【正文】 O)膜，是80年代初繼典型的反滲透(RO)復(fù)合膜之后開發(fā)出來的。、小規(guī)模在國外，1000～10000噸/小時規(guī)模的超大型反滲透或納濾裝置多用于城市供水系統(tǒng)，而國內(nèi)在飲用水用途的反滲透裝置還都是數(shù)十噸/小時以下的中、小規(guī)模?？v觀國內(nèi)反滲透應(yīng)用市場，有以下幾個特點(diǎn)：據(jù)不完全統(tǒng)計，我國已建成和在建的100噸/小時以上的反滲透裝置已超過50套，但除少數(shù)電子等行業(yè)以外，大多數(shù)都集中于鍋爐補(bǔ)給水用途。國內(nèi)反滲透應(yīng)用始于70年代后期，最早多限于電子、半導(dǎo)體純水，80年代以后逐漸擴(kuò)大到電力及其它工業(yè)，90年代起在飲用水處理方面獲得普及，現(xiàn)在反滲透已進(jìn)入到家庭飲用純水。納濾膜在飲用水凈化處理，污、廢水排放處理，各種水溶液的濃縮與精制領(lǐng)域的優(yōu)越性雖然已逐漸為人們所認(rèn)識，但由于膜成本較高的和應(yīng)用經(jīng)驗不足，國內(nèi)在此領(lǐng)域還剛剛起步，預(yù)計今后會有很大發(fā)展。國內(nèi)在此領(lǐng)域已積累了豐富的設(shè)計、施工和運(yùn)行經(jīng)驗，現(xiàn)國內(nèi)承建過100噸/小時以上規(guī)模反滲透裝置的水處理工程公司已超過10家。隨著國內(nèi)幾條引進(jìn)生產(chǎn)線的陸續(xù)開工生產(chǎn)，預(yù)計今后國產(chǎn)反滲透膜的市場份額會有上升。雖然有品種少、質(zhì)量、性能不夠完善等問題，但因價格低廉，不僅有效地阻擋了國外同類產(chǎn)品的大量流入，而且也擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。近年來反滲透技術(shù)在我國已得到廣泛應(yīng)用。我國的反滲透研究始于1965年，而1967年開始的全國海水淡化會戰(zhàn)則為CA不對稱反滲透膜的開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。為反滲透和超濾膜的分離技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。1953年，美國佛羅里達(dá)大學(xué)的Reid在美國內(nèi)務(wù)部鹽水局(OSW)開始反滲透的研究，并向美國國會提交了脫鹽報告，首次建議把反滲透用于脫鹽。1945年，G．E．(General Electric)公司成功地用放射線痕跡腐蝕法制得核孔性超濾膜。從此細(xì)胞膜的存在得到了確認(rèn)，進(jìn)一步促使了膜分離技術(shù)的飛速發(fā)展。1907年，H．Bechold發(fā)表了第一篇系統(tǒng)研究微孔濾膜性質(zhì)的報告，并首先提出了用氣泡法測定濾膜的孔徑。而關(guān)于滲透膜的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用是從1860年開始的。諾倫特(Abble Nellet)發(fā)現(xiàn)，水能自然地擴(kuò)散到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi)，首次揭示了膜分離現(xiàn)象，證實了這種膜的滲透過程，并創(chuàng)造了“Osmosis”一詞來描述半透膜的這種現(xiàn)象。 ⑧ 確定排列比。④ 膜平均通量的確定。⑤ 膜本身發(fā)生化學(xué)變化：使TFC膜的胺基受氧化而破壞、受到強(qiáng)酸強(qiáng)堿的溶解等?；娟P(guān)系式 產(chǎn)水率： 鹽通量： (6) 反滲透預(yù)處理的選擇： ① 反滲透預(yù)處理的必要性：反滲透的預(yù)處理是為了保證膜組件良好的設(shè)計性能和長時間的安全穩(wěn)定運(yùn)行、保證膜的使用壽命。(2) 滲透壓：是指某溶液在自然滲透過程中，濃溶液液面不斷升高，稀溶液液面相應(yīng)降低，直到兩側(cè)形成的水柱壓力抵消了水分子的遷移，溶液兩側(cè)的液面不再變化，滲透達(dá)到平衡點(diǎn)，此時的液柱高差稱為該溶液的滲透壓。反滲透是目前高純水設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種脫鹽技術(shù)，它的分離對象是溶液中的離子范圍和分子量幾百的有機(jī)物；反滲透（RO）、超過濾（UF）、微孔膜過濾（MF）和電滲析（EDI）技術(shù)都屬于膜分離技術(shù)。