GHL海水神器开ZEO系统实现全自动换水回顾总结(占便宜之传感器功能复用)

xiaoyuantj

等更新

anlim

暴藻好快呀！

小麦

这个帖子牛X了，认真看，好好学！

aemetec

eezhao 发表于 2013-9-6 21:58
终于有大神玩自动换水了，期待美缸

不敢当，好多大神在潜水，我只是记录大神们传授的一些知识，顺便多和前辈们学习罢了。

苍天在下

这个真心期待后续啊。。。
支持楼主 羡慕嫉妒恨~~~

这个问题好像没有答案

aemetec

自动换水

水族系统，重点是生物的安全和设备运行的可靠，需要考虑系统安全冗余特性，即便一套系统出现极端状况，依然不能让生物遭受灭顶之灾，也不能水漫金山把家给淹了。在水族系统运行中，自动换水可说是风险最大，容易造成灾难的机会也是最多的，搞不好就可能溢水、抽干、设备空转烧毁、过冷过热、过咸过淡。。。。等等灾难性的事故，所以务必要周全考虑、精心设计、防患于未然。

说到自动换水，可以说对于海水大缸来说是必须之选。之前用红海Max250D，每周换20升水，算上进出一共就要40升，没直接将管子接到下水道，通过水桶拎来拎去，实在是“锻炼身体”呀。以至于后来实在是懒了，改成2周一换，珊瑚因为得不到新水带来的各种必要矿物质，而不再像以前那样生动光彩，逐渐恶性循环就开始了。。。

这次开大缸，如果再靠拎来拎去显然是不可能的了，即便是通过每次拉软管+泵上虹吸下，相信也是十分麻烦的事情，尤其是铺和收管子，里面的水一定漏的到处都是，所以考虑再三，决定一不做二不休，要干就一次彻底，把地砖起了直接铺设上下水管和控制管线，做全自动换水系统，让养鱼养珊瑚不再变成每周的折磨而是欣赏和享受。

设计篇

自动换水初想起来似乎并不复杂，通过两个泵，一个排水一个补水似乎就可以了，但仔细想想才发现，只要养过鱼的人都会知道“虹吸”现象，这需要在自动换水系统中合理利用和严格防范，才能真正做好自动换水系统，否则一不留神就把一缸水抽干或是水漫金山造成严重事故。

我的底缸内部尺寸：73x83x39.5cm，可以容纳大约240升水，正常工作在25-26cm水位，也就是有约157升水，尚有约80多升空间，这个空间一来用于主泵停止工作后，存储主缸反下的水，二来也是防范自动换水出现意外事故时，提供一个缓冲空间。

我的缓冲缸内部尺寸：58x38x54cm，最大可容纳不到120升水，去掉浮球水阀需要的最小高度约5厘米，平时最多盐水容量是108升。由于开缸初期，蛋分湿泡排出量较大，因此需要每天向底缸补充盐水，日后稳定了，补充的盐水量会减少，我也会把储存的新盐水量减少，避免误操作导致底缸溢水风险。

另外，在控制和软件方面，还考虑了第二道安全措施，高低水位浮子传感器及相应的软件控制和报警。软件方面在后面介绍，图片如下：

高低限浮子传感器

高（对应的是Sensor1）低（对应的是Sensor2）限浮子传感器，用于自动换水和低水位停止主泵、高水位报警。。。补充GHL Control Center设置图片


先说说排水：如果你的入水口低于出水口（也就是所谓的上排水），只要出水口暴露在空气中让水流入排水管道，通过泵把底缸中的水抽出去就好了，这很简单。但绝大多数情况是反过来的，也就是入水口高于排水出口，这就要注意了，一旦泵停止工作，虹吸现象就会继续从泵吸水口抽缸内的水，直至水位低于吸水口，虹吸现象方可自动解除，如果你的泵吸水口位置很低，基本底缸水就排空了，您说我就是这样设计的，那太好了，基本泵工作个3秒以上，让水翻过管路的最高点，“绿色”抽水就实现了。但如果不是这样，您希望通过启停泵来控制抽水的多少，那么虹吸就必须受控。

