纯水自动控制要点.pdf

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1、东 北 石 油 大 学 课程设计 2014 年 7 月 20 日 课程控制系统综合实验 题目纯水处理自动控制系统 院系电气信息工程学院自动化系 专业班级自动化 12-7 班 学生姓名孟金星 学生学号120601140709 指导教师高宏宇杨莉 东北石油大学课程设计任务书 课程控制系统综合实验 题目纯水处理自动控制系统 专业自动化姓名孟金星学号120601140709 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容： 1、熟练掌握 Realinfo 应用； 2、掌握组态软件的点组态，硬件组态，报表设计格式和历史数据分析等功能； 3、理解控制系统组态的基本思想。 基本要求： 要求预处理装置、反渗透水

2、处理装置、混合离子交换器、再生装置能够实现手动、 全自动两种运行模式。 仪表选用要求是满足系统实现自动化控制的工艺要求，质量可靠， 性能稳定。 主要参考资料： 1崔金贵 . 变频调速恒压供水在建筑给水应用的理论探讨J.兰州：铁道学院学报 ,2000. 2冯敏.现代水处理技术 M. 北京：化学工业出版社 ,2006. 3薛成,舒锋等 .工业组态技术基础及应用M. 北京：中国电力出版社 ,2009. 4冯逸仙 .反渗透水处理系统工程 M. 北京：中国电力出版社 ,2005. 5王建辉、顾树生 .自动控制原理 M. 北京：清华大学出版社， 2007. 6康勇、王志 .工业纯水设备技术及应用M. 北京

3、：化学工业出版社， 2002. 7覃贵礼 .组态软件控制技术 M . 北京：北京理工大学出版社，2007 完成期限2014.7.7 2014.7.18 指导教师 专业负责人 2014年 7 月 20 日 目录 第 1 章 纯水处理自动控制系统工艺分析 1 1.1 工艺系统简述 1 1.2 预处理阶段 2 1.3 中段处理 3 1.4 终端处理 3 第 2 章 纯水处理自动控制系统设计 4 2.1 纯水处理仪表的选择 4 2.2 传感器的选型 5 2.3 纯水处理自动控制方案的分析 5 第 3 章 基于组态王的纯水处理自动控制系统监控程序设计 6 3.1 纯水处理自动控制系统主控界面 6 3.2

4、 纯水处理自动控制系统趋势界面 7 3.3 纯水处理自动控制系统仪表界面 7 第 4 章结论与体会 . 8 参考文献 . 9 控制系统综合实验 1 第 1 章纯水处理自动控制系统工艺分析 采用纯水处理自动控制系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性， 同时该系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设 计该系统， 对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的 现实意义。 反渗透纯净水装置自动控制采用PLC为核心、变频控制电机、 触摸屏 人机介面对话，运行参数可实时监控，可以实现高度的自动化， 使得反渗透纯水 处理整个系统运行更安全可靠，更人性化。对各种因

5、素的认真分析考虑，结合甲 方的实际现场情况和要求及以往工程经验，采用以原水预处理 +超纯水制备 +超纯 水循环处理为主体的高纯水处理工艺，出水完全可以达到国家饮用纯净水 GB17323-98 水质标准。 1.1 工艺系统简述 纯水生产线由水处理系统和灌装系统组成，其中水处理系统可分为预处理 （双介质过滤、活性炭吸附、阻垢剂加药装置）、中段处理（保安过滤、高压泵、 反渗透系统）和终端处理（除盐、除二氧化碳和反洗水泵）。总流程图如图1 所 示。 图 1-1 纯水系统流程图 控制系统综合实验 2 1.2 预处理阶段 预处理主要目的是去除原水中的悬浮物、胶体、硬度、有机物和余氯等妨碍 后续反渗透运行的

