉合、繼電器SI斷開，使電極B作為主迴路的陰極；PLC控制器控制次迴路的繼電器S4、S6、S7斷開，繼電器S3、S5、S8閉合，使電極A、C分別作為陽極、陰極接入次迴路；時間延遲若干分鐘，對電極A進行去除結垢物處理；
[0019]PLC控制器控制次迴路繼電器S3、S5、S8斷開、繼電器S4、S5、S8閉合，使電極B、C分別作為陽極、陰極接入次迴路；時間延遲若干分鐘，對電極B進行去除結垢物處理；
[0020]按照上述方法對電極A、B反覆進行去除結垢物處理。
[0021]當電極A、B除結垢物次數達到規定次數時，對電極C進行除結垢物處理:PLC控制器控制繼電器S3、S5、S8斷開，繼電器S4、S6、S7閉合，使電極B作為陰極、電極C作為陽極，利用電極B對電極C進行除結垢物處理。
[0022]當電極A、B除結垢物次數達到規定次數時，對電極C進行除結垢物處理:PLC控制器控制繼電器S4、S5、S8斷開，繼電器S3、S6、S7閉合，使電極A作為陰極、電極C作為陽極，利用電極A對電極C進行除結垢物處理。
[0023]所述規定次數為10次。
[0024]本發明具有以下優點及有益效果:
[0025]1、本發明選用PLC控制器，系統構成簡單，可靠性高，使用方便，適應各種惡劣的運行環境，抗幹擾能力強。
[0026]2、方法簡單實用。本發明利用倒級的方法設計了自動去除陰極表面結垢物裝置，延長了陰極使用壽命，提高了海底觀測系統供電的穩定性。
[0027]3、本發明實現了陰極表面結垢物的自動清除，降低了陰極的維護成本。
[0028]4、便於推廣。本發明經過簡單修改就可用在電解海水工業中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明電路原理圖；
[0030]圖2為本發明所採用的控制程序流程圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖及實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0032]如圖1所示，本發明一種自動消除陰極結垢物裝置，包括PLC控制器、繼電器、釕銥鈦電極、電流傳感器，直流電壓變換器；PLC控制器控制繼電器打開/閉合；電流傳感器檢測主、次迴路電流，反饋至PLC控制器；PLC控制器的控制程序，實現釕銥鈦電極在主、次迴路間的切換；釕銥鈦電極為主、次迴路利用海水作為導電介質的電極。直流電壓變換器為隔離電源模塊。直流電壓變換器與負載構成次迴路，次迴路電流為主迴路電流的3倍。PLC控制器與電流傳感器通過電源接口連接24V直流電源模塊。
[0033]如圖2所示，採用PLC控制器預存控制程序的控制方法，其中所述控制程序包括以下步驟:系統初始化，主迴路上電正常工作，電極A先作為陰極；檢測主迴路電流是否減小；若減小值超出設定範圍，PLC發出控制命令，閉合繼電器S2，電極B作為主迴路陰極，斷開繼電器SI，閉合次迴路繼電器S3、S5、S8，使電極A、C分別作為陽極、陰極接入次迴路；電極A實現了倒級去除結垢物，時間延遲若干分鐘後，PLC發出控制命令，斷開次迴路繼電器S3、S5、S8，重複上述步驟處理主迴路電極B ;當電極A、B除結垢物次數達到10次時，對電極C進行除結垢物處理，PLC發出控制命令，閉合繼電器S4、S6、S7，電極B作為陰極、電極C作為陽極，利用電極B對電極C進行除結垢物處理。處理完後，除結垢物次數為零回到主循環。
[0034]本實例選用WAGO公司的PLC控制器，由可編程現場總線控制器(PFC)750_881、數字量輸出模塊750-1504、模擬量輸入模塊750-468組成。其主要優點有可靠性高、適應複雜環境能力強，開發簡單，易於擴展。可編程現場總線控制器(PFC)750-881具有32位CPU和IMb的程序存儲器，具有非常高的指令處理能力，具有執行多任務的能力。模擬量輸入模塊750-468是4通道模擬量輸入模塊，可接受0-10V標準信號，具有12位精度，輸入值轉換時間4ms，電流傳感器的輸出值可直接與其相連，電路簡單、可靠。數字量輸出模塊750-1504是16通道數字量輸出模塊，輸出電壓24V，輸出電流可達0.5A，綠色LED指示各通道的開關狀態，因此可直接驅動繼電器。
[0035]電流傳感器選用霍爾效應電流傳感器，動態響應特性好。本實例選用科海公司電流傳感器ΚΤ0.2A/PZ-5V，絕緣電壓可達到15KV，測量範圍0_200mA，輸出電壓範圍0-5V，該信號可直接輸入到PLC模擬量輸入模塊750-468，實現電流測量。
