CN101930240B - 超纯水节能控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了超纯水节能控制系统，基于PLC控制的EDI产水系统和DI水循环系统，EDI产水系统的脱盐水箱内设置有高液位感应器、中液位上感应器、中液位下感应器、低液位感应器，EDI产水系统的超纯水箱内设置有高液位感应器、中液位上感应器、中液位下感应器、低液位感应器；PLC根据脱盐水箱的液面变化判断脱盐水箱是否补水或者停止，并同时控制EDI产水系统是否自动启动或停止产水；同时PLC根据超纯水箱的液面变化判断EDI产水系统是否产水，并控制DI水循环系统的停止和运行；本系统采用整体联合调试，智能液位控制，有效实现节能降耗；本系统采用EDI和DI系统通过水箱液位来控制系统的自动控制的自动联锁装置。

Description

超纯水节能控制系统
技术领域
本发明涉及液位自动控制装置，特别是通过超纯水节能控制系统。
背景技术
超纯水是水中电解质几乎全部去除，水中不溶解的胶体物质、微生物、微粒、有机物、溶解气体降至很低程度，25℃时，电阻率为10MΩ·cm以上，通常接近18MΩ·cm，必须经膜过滤与混合床等终端精处理的水。
多晶硅生产过程中，硅芯车间整套超纯水制备采用EDI+MDO+PMB+UV/TCO工艺将脱盐水处理成超纯水(电阻率达到18MΩ·cm)，装置设计制水能力为25T/H，全天24小时运行，一天将产水600T。整套系统大致分为两部分：EDI【Electronic Data Interchange的英文缩写，中文译为电子数据交换，在水处理领域中译为连续电除离子装置；EDI为连续电除离子装置，由淡水室、浓水室和电极室组成，淡水室内填充常规混合离子交换树脂，给水中离子由室除去，浓水室填装供离子快速转移的树脂，淡水室和浓水室之间装有阴离子或阳离子交换膜，淡水室中阴(阳)离子在两端电极作用下不断通过阴(阳)离子交换膜进入浓水室；H2O在直流电能作用下看分解成羟基离子和氢氧根离子，使淡水室中混合离子交换膜处于再生状态，因而有交换容量而浓水室中离子随浓水的流动不断排走，因此EDI在不断通电状态下可以制备出超纯水。】产水系统和DI(Delete IonWater的缩写，中文译为去离子水)水循环系统，自动联锁，且互不相干，采用PLC(数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器)全自动控制，两部分由一个水箱相关联，EDI系统将产水注入超纯水箱中，DI系统从超纯水箱中将水送入用户点。EDI产水系统主要负责产水，将脱盐水制备成超纯水，在制备超纯水过程中，系统会排放一部分水，这部分排放水包括浓水和极水两部分，而根据设计要求，系统考虑产水水质标准，所设回收率一般在85～87％左右(回收率即每消耗10T脱盐水，系统只能生产8.5～8.7T的超纯水，其余1.3T左右的水将被排放至地沟)。一天将排放脱盐水600×(1-0.87)％＝78T；DI水循环系统主要为精处理循环系统，由于设备循环不停，设备系统不会因为用户的用水量而自动控制设备的启停，那么当用户没有使用超纯水时，回收率控制在87％，系统也将排放浓水和极水量达600×(1-0.87)％＝78T。这样将严重浪费水资源，并且由于生产上没有如此大的使用能力，生产出来的多余的超纯水，就会通过管道回流至脱盐水箱，并通过溢流管流向地沟，造成极大的浪费。
该车间整套超纯水制备中主要用电设备包括EDI给水泵、真空泵、EDI装置，功率分别是7.5KW/H；3.85KW/H，22.4KW/H；原来每天24小时运行，单单EDI系统用电量就高达810度/天，大约一年用电30万度，还不包括DI系统。
EDI系统的回收率为85％，即EDI装置每运行一小时会排放极水和浓水3.7M3，即89M3/天，每年则排放3.2万M3的脱盐水。
