東北石油大學課程設計課 程 控制系統綜合實驗題 目 純水處理自動控制系統院 系 電氣信息工程學院自動化系專業班級 自動化12-7班 學生姓名 孟金曼 學生學號 指導教師 高宏字楊莉 2014年7月20日東北石油大學課程設計任務書課程 控制系統綜合實驗 題目 純水處理自動控制系統 專業 自動化 姓名孟金星學號120601140709主要內容、基本要求、主要參考資料等主要內容：1、 熟練掌握Realinfo應用；2、 掌握組態軟件的點組態，硬件組態，報表設計格式和歷史數據分析等功能；3、 理解控制系統組態的基本思想。基本要求：要求預處理裝置、反滲透水處理裝置、混合離子交換器、再生裝置能夠實現手動、全自動兩種運行模式。儀表選用要求是滿足系統實現自動化控制的工藝要求，質量可靠，性能穩定。主要參考資料：崔金貴.變頻調速恒壓供水在建筑給水應用的理論探討[J].蘭州：鐵道學院學報,2000.⑵馮敏.現代水處理技術[M].北京：化學工業出版社,2006.薛成，舒鋒等.工業組態技術基礎及應用[M].北京：中國電力出版社,2009.馮逸仙.反滲透水處理系統工程[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：清華大學出版社，2007.康勇、王志.工業純水設備技術及應用[M].北京：化學工業出版社，2002.覃貴禮.組態軟件控制技術[M].北京：北京理工大學出版社，2007完成期限 2014.7.7—2014.7.18指導教師 專業負責人 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工藝分析 1\o"CurrentDocument"1.1工藝系統簡述 1\o"CurrentDocument"1.2預處理階段 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設計 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章基于組態王的純水處理自動控制系統監控程序設計 6\o"CurrentDocument"3.1純水處理自動控制系統主控界面 6\o"CurrentDocument"3.2純水處理自動控制系統趨勢界面 7\o"CurrentDocument"3.3純水處理自動控制系統儀表界面 7\o"CurrentDocument"第4章結論與體會 8參考文獻 9第1章 純水處理自動控制系統工藝分析采用純水處理自動控制系統進行供水可以提高供水系統的穩定性和可靠性，同時該系統具有良好的節能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統，對于提高企業效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現實意義。反滲透純凈水裝置自動控制采用PLC為核心、變頻控制電機、觸摸屏人機介面對話，運行參數可實時監控，可以實現高度的自動化，使得反滲透純水處理整個系統運行更安全可靠，更人性化。對各種因素的認真分析考慮，結合甲方的實際現場情況和要求及以往工程經驗，采用以原水預處理+超純水制備+超純水循環處理為主體的高純水處理工藝，出水完全可以達到國家飲用純凈水《GB17323-98》水質標準。1.1工藝系統簡述純水生產線由水處理系統和灌裝系統組成，其中水處理系統可分為預處理（雙介質過濾、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）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|.甄質日幅.丁羅；聽而■撮面..退出圖1-1純水系統流程圖1.2預處理階段預處理主要目的是去除原水中的懸浮物、膠體、硬度、有機物和余氯等妨礙后續反滲透運行的雜質。處理設施包括雙介質過濾器、活性炭過濾器、阻垢劑加藥系統。雙介質過濾器：雙介質過濾器是利用兩種過濾介質，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，純水的前級預處理等，出水濁度可達3度以下雙介質過濾器主要去除水中的懸浮物和膠體。通過在其進水管道投加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濾層中截留而去除，雙介質過濾器共采用1臺.雙介質過濾器的反洗可根據運行時間來決定反洗。活性炭過濾器：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，再把有機物質雜質吸附到活性炭顆粒內，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。在水質預處理系統中，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物等污染性物質，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。可以進一步降低RO進水的SDI值，保證SDI<5,TOC<2.Oppm。活性炭過濾器主要去除水中的有機物和余氯，系統采用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，根據原水水質分析報告，為了防止濃水端，特別是RO壓力容器中最后一根膜元件的濃水側出現諸如CaCO3、CaSO4濃度積大于其平衡溶解度指數而結晶析出，從而損壞膜元件的應用特性，因此在進入膜元件之前設置了阻垢劑投加裝置。