CN109384281A - 反渗透海水淡化控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种反渗透海水淡化控制系统，包括配电模块、采集模块、处理模块和控制终端；所述采集模块包括若干传感器和传感数据模块，所述处理模块包括CPU，所述控制终端包括就地控制模块和中控室上位机，所述控制终端与所述处理模块连接。与现有技术相比，本发明提供的反渗透海水淡化控制系统可使现场施工方便、走线简单，传输速率高、成本低、占地小，现场控制维护容易、可快速处理故障的自动化水平高的反渗透海水淡化控制系统及方法。
Description
技术领域
本发明涉及海水淡化领域，是一种海水淡化控制系统，尤其涉及一种反渗透海水淡化控制系统。
背景技术
随着经济持续的发展和人民生活水平的提高，对水量的需求越来越大，对水质的要求越来越高，而水资源的不足，时空分布的不均，加上超限度的开采，无节制的浪费，随意的污染，使本来紧张的水资源供需矛盾更加尖锐。遇到干旱年份，水资源的短缺不仅严重影响正常的工农业生产，也影响到人们的生活。随着经济的发展，人口的增加，缺水面必然会持续增大。海水淡化作为一种“开源性”技术，无论对于缓解缺水问题，还是发展高新技术，都有很好的经济效益和社会效益。
至今海水淡化方法有蒸馏法、结晶法、电渗析法、反渗透法、离子交换法等等。其中反渗透海水淡化技术是用一张只透过水而不能透过盐的半透膜将淡水和盐水隔开，在盐水一侧加一个大于渗透压的压力，盐水中的水就会透过半透膜到淡水处，实现海水淡化。反渗透海水淡化技术由于其设备投资省、能量消耗低，建设周期短等诸多优点，近年来发展极快。随着造水工程的不断扩大，专业分工越来越细，对自动化程度的要求也越来越高。
传统的反渗透海水淡化控制系统主要由现场设备、反渗透海水淡化控制系统(可编程控制器)及上位机三部分组成，上位机一般位于中控室，数据处理及控制终端通过现场总线(如Profibus DP或Modbus)与上位机连接，实现中控室的集中远程控制。存在的问题主要有以下几点：
1.传统的反渗透海水淡化系统采用现场总线通讯方式，其缺点是结构复杂，传输速率低、故障点不易定位以及调试不方便等。
2.上位机位于中控室，一般距离现场有一段距离，其主要功能是远程控制，而调试阶段或者远程控制端出现故障等情况下，无法在现场进行就地启停等基本操作，也不利于日常维护。
3.为实现工作过程的自动控制，反渗透海水淡化系统通常至少需要用到几十个气动开关阀，传统的控制系统是依次为每个气动开关阀配气管布电缆，再逐个接入数据处理及控制终端，占用了大量IO点，施工过程复杂繁琐，所需空间较大，花费成本较高。
4.传统的反渗透控制系统仅限于通过现场总线将数据传输到中控室上位机，需要专职操作人员对上位机进行值班看守，无法完成随时随地的远程无线实时监控。控制系统运行过程中，程序出现故障，多数需要联系自控厂家专业人员过来处理，耗费了人力财力。
由此可知，一套自动化水平较高的控制系统不仅能够更好的满足工业生产和居民生活需求，而且对于减轻劳动强度、节省运营成本，增强企业市场竞争力均有重大意义。综上，现有技术没有一种施工方便、走线简单，传输速率高、成本低、占地小，现场控制维护容易、可快速处理故障，且能远程无线实时监控的自动化水平高的反渗透海水淡化控制系统。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种可现场控制工作设备，且进行远程实时监控的海水淡化控制系统。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
反渗透海水淡化控制系统，包括配电模块、采集模块、处理模块和控制终端；其中，
所述配电模块用于控制反渗透海水淡化装置的供电和断电；
所述采集模块包括若干传感器和用于采集传感器实时数据的传感数据模块；
所述处理模块包括CPU，CPU用于对传感数据模块传输的现场数据进行运算和处理，根据CPU运算处理的数据输出控制指令，实现对反渗透海水淡化装置的实时控制；
所述控制终端包括就地控制模块和中控室上位机，所述控制终端与所述处理模块连接，用于实时显示CPU传输的数据信息并将操作指令发送回CPU，进行运算处理，输出控制指令。