根据原有设计设备运行大约半年时间，系统耗材就需要重新更换。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种超纯水节能控制系统，可以实现节约用水、用电及耗材使用频率的目的。
超纯水节能控制系统，基于PLC控制的EDI产水系统和DI水循环系统，EDI产水系统包括与EDI装置连接的脱盐水箱和与EDI装置通过产水阀连接的超纯水箱，其特征在于：所述脱盐水箱内设置有高液位感应器、中液位上感应器、中液位下感应器、低液位感应器，所述超纯水箱内设置有高液位感应器、中液位上感应器、中液位下感应器、低液位感应器。
当脱盐水箱的脱盐水液面满足产水要求的液面，即脱盐水箱内的中液位上感应器感应到有水脉冲信号，则EDI产水系统可以根据超纯水箱向PLC反馈的补水信号自动启动进行产水；当脱盐水箱的脱盐水液面低于满足产水要求的液面，即脱盐水箱内的低液位感应器感应到无水脉冲信号，PLC则控制EDI产水系统停止运行。
超纯水箱的液面高于低液位感应器时，EDI产水系统不间断供给DI水循环系统超纯水使用；当超纯水箱的液面低于低液位感应器时，PLC控制DI水循环系统停止运行。
所述脱盐水箱的具体工作流程为：
当脱盐水箱中的高液位感应器感应到有水脉冲信号时，高液位感应器将有水脉冲信号反馈到PLC，通过PLC控制脱盐水箱上的进水阀关闭；
当脱盐水箱中的中液位上感应器感应到有水脉冲信号时，中液位上感应器将有水脉冲信号反馈到PLC，PLC根据超纯水箱向PLC反馈的补水信号来控制EDI产水系统的自动启动，EDI装置和超纯水箱之间的产水阀开启，不需人为操作，始终保证脱盐水箱液位处于高液位；
当脱盐水箱中的中液位下感应器感应到无水脉冲信号时，中液位下感应器将无水脉冲信号反馈到PLC，PLC进行调节控制，控制脱盐水进水阀开启；
当脱盐水箱中的低液位感应器感应到无水脉冲信号时，低液位感应器将无水脉冲信号反馈到PLC，PLC让EDI产水系统停止运行，EDI装置和超纯水箱之间的产水阀关闭。
所述超纯水箱的具体工作流程为：
当中液位下感应器感应到无水脉冲信号时，中液位下感应器将无水脉冲信号反馈给PLC，PLC自动控制启动EDI产水系统进行产水，EDI装置和超纯水箱之间的产水阀开启；
当高液位感应器感应到有水脉冲信号时，高液位感应器将有水脉冲信号反馈给PLC，PLC立刻控制EDI产水系统停止产水，EDI装置和超纯水箱之间的产水阀关闭；
当低液位感应器感应到无水脉冲信号时，低液位感应器将无水脉冲信号反馈给PLC，PLC控制DI水循环系统停止运行；直至EDI产水系统产水达到中液位上感应器的液面时，中液位上感应器将有水脉冲信号反馈给PLC，PLC控制DI水循环系统自动启动，不需人为操作。
上述EDI产水系统和DI水循环系统的两系统通过两个水箱中液位的高中低液面相互联系，各个液面感应器将感应到的信号分别反馈给PLC，PLC则根据得到的信号做出相应的指令，使系统达到互不相干，但是一环扣一环，并自动联锁。
脱盐水箱和超纯水箱内可都以根据具体情况在增加设置液面感应器。
脱盐水箱与EDI装置之间设置有回水阀，用于控制脱盐水箱的水质时使用。
本发明的有益效果如下：
脱盐水箱通过液面感应器感应液面的变化反馈给PLC，由PLC来控制脱盐水箱是否提供给EDI产水系统的产水供给，给EDI产水系统提供了有效产水的前提条件；超纯水箱通过液面感应器感应液面的变化反馈给PLC，由PLC来控制EDI产水系统是否需要产水，或者是否停止运行，或者停止后续的DI水循环系统；本系统整体联合调试，可以实现智能液位控制，从而可以有效地在整个多晶硅生产过程中整套超纯水制备工序实现节能降耗；本装置采用EDI和DI系统通过水箱液位来控制系统的自动控制使脱盐水处理成超纯水的自动联锁装置，使EDI和DI系统联系更为密切，更科学，更节能。
附图说明
图1为背景技术所述的24小时不停歇的超纯水制备系统的运行示意图图2为本发明的运行示意图
图3为本发明超纯水箱液面低于中液位时EDI系统自动启动产水示意图
