CN105700405B - 风光互补海水淡化系统全自动控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风光互补海水淡化系统全自动控制装置及控制方法，包括低压泵、海水过滤器、单向阀、高压泵、卸荷阀、反渗透膜组件、膜组件清洗箱、淡水收集罐、全自动控制模块和供电模块；低压泵、海水过滤器、单向阀、高压泵、反渗透膜组件、膜组件清洗箱和淡水收集罐通过水管依次相连，卸荷阀接于高压泵和反渗透膜组件之间的管路上；低压泵、高压泵及供电模块均连接于全自动控制模块。由于本发明的全自动控制模块通过电源导线与低压泵和高压泵相连，整个风光互补海水淡化系统全自动控制，无需人员在户外看管操作，自动化程度高；又由于本发明配备有小容量蓄电池，该小容量蓄电池在必要时可缓解电力波动，可减少大容量蓄电池的使用，降低成本，有效降低充放电能耗。

Description

风光互补海水淡化系统全自动控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及风光互补海水淡化系统全自动控制领域，特别是涉及全自动化、高效率、工艺完善的一种风光互补海水淡化系统全自动控制装置及控制方法。

背景技术

随着传统能源日益紧缺、环境污染日趋严重，我国能源利用的可持续性也面临严峻挑战。太阳能和风能都是清洁无污染的可再生能源，并且两者具有互补性，联合发电可提供较为稳定的电能，其运行安全可靠、无需燃料、无污染、可就地利用、无需增设输变电设备、使用维护简便、规模可调，因而受到了世界各国的普遍重视。海水淡化产业是高能耗产业，利用可再生能源驱动海水淡化装置获取淡水资源，是同时解决水资源和传统能源危机的有效途径，具有双重效应。

现有的海水淡化设备需要人工操作检查，在电力波动时需要人工操作且步骤繁琐，在海水淡化装置出现问题时也需要人工不停检查才能发现检查，这使得海水淡化过程不方便，不安全。

发明内容

本发明一个主要目的在于提供一种无需人员操作、高效便捷、自动化程度高的风光互补海水淡化系统全自动控制装置，该装置使得风光互补更为稳定，海水淡化更加简洁、智能，淡化海水更具有高效率、环保性、经济性等特点，对于提高海水淡化的质量要求及实用性更强，更具有实际意义。

本发明另一个主要目的在于提供一种自动化程度高的风光互补海水淡化系统全自动控制方法。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：

本发明是一种风光互补海水淡化系统全自动控制装置，包括低压泵、海水过滤器、单向阀、高压泵、卸荷阀、反渗透膜组件、膜组件清洗箱、淡水收集罐、全自动控制模块和供电模块；所述的低压泵、海水过滤器、单向阀、高压泵、反渗透膜组件、膜组件清洗箱和淡水收集罐通过水管依次相连，卸荷阀接于高压泵和反渗透膜组件之间的管路上；全自动控制模块通过电源导线与低压泵和高压泵相连；供电模块通过电源导线和控制导线与全自动控制模块相连接；

所述的供电模块包括风力发电机、太阳能电池板、蓄电池、风光互补控制器、能量均衡控制器；所述的风力发电机与太阳能电池板并联至风光互补控制器，风光互补控制器与能量均衡控制器相连，能量均衡控制器分别与蓄电池和全自动控制模块连接；

所述的全自动控制模块包括中央集成控制柜、压力表传感器一、多功能控制阀、压力表传感器二、电磁阀、压力表传感器三、电动节流阀、盐度检测传感器、水位传感器一和水位传感器二；所述的中央集成控制柜通过控制导线分别与压力表传感器一、多功能控制阀、压力表传感器二、电磁阀、压力表传感器三、电动节流阀、盐度检测传感器、水位传感器一、水位传感器二、风光互补控制器、蓄电池相连；所述的中央集成控制柜包括PLC模块、变频器和电路板，PLC模块和变频器分别与电路板相连；所述的压力表传感器一安装在低压泵的出口端，多功能控制阀安装在海水过滤器的出口端，压力表传感器二安装在单向阀与高压泵之间的管路上，电磁阀安装在膜组件清洗箱的入口端，压力表传感器三和电动节流阀依次安装在反渗透膜组件的出口端，盐度检测传感器安装在反渗透膜组件与膜组件清洗箱之间的管路上，水位传感器一和水位传感器二分别安装在膜组件清洗箱和淡水收集罐上。

本发明是一种风光互补海水淡化系统全自动控制方法，包括以下各个步骤：

（1）系统启动条件判断：中央集成控制柜检测风光互补控制器的输出功率和蓄电池的电量，当蓄电池的电容量达到高位值或风光互补控制器的输出功率大于系统耗电功率时，系统自动启动；

