反渗透水处理系统工程，反渗透水处理系统的网络结构及软硬件设计

很多朋友对反渗透水处理系统工程，反渗透水处理系统的网络结构及软硬件设计不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

1.PROFIBUS现场总线简介PROFIBUS现场总线是一种数字化、双向传输、多分支的通信网络，用于工业现场，连接智能现场设备和自动化系统。其中，PROFIBUS现场总线标准是开放的，不依赖于厂商的通信系统标准。因此，它被广泛应用于各种工业控制中。

PROFIBUS是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。PROFIBUS系列由分布式和外围设备PROFIBUS-DP(分散外围设备)、消息规范PROFIBUS-FMS(现场总线消息外围设备)和过程自动化PROFIBUS-PA(过程自动化)组成。

其中，PROFIBUS-DP用于设备级的高速数据传输，中央控制器(如PLC和PC)与分散的现场设备(如I/O、驱动器、阀门等)进行通信。)通过高速串行线路。PROFIBUS-DP具有速度快、即插即用、效率高、成本低等优点。当用于现场层的高速数据传输时，主站周期性地从从设备读取输入信息，并周期性地向从设备发送输出信息。

除了周期性的数据传输，PROFIBUS-DP还提供智能设备配置、诊断和报警处理所需的非周期性通信。

根据国际标准化组织的ISO7498标准，PROFIBUS的协议结构以OSI为参考模型，采用了该模型的物理层和数据链路层，隐藏了第3层到第7层，增加了直接数据连接拟合作为用户接口。用户界面规定了用户、系统和不同设备可以调用的应用功能。2.反渗透水处理系统的组成

反渗透是一种利用膜分离的水处理技术，利用压力差作为动力，通过反渗透将溶液中的溶剂分离出来。随着膜科学研究和制造技术的进步，新膜品种的出现，以及该方法具有节能、无环境污染、易于自动控制、占地面积小、运行费用经济、运行维护和设备维护工作量小等突出优点，反渗透处理技术得到了迅速发展。

但反渗透装置的膜组件是一种精细元件，容易被机械损坏、污染和堵塞，对水质要求较高，用户必须根据水源的水质特点进行合理的预处理。图1是反渗透工艺流程图。该系统的反渗透预脱盐技术改造项目即将投入使用。采用Hyder CPA系列低压反渗透膜，同时使用三套装置，设计产水能力为360t/h，三套装置也可独立运行。

目前，该项目是西北地区最大的反渗透水处理系统。

整个装置可分为两部分：预处理部分和反渗透部分。

预处理的质量直接影响反渗透运行的效果，所以只能通过多介质过滤进入反渗透装置。先用一台变频器控制三台原水泵(一用一备)集水，原水经过层叠式过滤器即超滤装置过滤一次。原水进入超滤前应满足水温要求。水由热交换器加热，通过加热器出口温度调节蒸汽量，使出口温度自动控制在25度左右。

超滤装置是一种中空纤维超滤膜组件，能有效去除所有悬浮物和微生物。对膜上积累的污染物进行周期性反洗，一般包括普通水反洗、酸反洗、碱反洗、杀菌反洗、气体反洗、化学清洗和完整性检测。反冲洗过程包括前向前冲洗、底部顶部反冲、浸泡和冲洗以及后向前冲洗。超滤可以将原水处理成饮用水。流出物储存在超滤罐中。

在反渗透部分，三台超滤泵也由一台变频器控制集水，以防止预处理泄漏的杂质进入高压泵和反渗透膜元件，造成机械损伤。此外，安全过滤器用于深度过滤。高压泵为进入反渗透膜元件的原水提供足够的压力，以克服渗透压和运行阻力，满足装置的额定流量。反渗透过程包括正常运行、低压冲洗、高压冲洗和排放。3、反渗透水处理系统网络结构

图2是反渗透系统的网络结构。由于系统复杂，涉及的操作点和控制点多，如果采用传统的控制方式，电缆数量会非常多，不经济，维护调试困难。因此，我们采用分散控制、集中监控的PLC集散控制系统，选择PROFIBUS现场总线，通过网络实现工作现场、控制柜和主控制台之间的复杂控制。