6、杂质。处理设施包括双介质过滤器、活性炭过滤器、阻垢剂加 药系统。 (1) 双介质过滤器 : 双介质过滤器是利用两种过滤介质，在一定的压力下把 浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒材料，从而有效的除去悬浮杂质使水澄 清的过程，常用的滤料有石英砂，无烟煤，锰砂等，主要用于水处理除浊，软化 水，纯水的前级预处理等， 出水浊度可达 3 度以下双介质过滤器主要去除水中的 悬浮物和胶体。通过在其进水管道投加PAC 絮凝剂，采用微絮凝过滤方式， 使水 中大部分悬浮物和胶体变成微絮体在双介质滤层中截留而去除，双介质过滤器共 采用 1 台. 双介质过滤器的反洗可根据运行时间来决定反洗。 (2)活性炭过滤器 :

7、活性炭的吸附原理是：在其颗粒表面形成一层平衡的 表面浓度，再把有机物质杂质吸附到活性炭颗粒内，使用初期的吸附效果很 高。但时间一长，活性炭的吸附能力会不同程度地减弱，吸附效果也随之下 降。在水质预处理系统中，活性炭过滤器能够吸附前级过滤中无法去除的余 氯以防止后级反渗透膜受其氧化降解，同时还吸附从前级泄漏过来的小分子 有机物等污染性物质，对水中异味、胶体及色素、重金属离子等有较明显的 吸附去除作用，还具有降低COD 的作用。可以进一步降低RO进水的 SDI 值， 保证SDI5， TOC2.Oppm 。活性炭过滤器主要去除水中的有机物和余氯，系统 采用 1 台活性炭过滤器。 (3) 加阻垢剂装置

8、 : 由于反渗透膜脱盐装置为溶解固形物浓缩排放和淡水的 利用，根据原水水质分析报告 , 为了防止浓水端， 特别是 RO压力容器中最后一根 膜元件的浓水侧出现诸如CaCO3、CaSO4浓度积大于其平衡溶解度指数而结晶析 出， 从而损坏膜元件的应用特性， 因此在进入膜元件之前设置了阻垢剂投加装置。 该装置由计量箱、计量泵组成。经过计算，阻垢剂选用美国有机复合阻垢剂，投 加量 1-2mg/l 。该阻垢剂为高效分散剂，对碳酸钙结垢在不加酸的条件下LSI 最 大允许值为 2.8 。同时对水中硫酸盐的结垢，以及水中含有Ba 2+、Sr2+等盐份的结 垢都有很好的控制作用。 1.3 中段处理 中段处理包括保

9、安过滤、高压泵、反渗透系统。 (1) 保安过滤： 保安过滤指的是水从微滤滤芯（精度一般小于 5 m)的外 控制系统综合实验 3 侧进入滤芯内部，微量悬浮物或细小杂质颗粒物被截留在滤芯外部的过程。 保安过滤器一般设置在压力容器之前，以去除浊度1 度以上的细小微粒， 来满足后续工序对进水的要求；有时也设置在整个水处理系统的末端，防 止细小微粒（如破碎的树脂）进入成品水。 (2) 反渗透系统由 1 台 5过滤器、2 台高压泵和压力容器及反渗透膜组成。 第一级反渗透装置RO按 21 排列，采用 6 支 8 寸膜串联排列方式，产水量为 m 3/h ，回收率 75% ；第二级反渗透装置 RO按 11 排列

10、，采用 3 支 8 寸膜串联排 列方式，产水量为m 3/h ，回收率 85% 。为确保 RO装置的稳定运行，在 RO前设 置了 UV消毒器和阻垢剂加药系统。为防止RO装置中浓水侧结垢，须在进水中 投加阻垢剂，阻垢剂采用FLOCON260，设计投加量为 2.4 mg/L。或采用 PTP0100 阻垢剂，设计投加量为1 mg/L。为去除水中的CO2，在两级 RO之间投加 NaOH 调节一级 RO 出水的 pH值为 7.83 ，NaOH 的设计投加量为4.5 mg/L 。 1.4 终端处理 终端处理包括：除盐、除二氧化碳和反洗水泵。 (1)EDI 连续电除盐水处理： EDI 组件中将一定数量的EDI