（2）运行预处理：中央集成控制柜控制多功能控制阀，使其进入反洗状态，再启动低压泵，并通过压力表传感器一测试水压；当水压可达到设定压力值，即可对海水过滤器进行反洗，当海水过滤器反洗时间达到设定值时，反洗结束，停止低压泵；中央集成控制柜控制多功能控制阀，使其进入正洗状态，再启动低压泵，进行正洗，当海水过滤器正洗时间达到设定值时，正洗结束，停止低压泵；

（3）制水运行：中央集成控制柜对多功能控制阀控制，使其处于制水状态，启动低压泵，将海水打到海水过滤器过滤，过滤后的海水由压力表传感器二测试水压；当水压到达给定压力值，由PLC模块通过电路板引导变频器启动高压泵，进行加压，通过变频器缓启动，防止高压泵产生水锤现象，高压海水在反渗透膜组件内部渗透，生产淡水和浓海水；

（4）关机条件判断：满足以下条件之一即可停机，①风光互补控制器的输出功率不满足启动系统功率，且蓄电池的电容量处于低位值，停止工作；②水位传感器二检测淡水收集罐的淡水容量处于高水位时，停止工作；③反渗透膜组件渗透出的淡水经过盐度检测传感器检测，盐度高于限定值，高压泵停机并报警；

（5）关机后处理：中央集成控制柜开启电磁阀，由PLC模块通过电路板引导变频器缓启动高压泵，利用膜组件清洗箱内的淡水清洗高压泵和反渗透膜组件，单向阀可以防止淡水往海水过滤器流动，当水位传感器一检测膜组件清洗箱内部水位处于低位时，停止高压泵运行；

（6）待机状态：风力发电机、太阳能电池板发电经风光互补控制器和均衡控制器储存到蓄电池内，中央集成控制柜实时监测蓄电池的电容量以及太阳能电池板与风力发电机的发电功率，在满足步骤（1）系统启动条件情况下，启动系统。

与现有技术相比，上述方案具有以下优点：

1.由于本发明的全自动控制模块通过电源导线与低压泵和高压泵相连，整个风光互补海水淡化系统全自动控制，无需人员在户外看管操作，杜绝人员误操作引起设备损坏，同时保证人员安全；同时，全自动控制使得风光互补更为稳定，确保设备处于良好开机状态并能持续工作，提高有效工作效率。

2.由于本发明配备有蓄电池，该蓄电池在必要时可缓解电力波动，可保证系统每次以额定功率供电的时间大于1小时，采用该方法系统可减少大容量蓄电池的使用，降低成本，有效降低充放电能耗。

3.由于本发明供电模块包括风力发电机和太阳能电池板，太阳能和风能联合供电具有互补性，可实现准全天候的供能。

4.利用自然能进行海水淡化，更为节能环保，且在全自动控制的条件下，减少人员开支，提高组效率，使得更加具有经济性。

附图说明

图1是本发明整体系统结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种风光互补海水淡化系统全自动控制装置，包括低压泵1、海水过滤器2、单向阀3、高压泵4、卸荷阀5、反渗透膜组件6、膜组件清洗箱7、淡水收集罐8、全自动控制模块9和供电模块10。

所述的低压泵1、海水过滤器2、单向阀3、高压泵4、反渗透膜组件6、膜组件清洗箱7和淡水收集罐8通过水管依次相连，低压泵1提供海水，由海水过滤器2过滤海水；卸荷阀5接于高压泵4和反渗透膜组件6之间的管路上，高压泵4为过滤后的海水加压，使得过滤海水能够在反渗透膜组件6内渗透，当高压泵4提供的压力过大，通过卸荷阀5卸荷保护；全自动控制模块9通过电源导线与低压泵1和高压泵4相连；供电模块10通过电源导线和控制导线与全自动控制模块9相连接；

所述的供电模块10包括风力发电机101、太阳能电池板102、蓄电池103、风光互补控制器104、能量均衡控制器105；所述的风力发电机101与太阳能电池板102并联至风光互补控制器104，由风光互补控制器104对风能发电和太阳能发电进行调配；风光互补控制器104与能量均衡控制器105相连，能量均衡控制器105分别与蓄电池103和全自动控制模块9连接；能量均衡控制器105具有逆变作用，并可在电力波动时进行电力调配，使得风光互补控制器104的输出功率与蓄电池103提供电量互补，满足系统运行所需电力要求。