优选地，所述控制系统还包括用于连接气动开关阀的阀岛。
更优选地，所述控制系统还包括总线适配器，用于扩展Profinet接口数量，从而实现处理模块与控制终端及阀岛之间的Profinet通讯。
优选地，所述反渗透海水淡化控制系统还包括GPRS模块和云监控平台，所述GPRS模块与所述处理模块连接，用于将CPU存储的数据信息实时上传至云监控平台。
更优选地，所述云监控平台可通过电脑、手机网页访问、短信读写处理模块全部寄存器，随时随地对数据进行远程实时监控。
优选地，所述配电模块包括电连接的4P断路器、3P断路器、2P断路器、1P断路器、接触器、软启动器、变频器、开关电源和中间继电器；所述3P断路器、接触器、软启动器和变频器提供380V交流电源；所述2P断路器和接触器提供220V交流电源；所述开关电源将220V交流电源转换为24V直流电源。
优选地，所述配电模块还包括4P断路器的开关手柄和急停按钮，分别用于现场控制柜的正常通断电和紧急停止。
优选地，所述采集模块还包括用于采集泵/风机/空压机的运行状态、温度开关状态、压力开关状态、液位开关状态、流量开关状态的DI模块。
优选地，所述处理模块还包括执行CPU控制指令的DO模块和AO模块；其中，DO模块通过中间继电器控制反渗透海水淡化控制装置的泵/风机/空压机启停和电磁阀开闭；AO模块用于改变反渗透海水淡化控制装置的变频器频率值及加药泵流量值。
优选地，所述就地控制模块从CPU读取数据，实时显示现场温度、压力、流量及各控制参数，通过点击就地控制模块上相应的按钮或直接输入相应的数值，对电机启停控制及转速调节、阀门开闭、加药泵流量、变频器工作情况进行就地控制和调节；就地控制模块根据设置的报警极限值进行闪烁报警、对实时及历史数据进行分组记录，使系统的就地控制变得简单而便捷。
优选地，中控室上位机从CPU读取数据，实现数据显示、电机的启停控制及转速调节、阀门的开闭控制、报警显示、数据记录等功能，从而使操作人员可以在中控室通过上位机对反渗透海水淡化装置进行远程监控。
与现有技术相比，本发明提供的反渗透海水淡化控制系统通过工业以太网Profinet实现现场操控终端与数据处理及控制终端之间的通讯，进行海水淡化时可在现场操控终端上进行操作并查看数据，使系统的就地控制变得方便快捷；通过将多个气动开关阀接入一个阀岛中，实现多个气动开关阀的集中或分散控制，不仅降低了施工布线的难度，节约了系统成本，而且大大简化了系统的调试、性能的检测、诊断及维护等工作。
此外，通过增加GPRS组件将现场数据传递至云监控平台，实现了远程实时监控，不仅使系统运行更加安全有效，而且大大降低了系统运营成本；通过阀岛的Profinet接口与数据处理及控制终端建立实时通讯，通过工业以太网Profinet实现数据处理及控制终端与中控室上位机之间的通讯，使其相互之间的数据传输更加快捷、安全、可靠，从而使系统的远程监控更加高效。
综上，本发明提供的反渗透海水淡化控制系统施工方便、走线简单，传输速率高、成本低、占地小，现场控制维护容易、可快速处理故障，自动化水平高，能远程实时监控，实现了无人值守，经济效益和社会效益得到了明显提高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的反渗透海水淡化控制系统内部结构图；
图2为本发明实施例提供的反渗透海水淡化控制系统外部示意图；
图3为本发明实施例提供的反渗透海水淡化控制系统配电图；
图4为本发明实施例提供的反渗透海水淡化控制系统控制流程图；
其中，10、4P断路器；11、3P断路器；12、2P断路器；13、1P断路器；14、接触器；15、软启动器；16、变频器；17、开关电源；18、中间继电器；19、急停按钮；20、传感数据模块；21、DI模块；30、CPU；31、DO模块；32、AO模块；40、就地控制模块；50、散热风机；51、总线适配器；52、GPRS模块。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本实施例中，反渗透海水淡化装置的现场电气设备及仪表主要为以下四类：
1.电机：泵、风机、空压机，其中高压泵和增压泵需要变频调速；
2.阀门：气动开关阀、电磁阀；