11、 单元间用网状 物隔开， 形成浓水室。 又在单元组两端设置阴/ 阳电极。 在直流电的推动下， 通过淡水室水流中的阴阳离子分别穿过阴阳离子交换膜进入到浓水室而在 淡水室中去除。而通过浓水室的水将离子带出系统，成为浓水. EDI设备 一般以反渗透 （RO ）纯水作为EDI 给水。RO纯水电阻率一般是402S/cm （25) 。EDI 纯水电阻率可以高达18 M.cm(25 ) ，但是根据去离子水 用 途 和 系 统 配 置 设 置 ， EDI纯 水 适 用 于 制 备 电 阻 率 要 求 在1 18.2M.cm(25 ) 的纯水。 (2) 中间水箱：中间水箱起到储存水的作用，只有当中间水箱达到一定

12、水 位（水量）以后二级RO才允许工作，这和产水率有关系，因为不可能把一级 RO出水直接通在二级RO的进水处，否则容易烧坏，同时设立中间水箱便于得 到不同电导率的纯水。 (3) 反洗水泵：清洗系统由于清洗装置是反渗透系统的维护设备，运行时间 和频率比较低，一般几个月运行一次，建议采用手动控制方式进行；清洗进行 时，首先确保清洗水箱有足够的清洗液，并且清洗泵、及清洗过滤器进出口各 阀门都处于开启状态，检查清洗设备和反渗透装置之间的管道连接，开启清洗 水泵，清洗装置进入开启状态。增加过滤效果和过虑量，在反冲后能恢复初始 功能提高过滤精度而又不影响流量或过滤周期，在不影响其他指标下提高产 水置，能进行

13、深度处理或提高处理的技术指标。 控制系统综合实验 4 第 2 章纯水处理自动控制系统设计 2.1 纯水处理仪表的选择 纯水处理仪表主要有：压力表、压差式流量计、电导率仪、PH监测仪等。 (1) 压力表 : 以弹性元件为敏感元件， 测量并指示高于环境压力的仪表。压力 表通过表内的敏感元件（波登管、膜盒、波纹管）的弹性形变, 再由表内机芯的 转换机构将压力形变传导至指针, 引起指针转动来显示压力。 (2) 压差式流量计 : 流量计时指示被测流量和( 或)在选定的时间间隔内流体 总量的仪表。差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压, 已 知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表

14、。 (3) 电导率仪 : 电导率仪是适用于精密测量各种液体介质的仪器设备, 主要 用来精密测量液体介质的电导率值, 当配以相应常数的电极可以精确测量高纯 水电导率，在电解质的溶液中, 带电的离子在电场的影响下, 产生移动而传 递电子，可用两个电极插入溶液中, 以测出两个极间的电阻R,这个电阻与 电极的间距L(cm) 成正比 , 与电极的截面积A(cm 2) 反比。 (4)PH监测仪：型号 XB89-PH-2612 ；测量范围 PH:0.00 14.00；温度 :0 100；分辨率 PH:0.01PH；精度 PH:0.01PH；自动温度补偿 0 95；使用 环境:5 60。 2.2 传感器的选型

15、 (1)PH 测量传感器：型号： EGA161 特点: 可自动调节液体流速；可拆卸的玻璃接；地轴隔膜；含有可承载 3MKCL 溶 液的臂端；工作温度： -5 80；PH测量范围： PH 014；压强：最大0.5ba r ，若含有额外压力负载时会高于0.5bar ；直径：玻璃轴直径12mm ，带有侧边 接口；长度：浸入长度120mm ；其它特征：圆柱形膜，玻璃轴接口，可充装电 解质 3M KCL 。 (2) 溶解氧传感器：型号： MF39 特点：防污性强；多层膜；工作温度范围广；小流量要求；坚硬的机械结构； 自动温度补偿；维护成本低；长期高度稳定性；易在空气中校准；工作温度范 围：-550；最大