所述的全自动控制模块9包括中央集成控制柜91、压力表传感器一92、多功能控制阀93、压力表传感器二94、电磁阀95、压力表传感器三96、电动节流阀97、盐度检测传感器98、水位传感器一99和水位传感器二910；所述的中央集成控制柜91通过控制导线分别与压力表传感器一92、多功能控制阀93、压力表传感器二94、电磁阀95、压力表传感器三96、电动节流阀97、盐度检测传感器98、水位传感器一99、水位传感器二910、风光互补控制器104和蓄电池103相连；所述的压力表传感器一92安装在低压泵1的出口端，多功能控制阀93安装在海水过滤器2的出口端，压力表传感器二94安装在单向阀3与高压泵4之间的管路上，电磁阀95安装在膜组件清洗箱7的入口端，压力表传感器三96和电动节流阀97依次安装在反渗透膜组件6的出口端，盐度检测传感器98安装在反渗透膜组件6与膜组件清洗箱7之间的管路上，水位传感器一99和水位传感器二910分别安装在膜组件清洗箱7和淡水收集罐8上。

所述的中央集成控制柜91包括PLC模块911、变频器912和电路板913，PLC模块911和变频器912分别与电路板913相连；中央集成控制柜91向低压泵1和高压泵4输出功率，接收压力表传感器一92、压力表传感器二94、压力表传感器三96、盐度检测传感器98、水位传感器一99和水位传感器二910的检测信号，并对多功能控制阀93、电磁阀95、电动节流阀97、低压泵1和高压泵4实施控制；PLC模块911为风光互补海水淡化系统全自动控制装置提供编程程序，变频器912控制高压泵4的启停。

本发明是一种风光互补海水淡化系统全自动控制方法，包括以下各个步骤：

（1）系统启动条件判断：中央集成控制柜91检测风光互补控制器104的输出功率和蓄电池103的电量，当蓄电池103的电容量达到高位值或风光互补控制器104的输出功率大于系统耗电功率时，风光互补海水淡化系统自动启动；

（2）运行预处理：中央集成控制柜91控制多功能控制阀93，使其进入反洗状态，再启动低压泵1，并通过压力表传感器一92测试水压；若水压可达到设定压力值，即可对海水过滤器2进行反洗，当反洗时间达到设定值时，反洗结束，停止低压泵1；中央集成控制柜91控制多功能控制阀93，使其进入正洗状态，再启动低压泵1，进行正洗，当正洗时间达到设定值时，正洗结束，停止低压泵1；若水压未达到设定压力值，重启低压泵1，还未达到设定值，中央集成控制柜91停止低压泵1，并发出警报；

（3）制水运行：中央集成控制柜91对多功能控制阀93控制，使得其处于制水状态，启动低压泵1，将海水打到海水过滤器2过滤，过滤后的海水由压力表传感器二94测试水压；当水压到达给定压力值，由PLC模块911通过电路板913引导变频器912启动并调节高压泵4，进行加压，通过变频器912缓启动，防止高压泵4产生水锤现象，高压海水在反渗透膜组件6内部渗透，生产淡水和浓海水，当高压泵4提供压力过大，由卸荷阀5进行卸荷保护；其中中央集成控制柜91控制电动节流阀97，调节电动节流阀97出水流量，使得反渗透膜组件6内部压力增大，提高淡水产量，淡水充满膜组件清洗箱7后，存储在淡水收集罐8，电磁阀95关闭，以防止膜组件清洗箱7内的水流入高压泵4；

（4）关机条件判断：满足以下条件即可停机，①风光互补控制器104的输出功率不满足启动系统功率，且蓄电池103的电容量处于低位值，停止工作；②当压力表传感器二94水压低于给定压力值，反馈给中央集成控制柜91，停机重启，如若再现该情况，报警检查；③当压力表传感器三96检测到达反渗透膜组件6的允许工作压力最大值的90%，停机检查反渗透膜组件6；④反渗透膜组件6渗透出的淡水经过盐度检测传感器98检测，盐度高于限定值，停机报警；⑤水位传感器二910检测淡水收集罐8的淡水容量处于高水位时，停止工作；

（5）关机后处理：中央集成控制柜91开启电磁阀95，由PLC模块911通过电路板913引导变频器912缓启动高压泵4，利用膜组件清洗箱7内的淡水清洗高压泵4和反渗透膜组件6，单向阀3可以防止淡水往海水过滤器2流动，当水位传感器一99检测膜组件清洗箱7内部水位处于低位时，停止高压泵4运行；

（6）待机状态：风力发电机101、太阳能电池板102发电经风光互补控制器104和均衡控制器105储存到蓄电池103内，中央集成控制柜91实时监测蓄电池103的电容量以及太阳能电池板102与风力发电机101的发电功率，在满足开机情况下，启动风光互补海水淡化系统；

（7）待机状态：供电模块处于待机状态，随时可工作；中央集成控制柜91时刻监测供电模块10的蓄电池103的电容量以及太阳能电池板102与风力发电机101的发电功率，可在满足步骤（1）启动条件情况下随时启动风光互补海水淡化系统。