[0036]主迴路繼電器選用Jennings公司的RF73-26S，響應時間4ms，額定負載DC14kV，線圈額定電壓24V，PLC數字量輸出模塊可直接驅動繼電器控制線圈。次迴路繼電器選用歐姆龍的DK2a-24V雙刀單擲繼電器，最大可切換電壓DC30V，最大切換電流可達10A，響應時間3ms，線圈消耗功率200mW。
[0037]直流電壓變換器選用Vicor DC/DC電源模塊的型號為V375A24E600B。V375A24E600B採用低噪聲的ZCS/ZV結構，其輸入電壓範圍為250— 425V，輸出電壓為24V，功率為600W，自帶輸出過電壓保護，閾值為28.1V。
[0038]電極A、B、C選用以鈦板作為基體，以釕、銥等貴金屬為鍍層的複合材料。釕、銥具有良好的導電性能，幾乎不受任何環境的影響，耐海水腐蝕能力強，允許電流密度高。
【權利要求】
1.一種自動消除陰極結垢物裝置，其特徵在於，包括主迴路和次迴路，其中， 主迴路，包括岸基站及其所連接的陽極，所述岸基站還連接直流電壓變換器，所述直流電壓變換器連接第一電流傳感器，所述第一電流傳感器分別連接繼電器SI和繼電器S2，所述繼電器SI的另一端連接電極A，繼電器S2的另一端連接電極B ; 次迴路，包括繼電器S3、S4、S5、S6、S7、S8和第二電流傳感器，所述繼電器S3連接電極A，繼電器S4連接電極B，繼電器S3、S4的另一端連接繼電器S5和S7，繼電器S5的另一端連接直流電源模塊的正極和繼電器S6，繼電器S7的另一端連接電阻和繼電器S8，所述繼電器S6的另一端和繼電器S8的另一端相連並連接電極C ;所述直流電源模塊的負極連接所述第二電流傳感器，第二電流傳感器的另一端連接所述電阻的另一端； 所述繼電器S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8均連接PLC控制器，其打開/閉合由PLC控制器控制； 所述第一電流傳感器和第二電流傳感器均連接PLC控制器，將其檢測電流反饋給PLC控制器； 所述PLC控制器用於根據檢測電流實現釕銥鈦電極在主、次迴路間的切換，由所述直流電源模塊供電。
2.根據權利要求1所述的一種自動消除陰極結垢物裝置，其特徵在於，所述電極A、B、C為利用海水作為導電介質的釕銥鈦電極。
3.根據權利要求1所述的一種自動消除陰極結垢物裝置，其特徵在於，所述直流電壓變換器為DC/DC隔離電源模塊。
4.根據權利要求1所述的一種自動消除陰極結垢物裝置，其特徵在於，所述次迴路電流為主迴路電流的3倍。
5.一種根據權利要求1所述裝置的自動消除陰極結垢物方法，其特徵在於，包括以下步驟: 啟動系統，繼電器S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8初始狀態均為斷開狀態； 在PLC控制器的控制下閉合繼電器S1、斷開繼電器S2，使電極A作為主迴路的陰極； 通過第一電流傳感器檢測主迴路電流，若減小值超出設定範圍，則PLC控制器控制主迴路的繼電器S2閉合、繼電器SI斷開，使電極B作為主迴路的陰極；PLC控制器控制次迴路的繼電器S4、S6、S7斷開，繼電器S3、S5、S8閉合，使電極A、C分別作為陽極、陰極接入次迴路；時間延遲若干分鐘，對電極A進行去除結垢物處理； PLC控制器控制次迴路繼電器S3、S5、S8斷開、繼電器S4、S5、S8閉合，使電極B、C分別作為陽極、陰極接入次迴路；時間延遲若干分鐘，對電極B進行去除結垢物處理； 按照上述方法對電極A、B反覆進行去除結垢物處理。
6.根據權利要求5所述的自動消除陰極結垢物方法，其特徵在於，當電極A、B除結垢物次數達到規定次數時，對電極C進行除結垢物處理:PLC控制器控制繼電器S3、S5、S8斷開，繼電器S4、S6、S7閉合，使電極B作為陰極、電極C作為陽極，利用電極B對電極C進行除結垢物處理。
7.根據權利要求5所述的自動消除陰極結垢物方法，其特徵在於，當電極A、B除結垢物次數達到規定次數時，對電極C進行除結垢物處理:PLC控制器控制繼電器S4、S5、S8斷開，繼電器S3、S6、S7閉合，使電極A作為陰極、電極C作為陽極，利用電極A對電極C進行除結垢物處理。
8.根據權利要求6或7所述的自動消除陰極結垢物方法，其特徵在於，所述規定次數為10次。
【文檔編號】G05B19/05GK104181848SQ201310193185
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月22日 優先權日:2013年5月22日
【發明者】馮迎賓, 李智剛, 王曉輝, 何震 申請人:中國科學院瀋陽自動化研究所