3.开关：压力开关、温度开关、流量开关、液位开关；
4.传感器：压力传感器、温度传感器器、流量传感器、电导率传感器、PH传感器等。
如图1～3所示，本发明提供的反渗透海水淡化控制系统包括配电模块、采集模块、处理模块和控制终端；其中，
配电模块用于控制反渗透海水淡化装置的供电和断电；
采集模块包括若干传感器、用于采集传感器实时数据(压力、温度、流量、电导率、PH值)的传感数据模块20和用于采集泵/风机/空压机的运行状态、温度开关状态、压力开关状态、液位开关状态、流量开关状态的DI模块21(数字量输入模块)，作为一种优选方案，传感数据模块20为AI模块(模拟量输入模块)；
处理模块包括CPU30(中央处理器)、DO模块31、AO模块32，CPU30用于对DI模块21及传感数据模块20(即AI模块)传输的所有数据进行运算和处理，并输出CPU30发出的相应控制指令到DO模块31和AO模块32。其中，DO模块31接收CPU30控制指令后，通过中间继电器18控制反渗透海水淡化控制装置的泵/风机/空压机的启停和电磁阀的开闭；AO模块32接收的控制指令来自CPU30中的PID控制器，即PID控制器对传感数据模块20传输的进出水流量数据及PH值进行PID运算后，将输出结果转化成控制指令，AO模块32根据该控制指令去调节反渗透海水淡化高压泵及增压泵变频器16的频率值及加药泵流量值从而实现对进出水流量及产品水PH值的精确控制；
控制终端包括就地控制模块40和中控室上位机，控制终端与处理模块连接，用于实时显示CPU30传输的数据信息并将操作指令发送至CPU30，实现对现场设备的实时控制，作为一种优选方案，就地控制模块40为一触摸屏。
本实施例中，由于气动开关阀数量较多，控制系统还包括用于连接气动开关阀的阀岛，气动开关阀接入阀岛后通过工业以太网Profinet与数据处理及控制终端建立通讯连接，实现气动阀的开关控制；其他设备均通过硬接线直接接入数据处理及控制终端，实现信号的实时采集及控制。
本实施例中，控制系统还包括总线适配器51，用于扩展Profinet接口数量，从而实现处理模块与控制终端及阀岛之间的Profinet通讯。
本实施例中，反渗透海水淡化控制系统还包括GPRS模块52和云监控平台，GPRS模块52与处理模块连接，用于将CPU30存储的数据信息实时上传至云监控平台。
本实施例中，云监控平台可通过电脑、手机网页访问、短信读写处理模块全部寄存器，随时随地对数据进行远程实时监控。
本实施例中，反渗透海水淡化装置柜门上部两边各安装有一台散热风机50，用于防止柜内元器件散热量太大，导致柜内温度升高。
本实施例中，配电模块包括电线连接的4P断路器10、3P断路器11、2P断路器12、1P断路器13、接触器14、软启动器15、变频器16、开关电源17和中间继电器18等电气元器件，用于为现场设备及仪表供电；3P断路器11、接触器14、软启动器15和变频器16等为取水泵、进水泵、反洗泵、鼓风机、自清洗泵、盐水泵、空压机、高压泵、增压泵及产品水泵提供380V交流电源，其中高压泵和增压泵为变频启动，其他均为直接启动；2P断路器12和接触器14等为散热风机50、四台加药泵(NaOCL、SBS、阻垢剂、NaOH)、处理模块提供220V交流电源；开关电源17将220V交流电源转换为24V直流电源，为总线适配器51、DI模块21、DO模块31、传感数据模块20、AO模块32、就地控制模块40、GPRS模块52及电磁流量计供电。
本实施例中，配电模块还包括4P断路器10的开关手柄和急停按钮19，分别用于现场控制柜的正常通断电和紧急停止。
如图4所示，为本发明提供的反渗透海水淡化控制系统控制流程图，由图可知，本实施例中，DI模块21和传感数据模块20将从现场电气设备、开关、传感器等采集到的实时数据传输至CPU30，CPU30对采集到的现场数据进行处理，通过PID等运算、处理，输出控制指令，实现对现场设备的启停、阀门开闭、高压泵及增压泵电机转速，加药泵流量等的实时控制；就地控制模块40从CPU30读取数据，实时显示现场温度、压力、流量及各控制参数，通过点击就地控制模块40上相应的按钮或直接输入相应的数值，对电机启停控制及转速调节、阀门开闭、加药泵流量、变频器16工作情况进行就地控制和调节；就地控制模块40根据设置的报警极限值进行闪烁报警、对实时及历史数据进行分组记录，使系统的就地控制变得简单而便捷；中控室上位机通过Profinet通讯与数据处理及控制终端建立连接，实时传输数据，实现数据显示、电机的启停控制及转速调节、阀门的开闭控制、报警显示、数据记录等功能，从而使操作人员在中控室通过上位机对反渗透海水淡化装置进行远程监控。