反滲透自動控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計目 錄摘要 1Abstract 2目 錄 31 引言 5 設(shè)計背景 5 反滲透系統(tǒng)發(fā)展概況 7 8 9 102反滲透系統(tǒng)工藝流程 123 反滲透水處理系統(tǒng)硬件設(shè)計 14 可編程控制器PLC系統(tǒng)模塊設(shè)計 14 PLC簡介 14 PLC控制功能的選擇 16 PLC選型（西門子S7200） 17 模擬量I/O模塊的種類 18 PLC輸入、輸出電路 19 控制電路設(shè)計 21 變頻器簡介 21 變頻器的選型 22 25 29 29 主電路設(shè)計 30 31 34 34 36 兩線制和四線制儀表的接線區(qū)別 3控制原理、通訊 38 38 384 系統(tǒng)軟件設(shè)計 39 系統(tǒng)軟件設(shè)計概述 39 39 40 PID控制設(shè)計 40 PID控制原理 40 PID控制器的參數(shù)整定 41 PID的反饋邏輯 42 P、I、D參數(shù)調(diào)整原則 42 42 STEP 7 44 STEP7 概述 44 STEP7硬件組態(tài)與參數(shù)設(shè)計 44 PLC控制程序 46 47 SIMATIC WinCC 簡介 47 51 545 結(jié)論 58致謝 59參考文獻(xiàn) 60附錄 611 引言反滲透技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)和最節(jié)能有效的膜分離技術(shù)。二級反滲透裝置是借助壓力使水分子強(qiáng)迫透過對水分子有選擇透過作用的反滲透膜，即是反滲透凈水的原理，這種裝置為反滲透裝置根椐各種物料的不同滲透壓，可以大于滲透壓的反滲透法進(jìn)行分離、提取、純化和濃縮。(3) 反滲透：滲透平衡時，如果在濃溶液側(cè)施加一個壓力，那么濃側(cè)的溶劑會在壓力作用下向淡水一側(cè)滲透，這個滲透由于與自然滲透相反，故叫反滲透（RO）。② 反滲透預(yù)處理解決的問題：解決反滲透系統(tǒng)的污堵結(jié)垢和膜本身發(fā)生化學(xué)變化。 反滲透系統(tǒng)的配置(7) 反滲透系統(tǒng)的設(shè)計步驟：① 考慮進(jìn)水水源、水質(zhì)，進(jìn)水和產(chǎn)水流量以及所需的產(chǎn)水水質(zhì)。 ⑤ 計算所需的元件數(shù)量。 ⑨ 分析和優(yōu)化膜系統(tǒng)。1854年，Graham通過對動物膀胱的一系列演示實驗。1861年，Gramer等人通過進(jìn)一步實驗，提出了透過與非透過的機(jī)理在于膜的孔徑。而且他第一次在報告中使用了“超濾”(Uhrafiltration)一詞。1935年，Groy開始引出了離子具有主動遷移(active transport)的概念。1950年，Juda論證了從電解質(zhì)水溶液中分離水和電解質(zhì)的可能性，并用人工合成的方法制得了第一張離子交換膜，促進(jìn)了電滲析技術(shù)的發(fā)展。1954年，世界上第一臺離子交換膜電滲析的工業(yè)裝置在美國誕生。同年，Loeb和Milstein用他們研制成功的醋酸纖維索反滲透膜研究并組裝成功第一個實驗室規(guī)模的板框式反滲透膜裝置。因此我國對反滲透的開發(fā)與國外起步時間相差不大。反滲透技術(shù)最初只用于海水淡化，后來逐步擴(kuò)大到苦咸水淡化、食品加工、醫(yī)藥衛(wèi)生、飲料凈化、超純水制備等方面，產(chǎn)生了很高的經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)反滲透應(yīng)用始于70年代后期，最早多限于電子、半導(dǎo)體純水，80年代以后逐漸擴(kuò)大到電力及其它工業(yè)，90年代起在飲用水處理方面獲得普及，現(xiàn)在反滲透已進(jìn)入到家庭飲用純水?？v觀國內(nèi)反滲透應(yīng)用市場，有以下幾個特點(diǎn)：據(jù)不完全統(tǒng)計，我國已建成和在建的100噸/小時以上的反滲透裝置已超過50套，但除少數(shù)電子等行業(yè)以外，大多數(shù)都集中于鍋爐補(bǔ)給水用途。、小規(guī)模在國外，1000～10000噸/小時規(guī)模的超大型反滲透或納濾裝置多用于城市供水系統(tǒng)，而國內(nèi)在飲用水用途的反滲透裝置還都是數(shù)十噸/小時以下的中、小規(guī)模。