純水自動控制

東北石油大學(xué)課程設(shè)計課 程 控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)題 目 純水處理自動控制系統(tǒng)院 系 電氣信息工程學(xué)院自動化系專業(yè)班級 自動化12-7班 學(xué)生姓名 孟金曼 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 高宏字楊莉 2014年7月20日東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程 控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn) 題目 純水處理自動控制系統(tǒng) 專業(yè) 自動化 姓名孟金星學(xué)號120601140709主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等主要內(nèi)容：1、 熟練掌握Realinfo應(yīng)用；2、 掌握組態(tài)軟件的點(diǎn)組態(tài)，硬件組態(tài)，報表設(shè)計格式和歷史數(shù)據(jù)分析等功能；3、 理解控制系統(tǒng)組態(tài)的基本思想?；疽螅阂箢A(yù)處理裝置、反滲透水處理裝置、混合離子交換器、再生裝置能夠?qū)崿F(xiàn)手動、全自動兩種運(yùn)行模式。儀表選用要求是滿足系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化控制的工藝要求，質(zhì)量可靠，性能穩(wěn)定。主要參考資料：崔金貴.變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應(yīng)用的理論探討[J].蘭州：鐵道學(xué)院學(xué)報,2000.⑵馮敏.現(xiàn)代水處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.薛成，舒鋒等.工業(yè)組態(tài)技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社,2009.馮逸仙.反滲透水處理系統(tǒng)工程[M].北京：中國電力出版社,2005.王建輝、顧樹生.自動控制原理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.康勇、王志.工業(yè)純水設(shè)備技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.覃貴禮.組態(tài)軟件控制技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007完成期限 2014.7.7—2014.7.18指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2014年7月20日TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章純水處理自動控制系統(tǒng)工藝分析 1\o"CurrentDocument"1.1工藝系統(tǒng)簡述 1\o"CurrentDocument"1.2預(yù)處理階段 2\o"CurrentDocument"1.3中段處理 3\o"CurrentDocument"1.4終端處理 3\o"CurrentDocument"第2章純水處理自動控制系統(tǒng)設(shè)計 4\o"CurrentDocument"2.1純水處理儀表的選擇 4\o"CurrentDocument"2.2傳感器的選型 5\o"CurrentDocument"2.3純水處理自動控制方案的分析 5\o"CurrentDocument"第3章基于組態(tài)王的純水處理自動控制系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計 6\o"CurrentDocument"3.1純水處理自動控制系統(tǒng)主控界面 6\o"CurrentDocument"3.2純水處理自動控制系統(tǒng)趨勢界面 7\o"CurrentDocument"3.3純水處理自動控制系統(tǒng)儀表界面 7\o"CurrentDocument"第4章結(jié)論與體會 8參考文獻(xiàn) 9第1章 純水處理自動控制系統(tǒng)工藝分析采用純水處理自動控制系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時該系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。