可编程逻辑控制器在血液透析机供水处理系统中的节水设计与应用

池妍妍　刘　杨　张永寿　刘海量　赵晓辰

可编程逻辑控制器在血液透析机供水处理系统中的节水设计与应用

池妍妍①刘杨②张永寿③*刘海量④赵晓辰③

目的：设计将可编程逻辑控制器（PLC）用于血液透析用水处理系统，进行数字闭环流量实时控制，实现血液透析用水处理系统节水节能。方法：通过数字电子流量传感器对产水、反水和排水3个不同部分的水流速进行测量，将实时监测到的测量值反馈给PLC，后者根据系统负载的不同用水量，通过调节电动流量调节阀控制废水的排放量。结果：PLC利用数字电子流量传感器实时监测水系统不同部分水流速的测量值，可实现对系统废水排放量的自动化调节。结论：PLC技术建立的数字闭环流量实时控制系统，能够保证最大的水利用率，同时可延缓反渗透膜的使用寿命，实现系统产水、反水和排水3部分智能配比，达到了血液透析用水处理系统节水和节能目的。

水处理系统；可编程逻辑控制器；数字闭环流量实时控制系统；血液透析

［First-author’s address］ College of Science and Engineering， Shandong University of Traditional Chinese Medicine，Jinan 250031， China.

随着血液净化操作技术的不断发展和生物医学工程学的进步，血液透析已经成为血液中毒患者和中、末期肾病患者的常规治疗手段，是肾衰患者维持生命的有效方法［1-2］。血液透析供水处理系统是血液净化领域内的重要组成部分，越来越受到人们的重视，并对患者的治疗具有重要意义［3-5］；同时，水处理系统的节水节能问题也受到普遍关住。可编程逻辑控制器（programmable logic controller，PLC）是一种性能稳定且具有广阔前景的可编程控制器，在水系统的自动化运行中发挥着重要作用［6-7］。为贯彻落实节约用水要求，本研究对血液透析用水处理系统进行节水改造，利用PLC系统实时监测不同部分水的流速测量值，以达到血液透析供水处理系统安全、节水的目的。

1　血液透析用水处理系统功能结构

血液透析用水处理系统是由前处理系统和反渗透系统组成，其中反渗透系统大都采用双级反渗透技术，更加保证了血液透析用水的安全性［8-9］（如图1所示）。

2　血液透析用水处理系统PLC性能分析

在血液透析用水处理系统中，PLC按照用户所编写的程序指令对处理过程进行控制，采用可编程的存储器，是一种以自动控制技术、计算机技术和通讯技术等作为基础的新型控制装置，属于编程逻辑控制器［10-12］。

PLC作为一种新型的控制装置，凭借其编程方便、可靠性高、对运用的环境要求比较低以及性能价格比高等特点，其具体性能特点如下。

（1）功能完善且适应面广。PLC的I/O接口模块丰富，可根据需求灵活的组成各种控制系统；功能上不仅具有逻辑处理能力，还具备完善的数据运算功能等。

（2）可靠性高及抗干扰能力强。PLC内部各模块均采用屏蔽措施，使PLC具备很强的抗干扰能力，同时自带硬件故障自我监测功能及相关预警系统，提高了PLC工作的可靠性。

（3）应用简单易学。PLC中的接口均较简单和直观，只需进行程序的编写和外部的接线工作就能实现系统的控制要求，其操作指令也相对较基础，技术人员能够快速地掌握系统的应用方法，具有很好的兼容性［13-16］。在自动控制领域被越来越广泛地应用，而且目前先进的水自动处理系统大都采用PLC进行开发［17-18］。

3　血液透析用水处理系统的应用

3.1对产水、反水和排水流速的测量

血液透析用水处理系统是基于PLC控制的数字闭环流量实时控制系统，该控制系统是血液透析用水处理系统中的一种新型技术，采用了DROS系列双级反渗透系统，并且在此基础上分别在产水、反水和排水处加入一个数字电子流量传感器，以此实现对不同部分水流速的测量。在排水口处设置一个以步进电机组成的电动流量调节阀，完成对排水的自动执行，系统水控制原理如图2所示。

