CN103130292A - 一种基于总线的海水淡化控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于总线的海水淡化控制系统，现有技术中热量收集效率低，产水率小，系统完全是自发粗放的状态，无法满足实际应用的需要。本发明包括聚光集热部分、储热换热部分和海水淡化部分，模拟量输入模块、远程I/O模块、PROFIBUS总线、变频器、PLC、上位机。流量变送器、压力变送器、温度变送器和液位变送器采集信号，并将信号输入到模拟量输入模块中，模拟量输入模块与远程I/O模块相连。远程I/O模块通过总线与PLC相连，PLC通过RS485与上位机相连，PLC同时经总线通过远程I/O模块来控制变频器。本发明结构精简，系统稳定，维护方便，技术成熟，控制效果良好且成本低廉。

Description

一种基于总线的海水淡化控制系统

技术领域

本发明属于新能源海水淡化领域，具体涉及一种基于总线的海水淡化控制系统。 

背景技术

随着世界人口的增加以及人们对能源依赖程度的增加，能源问题，淡水资源已成为世界重大战略问题。对于中国而言，这两个问题更是尤为严重。近年来受石油价格上涨和全球气候变化的影响，可再生能源开发利用日益受到国际社会的重视。在众多的可再生资源中，最理想的是太阳能，与其他可再生资源相比，其有取之不尽用之不竭的优点。太阳能的应用领域非常广泛，但最终可归结于太阳能热利用和光利用两个方面。而对于日益匮乏的淡水资源，尤其是海岛，农村等缺乏电力，煤炭资源的缺水地区，解决这个问题更是迫在眉睫。太阳能海水淡化装置的出现及发展就非常有必要了。 

工业化海水淡化主要包括反渗透薄膜法、多效蒸馏法（或多级闪蒸法）。然而，这些传统的海水淡化方法有一个瓶颈问题，即需要消耗大量的化石能源或电力。因此，近年来新能源海水淡化的研制得到了重视。 

已有太阳能海水淡化技术分：被动式和主动式。被动式太阳能海水淡化装置是指在那些装置中不存在任何动力元件，也不存在利用附加的太阳能集热器等部件进行主动加热的太阳能海水淡化装置，装置的运行完全是在太阳光的作用下被动完成的。这类装置设计简单、取材方便，而且运行费用极低，但单位采光面积的产水量较低，因而需要较大的建设面积。主动式太阳能海水淡化装置中配备其他的动力或热处理设备，使用太阳能集热设备，使系统运行温度大幅度提高，内部传热过程得以改善，而且能主动回收蒸汽在凝结过程中释放的潜热，使其比被动式太阳能海水淡化装置的产水量大大提高，因此得到广泛应用。然而这两类太阳能海水淡化装置中均没有能量循环的控制，热循环的控制，导致它们热量收集效率低，产水率小，系统完全是自发粗放的状态，无法满足实际应用的需要。 

更好的太阳能海水淡化方式应该结合太阳能聚光集热与多效蒸馏法（或多级闪蒸法）。太阳能聚光集热能够提高太阳能集热效率、减少热损失、得到高品质热源。多效蒸馏法（或多级闪蒸法）能够充分利用余热获得更高的产水比。所以，先进的太阳能海水淡化工艺有必要采用控制技术，对能量循环和水循环过程进行优化配置，提高能量利用效率，获得较大的产水能力。但是，这样的系统通常比较复杂，属于典型的工业过程控制系统。 

发明内容

  本发明针对原有太阳能海水淡化技术落后，太阳能采集及海水淡化效率低下，不能适应大规模海水淡化需求等不足，提出了一种基于总线的海水淡化控制系统。 

本发明一种基于总线的海水淡化控制系统包括聚光集热部分、储热换热部分和海水淡化部分，模拟量输入模块、远程I/O模块、PROFIBUS总线、变频器、PLC、上位机。 

所述的聚光集热部分包括第一流量变送器、第一温度变送器、真空管、集热槽、第四泵和第七管道； 

所述的第七管道的一端与储热油罐的第一出油口连接，另一端与真空管的一端连接，且在第七管道上设置有第四泵；真空管的另一端与第六管道的一端连接，第六管道的另一端与储热油罐的第一进油口连接；在第六管道上设置有第一温度变送器和第一流量变送器；所述的真空管设置在集热槽内；