反滲透純凈水裝置自動控制采用PLC為核心、變頻控制電機(jī)、觸摸屏人機(jī)介面對話，運(yùn)行參數(shù)可實(shí)時監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)高度的自動化，使得反滲透純水處理整個系統(tǒng)運(yùn)行更安全可靠，更人性化。對各種因素的認(rèn)真分析考慮，結(jié)合甲方的實(shí)際現(xiàn)場情況和要求及以往工程經(jīng)驗(yàn)，采用以原水預(yù)處理+超純水制備+超純水循環(huán)處理為主體的高純水處理工藝，出水完全可以達(dá)到國家飲用純凈水《GB17323-98》水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。1.1工藝系統(tǒng)簡述純水生產(chǎn)線由水處理系統(tǒng)和灌裝系統(tǒng)組成，其中水處理系統(tǒng)可分為預(yù)處理（雙介質(zhì)過濾、活性炭吸附、阻垢劑加藥裝置）、中段處理（保安過濾、高壓泵、反滲透系統(tǒng)）和終端處理（除鹽、除二氧化碳和反洗水泵）。總流程圖如圖1所純水系統(tǒng)流程C6赤忒|曲局記建 g寄Hi? 很安訂在除金■用8 中間水弩 障二堂化詆主陽血|.甄質(zhì)日幅.丁羅；聽而■撮面..退出圖1-1純水系統(tǒng)流程圖1.2預(yù)處理階段預(yù)處理主要目的是去除原水中的懸浮物、膠體、硬度、有機(jī)物和余氯等妨礙后續(xù)反滲透運(yùn)行的雜質(zhì)。處理設(shè)施包括雙介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器、阻垢劑加藥系統(tǒng)。雙介質(zhì)過濾器：雙介質(zhì)過濾器是利用兩種過濾介質(zhì)，在一定的壓力下把濁度較高的水通過一定厚度的粒狀或非粒材料，從而有效的除去懸浮雜質(zhì)使水澄清的過程，常用的濾料有石英砂，無煙煤，錳砂等，主要用于水處理除濁，軟化水，純水的前級預(yù)處理等，出水濁度可達(dá)3度以下雙介質(zhì)過濾器主要去除水中的懸浮物和膠體。通過在其進(jìn)水管道投加PAC絮凝劑，采用微絮凝過濾方式，使水中大部分懸浮物和膠體變成微絮體在雙介質(zhì)濾層中截留而去除，雙介質(zhì)過濾器共采用1臺.雙介質(zhì)過濾器的反洗可根據(jù)運(yùn)行時間來決定反洗?；钚蕴窟^濾器：活性炭的吸附原理是：在其顆粒表面形成一層平衡的表面濃度，再把有機(jī)物質(zhì)雜質(zhì)吸附到活性炭顆粒內(nèi)，使用初期的吸附效果很高。但時間一長，活性炭的吸附能力會不同程度地減弱，吸附效果也隨之下降。在水質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)中，活性炭過濾器能夠吸附前級過濾中無法去除的余氯以防止后級反滲透膜受其氧化降解，同時還吸附從前級泄漏過來的小分子有機(jī)物等污染性物質(zhì)，對水中異味、膠體及色素、重金屬離子等有較明顯的吸附去除作用，還具有降低COD的作用。可以進(jìn)一步降低RO進(jìn)水的SDI值，保證SDI<5,TOC<2.Oppm?；钚蕴窟^濾器主要去除水中的有機(jī)物和余氯，系統(tǒng)采用1臺活性炭過濾器。加阻垢劑裝置:由于反滲透膜脫鹽裝置為溶解固形物濃縮排放和淡水的利用，根據(jù)原水水質(zhì)分析報告，為了防止?jié)馑?，特別是RO壓力容器中最后一根膜元件的濃水側(cè)出現(xiàn)諸如CaCO3、CaSO4濃度積大于其平衡溶解度指數(shù)而結(jié)晶析出，從而損壞膜元件的應(yīng)用特性，因此在進(jìn)入膜元件之前設(shè)置了阻垢劑投加裝置。該裝置由計量箱、計量泵組成。經(jīng)過計算，阻垢劑選用美國有機(jī)復(fù)合阻垢劑，投加量1-2mg/l。該阻垢劑為高效分散劑，對碳酸鈣結(jié)垢在不加酸的條件下LSI最大允許值為2.8。同時對水中硫酸鹽的結(jié)垢，以及水中含有Ba2+、Sr2+等鹽份的結(jié)垢都有很好的控制作用。1.3中段處理中段處理包括保安過濾、高壓泵、反滲透系統(tǒng)。保安過濾：保安過濾指的是水從微濾濾芯(精度一般小于5um)的外側(cè)進(jìn)入濾芯內(nèi)部，微量懸浮物或細(xì)小雜質(zhì)顆粒物被截留在濾芯外部的過程。