整个系统设置为上位机操作站，下位机控制主站和从站。上位机采用IBM西门子工控机和WINCC监控软件实现工艺流程显示。为了提高系统的可靠性，下位机主站采用双冗余的西门子S7-400系统进行实时控制，选用功能强大的CPU414-2DP作为PROFIBUS-DP的网络主站，三套硬件冗余的ET200M作为从站，每套从站包括两个IM153-2接口模块和多个I/O模块。

ET200M通过PROFIBUS专用电缆与S7-400通信，上位机通过以太网与下位机通信。我们使用一对CP通讯卡(CP443-1)来完成数据采集和相互传输。

从图2中，我们可以看到冗余系统由两套PLC控制系统组成。在正常运行期间，A(主PROFIBUS)系统是主系统，B(备用PROFIBUS)系统是备用系统。当主系统A中任何一个部件出现故障时，控制任务会自动切换到备用系统B，此时B系统为主系统，A系统为备用系统。这个切换过程包括电源、CPU、通讯电缆、IM153接口模块的整体切换。

在系统运行过程中，即使任何部件没有出现错误，操作员也可以通过设置控制字在主系统和备用系统之间进行手动切换。

4、硬件配置

控制系统的硬件配置采用西门子公司的STEP7并安装软冗余软件包完成。软冗余硬件配置在硬件对话框中完成主系统和从站(主PROFIBUS)之间的通信链路、备用系统和从站(备用PROFIBUS)之间的通信链路，以及主系统和备用系统(MPI或PROFIBUS)之间的数据同步通信链路。通常，我们使用更快的PROFIBUS网络来同步数据。需要注意的是，硬件配置中每个站点的地址不能重复。

表1是系统组件的PROFIBUS硬件配置表。表2显示了S7-400和上位机之间以太网通信的硬件配置表。

5.软件编程反渗透系统同时使用三套设备，使得程序比较复杂，但是三套设备的原理是一样的，所以我们在编程中采用了模块化编程和多次调用，使得程序结构简单，可读性强。

图3是单个超滤系统的控制逻辑图。每套运行子程序、普通反洗、氯反洗(CEB1)、酸反洗(CEB2)、碱反洗(CEB3)、曝气反洗(AEB)的程序结构相同。我们只在一个集合中为每个进程写FB块，另外两个集合使用同一个进程的FB调用不同的后台数据块，大大减少了编程量。

根据工艺要求，三套设备同时运行时，只能运行一套反洗程序，因此需要通过程序中的中间变量来联锁多套，以满足控制要求。反洗程序由每组操作的次数n触发。为每次反洗设置不同的n值。一般来说，普通反冲洗的值最小。这里，我们假设n值大的优先级高。如果同时触发了两个或多个反冲洗程序，则在编程时应首先反冲洗优先级高的程序。

反渗透部分的程序结构包括运行、高压快速冲洗、排放、低压冲洗和停止。需要注意的是，反渗透部分只能对一套设备进行低压冲洗，当两套设备需要同时进行低压冲洗时，在程序中要按等待处理。

原水泵和超滤水泵的控制是编程的难点，因为工艺要求三台电机(两台用一台备用)由一台变频器控制。在程序中，三台电机被设计成循环启动，使得每台电机在不同的时间都可以成为备用机。根据水箱中的水量控制水泵的启动和停止。当水量较多且两台电机运行时，应先停止频繁运行的电机。

当水箱中的水很低时，需要进行复杂的转换。图4是水箱水位低时变频器的切换流程图。

该程序使用STEP7中的PID模块来控制原水泵和超滤水泵的变频器。根据冗余要求，PID控制应放在定时中断组织块OB35中。一般非冗余程序放在主循环块OB1中，所有冗余程序放在OB35中，进行OB35、OB100(启动调用程序块)和OB86(主从站通信错误引起的调用块)。

在这个系统中，所有泵的控制都需要0.5-1S的脉冲信号，但是在冗余程序中，只能用IEC定时器来产生脉冲信号，而IEC定时器有后台数据块，所以程序中会出现大量的数据块。对于CPU414-2DP，最多只能有512个数据块。所以在FB中大多数定时器都设置在STAT中，既满足了数据块的容量要求，又简化了程序。结论

该系统采用PROFIBUS-DP现场总线，减少了大量布线。大大减少了现场安装调试的工作量，缩短了开发周期，提高了效率。目前，系统已经调试完毕，投入使用后将达到预期效果。PROFIBUS-DP具有数据传输速度快、系统实现简单、可靠性高等优点，将在工业控制网络中得到广泛应用。

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