所述的储热换热部分包括第三温度变送器、第一压力变送器、第三管道、热水罐、第二泵、第四管道、第四温度变送器、第二液位变送器、换热器、第五管道、第二流量变送器、第三泵、第六管道、第二温度变送器、第一液位变送器、储热油罐、第三温度变送器和第八管道；

所述的储热油罐上布置第一液位变送器和第二温度变送器，第五管道的一端与储热油罐第二出油口连接，另一端与换热器第一进油口连接；在第五管道上设置有第三泵和第二流量变送器，第八管道的一端与换热器的第一出油口连接，另一端与储热油罐第二进口口连接，在第八管道上设置有第三温度变送器；第四管道的一端与换热器的第一出水口连接，另一端与热水罐第一进水口连接；第三管道的一端与热水罐第一出水口连接，另一端与换热器的第一进水口连接；在第三管道上设置有泵和第三温度变送器；在热水罐上设置有第二液位变送器、第四温度变送器和第一压力变送器。

所述的海水淡化部分包括第一泵、第五流量变送器、第一管道、第八温度变送器、海水淡化装置、第二管道、第四流量变送器、第五温度变送器、第五泵、第九管道、第十管道、第六温度变送器、第七温度变送器和第六流量变送器；第二管道的一端与换热器的第二出水口连接，另一端与海水淡化装置的进料口连接，在第二管道上设置有第五泵、第四流量变送器和第五温度变送器；第一管道一端与海水淡化装置废水口连接，在第一管道上布置第八温度变送器；第九管道穿过海水淡化装置，其一端与换热器的第二进水口连接，另一端通过第一泵抽取进料海水，第九管道上设置有第五流量变送器和第六温度变送器；第十管道一端与海水淡化装置的淡水出口连接，在第十管道上设置有第七温度变送器和第六流量变送器。 

所述的第一、二、三、四、五泵上都设有变频器。 

流量变送器、压力变送器、温度变送器和液位变送器采集信号，并将信号输入到模拟量输入模块中，模拟量输入模块将接收到的模拟信号通过远程I/O模块采用PROFIBUS总线协议传输至PLC，PLC通过RS485与上位机相连，PLC发出PROFIBUS协议的信号通过远程I/O模块来控制变频器。 

本发明的有益效果为： 

1)采用先进的现场总线控制技术对太阳能海水淡化各个子系统进行协调控制,改善了已有太阳能海水淡化系统缺乏控制功能的现状，有利于能量利用效率与生产淡水效率的提高；

2)现场总线控制技术可以对多个海水淡化单元进行集中控制,适用于大中型海水淡化规模，也符合太阳能能源分布不集中导致海水淡化单元不集中的特点；

3)现场总线控制技术采用了多点循环采样设计，从而减少了AI模块的使用，使电路系统得到简化；

4)本发明的方案结构精简，系统稳定，维护方便，技术成熟，控制效果良好且成本低廉，能够实时动态检测并控制整个系统。

附图说明

图1是太阳能集热海水淡化单元示意图； 

图2是控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。 

如图1所示，本发明一种基于总线的海水淡化控制系统包括聚光集热部分、储热换热部分和海水淡化部分，模拟量输入模块（AI模块）、远程I/O模块（ET200）、PROFIBUS总线、变频器、PLC、上位机。 