保安過濾器一般設(shè)置在壓力容器之前，以去除濁度 1度以上的細(xì)小微粒，來滿足后續(xù)工序?qū)M(jìn)水的要求；有時也設(shè)置在整個水處理系統(tǒng)的末端，防止細(xì)小微粒(如破碎的樹脂)進(jìn)入成品水。反滲透系統(tǒng)由1臺5□過濾器、2臺高壓泵和壓力容器及反滲透膜組成。第一級反滲透裝置RO按2:1排列，采用6支8寸膜串聯(lián)排列方式，產(chǎn)水量為m3/h，回收率75%；第二級反滲透裝置RO按1：1排列，采用3支8寸膜串聯(lián)排列方式，產(chǎn)水量為m3/h，回收率85%。為確保RO裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，在RO前設(shè)置了UV消毒器和阻垢劑加藥系統(tǒng)。為防止RO裝置中濃水側(cè)結(jié)垢，須在進(jìn)水中投加阻垢劑，阻垢劑采用FLOCON260，設(shè)計投加量為2.4mg/L?；虿捎肞TP0100阻垢劑，設(shè)計投加量為1mg/L。為去除水中的CO2，在兩級RO之間投加NaOH調(diào)節(jié)一級RO出水的pH值為7.83,NaOH的設(shè)計投加量為4.5mg/L。1.4終端處理終端處理包括：除鹽、除二氧化碳和反洗水泵。EDI連續(xù)電除鹽水處理：EDI組件中將一定數(shù)量的EDI單元間用網(wǎng)狀物隔開，形成濃水室。又在單元組兩端設(shè)置陰/陽電極。在直流電的推動下，通過淡水室水流中的陰陽離子分別穿過陰陽離子交換膜進(jìn)入到濃水室而在淡水室中去除。而通過濃水室的水將離子帶出系統(tǒng)，成為濃水 .EDI設(shè)備一般以反滲透(RO)純水作為EDI給水。RO純水電阻率一般是40?2uS/cm(25°C)。EDI純水電阻率可以高達(dá)18MQ.cm(25°C)，但是根據(jù)去離子水用途和系統(tǒng)配置設(shè)置，EDI純水適用于制備電阻率要求在1?18.2MQ.cm(25C)的純水。中間水箱：中間水箱起到儲存水的作用，只有當(dāng)中間水箱達(dá)到一定水位(水量)以后二級RO才允許工作，這和產(chǎn)水率有關(guān)系，因?yàn)椴豢赡馨岩患塕O出水直接通在二級日。的進(jìn)水處，否則容易燒壞，同時設(shè)立中間水箱便于得到不同電導(dǎo)率的純水。反洗水泵：清洗系統(tǒng)由于清洗裝置是反滲透系統(tǒng)的維護(hù)設(shè)備，運(yùn)行時間和頻率比較低，一般幾個月運(yùn)行一次，建議采用手動控制方式進(jìn)行；清洗進(jìn)行時，首先確保清洗水箱有足夠的清洗液，并且清洗泵、及清洗過濾器進(jìn)出口各閥門都處于開啟狀態(tài)，檢查清洗設(shè)備和反滲透裝置之間的管道連接，開啟清洗水泵，清洗裝置進(jìn)入開啟狀態(tài)。增加過濾效果和過慮量，在反沖后能恢復(fù)初始功能提高過濾精度.而又不影響流量或過濾周期，在不影響其他指標(biāo)下提高產(chǎn)水置，能進(jìn)行深度處理或提高處理的技術(shù)指標(biāo)。第2章純水處理自動控制系統(tǒng)設(shè)計2.1純水處理儀表的選擇純水處理儀表主要有：壓力表、壓差式流量計、電導(dǎo)率儀、PH監(jiān)測儀等。壓力表：以彈性元件為敏感元件，測量并指示高于環(huán)境壓力的儀表。壓力表通過表內(nèi)的敏感元件(波登管、膜盒、波紋管)的彈性形變再由表內(nèi)機(jī)芯的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將壓力形變傳導(dǎo)至指針，引起指針轉(zhuǎn)動來顯示壓力。壓差式流量計：流量計時指示被測流量和(或)在選定的時間間隔內(nèi)流體總量的儀表。差壓式流量計是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓，已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。電導(dǎo)率儀：電導(dǎo)率儀是適用于精密測量各種液體介質(zhì)的儀器設(shè)備，主要用來精密測量液體介質(zhì)的電導(dǎo)率值，當(dāng)配以相應(yīng)常數(shù)的電極可以精確測量高純水電導(dǎo)率，在電解質(zhì)的溶液中，帶電的離子在電場的影響下，產(chǎn)生移動而傳遞電子，可用兩個電極插入溶液中，以測出兩個極間的電阻R,這個電阻與電極的間距L(cm)成正比，與電極的截面積A(cm2)反比。