我國從60年代中期開始研制反滲透膜，與國外起步時間相距不遠(yuǎn)，但由于原材料及基礎(chǔ)工業(yè)條件限制，生產(chǎn)的膜元件性能偏低，生產(chǎn)成本高，還沒有形成規(guī)?；a(chǎn)。最近三年是反滲透應(yīng)用大發(fā)展階段。最早是火力發(fā)電廠，后來擴(kuò)展到煉油、石化、化肥、化工等行業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和膜技術(shù)的普及，這一領(lǐng)域的應(yīng)用前景很大。其準(zhǔn)確定義到目前為止，學(xué)術(shù)界還沒有一個統(tǒng)一的解釋，這里暫表達(dá)為：(1) NF膜介于RO與UF膜之間，對NaCl的脫除率在90%以 下，RO膜幾乎對所有的溶質(zhì)都有很高的脫除率，但NF膜 只對特定的溶質(zhì)具有高脫除率；(2) NF膜主要去除直徑為1個納米(nm)左右的溶質(zhì)粒子，截留 分子量為100～1000，在飲用水領(lǐng)域主要用于脫除三鹵甲 烷中間體、異味、色度、農(nóng)藥、合成洗滌劑，可溶性有機(jī) 物、Ca、Mg等硬度成分及蒸發(fā)殘留物質(zhì)。鑒于國內(nèi)許多科研及使用單位對納濾膜不如反滲透膜那樣熟悉，現(xiàn)將國外主要的納濾膜及其性能列于表3和表4，以供參考。(2) 飲用水中有害物質(zhì)的脫除傳統(tǒng)的飲用水處理主要通過絮凝、沉降、砂濾和加氯消毒來去除水中的懸濁物和細(xì)菌，而對各種溶解性化學(xué)物質(zhì)的脫除作用很低。納濾膜由于本身的性能特點(diǎn)，故十分適用于此用途的應(yīng)用。大量工業(yè)裝置的運(yùn)行實踐表明，納濾膜可用于脫除河水及地下水中含有的三鹵甲烷中間體THM（加氯消毒時的副產(chǎn)物為致癌物質(zhì)）、低分子有機(jī)物、農(nóng)藥、異味物質(zhì)、硝酸鹽、硫酸鹽、氟、硼、砷等有害物質(zhì)。(4) 食品、飲料、制藥行業(yè)此領(lǐng)域中的納濾膜應(yīng)用十分活躍，如各種蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、奶類、酒類、醬油、調(diào)味品等的濃縮、精制。(3) 活性碳過濾器：主要用于除去原水中的余氯，以防止余氯對膜的氧化破壞作用；活性炭同時可以部分吸附水中可能存在的有機(jī)物，減少對膜的污染。濃水被濃縮后各種離子濃度將成倍增加，基本上接近于原水濃度的4倍。① 高壓泵為變頻啟動。3 反滲透水處理系統(tǒng)硬件設(shè)計 可編程控制器PLC系統(tǒng)模塊設(shè)計 PLC簡介 (1) PLC基本概念：早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLC)，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。 PLC的基本結(jié)構(gòu)(2) PLC的工作過程：PLC上電后，就在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，周而復(fù)始地按固定順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行，這個過程實質(zhì)上是一個不斷循環(huán)的順序掃描過程。 ② 與編程器交換信息任務(wù)。一般大中型PLC多為雙處理器系統(tǒng)，一個是字節(jié)處理器(CPU)，另一個是數(shù)字處理器(DPU) ，在一般小型PLC中是沒有這個任務(wù)的。系統(tǒng)的全部控制功能都在這一任務(wù)中實現(xiàn)。只有程序進(jìn)行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。⑥ 由于采用集中采樣、集中輸出的方式。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。通信功能大中型可編程邏輯控制器系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議(如TCP/IP)，需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)(TCP/IP)相連接。編程功能離線編程方式：可編程邏輯控制器和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常采用。