聚光集热部分包括第一流量变送器23、第一温度变送器24、真空管25、集热槽26、第四泵27和第七管道28； 

所述的第七管道28的一端与储热油罐30的第一出油口连接，另一端与真空管25的一端连接，且在第七管道28上设置有第四泵27；真空管25的另一端与第六管道21的一端连接，第六管道21的另一端与储热油罐30的第一进油口连接；在第六管道21上设置有第一温度变送器24和第一流量变送器23；所述的真空管25设置在集热槽26内；

储热换热部分包括第三温度变送器9、第一压力变送器10、第三管道11、热水罐12、第二泵13、第四管道14、第四温度变送器15、第二液位变送器16、换热器17、第五管道18、第二流量变送器19、第三泵20、第六管道21、第二温度变送器22、第一液位变送器29、储热油罐30、第三温度变送器31和第八管道32；

所述的储热油罐30上布置第一液位变送器29和第二温度变送器22，第五管道18的一端与储热油罐30第二出油口连接，另一端与换热器17第一进油口连接；在第五管道18上设置有第三泵20和第二流量变送器19，第八管道32的一端与换热器17的第一出油口连接，另一端与储热油罐30第二进口口连接，在第八管道32上设置有第三温度变送器31；第四管道14的一端与换热器17的第一出水口连接，另一端与热水罐12第一进水口连接；第三管道11的一端与热水罐12第一出水口连接，另一端与换热器17的第一进水口连接；在第三管道11上设置有泵13和第三温度变送器9；在热水罐12上设置有第二液位变送器16、第四温度变送器15和第一压力变送器10。

海水淡化部分包括第一泵1、第五流量变送器2、第一管道3、第八温度变送器4、海水淡化装置5、第二管道6、第四流量变送器7、第五温度变送器8、第五泵33、第九管道34、第十管道35、第六温度变送器36、第七温度变送器37和第六流量变送器38；第二管道6的一端与换热器17的第二出水口连接，另一端与海水淡化装置5的进料口连接，在第二管道6上设置有第五泵33、第四流量变送器7和第五温度变送器8；第一管道3一端与海水淡化装置5废水口连接，在第一管道3上布置第八温度变送器4；第九管道34穿过海水淡化装置5，其一端与换热器17的第二进水口连接，另一端通过第一泵抽取进料海水，第九管道34上设置有第五流量变送器2和第六温度变送器36；第十管道35一端与海水淡化装置5的淡水出口连接，在第十管道35上设置有第七温度变送器37和第六流量变送器38。 

所述的第一、二、三、四、五泵上都设有变频器。 

用槽式太阳能跟踪集热设备聚集太阳光热能，加热真空管内导热油，然后，导热油在变频调速泵的驱动下，高温油注入储油罐中，达到提高储热罐油温的目的。然后，储热罐中高温导热油流经换热器（1级换热结构或2级换热结构）来加热海水；加热后的海水进入海水淡化设备，产出淡水并排除浓盐水。该套装置中布置多个传感器或变送器，采集导热油的温度、流量、粘度，储热罐中油温、液位，换热器中压力、液位、进口热油温度和出口海水温度，海水淡化设备出口淡水温度、排出浓盐水温度等信号。同时还布置有多个变频器控制的电机，带动离心泵工作，来控制集热导热油流量，换热导热流流量，进入换热设备海水流量等。 

如图2所示，流量变送器、压力变送器、温度变送器和液位变送器采集信号，并将信号输入到模拟量输入模块中，模拟量输入模块与远程I/O模块ET200相连。远程I/O模块ET200通过PROFIBUS与PLC相连，PLC通过RS485与上位机相连，PLC同时经PROFIBUS通过远程I/O模块来控制变频器。 