PH監(jiān)測儀：型號XB89-PH-2612；測量范圍PH:0.00?14.00；溫度:0?100°C；分辨率PH:0.01PH；精度PH:±0.01PH；自動溫度補(bǔ)償0?95°C；使用環(huán)境：5?60C。2.2傳感器的選型PH測量傳感器：型號：EGA161特點(diǎn):可自動調(diào)節(jié)液體流速；可拆卸的玻璃接；地軸隔膜；含有可承載3MKCL溶液的臂端；工作溫度：-5?80C；PH測量范圍：PH0—14；壓強(qiáng)：最大0.5bar,若含有額外壓力負(fù)載時會高于0.5bar；直徑：玻璃軸直徑12mm，帶有側(cè)邊接口；長度：浸入長度120mm；其它特征：圓柱形膜，玻璃軸接口，可充裝電解質(zhì)3MKCL。溶解氧傳感器：型號：MF39特點(diǎn)：防污性強(qiáng)；多層膜；工作溫度范圍廣；小流量要求；堅(jiān)硬的機(jī)械結(jié)構(gòu)；自動溫度補(bǔ)償；維護(hù)成本低；長期高度穩(wěn)定性；易在空氣中校準(zhǔn)；工作溫度范圍：-5?50C；最大氣壓:3bar；軸直徑規(guī)格:PG16，線形塑料軸18山山；浸入長度：12mm;MF41K/PG連接方式：SMEK插頭、連接電纜型號為K39；其它特性：內(nèi)置Pt1000。電導(dǎo)傳感器：型號：LTG1，LTG0特點(diǎn);傳導(dǎo)玻璃本體含有兩個大的并行石墨電極;高精度；工作溫度:-5?100C；壓強(qiáng)：最大6bar；直徑：玻璃軸直徑12mm；長度：浸入長度為120mm；電極類型：鉑電極。（4）氣體測量傳感器：型號：CS2技術(shù)參數(shù):工作溫度：5?45°C（溫度補(bǔ)償）;PH測量范圍：PH6—8;壓強(qiáng)：最大0.5bar特點(diǎn)：PVC、聚碳酸酯、不銹鋼直徑為25mm、0.2mg/L;長度22mm,2引腳。2.3純水處理自動控制方案的分析純水處理主要采用反滲透系統(tǒng)，其預(yù)處理工藝分析如下：合理地預(yù)處理應(yīng)該能滿足如下要求：反滲透預(yù)處理必須能夠去除原水中的絕大多數(shù)雜質(zhì)，達(dá)到進(jìn)水要求；反滲透預(yù)處理必須考慮水質(zhì)的變化，防止原水水質(zhì)波動時影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；反滲透預(yù)處理工藝必須能夠高效、穩(wěn)定的運(yùn)行，同時盡量簡化流程，降低投資和運(yùn)行成本?；钚蕴渴怯脽熋?、無煙煤、果殼或木屑等多種原料經(jīng)碳化和活化處理制成的黑色多孔顆粒?；钚蕴康奈锢硖匦灾饕缚紫督Y(jié)構(gòu)及其分布，在活化過程中形成各種形狀和大小的孔隙，因而形成了巨大的比表面積，與水的接觸面極大，因而吸附能力很強(qiáng)?；钚蕴坎粌H能吸附水中的各種污染物，還可以吸附廢氣中的so2等污染物，因此在環(huán)保、水處理等領(lǐng)域有著廣泛的用途。保安過濾器用以去除極微小的顆粒。普通砂濾能夠去除很小的固體顆粒，使出水濁度達(dá)到1左右，但出水仍然含有大量粒徑在1?5^m的顆粒，這些顆粒是砂濾無法去除的，雖然顆粒極小，可是如果直接進(jìn)入反滲透主機(jī)，在RO膜的濃縮作用下，仍然會造成膜元件的污染，要去除這些顆粒，就必須采用精密過濾。精密過濾器常設(shè)置在壓力過濾器之后，有時也設(shè)置在整個預(yù)處理工藝的未端防止破碎的濾料、活性炭、樹脂等進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，盡量做到不將上道工序產(chǎn)生的微粒帶到下一道工序中去。濾孔孔徑應(yīng)與水中所含雜質(zhì)的粒相匹配，避免過粗或過細(xì)。軟化是指采用化學(xué)方法，去除水體中硬度的處理方法。分為離子交換軟化和藥劑軟化兩種。目前反滲透預(yù)處理常用的軟化方法是離子交換軟化。離子交換軟化是指采用離子交換劑，將水體中硬度組成部分鈣鎂等離子同離子交換劑有效交換基團(tuán)（通常是鈉離子）反應(yīng)，從而使水質(zhì)達(dá)到軟化的效果。第3章基于組態(tài)王的純水處理自動控制系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計3.1純水處理自動控制系統(tǒng)主控界面純水處理自動控制系統(tǒng)進(jìn)入系統(tǒng)窗口畫面如圖3-1,若想進(jìn)入系統(tǒng)，則選擇“進(jìn)入”按鈕，若想退出系統(tǒng)，則選擇“退出”按鈕。