最简单的方法是在封闭的管路系统中的最高点增设“单向阀”，用以当泵停止工作后，管内在虹吸作用下成负压，单向阀打开使得空气进入管路而打破封闭负压虹吸现象，使得泵停止工作，水也不会因虹吸而不断被抽走。

示意图

示意图表示的是水无法从单向阀外排，而当虹吸时，管内负压会使得单向阀打开，气体进入，从而使虹吸终止。

更巧妙的是利用虹吸实现“绿色”省电抽水。方法是用泵在初始状态下抽水，让水翻过最高点低于底缸水面后，可构成虹吸时停泵，利用虹吸自动抽水，在泵的吸水口做一个弯头，用弯头的高度控制希望抽出水位的高度，当水位低于吸水口时，空气进入，虹吸自然就停止了。见下图。

排水泵

排水泵吸水口接了个“象鼻子”，它的最末端就是吸水的最终水位高度，希望高可以反过来朝上，还可以再增加一段延长。总之，希望最终水位在哪，末端就伸到那。就这么简单。

如果底缸排水泵所处的格子总水量不够换水的总量，需要将其它格子的水补过来，则可以通过虹吸的方式，示意图如下：

底缸1

上图可以看出当B格子中的抽水泵排水时，由于隔板挡住了其它格子中的水，而导致总换水量不足时，通过下图的虹吸（做两个U型粗管扣在分隔板上，让其内部充满水）原理，可以将A和C格子中的水联通，参与一同换水，如下图：

底缸虹吸

虹吸会保证你的水位永远相同，这样你只管抽一个格子里的水，其它格子的水会通过虹吸自动补过来。虹吸管用硬管比较安全，尽量插到底，留出进水的空隙即可，倒U型骑在隔板玻璃上，粘好别漏气，否则虹吸就没了，而且要注意不要让蛋分的气泡跑进去，否则也会失去虹吸，或者索性多并联建立几个虹吸通道。

以上两张图片是“盗用”网友讨论时发来的图片，在此感谢一下。


安全考虑
自问：排水泵一旦无法停止工作，或者突然断电，水抽到一半会不会停不住而抽干底缸造成无法循环使温度过高或过低最终危及主缸生物安全？
自答：排水泵如果不停，水位降到“象鼻子”以下，泵就抽不到水了，保证了抽水最不会过度；如果过程中突然抽水泵断电，由于有单向阀可自行解除虹吸，不会导致水被抽干，即便单向阀不正常工作无法破除虹吸，当水位到达“象鼻子”以下，虹吸也就自然解除了，保证了抽水量不会超限。

再说说补水：补水也是通过设置在补水缓冲缸内的泵，将预先调好盐度和温度的水通过上水管路泵送到底缸。这里也类似排水系统需要考虑虹吸现象，当底缸水位达到预先设置的高度后，通过停止补水泵来控制进入底缸的水量，不能因为虹吸使得更多的水继续流入底缸。设置单向阀的方法和排水系统类似。

最初考虑每星期换一次水，管路中存留盐水时间长了腐败变质，影响新水入缸质量。所以尝试了利用一根管路进行下水和上水，也就是先排水，让80升底缸水排出的过程中自然清洗管路，然后再将新水从缓冲缸通过这个已经被清洗干净的管路补回到底缸。于是设计了非常复杂的双排双放气系统，也就是管路的两头各安装一个泵，管路的末端分别设置电磁阀用以配合排/补水过程中的放气解除虹吸，效果非常好，实现了单管路全自动换水。不过，后来增加了蛋分自然排水至这一共用管路，而蛋分排出的脏水浓度太高，即便是80升的水预先清洗，补回的水依然有被污染的风险，因此还是放弃了单管共享方案，依然沿用了双管路设计。如果大家对这个单管路方案有兴趣，我日后再补充详细说明并上图。

关于在管子内存留1星期的新水是否会变质问题，从目前未实际测试仅凭观察看，未发现问题，未来还是会测一下NO3的数值来科学保证一下的。不过即便是夏天发生管路存水变质，我也考虑的备份方案，就是通过电磁阀将存留在管路中的水排掉，利用短时间补水泵工作让新水到达底缸之前冲洗一下管路后排掉，管路干净后在补水。目前这个设想还无需实施，待日后观察。