3.2系统的节水功能

该系统通过数字电子流量传感器对产水、反水和排水3个不同部分的水流速进行测量，将实时监测到的测量值反馈给中央信号处理器即PLC，由此计算出系统的总用水量。中央信号处理器根据系统负载的不同用水量，通过调节电动流量调节阀来控制废水的排放量，由此实现血透用水处理系统的全自动化过程，同时达到节水节能的目的。

图1　血液透析用水处理系统示图

图2　系统水控制原理图

3.3PLC节水控制作用

PLC在数字闭环流量实时控制系统中起到至关重要的作用，并对该系统的整个工作流程进行控制，其控制程序流程设计如图3所示。

图3　控制程序流程设计图

系统各个子程序的主要功能为：①实时监测3个数字电子流量传感器的测量值，以及系统的产水水质、软水水质、配水器水质和RO电导率等；②在PLC内置PID调节器中运算，得到系统实时用水量以及系统废水排水量；③在主机消毒、后级消毒和待机模式时排废量的控制以及制水、冲洗和热消毒时排废量的控制；④输出电动流量调节阀的控制信号；⑤驱动相应的状态指示灯，显示设备所出的工作模式；⑥信息的积累，如总的开机时间及总的产水量等。

3.4使用PLC系统后的节水效果

血液透析中心使用PLC系统后，水处理系统的废水排放量可实时连续跟随系统的负载即肾机台数的不同而变化，有效地减少了系统废水的排放量，使系统水的回收率可达到50%～90%，避免了血液透析中心用水的浪费，同时间接减少了预处理过程中树脂再生所带来的盐耗和电能，达到了节水、节能的目的。

4　结论

PLC系统在血液透析用水处理系统中之所以能够起到节水作用，是依靠PLC技术实现的数字闭环流量实时控制系统，保证系统最大的用水利用率。PLC系统用于血液透析用水处理系统中可延缓反渗膜的使用寿命，实现系统产水、反水和排水3部分水的智能配比，以达到血透用水处理系统的节水节能目的。通过改进血液透析方法，实现对水资源的循环利用和高效率利用［19-20］。节约用水不仅能够创建节约型医院，更能为社会的和谐发展贡献一份力量，兼具重要的社会效益。

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Design and application of programmable logic controller in water saving of water processing system of hemodialysis machine

CHI Yan-yan， LIU Yang， ZHANG Yong-shou， et al

China Medical Equipment，2016，13（9）:22-24.

Objective: To explore the water saving application of programmable logic controller（PLC） in the water treatment system for hemodialysis， to achieve the purpose of saving water. Methods: The flow velocity of water production， water returning and drainage was measured by the digital electronic flow sensor and the real-time monitoring value was give feedback to the PLC system. According to different water emission， the wastewater emission was controlled through adjusting electric flow control valve. Results: PLC system monitored the water flow velocity value of different parts using digital electronic flow sensor in real-time and realized the automation system for wastewater discharge regulation. Conclusion: The real-time control system of digital closed-loop flow depending on PLC technology can ensure the highest utilization efficiency of water， delay the service life of reverse osmosis membrane， realize intelligent ratio of the water in the system， and achieve water saving and energy saving of the water treatment system.

Water processing system； Programmable logic control； Real-time control system of digital closed-loop flow； Hemodialysis

1672-8270（2016）09-0022-03

R197.324

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.09.007

2016-06-07

①山东中医药大学理工学院 山东 济南 250031

③济南军区总医院医学工程科 山东 济南 250031

②临沂市第一人民医院 山东 临沂 276000

④山东省职业卫生与职业病防治研究院 山东 济南 250062

843172891@qq.com

池妍妍，女，（1992- ），硕士研究生。山东中医药大学理工学院，研究方向：医疗设备工程。