該裝置由計量箱、計量泵組成。經過計算，阻垢劑選用美國有機復合阻垢劑，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垢，以及水中含有Ba2+、Sr2+等鹽份的結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。保安過濾：保安過濾指的是水從微濾濾芯(精度一般小于5um)的外側進入濾芯內部，微量懸浮物或細小雜質顆粒物被截留在濾芯外部的過程。保安過濾器一般設置在壓力容器之前，以去除濁度 1度以上的細小微粒，來滿足后續工序對進水的要求；有時也設置在整個水處理系統的末端，防止細小微粒(如破碎的樹脂)進入成品水。反滲透系統由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寸膜串聯排列方式，產水量為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寸膜串聯排列方式，產水量為m3/h，回收率85%。為確保RO裝置的穩定運行，在RO前設置了UV消毒器和阻垢劑加藥系統。為防止RO裝置中濃水側結垢，須在進水中投加阻垢劑，阻垢劑采用FLOCON260，設計投加量為2.4mg/L。或采用PTP0100阻垢劑，設計投加量為1mg/L。為去除水中的CO2，在兩級RO之間投加NaOH調節一級RO出水的pH值為7.83,NaOH的設計投加量為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連續電除鹽水處理：EDI組件中將一定數量的EDI單元間用網狀物隔開，形成濃水室。又在單元組兩端設置陰/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，成為濃水 .EDI設備一般以反滲透(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18MQ.cm(25°C)，但是根據去離子水用途和系統配置設置，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，只有當中間水箱達到一定水位(水量)以后二級RO才允許工作，這和產水率有關系，因為不可能把一級RO出水直接通在二級日。的進水處，否則容易燒壞，同時設立中間水箱便于得到不同電導率的純水。反洗水泵：清洗系統由于清洗裝置是反滲透系統的維護設備，運行時間和頻率比較低，一般幾個月運行一次，建議采用手動控制方式進行；清洗進行時，首先確保清洗水箱有足夠的清洗液，并且清洗泵、及清洗過濾器進出口各閥門都處于開啟狀態，檢查清洗設備和反滲透裝置之間的管道連接，開啟清洗水泵，清洗裝置進入開啟狀態。增加過濾效果和過慮量，在反沖后能恢復初始功能提高過濾精度.而又不影響流量或過濾周期，在不影響其他指標下提高產水置，能進行深度處理或提高處理的技術指標。第2章純水處理自動控制系統設計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、電導率儀、PH監測儀等。壓力表：以彈性元件為敏感元件，測量并指示高于環境壓力的儀表。壓力表通過表內的敏感元件(波登管、膜盒、波紋管)的彈性形變再由表內機芯的轉換機構將壓力形變傳導至指針，引起指針轉動來顯示壓力。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流體總量的儀表。差壓式流量計是根據安裝于管道中流量檢測件產生的差壓，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。電導率儀：電導率儀是適用于精密測量各種液體介質的儀器設備，主要用來精密測量液體介質的電導率值，當配以相應常數的電極可以精確測量高純水電導率，在電解質的溶液中，帶電的離子在電場的影響下，產生移動而傳遞電子，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；自動溫度補償0?95°C；使用環境：5?60C。2.2傳感器的選型PH測量傳感器：型號：EGA161特點:可自動調節液體流速；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：最大0.5bar,若含有額外壓力負載時會高于0.5bar；直徑：玻璃軸直徑12mm，帶有側邊接口；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3MKCL。溶解氧傳感器：型號：MF39特點：防污性強；多層膜；工作溫度范圍廣；小流量要求；堅硬的機械結構；自動溫度補償；維護成本低；長期高度穩定性；易在空氣中校準；工作溫度范圍：-5?50C；最大氣壓:3bar；軸直徑規格: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：內置Pt1000。