16、气压 :3bar ；轴直径规格 :PG16,线形塑料轴 18 mm ；浸入长 度:12mm;MF41K/PG 连接方式： SMEK 插头、连接电缆型号为K39；其它特性 : 内 置 Pt1000。 (3) 电导传感器：型号： LTG1 ，LTG0 特点； 传导玻璃本体含有两个大的并行石墨电极；高精度；工作温度 :-5 100； 控制系统综合实验 5 压强：最大 6bar；直径：玻璃轴直径12mm ；长度：浸入长度为120mm ；电极类 型：铂电极。 (4) 气体测量传感器：型号： CS2 技术参数 : 工作温度： 545（温度补偿） ;PH 测量范围： PH 68; 压强：最 大 0.5 ba

17、r特点： PVC 、聚碳酸酯、不锈钢直径为25mm 、0.2mg/L; 长度 22 mm, 2 引脚。 2.3 纯水处理自动控制方案的分析 纯水处理主要采用反渗透系统，其预处理工艺分析如下： 合理地预处理应该能满足如下要求：反渗透预处理必须能够去除原水中的 绝大多数杂质，达到进水要求；反渗透预处理必须考虑水质的变化，防止原水 水质波动时影响整个系统的稳定运行；反渗透预处理工艺必须能够高效、稳定 的运行，同时尽量简化流程，降低投资和运行成本。 活性炭是用烟煤、无烟煤、果壳或木屑等多种原料经碳化和活化处理制成 的黑色多孔颗粒。活性炭的物理特性主要指孔隙结构及其分布，在活化过程中 形成各种形状和大小

18、的孔隙， 因而形成了巨大的比表面积， 与水的接触面极大， 因而吸附能力很强。活性炭不仅能吸附水中的各种污染物，还可以吸附废气中 的 so2 等污染物，因此在环保、水处理等领域有着广泛的用途。 保安过滤器用以去除极微小的颗粒。普通砂滤能够去除很小的固体颗粒， 使出水浊度达到1 左右，但出水仍然含有大量粒径在15m的颗粒，这些颗 粒是砂滤无法去除的，虽然颗粒极小，可是如果直接进入反渗透主机，在 RO膜 的浓缩作用下，仍然会造成膜元件的污染，要去除这些颗粒，就必须采用精密 过滤。精密过滤器常设置在压力过滤器之后，有时也设置在整个预处理工艺的 未端防止破碎的滤料、活性炭、树脂等进入反渗透系统，尽量做到

19、不将上道工 序产生的微粒带到下一道工序中去。滤孔孔径应与水中所含杂质的粒相匹配， 避免过粗或过细。 软化是指采用化学方法，去除水体中硬度的处理方法。分为离子交换软化 和药剂软化两种。目前反渗透预处理常用的软化方法是离子交换软化。离子交 换软化是指采用离子交换剂，将水体中硬度组成部分钙镁等离子同离子交换剂 有效交换基团（通常是钠离子）反应，从而使水质达到软化的效果。 控制系统综合实验 6 第 3 章 基于组态王的纯水处理自动控制系统监控程序设计 3.1 纯水处理自动控制系统主控界面 纯水处理自动控制系统进入系统窗口画面如图3-1,若想进入系统，则选 择“进入”按钮，若想退出系统，则选择“退出”按

20、钮。 3-1 纯水处理自动控制系统进入系统窗口画面 纯水处理自动控制系统纯水主画面如图3-1 所示。 控制系统综合实验 7 图 3-1 纯水处理自动控制系统主画面 3.2 纯水处理自动控制系统趋势界面 纯水处理自动控制系统实时数据画面如图3-2 所示。 图 3-2 纯水处理自动控制系统实时数据画面 控制系统综合实验 8 3.3 纯水处理自动控制系统仪表界面 纯水处理自动控制系统报表画面如图3-3 所示。图中显示了纯水处理自动 控制系统中清水池液位、浓水池液位；清水泵压力、浓水泵压力；进水温度、 出水温度；进水 ORP 、浊度； RO进水电导、 RO出水电导；双介质过滤器、活性 炭过滤器、保安过