综上，本发明实施提供一种风光互补海水淡化系统全自动控制装置，供电模块为整个系统的运行提供电力，该模块使用风光互补发电特点，为海水淡化提供稳定的功率，全自动控制模块通过中央集成控制柜接收来自传感器的检测信号，并对各执行件进行控制，达到可自动控制并调节整个系统的目的。实现系统自动运行调整，该系统可实现离网型无人操作的海水淡化工作，适用于海岛度假村及远航船只的淡水供应。

对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种风光互补海水淡化系统全自动控制装置，其特征在于：包括低压泵、海水过滤器、单向阀、高压泵、卸荷阀、反渗透膜组件、膜组件清洗箱、淡水收集罐、全自动控制模块和供电模块；所述的低压泵、海水过滤器、单向阀、高压泵、反渗透膜组件、膜组件清洗箱和淡水收集罐通过水管依次相连，卸荷阀接于高压泵和反渗透膜组件之间的管路上；全自动控制模块通过电源导线与低压泵和高压泵相连；供电模块通过电源导线和控制导线与全自动控制模块相连接；

所述的供电模块包括风力发电机、太阳能电池板、蓄电池、风光互补控制器、能量均衡控制器；所述的风力发电机与太阳能电池板并联至风光互补控制器，风光互补控制器与能量均衡控制器相连，能量均衡控制器分别与蓄电池和全自动控制模块连接；

所述的全自动控制模块包括中央集成控制柜、压力表传感器一、多功能控制阀、压力表传感器二、电磁阀、压力表传感器三、电动节流阀、盐度检测传感器、水位传感器一和水位传感器二；所述的中央集成控制柜通过控制导线分别与压力表传感器一、多功能控制阀、压力表传感器二、电磁阀、压力表传感器三、电动节流阀、盐度检测传感器、水位传感器一、水位传感器二、风光互补控制器、蓄电池相连；所述的压力表传感器一安装在低压泵的出口端，多功能控制阀安装在海水过滤器的出口端，压力表传感器二安装在单向阀与高压泵之间的管路上，电磁阀安装在膜组件清洗箱的入口端，压力表传感器三和电动节流阀依次安装在反渗透膜组件的出口端，盐度检测传感器安装在反渗透膜组件与膜组件清洗箱之间的管路上，水位传感器一和水位传感器二分别安装在膜组件清洗箱和淡水收集罐上；所述的中央集成控制柜包括PLC模块、变频器和电路板，PLC模块和变频器分别与电路板相连。

2.一种根据权利要求1所述的风光互补海水淡化系统全自动控制装置的控制方法，其特征在于：包括以下各个步骤：

（1）系统启动条件判断：中央集成控制柜检测风光互补控制器的输出功率和蓄电池的电量，当蓄电池的电容量达到高位值或风光互补控制器的输出功率大于系统耗电功率时，系统自动启动；

（2）运行预处理：中央集成控制柜控制多功能控制阀，使其进入反洗状态，再启动低压泵，并通过压力表传感器一测试水压；当水压可达到设定压力值，即可对海水过滤器进行反洗，当海水过滤器反洗时间达到设定值时，反洗结束，停止低压泵；中央集成控制柜控制多功能控制阀，使其进入正洗状态，再启动低压泵，进行正洗，当海水过滤器正洗时间达到设定值时，正洗结束，停止低压泵；

（3）制水运行：中央集成控制柜对多功能控制阀控制，使其处于制水状态，启动低压泵，将海水打到海水过滤器过滤，过滤后的海水由压力表传感器二测试水压；当水压到达给定压力值，由PLC模块通过电路板引导变频器启动高压泵，进行加压，通过变频器缓启动，防止高压泵产生水锤现象，高压海水在反渗透膜组件内部渗透，生产淡水和浓海水；

（4）关机条件判断：满足以下条件之一即可停机，①风光互补控制器的输出功率不满足启动系统功率，且蓄电池的电容量处于低位值，停止工作；②水位传感器二检测淡水收集罐的淡水容量处于高水位时，停止工作；③反渗透膜组件渗透出的淡水经过盐度检测传感器检测，盐度高于限定值，高压泵停机并报警；

（5）关机后处理：中央集成控制柜开启电磁阀，由PLC模块通过电路板引导变频器缓启动高压泵，利用膜组件清洗箱内的淡水清洗高压泵和反渗透膜组件，单向阀可以防止淡水往海水过滤器流动，当水位传感器一检测膜组件清洗箱内部水位处于低位时，停止高压泵运行；

（6）待机状态：风力发电机、太阳能电池板发电经风光互补控制器和均衡控制器储存到蓄电池内，中央集成控制柜实时监测蓄电池的电容量以及太阳能电池板与风力发电机的发电功率，在满足步骤（1）系统启动条件情况下，启动系统。