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。從實時性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。綜上所述，再結(jié)合實際情況，為便于今后系統(tǒng)的改造或者升級，需要留出一定的I/O點(diǎn)以做擴(kuò)展使用。各種單獨(dú) 西門子PLC的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。具備強(qiáng)大的通信功能，S7200 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。因此S7200系列具有極高的性能/價格比。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。3. 13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。S7200的工作模式:S7200系列PLC有3中工作模式，即RUN，STOP和TERM模式。TERM模式：是一種暫態(tài)，可以用程序?qū)ERM轉(zhuǎn)換為RUN或STOP狀態(tài)，在現(xiàn)場調(diào)試程序時很有用處。D/A轉(zhuǎn)換器把數(shù)字輸出量轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。S7200PLC主要有2種數(shù)字量擴(kuò)展模塊：(EM221，16路)(EM223，16路輸入，16路輸出)S7200PLC模擬量擴(kuò)展模塊中的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)均為12位。 (2) 輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現(xiàn)對交流異步電機(jī)的軟起動、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護(hù)等功能。② 節(jié)能：變頻器調(diào)速比傳統(tǒng)的電磁調(diào)速可以節(jié)電25%—80%，具體節(jié)電的多少就要看設(shè)備的不同而不同。③ 控制主板：作用是產(chǎn)生六路驅(qū)動信號來控制逆變模塊，同時也對各保護(hù)信號的各接口信號的處理。⑦ 繼電器或接觸器：作用是當(dāng)主電解電容充電完成以后短接充電電阻而承受主電流。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 ② 平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。以電壓型pwm逆變器為例示出開關(guān)時間和電壓波形。(3) 變頻器與負(fù)載的匹配問題：① 電壓匹配：變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。 (4) 在使用變頻器驅(qū)動高速電機(jī)時，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。綜合以上因素，本系統(tǒng)選用西門子 M430系列。應(yīng)用范圍MICROMASTER 430 變頻器適合用于各種變速驅(qū)動裝置，由于其靈活性而可以在廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。主要特點(diǎn)??調(diào)試簡單，便捷??采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此組態(tài)特別靈活??具有6 個可編程的帶電位隔離的數(shù)字輸入??2 個模擬輸入(0V 至10V，0mA 至20mA ，可標(biāo)定)它們也可以作為第7/8 個數(shù)字輸入使用??2 個可編程的模擬輸出(0mA至20mA)??3 個可編程的繼電器輸出(30V 直流5A，電阻性負(fù)載；250V 交流/2A，電感性負(fù)載)??由于采用較高的脈沖開關(guān)頻率，電動機(jī)運(yùn)行的噪聲很小 (在開關(guān)頻率較高的情況下，額定輸出功率要降格使用)??完善的電動機(jī)和變頻器保護(hù)功能??基于PID—控制器對三個附加傳動裝置的控