CN216639076U - 一种海水淡化智能运行监测装置及控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种海水淡化智能运行监测装置及控制系统，其解决了如何对海水淡化装置及系统中的关键信号进行实时监测的技术问题，其包括水温传感器、浮标传感器、压力传感器、流量传感器、多功能数据采集卡以及上位机，上位机采用LabVIEW软件，不但能够实时监测海水淡化工艺流程中的关键设备运行状态参数并进行相应分析处理，还能通过反馈信息生成控制信号进行泵启停及恒流量控制。本实用新型综合考虑海水海质、海水水温、高压泵进口压力、产水水量等关键因素，通过智能化控制程序，进而选取合适的处理工艺及各类组件，以保证反渗透海水淡化装置的可靠性和稳定性，在海水淡化产业节能及安全方面具有重大意义。

Description

一种海水淡化智能运行监测装置及控制系统

技术领域

本实用新型涉及海水淡化运行装置智能化控制系统技术领域，具体而言，涉及一种海水淡化智能运行监测装置及控制系统。

背景技术

海水淡化即利用海水脱盐生产淡水，主要是为我国居民提供饮用水和农业用水，全球海水淡化技术超过20余种，包括反渗透法、低多效、多级闪蒸、电渗析法等。我国海水淡化技术研究起步于上世纪60年代，随着高校及企业科研人员的不断努力，已经掌握低多效和反渗透海水淡化技术，并具备一体化生产能力。

反渗透海水淡化装置及系统因其单位能耗低、单元化程度高、建设周期短以及适应性强等优点，被广泛应用于世界海水淡化工程。反渗透海水淡化整体工艺流程略为复杂，研发人员应综合考虑海水水质、水温、运行压力、产水水量及其他关键因素，实现反渗透海水淡化装置的长期稳定及安全运行。

目前大多数反渗透海水淡化控制系统设计采用计算机控制，基本实现了自动化的工艺处理流程。随着人工智能的兴起，如何监测海水淡化装置并实现智能控制成为了急需解决的问题。水泵类型以及电机参数的选取尤为关键，变频启动能大大降低启动电流和冲击转矩，延长电机的使用寿命。由于变频器自身有过流、过压及欠压保护，避免了电机由于单向运行容易烧坏的现象，保障了安全操作，因此变频启动方法具有高可靠性。

海水淡化是一个一体化的串行流程，任何一个环节发生问题将会导致整个装置及系统的崩溃，带来意想不到的灾难性后果，故如何对海水淡化装置及系统中的关键信号进行实时监测，当参数异常时发出警报实时提醒管理员进行检修，从而最大程度降低损失，已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本实用新型为了解决如何对海水淡化装置及系统中的关键信号进行实时监测的技术问题，提供一种海水淡化智能运行监测装置及控制系统，通过实时监测海水淡化工艺流程中的关键设备运行状态参数并进行相应分析处理，从而提升海水淡化流程整体效率，降低开发成本，减少能源消耗，具有良好的工程应用价值。

本实用新型的技术方案是，包括上位机、数据采集卡、第一浮标传感器、第二浮标传感器、压力传感器、流量传感器、第一水温传感器和第二水温传感器，上位机设有LabVIEW软件，所述数据采集卡与上位机连接，第一浮标传感器、第二浮标传感器、压力传感器、流量传感器、第一水温传感器和第二水温传感器分别与数据采集卡连接通讯；第一浮标传感器用于检测原水池的实时液位，第二浮标传感器用于检测中间水池的实时液位，压力传感器用于检测高压泵进口，流量传感器用于产水泵的产水流量大小，所述第一水温传感器、第二水温传感器、第三水温传感器分别用于检测原水池、中间水池、产水池的水温。

优选地，数据采集卡为NI PCle-6343数据采集卡。

本实用新型的有益效果是：

(1)海水淡化智能运行监测装置及控制系统具备数据采集、运行状态监测、实时反馈控制及故障报警等功能，提高了反渗透海水淡化装置的运行稳定性、可靠性，在海水淡化产业节能及安全方面具有重大意义。 LabVIEW软件实现分散采样集中控制是提升系统高可靠性和高移植性。

(2)充分考虑到普通的用户名及密码登录方式容易泄露个人信息，故采用管理员实时动态扫码登录系统，并为不同的用户展示不同的操作页面并赋予不同的操作权限，从而最大程度提升系统的安全性以及操作灵活性。

(3)充分考虑到海水淡化装置及系统是一个一体化的串行处理流程，其容灾性能较差，任何一个环节出现问题都将导致整个工艺流程中断甚至停产。故本发明通过实时监测水泵的状态参数信息以及水池的水质、温度等信息，当参数异常时发出警报实时提醒管理员进行检修。

(4)充分考虑到海水淡化装置中的高压泵因耦合安全过滤器及多级反渗透膜组件，其是否正常运行关乎整个装置的安全状态，故对所述高压泵进口处设置低压阈值及高压阈值，当供水量过低引起进口压力低于设定低压阈值或因其他因素造成进口压力高于设定高压阈值时，系统控制高压泵停止运行以保证高压泵安全及反渗透膜组件不受损坏。