安全考虑
自问：补水泵一旦无法停止工作，或者突然断电，补水到一半会不会停不住而底缸溢出造成事故？
自答：首先计算好一周需要的补水量+换水量，把RO/DI浮球阀高度调整到刚好的位置，让补水缸的水不要过多，万一补水泵不能正常停止工作，即便是全部被补到底缸，也不会外溢；补水过程中一旦停电，由于有单向阀接除虹吸，不会造成补水过程失控，停泵补水就会停止。

说说我的特殊要求

电磁阀1正面

电磁阀以及排水泵管路特殊的高度设计

电磁阀背面

背面图

之所以使用电磁阀，主要是希望通过排水过程中，利用虹吸抽干蛋分中的污水，而排水泵管路有一个倒U形回弯，也是考虑平时蛋分自然排水时，不至于污水从排水管三通流回底缸。它的工作原理是电磁阀关闭后抽水泵启动3秒，水从“背面图”看到的下水管排入预埋的下水管后，排水泵停止工作，同时电磁阀打开，下水管内形成虹吸负压，接在电磁阀后面管路末端的蛋分收集杯开始被抽取污水，当污水被抽完，空气进入管路，负压变为常压后虹吸解除，完成了自然蛋分排水过程。

如果看得细心的人可能会问，为何在后续的软件逻辑中不只有一次虹吸蛋分抽水过程？哈哈哈，恭喜你发现玄机了！设备投入使用后发现，使用的电磁阀反向承受的压力有限，即使是电磁阀关闭，反向压力较高时，依然会向蛋分侧漏水，使得蛋分收集杯被强行注水，基本上2分钟就会把收集杯注满，本想更换电磁阀为电动球阀，但查看球阀参数后发现阀的动作速度太慢（20秒），关闭尚有足够时间可以等待，但要利用它形成虹吸就太慢了。于是又考虑能否将错就错的利用这一现象，把注入蛋分收集杯的水当做清洗水，于是设计了多次抽排过程，通过实际使用，效果非常理想。

不过这里还是有风险的，假如长期使用电磁阀泄漏量增加了，不到1分钟就把蛋分收集杯注满水，再继续注水就会导致大量污水外泄至底缸，那可就造成大事故了！之前曾考虑为了避免长时间不清理蛋分导致收集杯水满外溢，在蛋分收集杯盖子上增加一个浮子水位传感器。正好这两个风险可以通过一个传感器保护了，于是GHL主机可以接入的第4个传感器用上了。照片如下：

蛋分传感器

工程篇
先来看看几张挖地铺管的施工图片吧。

挖地

挖开地砖。大工程，地砖一块好的没剩，还好5、6年前装修用的地砖是主流产品，今天还能找到，否则这个工程就没法实施了。万幸。

设备间

进入上下水处，在这里会设置补水/换水缓冲缸，RO/DI机也在此。

出口

最终的出口会在这里

上图可以看到一共铺设了4根25管，两根深色的是上下水，白色的一根是RO/DI套管，里面穿了两根RO/DI管，另外一根是网线穿管，也穿了两根网线，为缓冲缸控制预留了PAB网络接口。

铺设管线的时候考虑的主要因素是要让鱼缸出口处高，末端进下水道处最低，这样才能够不在管路中存水而导致上星期换水剩在管子中的水腐败，这给工程施工提出了较高要求，因为15米的长度要想有足够的落差，需要尽可能的挖深，而挖的太深，入下水处就跑到下水管线的下面去了，反倒无法排水了，所以要精确计算每一米的落差，最终填埋管路前还要先试水和微调各处高度。

试水的方法是从入地处缓慢倒水入管，待出口水流基本结束后，用嘴堵住入水口用力吹气，如果管子出口有大量水排出，说明内有积水，需要再调整。

最终完成的出口处（填埋的时候一定要注意不能管子出口有歪斜）

出口

管路的出口处，分别是下水、上水、RO/DI、网络。

缓冲缸

缓冲缸和上下水管线。由于要增加手动和电磁阀控制水，所以留了地坑。

设备篇

待补充。。。。。。

软件编程篇
帖子太长，写在一个里面居然超长发送不了了，只能拆开在后面了。链接如下：

GHL分布式逻辑编程

鱼亡缸空

给力 直播啊

wjc99

这也太高端了

马背上的滑雪板

关注中