此外，如图4所示，GPRS模块52(带手机SIM卡)通过RS485通讯接口与CPU30连接，实时传输数据，并通过GPRS网络将数据上传到云监控服务平台，用户只需具备一台能上网的电脑，即可轻松完成反渗透海水淡化控制系统的远程无线监控，此外，还支持手机网页访问、短信读写反渗透海水淡化控制系统全部寄存器，对数据进行随时随地的远程实时监控。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (9)
1.反渗透海水淡化控制系统，其特征在于：包括配电模块、采集模块、处理模块和控制终端；其中，
所述配电模块用于控制反渗透海水淡化装置的供电和断电；
所述采集模块包括若干传感器和用于采集传感器实时数据的传感数据模块(20)；
所述处理模块包括CPU(30)，CPU(30)用于对传感数据模块(20)传输的现场数据进行运算和处理，根据CPU(30)运算处理的数据输出控制指令，实现对反渗透海水淡化装置的实时控制；
所述控制终端包括就地控制模块(40)和中控室上位机，所述控制终端与所述处理模块连接，用于实时显示CPU(30)传输的数据信息并将操作指令发送回CPU(30)，进行运算处理，输出控制指令。
2.权利要求1所述的反渗透海水淡化控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括用于连接气动开关阀的阀岛。
3.权利要求2所述的反渗透海水淡化控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括总线适配器(51)，用于扩展Profinet接口数量，从而实现处理模块与控制终端及阀岛之间的Profinet通讯。
4.权利要求1或2所述的反渗透海水淡化控制系统，其特征在于：所述反渗透海水淡化控制系统还包括GPRS模块(52)和云监控平台，所述GPRS模块(52)与所述处理模块连接，用于将CPU(30)存储的数据信息实时上传至云监控平台。
5.权利要求4所述的反渗透海水淡化控制系统，其特征在于：所述云监控平台可通过电脑、手机网页访问、短信读写处理模块全部寄存器，随时随地对数据进行远程实时监控。
6.权利要求1或2所述的反渗透海水淡化控制系统，其特征在于：所述配电模块包括电连接的4P断路器(10)、3P断路器(11)、2P断路器(12)、1P断路器(13)、接触器(14)、软启动器(15)、变频器(16)、开关电源(17)和中间继电器(18)；所述3P断路器(11)、接触器(14)、软启动器(15)和变频器(16)提供380V交流电源；所述2P断路器(12)和接触器(14)提供220V交流电源；所述开关电源(17)将220V交流电源转换为24V直流电源。
7.权利要求1或2所述的反渗透海水淡化控制系统，其特征在于：所述配电模块还包括4P断路器(10)的开关手柄和急停按钮(19)，分别用于现场控制柜的正常通断电和紧急停止。
8.权利要求1或2所述的反渗透海水淡化控制系统，其特征在于：所述采集模块还包括用于采集泵/风机/空压机的运行状态、温度开关状态、压力开关状态、液位开关状态、流量开关状态的DI模块(21)。
9.权利要求1或2所述的反渗透海水淡化控制系统，其特征在于：所述处理模块还包括执行CPU(30)控制指令的DO模块(31)和AO模块(32)；其中，DO模块(31)通过中间继电器(18)控制反渗透海水淡化控制装置的泵/风机/空压机启停和电磁阀开闭；AO模块(32)用于改变反渗透海水淡化控制装置的变频器(16)频率值及加药泵流量值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190226 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |