海水淡化裝置的研究與應(yīng)用

隨著人類對海洋的探索和利用，人們對淡水的需求從陸地轉(zhuǎn)向海洋。淡水資源日益短缺已成為人們關(guān)切的問題，能夠解決水資源短缺的海水淡化技術(shù)顯得尤為重要?，F(xiàn)在的遠(yuǎn)洋船舶為了增加載貨量，淡水儲存艙容積一般設(shè)計(jì)較小，所以在停靠港口補(bǔ)充物資時無法裝載足夠的淡水。為了滿足船舶乘員和設(shè)備對淡水的使用需求，一般在遠(yuǎn)洋船舶上面裝有海水淡化裝置。對于發(fā)展中國家來說，海水淡化自動化程度不算很高。這就需要大量的人力，而且工人的作業(yè)環(huán)境、安全、生產(chǎn)效率都不能有效保證，帶來了人力物力的浪費(fèi)。因此設(shè)計(jì)一種自動化程度高，便于操作、維修、監(jiān)控的海水淡化系統(tǒng)受到了國內(nèi)外廣大客戶的青睞。本文設(shè)計(jì)了一套具有基于SiemensPLC的較高自動化水平的小型海水淡化裝置控制系統(tǒng)，使其能夠更好的滿足工業(yè)生產(chǎn)、居民生活的需求，并且減輕勞動強(qiáng)度，節(jié)省產(chǎn)業(yè)成本，增強(qiáng)企業(yè)的市場競爭力?？刂葡到y(tǒng)能夠保證系統(tǒng)自動運(yùn)行，自動清洗，還能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時報警或停機(jī)。1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用SiemensPLC進(jìn)行控制，并通過串口與液晶觸摸屏進(jìn)行通信?？刂葡到y(tǒng)采集磁感應(yīng)開關(guān)、四個壓力傳感器、液位計(jì)、產(chǎn)水閥感應(yīng)開關(guān)、開機(jī)/停機(jī)按鈕信號，實(shí)現(xiàn)對海水淡化泵、兩個氣動電磁閥、沖洗水泵、低壓電磁閥、高壓電磁閥和聲光報警器的動作。小型海水淡化裝置控制系統(tǒng)原理如圖1所示。2系統(tǒng)正常運(yùn)行觸摸屏布置以及系統(tǒng)軟件工作狀態(tài)分別如圖2、圖3所示。在裝置電源打開后，PLC自動記錄各項(xiàng)時間及參數(shù)的變化，觸摸屏顯示實(shí)時數(shù)據(jù)，并在信息欄中顯示系統(tǒng)狀態(tài)。在任何時刻均實(shí)時顯示壓力數(shù)據(jù)，但流量數(shù)據(jù)僅在正常運(yùn)行流程中顯示。如第一次進(jìn)入控制系統(tǒng)，可以通過觸摸屏選擇對裝置進(jìn)行調(diào)試，開始初始化流程。初始化流程結(jié)束后，即進(jìn)行正常運(yùn)行狀態(tài)。一般情況下，按開機(jī)/停機(jī)按紐，直接進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。如產(chǎn)水閥未打開，則系統(tǒng)處于暫停狀態(tài)。在水量足夠，或者需要更換前處理過濾器、進(jìn)行長期停機(jī)貯存、反滲透膜清洗時，須進(jìn)入停機(jī)流程。2.1動態(tài)控制板前控制在系統(tǒng)第一次運(yùn)行時，以及反滲透膜保養(yǎng)后第一次使用時，須進(jìn)行系統(tǒng)初始化。首先，將海水淡化泵豎直放置于水中，排空內(nèi)部氣體；連接管路、電纜；打開手動閥門，做好初始化準(zhǔn)備。然后，系統(tǒng)自動進(jìn)行初始化流程。此時，高壓電磁閥自動打開，然后海水淡化泵啟動。按下金屬濾芯過濾器、活性炭過濾器、保安過濾器上的紅色放氣按紐，進(jìn)行手動排氣，直至沒有氣泡冒出。達(dá)到限定運(yùn)行時間（初始值為5min）后，高壓電磁閥自動關(guān)閉。1h后，海水淡化泵停止運(yùn)行，兩個氣動三通閥均置于功能口通高壓水位置，自動依次打開高壓電磁閥和低壓電磁閥，并打開沖洗水泵對裝置進(jìn)行沖洗工作。待液位達(dá)到液位計(jì)下限時，停止沖洗水泵。然后，開啟海水淡化泵，待水箱液位達(dá)到液位計(jì)上限時，停止海水淡化泵工作。自動依次關(guān)閉低壓電磁閥和高壓電磁閥，氣動三通閥恢復(fù)至原位。初始化流程結(jié)束后。2.2能量回收泵控制開啟海水淡化泵后，將兩位五通閥其中一只打開，另一只關(guān)閉。當(dāng)能量回收泵內(nèi)部活塞運(yùn)行至某一末端時，磁感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到能量回收泵的位置后將位置信號傳遞給PLC，然后，PLC控制兩只氣動二位五通電磁閥，進(jìn)而控制兩只氣動三通閥動作切換能量回收泵動作方向。PLC記錄正常運(yùn)行時間、磁感應(yīng)開關(guān)動作時間和動作次數(shù)，并進(jìn)而換算成進(jìn)水流量、出水流量與產(chǎn)水流量。2.3原水沖洗和淡水置換(1）原水沖洗流程。當(dāng)反滲透膜兩端壓差超限定值（初始值為1.4bar）；或運(yùn)行時間超過限定值且為用水低谷（初始值為48h，凌晨2點(diǎn)）；或淡水置換前，自動進(jìn)行原水沖洗。在認(rèn)為需要時，也可以手動進(jìn)行原水沖洗。將兩只氣動三通閥均置于功能口通高壓水位置，打開高壓電磁閥。1h后將兩只氣動三通閥恢復(fù)原位，關(guān)閉高壓電磁閥，原水沖洗流程結(jié)束。(2）淡水置換流程。在運(yùn)行時間超過限定值后（初始值為96h，凌晨2點(diǎn)），系統(tǒng)自動進(jìn)行反滲透膜組件淡水置換。在認(rèn)為需要時，也可以手動進(jìn)行淡水置換。反滲透膜組件淡水置換步驟同初始化。2.4超壓停機(jī)值可設(shè)置的參數(shù)包括高壓超壓報警值、高壓超壓停機(jī)值、低壓超壓報警值、低壓超壓停機(jī)值、過濾器堵塞壓差值、反滲透膜堵塞壓差值、時間、日期和恢復(fù)出廠設(shè)置。2.5調(diào)試流程可調(diào)試的流程包括初始化流程、海水淡化泵動作調(diào)試流程、壓力傳感器調(diào)試流程、安全閥調(diào)試流程、低壓電磁閥調(diào)試流程、高壓電磁閥調(diào)試流程、磁感應(yīng)開關(guān)調(diào)試流程、兩位五通閥調(diào)試流程、液位計(jì)調(diào)試流程、沖洗水泵調(diào)試流程和聲光報警器調(diào)試流程。2.6其他報警時間可查詢的流程包括：工作總時間、最近一次工作時間、控制閥動作次數(shù)、最近一次控制閥動作時間、總產(chǎn)水量、原水沖洗次數(shù)、最近一次原水沖洗時間、淡水置換次數(shù)、最近一次淡水置換時間、總報警次數(shù)、高壓超壓報警次數(shù)、最近一次高壓超壓報警時間、低壓超壓報警次數(shù)、最近一次低壓超壓報警時間、前處理過濾器堵塞報警次數(shù)、最近一次前處理過濾器堵塞報警時間、反滲透膜堵塞報警次數(shù)、最近一次反滲透膜堵塞報警時間、低壓路壓傳損壞報警次數(shù)、最近一次低壓路壓傳損壞報警時間、高壓路壓傳損壞報警次數(shù)、最近一次高壓路壓傳損壞報警時間。2.7反滲透膜膜應(yīng)力時初始值為6.當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，自動進(jìn)入報警流程，啟動聲光報警或停機(jī)，同時記錄報警時間及次數(shù)。當(dāng)達(dá)到退出報警條件后，退出報警流程，回到正常運(yùn)行流程中。(1）當(dāng)系統(tǒng)低壓路超壓至報警值（初始值為6.5bar）時，低壓路超壓報警。當(dāng)系統(tǒng)低壓路超壓至停機(jī)值（初始值為7bar）時，低壓路嚴(yán)重超壓，停機(jī)。當(dāng)不再超壓（初始值為6.4bar）時，關(guān)閉聲光報警并正常運(yùn)行。(2）當(dāng)系統(tǒng)高壓路超壓時至報警值（初始值為5MPa）時，高壓路超壓報警。當(dāng)系統(tǒng)高壓路超壓至停機(jī)值時（初始值為6MPa）時，高壓路嚴(yán)重超壓，停機(jī)。當(dāng)不再超壓（初始值為4.5MPa）時，關(guān)閉聲光報警并正常運(yùn)行。(3）在低壓路壓差值達(dá)到限定值（初始值為1bar）時，過濾器堵塞報警。(4）當(dāng)反滲透膜堵塞經(jīng)原水沖洗3遍后仍堵塞，則報警并停機(jī)。(5）在正常運(yùn)行流程中，當(dāng)反滲透膜膜前壓力小于1bar時，海水淡化泵氣堵報警。(6）當(dāng)流量小于60L/min時，海水淡化泵供電不足或者主流路泄漏報警。(7）當(dāng)反滲透膜膜前壓力和膜后壓力變化小于0.2bar且流量小于10L/min時，海水淡化泵斷路或短路報警。(8）當(dāng)海水淡化裝置進(jìn)出口壓力小于2MPa時，磁感應(yīng)開關(guān)短路或斷路報警。4控制系統(tǒng)測試結(jié)果本控制系統(tǒng)運(yùn)用SiemensPLC作為自動控制的核心