流量变送器、压力变送器、温度变送器和液位变送器等传感器作为模拟量信号采集器，根据实际需求，数量可以有多个，这些变送器将检测到的温度、压力、流量、液位和流量等信号输入到AI模块中，这里每个变送器均对应唯一的地址，对多个传感器采用多点循环采样的方式进行信号采集。这些信号包括太阳能集热部分中导热油的进出口温度、粘度，换热部分中换热器的压力，出口水温，海水淡化部分海水的进出口温度，淡水和浓盐水的出口温度等。这些模拟信号经过模拟量输入模块处理后输入到远程I/O模块ET200中，ET200通过现场总线PROFIBUS将信号传入PLC中，这样就可以避免信号远距离传输衰减和受到干扰的影响。PLC通过RS485与上位机相连，在上位机监控软件WinCC中设定初始值传入PLC中。PLC接受PROFIBUS总线传输来的信号作为实际接受值，与上位机中传来的初始值相比较，将差值处理后通过PROFIBUS总线输出到远程I/O模块中，来控制变频器的运行，调节流量变化。其中PLC把实际接收值、初始设定值、差值均通过RS485传输到上位机中，在监控软件WinCC中显示，实现对整个系统的动态监控。在PLC中实现PID控制和smith预估补偿，所以可以使得该反馈控制及时有效。 

Claims (1)

1. 一种基于总线的海水淡化控制系统包括聚光集热部分、储热换热部分和海水淡化部分，模拟量输入模块、远程I/O模块、PROFIBUS总线、变频器、PLC、上位机，其特征在于：

所述的聚光集热部分包括第一流量变送器、第一温度变送器、真空管、集热槽、第四泵和第七管道；

所述的第七管道的一端与储热油罐的第一出油口连接，另一端与真空管的一端连接，且在第七管道上设置有第四泵；真空管的另一端与第六管道的一端连接，第六管道的另一端与储热油罐的第一进油口连接；在第六管道上设置有第一温度变送器和第一流量变送器；所述的真空管设置在集热槽内；

所述的储热换热部分包括第三温度变送器、第一压力变送器、第三管道、热水罐、第二泵、第四管道、第四温度变送器、第二液位变送器、换热器、第五管道、第二流量变送器、第三泵、第六管道、第二温度变送器、第一液位变送器、储热油罐、第三温度变送器和第八管道；

所述的储热油罐上布置第一液位变送器和第二温度变送器，第五管道的一端与储热油罐第二出油口连接，另一端与换热器第一进油口连接；在第五管道上设置有第三泵和第二流量变送器，第八管道的一端与换热器的第一出油口连接，另一端与储热油罐第二进口口连接，在第八管道上设置有第三温度变送器；第四管道的一端与换热器的第一出水口连接，另一端与热水罐第一进水口连接；第三管道的一端与热水罐第一出水口连接，另一端与换热器的第一进水口连接；在第三管道上设置有泵和第三温度变送器；在热水罐上设置有第二液位变送器、第四温度变送器和第一压力变送器；

所述的海水淡化部分包括第一泵、第五流量变送器、第一管道、第八温度变送器、海水淡化装置、第二管道、第四流量变送器、第五温度变送器、第五泵、第九管道、第十管道、第六温度变送器、第七温度变送器和第六流量变送器；第二管道的一端与换热器的第二出水口连接，另一端与海水淡化装置的进料口连接，在第二管道上设置有第五泵、第四流量变送器和第五温度变送器；第一管道一端与海水淡化装置废水口连接，在第一管道上布置第八温度变送器；第九管道穿过海水淡化装置，其一端与换热器的第二进水口连接，另一端通过第一泵抽取进料海水，第九管道上设置有第五流量变送器和第六温度变送器；第十管道一端与海水淡化装置的淡水出口连接，在第十管道上设置有第七温度变送器和第六流量变送器；

所述的第一、二、三、四、五泵上都设有变频器；

流量变送器、压力变送器、温度变送器和液位变送器采集信号，并将信号输入到模拟量输入模块中，模拟量输入模块将接收到的模拟信号通过远程I/O模块采用PROFIBUS总线协议传输至PLC，PLC通过RS485与上位机相连，PLC发出PROFIBUS协议的信号通过远程I/O模块来控制变频器。

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