歡迎進(jìn)入純水處理自動控制系統(tǒng)3-1純水處理自動控制系統(tǒng)進(jìn)入系統(tǒng)窗口畫面純水處理自動控制系統(tǒng)純水主畫面如圖3-1所示。純水系統(tǒng)流程如國景劑障垢訓(xùn)加西廠區(qū)耳他用水EJS誑中間蟲簪圖3-1純水處理自動控制系統(tǒng)主畫面1主營事-抿表虱面報譽(yù)畫面1歷史熟努E退出碌二重化㈱3.2純水處理自動控制系統(tǒng)趨勢界面純水處理自動控制系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)畫面如圖3-2所示。純水實(shí)時數(shù)據(jù)清水池期攵001.599清水曩壓力00L470透水溫度119.79■'C造水耶p017.416制Mi?水電導(dǎo)013.5A1取丹質(zhì)過域驊汗力003-420MP3姓找昨過建器疫力003-198IPa保安過梏據(jù)環(huán)力002.980IPs洋水法嵌糧001.701■謫水錄壓力001.410■Pel出水祖度089.21'C014.4WRD由水取我176.2S2064.YOQ13/h彗性觀燈放磨植量Wit902■Mh卻矣過春轍牝054.000:<11■於屠口而 ■仲人■■百nr圖3-2 純水處理自動控制系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)畫面3.3純水處理自動控制系統(tǒng)儀表界面純水處理自動控制系統(tǒng)報表畫面如圖3-3所示。圖中顯示了純水處理自動控制系統(tǒng)中清水池液位、濃水池液位；清水泵壓力、濃水泵壓力；進(jìn)水溫度、出水溫度；進(jìn)水ORP、濁度；RO進(jìn)水電導(dǎo)、RO出水電導(dǎo)；雙介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器、保安過濾器的壓力及流量的歷史數(shù)據(jù)。純水處理自動控制系統(tǒng)報警窗口畫面如圖3-4所示，當(dāng)油泵閥門原件有小故障時，或油臟濾油器壓差超限，潤滑油攻擊的壓力逐漸將降低，當(dāng)最遠(yuǎn)點(diǎn)的壓力降低到78.3KPa時，主控室表盤上光字牌燈亮，蜂鳴器響，不管操作員是否觀察到，此時已提醒他開始檢查并處理，同時另一臺油泵自動投入供油。當(dāng)短時期故障排除，輔泵可自動或手動停，若短時期故障無法排除，即系統(tǒng)將轉(zhuǎn)入重故障的處理方式。當(dāng)報警、輔泵投入后，操作員不能及時排除設(shè)備問題，但油壓仍繼續(xù)下降，壓力達(dá)到49KPa時自動報警、停機(jī)，來保證機(jī)組的安全，避免重故障的發(fā)生。純水報表窗口圖3-3純水處理自動控制系統(tǒng)報表畫面純水報警窗口￡1渺g.典A-lu/OT/iSL22S厄浙.電導(dǎo)離L&.015S]Rc-37b 主君面1■敬據(jù)畫面■報表虺面■1退出__圖3-4 純水處理自動控制系統(tǒng)報警窗口畫面第4章結(jié)論與體會通過對控制過程和原理的分析，使我對純水處理自動控制系統(tǒng)有了一定的了解。當(dāng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)停止運(yùn)行，發(fā)出故障報警信號。利用電控柜上的指示燈來觀察每一個水泵是否正常運(yùn)行。相對性的綠色指示燈亮說明水泵正常運(yùn)行，當(dāng)水泵過載時對應(yīng)紅色指示燈亮，系統(tǒng)停止運(yùn)行。組態(tài)王軟件是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計算機(jī)軟、 硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。在采用組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)用程序過程中要考慮以下三個方面：圖形，是用抽象的圖形畫面來模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的工控設(shè)備。數(shù)據(jù),就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫，并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述工控對象的各種屬性。純水處理自動控制系統(tǒng)水處理對水源水或不符合用水水質(zhì)要求的水，采用一些方法改善水質(zhì)的過程。水的處理方法可以概括為三種方式：最常用的是通過去除原