附图说明

图1是海水淡化智能运行监测装置及控制系统示意图。

具体实施方式

如图1所示，反渗透海水淡化装置首先利用海水提取泵将海水提取到原水池进行混凝沉淀以去除较大悬浮性物质，沉淀完成后的海水通过原水泵进入超滤膜组去除海水微生物及小颗粒胶体后灌入中间水池，中间水池的海水取30％用作超滤膜组装置的反洗用水，其余部分通过中间泵继续灌入安全过滤器，经过高压泵加压后进入多级反渗透膜组件，反渗透产出的淡水经过产水泵灌入产水池，最后通过抽取泵提取供用户饮用。

水泵类型包括海水提取泵、原水泵、反冲泵、中间泵、高压泵、产水泵及抽取泵。设置的传感器包括水温传感器、浮标传感器、压力传感器、流量传感器，可获取海水温度、水池液位高低、高压泵进口压力以及产水池水量大小等信息。

上位机安装有LabVIEW软件，LabVIEW软件中智能化控制程序包括动态扫码登录子程序、数据采集子程序、泵启停控制子程序、超滤膜组冲洗控制子程序、产水流量控制子程序、高压泵运行控制子程序以及故障报警子程序。NI PCle-6343数据采集卡与上位机电连接，NI PCle-6343 数据采集卡的采样频率高达500KS/s，提供32路AI进行模拟信号的采集输入。泵启停控制子程序用于控制海水提取泵、原水泵、反冲泵、中间泵、高压泵及抽取泵的启动、停止。海水提取泵、原水泵、反冲泵、中间泵、高压泵及抽取泵本身具备变频器，变频器控制泵运行。

管理员需要通过实时动态扫码登录控制系统，只有数据库里面被赋予管理权限的管理员能够实时扫码登录本系统，从而最大限度地保证了本控制系统的安全性。管理员通过配置NI PCle-6343数据采集卡参数以及各个传感器的采集参数实时监测海水温度、原水池和中间水池的液位高低、产水池水量大小、高压泵进口压力大小信息。

第一浮标传感器放入原水池中，用于检测原水池的实时液位，第一浮标传感器与NI PCle-6343数据采集卡连接通讯。第二浮标传感器放入中间水池中，用于检测中间水池的实时液位，第二浮标传感器与 NI PCle-6343数据采集卡连接通讯。LabVIEW软件针对原水池设定第一液位阈值，LabVIEW软件针对中间水池设定第二液位阈值，当检测到的原水池实际液位高于第一液位阈值，LabVIEW软件控制原水泵启动运行；当检测到的中间水池液位高于第二液位阈值，LabVIEW软件控制反冲泵启动运行。

超滤膜组冲洗控制子程序通过设置相应时间参数在正常运行、气水双洗和反冲洗过程之间自动定时切换，其正常运行时间设置为30min，气水双洗及反冲洗时间均设置为60s。

在高压泵进口处设置压力传感器，通过压力传感器获取高压泵实时进口压力大小，压力传感器与NI PCle-6343数据采集卡连接通讯，压力数据通过NI PCle-6343数据采集卡发送给LabVIEW软件。LabVIEW软件设定低压阈值和高压阈值，当供水量过低引起进口压力低于设定的低压阈值或因其他因素造成进口压力高于设定的高压阈值时，系统控制高压泵停止运行以保证高压泵安全及反渗透膜组件不受损坏。反渗透产出的清水一般为海水的40％左右，利用循环泵将剩余海水继续输送到多级反渗透膜组件，实现能量回收。

流量传感器与产水泵连接，流量传感器与NI PCle-6343数据采集卡连接通讯，通过流量传感器获取产水泵的产水流量大小。LabVIEW软件内嵌模糊PID算法，将实时流量与设定的流量阈值进行比较，对产水泵进行变频驱动的恒流量控制，进而保证产水流量恒定以进行下一步处理。产水泵的启动、停止也由上位机的软件控制。

第一水温传感器与原水池连接，第二水温传感器与中间水池连接，第三水温传感器与产水池连接，第一水温传感、第二水温传感器、第三水温传感器分别与NI PCle-6343数据采集卡连接通讯。通过水温传感器获取各水池的水质温度及其他关键信号进行实时监测，当参数异常时发出警报实时提醒管理员进行检修，从而最大程度降低损失。

以上所述仅对本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。

Claims (2)

1.一种海水淡化智能运行监测装置及控制系统，其特征是，包括上位机、数据采集卡、第一浮标传感器、第二浮标传感器、压力传感器、流量传感器、第一水温传感器和第二水温传感器，所述上位机设有LabVIEW软件，所述数据采集卡与上位机连接，所述第一浮标传感器、第二浮标传感器、压力传感器、流量传感器、第一水温传感器和第二水温传感器分别与数据采集卡连接通讯；所述第一浮标传感器用于检测原水池的实时液位，所述第二浮标传感器用于检测中间水池的实时液位，所述压力传感器用于检测高压泵进口，所述流量传感器用于产水泵的产水流量大小，所述第一水温传感器、第二水温传感器、第三水温传感器分别用于检测原水池、中间水池、产水池的水温。

2.根据权利要求1所述的海水淡化智能运行监测装置及控制系统，其特征是，所述数据采集卡为NI PCle-6343数据采集卡。

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