图4为本发明的超纯水箱液面在高液位时EDI系统自动停止示意图
图5为本发明脱盐水箱液面低于中液位时进水阀自动启动补水的示意图
图6为本发明脱盐水箱液面高于高液位时进水阀自动停止补水的示意图
具体实施方式
如图2所示，超纯水节能控制系统，基于PLC控制的EDI产水系统和DI水循环系统，EDI产水系统包括与EDI装置连接的脱盐水箱和与EDI装置通过产水阀连接的超纯水箱，所述脱盐水箱内设置有高液位上感应器、高液位下感应器、中液位上感应器、中液位下感应器、低液位感应器，所述超纯水箱内设置有高液位上感应器、高液位下感应器、中液位上感应器、中液位下感应器、低液位感应器；脱盐水箱和超纯水箱内增加设置液面感应器可以用于做它用，根据具体情况设置。
当脱盐水箱的脱盐水液面满足产水要求的液面，即脱盐水箱内的中液位上感应器感应到有水脉冲信号，则EDI产水系统根据超纯水箱向PLC反馈的补水信号自动启动进行产水；当脱盐水箱的脱盐水液面低于满足产水要求的液面，即脱盐水箱内的低液位感应器感应到无水脉冲信号，PLC则控制EDI产水系统停止运行；
超纯水箱的液面高于低液位感应器时，EDI产水系统不间断供给DI水循环系统超纯水使用；当超纯水箱的液面低于低液位感应器时，PLC控制DI水循环系统停止运行。
所述脱盐水箱的具体工作流程为：
如图6所示，当脱盐水箱中的高液位感应器感应到有水脉冲信号时，高液位感应器将有水脉冲信号反馈到PLC，通过PLC控制脱盐水箱上的进水阀关闭；
当脱盐水箱中的中液位上感应器感应到有水脉冲信号时，中液位上感应器将有水脉冲信号反馈到PLC，PLC根据超纯水箱向PLC反馈的补水信号来控制EDI产水系统的自动启动，EDI装置和超纯水箱之间的产水阀开启，不需人为操作，始终保证脱盐水箱液位处于高液位；
如图5所示，当脱盐水箱中的中液位下感应器感应到无水脉冲信号时，中液位下感应器将无水脉冲信号反馈到PLC，PLC进行调节控制，控制脱盐水进水阀开启；
当脱盐水箱中的低液位感应器感应到无水脉冲信号时，低液位感应器将无水脉冲信号反馈到PLC，PLC通过断开继电器让EDI产水系统停止运行，EDI装置和超纯水箱之间的产水阀关闭。
所述超纯水箱的具体工作流程为：
如图3所示，当中液位下感应器感应到无水脉冲信号时，中液位下感应器将无水脉冲信号反馈给PLC，PLC自动控制启动EDI产水系统进行产水，EDI装置和超纯水箱之间的产水阀开启；
如图4所示，当高液位感应器感应到有水脉冲信号时，高液位感应器将有水脉冲信号反馈给PLC，PLC立刻控制EDI产水系统停止产水，EDI装置和超纯水箱之间的产水阀关闭；
当低液位感应器感应到无水脉冲信号时，低液位感应器将无水脉冲信号反馈给PLC，PLC控制DI水循环系统停止运行；直至EDI产水系统产水达到中液位上感应器的液面时，中液位上感应器将有水脉冲信号反馈给PLC，PLC控制DI水循环系统自动启动，不需人为操作。
上述EDI产水系统和DI水循环系统的两系统通过两个水箱中液位的高中低液面相互联系，各个液面感应器将感应到的信号分别反馈给PLC，PLC则根据得到的信号做出相应的指令，使系统达到互不相干，但是一环扣一环，并自动联锁。
脱盐水箱与EDI装置之间设置有回水阀，用于控制脱盐水箱的水质时使用。
本发明的原理如下：
脱盐水箱通过液面感应器感应液面的变化反馈给PLC，由PLC来控制脱盐水箱是否提供给EDI产水系统的产水供给，给EDI产水系统提供了有效产水的前提条件；超纯水箱通过液面感应器感应液面的变化反馈给PLC，由PLC来控制EDI产水系统是否需要产水，或者是否停止运行，或者停止后续的DI水循环系统；本系统整体联合调试，实现智能液位控制，从而可以有效地实现节能降耗。
本系统的调试结果如下：
1.原系统运行概述：超纯水制备白天运行，且是连续运行，手动进行操作，对于系统的控制很不方便，不能有效的控制能耗及物耗，而且随意的停止将影响整个系统的稳定性，不利于生产稳定，且以前下班时都会将EDI系统停止，运行DI水循环系统。因为超纯水箱里没有水时，EDI系统也不会自动启动，但是当检验分析有分析任务时，晚上很容易出现断水情况(此种情况以前很少发生，但是随着产能的释放，该情况发生频繁)。如果纯水制备下班将EDI系统继续运行，则将消耗电和浪费脱盐水，EDI装置中设备功率44KW/H，一晚将消耗528度电；而EDI产水能力为25m3/h，回收率已达到87％，每小时排放脱盐水3.25m3，一晚将排水56m3。
2.现系统运行概述：系统进行改进后，系统能单独进行联动也能整体进行联动，只要超纯水箱中液位低于中液位下感应器时，EDI系统会自动启动，当超纯水箱中液位达到高液位上感应器时，EDI系统也会自动停止运行，充分利用资源，达到设备的高效运行。
本系统和原系统对比如下：
本系统可以实现平均每天EDI系统运行不超过5小时，就能满足生产所需，这样每天可节约641度电，每年至少可节约23万度电；
其次，每天可节约脱盐水70M3，每年可节约2.6万M3；
再次，由于运行时间很科学，有效延长了该超纯水设备系统耗材更新时间，有原来的6个月更新一次，延长至1年半更新一次，而更换一次系统耗材需要花费10～15万，有效的为生产厂家节约成本。

Claims (4)

1.超纯水节能控制系统，基于PLC控制的EDI产水系统和DI水循环系统，EDI产水系统包括与EDI装置连接的脱盐水箱和与EDI装置通过产水阀连接的超纯水箱，其特征在于：所述脱盐水箱内设置有高液位感应器、中液位上感应器、中液位下感应器、低液位感应器，所述超纯水箱内设置有高液位感应器、中液位上感应器、中液位下感应器、低液位感应器；
当脱盐水箱内的中液位上感应器感应到有水脉冲信号时，EDI产水系统根据超纯水箱向PLC反馈的补水信号自动启动进行产水；当脱盐水箱内的低液位感应器感应到无水脉冲信号，PLC则控制EDI产水系统停止运行；
当超纯水箱的液面高于低液位感应器时，EDI产水系统不间断供给DI水循环系统超纯水使用；当超纯水箱的液面低于低液位感应器时，PLC控制DI水循环系统停止运行。
2.根据权利要求1所述的超纯水节能控制系统，其特征在于：所述脱盐水箱的具体工作流程为：
当脱盐水箱中的高液位感应器感应到有水脉冲信号时，高液位感应器将有水脉冲信号反馈到PLC，通过PLC控制脱盐水箱上的进水阀关闭；
当脱盐水箱中的中液位上感应器感应到有水脉冲信号时，中液位上感应器将有水脉冲信号反馈到PLC，PLC根据超纯水箱向PLC反馈的补水信号来控制EDI产水系统的自动启动，EDI装置和超纯水箱之间的产水阀开启；
当脱盐水箱中的中液位下感应器感应到无水脉冲信号时，中液位下感应器将无水脉冲信号反馈到PLC，PLC进行调节控制，控制脱盐水进水阀开启；
当脱盐水箱中的低液位感应器感应到无水脉冲信号时，低液位感应器将无水脉冲信号反馈到PLC，PLC让EDI产水系统停止运行，EDI装置和超纯水箱之间的产水阀关闭。
3.根据权利要求1或2所述的超纯水节能控制系统，其特征在于：所述超纯水箱的具体工作流程为：
当中液位下感应器感应到无水脉冲信号时，中液位下感应器将无水脉冲信号反馈给PLC，PLC自动控制启动EDI产水系统进行产水，EDI装置和超纯水箱之间的产水阀开启；
当高液位感应器感应到有水脉冲信号时，高液位感应器将有水脉冲信号反馈给PLC，PLC立刻控制EDI产水系统停止产水，EDI装置和超纯水箱之间的产水阀关闭；
当低液位感应器感应到无水脉冲信号时，低液位感应器将无水脉冲信号反馈给PLC，PLC控制DI水循环系统停止运行；直至EDI产水系统产水达到中液位上感应器的液面时，中液位上感应器将有水脉冲信号反馈给PLC，PLC控制DI水循环系统自动启动。
4.根据权利要求1所述的超纯水节能控制系统，其特征在于：脱盐水箱与EDI装置之间设置有回水阀。
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