21、滤器的压力及流量的历史数据。 纯水处理自动控制系统报警窗口画面如图3-4 所示, 当油泵阀门原件有小 故障时，或油脏滤油器压差超限，润滑油攻击的压力逐渐将降低，当最远点的 压力降低到 78.3KPa时，主控室表盘上光字牌灯亮，蜂鸣器响，不管操作员是 否观察到，此时已提醒他开始检查并处理，同时另一台油泵自动投入供油。 当短时期故障排除，辅泵可自动或手动停，若短时期故障无法排除，即系 统将转入重故障的处理方式。当报警、辅泵投入后，操作员不能及时排除设备 问题，但油压仍继续下降，压力达到49KPa时自动报警、停机，来保证机组的 安全，避免重故障的发生。 图 3-3 纯水处理自动控制系统报表画面 控制

22、系统综合实验 9 图 3-4 纯水处理自动控制系统报警窗口画面 第 4 章结论与体会 通过对控制过程和原理的分析，使我对纯水处理自动控制系统有了一定的 了解。 当出现故障时，系统停止运行，发出故障报警信号。利用电控柜上的指示 灯来观察每一个水泵是否正常运行。相对性的绿色指示灯亮说明水泵正常运行， 当水泵过载时对应红色指示灯亮，系统停止运行。 组态王软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件 平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、 易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制 层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，

23、对上连 接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完 成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、 动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进 行设计。 在采用组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑以下三个方面: 图形 , 是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。数据 , 就是创建一个具体的数据库, 并用此数据库中的变量描述工控对象的各种 控制系统综合实验 10 属性。 纯水处理自动控制系统水处理对水源水或不符合用水水质要求的水， 采用一些方法改善水质的过程。水的处理方法可以概括为三种方式：最常 用的是通过去除原水中

24、部分或全部杂质来获得所需要的水质；通过在原水 中添加新的成分来获得所需要的水质；对原水的加工不涉及去除杂质或添 加新成分的问题。 在这短暂的实习过程中，我收获了许多，不仅使我巩固了对原有知识的掌 握，还拓宽了我的知识面。在提高自动的同时，我也更加清楚的认识到自己的 不足之处。在实习过程中，我会发现自己每次都会对知识有陌生感，观察不够 仔细，容易只浮于表面，我知道了做任何事都要有严谨的态度，认真求实的精 神。人的成长是要伴随着困难才能不断进步的，不断完善的，通过这些天的实 习，学习让我受益匪浅， 对今后的学习生活帮助很大，是今后的学习有了方向， 不再盲目。 控制系统综合实验 11 参考文献 1

25、崔金贵 . 变频调速恒压供水在建筑给水应用的理论探讨J.兰州：铁道学院学 报,2000. 2 冯敏.现代水处理技术 M. 北京：化学工业出版社 ,2006. 3 薛成,舒锋等 .工业组态技术基础及应用 M. 北京：中国电力出版社 ,2009. 4 冯逸仙 .反渗透水处理系统工程 M. 北京：中国电力出版社 ,2005. 5 王建辉、顾树生 .自动控制原理 M. 北京：清华大学出版社， 2007. 6 康勇、王志 .工业纯水设备技术及应用 M. 北京：化学工业出版社， 2002. 7 覃贵礼 .组态软件控制技术 M . 北京：北京理工大学出版社，2007 控制系统综合实验 东北石油大学课程设计成

26、绩评价表 课程名称控制系统综合实验 题目名称纯水处理自动控制系统 学生姓名孟金星学号120601140709 指导教 师姓名 高宏宇 杨莉 职称 讲师 讲师 序号评价项目指标满分评分 1 工作量、工作态 度和出勤率 按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作 量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率 高，工作作风严谨，善于与他人合作。 20 2 课程设计质量 课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问 题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范， 图表完备正确。 45 3 创新 工作中有创新意识， 对前人工作有一些改进或有 一定应用价值。 5 4 答辩能正确回答指导教师所提出的问题。30 总分 评语： 指导教师：年月日