電導傳感器：型號：LTG1，LTG0特點;傳導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：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技術參數:工作溫度：5?45°C（溫度補償）;PH測量范圍：PH6—8;壓強：最大0.5bar特點：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，其預處理工藝分析如下：合理地預處理應該能滿足如下要求：反滲透預處理必須能夠去除原水中的絕大多數雜質，達到進水要求；反滲透預處理必須考慮水質的變化，防止原水水質波動時影響整個系統的穩定運行；反滲透預處理工藝必須能夠高效、穩定的運行，同時盡量簡化流程，降低投資和運行成本。活性炭是用煙煤、無煙煤、果殼或木屑等多種原料經碳化和活化處理制成的黑色多孔顆粒。活性炭的物理特性主要指孔隙結構及其分布，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。活性炭不僅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，因此在環保、水處理等領域有著廣泛的用途。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，可是如果直接進入反滲透主機，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。精密過濾器常設置在壓力過濾器之后，有時也設置在整個預處理工藝的未端防止破碎的濾料、活性炭、樹脂等進入反滲透系統，盡量做到不將上道工序產生的微粒帶到下一道工序中去。濾孔孔徑應與水中所含雜質的粒相匹配，避免過粗或過細。軟化是指采用化學方法，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（通常是鈉離子）反應，從而使水質達到軟化的效果。第3章基于組態王的純水處理自動控制系統監控程序設計3.1純水處理自動控制系統主控界面純水處理自動控制系統進入系統窗口畫面如圖3-1,若想進入系統，則選擇“進入”按鈕，若想退出系統，則選擇“退出”按鈕。歡迎進入純水處理自動控制系統3-1純水處理自動控制系統進入系統窗口畫面純水處理自動控制系統純水主畫面如圖3-1所示。純水系統流程如國景劑障垢訓加西廠區耳他用水EJS誑中間蟲簪圖3-1純水處理自動控制系統主畫面1主營事-抿表虱面報譽畫面1歷史熟努E退出碌二重化㈱3.2純水處理自動控制系統趨勢界面純水處理自動控制系統實時數據畫面如圖3-2所示。純水實時數據清水池期攵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013.5A1取丹質過域驊汗力003-420MP3姓找昨過建器疫力003-198IPa保安過梏據環力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實時數據畫面3.3純水處理自動控制系統儀表界面純水處理自動控制系統報表畫面如圖3-3所示。圖中顯示了純水處理自動控制系統中清水池液位、濃水池液位；清水泵壓力、濃水泵壓力；進水溫度、出水溫度；進水ORP、濁度；RO進水電導、RO出水電導；雙介質過濾器、活性炭過濾器、保安過濾器的壓力及流量的歷史數據。純水處理自動控制系統報警窗口畫面如圖3-4所示，當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，當最遠點的壓力降低到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，即系統將轉入重故障的處理方式。當報警、輔泵投入后，操作員不能及時排除設備問題，但油壓仍繼續下降，壓力達到49KPa時自動報警、停機，來保證機組的安全，避免重故障的發生。純水報表窗口圖3-3純水處理自動控制系統報表畫面純水報警窗口￡1渺g.典A-lu/OT/iSL22S厄浙.電導離L&.015S]Rc-37b 主君面1■敬據畫面■報表虺面■1退出__圖3-4 純水處理自動控制系統報警窗口畫面第4章結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有了一定的了解。當出現故障時，系統停止運行，發出故障報警信號。利用電控柜上的指示燈來觀察每一個水泵是否正常運行。相對性的綠色指示燈亮說明水泵正常運行，當水泵過載時對應紅色指示燈亮，系統停止運行。組態王軟件是新型的工業自動控制系統正以標準的工業計算機軟、 硬件平臺構成的集成系統取代傳統的封閉式系統。它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點。通常可以把這樣的系統劃分為控制層、監控層、管理層三個層次結構。其中監控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現對現場的實時監測與控制，且在自動控制系統中完成上傳下達、組態開發的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數據、動畫。通過對監控系統要求及實現功能的分析，采用組態王對監控系統進行設計。在采用組態王開發系統編制應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際的工業現場和相應的工控設備。數據,就是創建一個具體的數據庫，并用此數據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水處理對水源水或不符合用水水質要求的水，采用一些方法改善水質的過程。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