反渗透水处理系统设计

什么是反渗透水，反渗透原理介绍

首先得了解什么是渗透，渗透（osmosis）是水分子经半透膜扩散的现象。它由高水分子区域（即低浓度溶液）渗入低水分子区域（即高浓度溶液），直到半透膜两边浓度平衡（等渗）为止。水分子会经由扩散方式通过半透膜的现象，称为渗透。

反渗透又叫逆渗透（Reverse osmosis、又称RO）。反渗透的原理是利用渗透作用，将清水（低张溶液）和咸水（高张溶液）置于一管中，中间以一支允许水通过的半透膜分隔开来，可见到水从渗透压低（低张溶液）的地方流向渗透压高（高张溶液）的地方。然若在高张溶液处施予力，则可见水由渗透压高的地方流向渗透压低的地方。比正渗透的自然过程，耗费更多的能量。通过反渗透得到的水就是反渗透水。

反渗透水处理系统方案设计

本方案单级反渗透控制系统设备由保安过滤器、纯水箱、清洗水箱、水泵机组、PLC及扩展模块、HMI、变频器、压力传感器、显示仪表、接触器和中间继电器等组成。

反渗透污水处理控制系统原理图

在系统运行时，应该实时查看系统的电导率和ORP(氧化还原电位)，根据此时系统所产生的值来确定加药的计量，使水质达到所需求的标准值。系统向外送水时，PLC会根据管道当前压力的高低(压力传感器反馈的电信号)，去调整变频器的转速。压力传感器所检测到的压力反馈信号和压力设定单元的压力设定信号作对比，并将信号输入PLC，经内部PID控制程序的运算，输出转速控制信号给变频器，控制变频器的运转频率，当变频器运行频率达到频率上限值，而供水压力仍未达到预置值时，则PLC会实现增泵控制，反之则会实现减泵控制，以此实现控制水泵机组转速及运行台数，达到稳定供水压力和节能的目的。当给水压力降低而引起的反渗透出力下降等情况，产品水质降低，就应对其进行化学清洗。清洗时，因根据污水的性质加人相对应的化学清洗试剂。

系统增加了人机界面HMI，操作人员可进行向导式操作，实现参数设置，HMI实时显示系统运行状态及故障，操作方便，简单明了，使系统更加智能化和人性化。

反渗透水处理系统硬件系统设计

反渗透水处理系统主机PLC的选择与设计

根据控制功能需求，本系统所需的I/O点数为10点开关量输入，l0点开关量输出；5点模拟量输入，1点模拟量输出。

综合考虑，选择西门子$7-200系列CPU224(DI14/D010)，一块EM235模拟量输入／输出扩展模块(AI4／AO1)和一块EM23l模拟量输入扩展模块(AI4)。

输入信号	地址	输出信号	地址
进水电磁阀开	I0.0	纯水箱水位上限	Q0.0
进水电磁阀关	I0.1	纯水箱水位下限	Q0.1
高压泵开	I0.2	低压保护	Q0.2
高压泵关	I0.3	高压保护	Q0.3
故障报警	I0.4	清洗泵接触器有效	Q0.4
清洗电磁阀开	I0.5	高压泵接触器有效	Q0.5
纯水箱开	I0.6	变频器故障	Q0.6
备用	I0.7	备用	Q0.7
备用	I1.0	反渗透电导率变送器	AIW0
备用	I1.1	反渗透流量变送器1	AIW2
备用	I1.2	反渗透流量变送器2	AIW4
		反渗透压力传送器	AIW6
		PH/ORP变送器	AIW8
		去变频器端	AQW0

PLC I/O地址分配表

反渗透水处理系统其他硬件选择

选择功率37KW水泵1台

选择电动机2功率18．5KW水泵3台

变频器1台

人机界面l台

压力传感器1个

流量变送器2个

ORP变送器1个

电导率变送器1个

反渗透水处理系统软件系统设计

反渗透水处理系统PLC程序设计

程序主要分为主程序和子程序两大部分。主程序主要编写泵的启停、手动／自动选择、进入子程序。子程序分为：手动子程序、自动子程序、模拟量计算子程序、故障子程序和变频PID计算子程序等。

反渗透水处理系统手动模式

系统上电后，开RO进水阀到位(启阻垢剂、还原剂计量泵)→开RO浓排阀到位→启超滤产水泵(过滤器有水排除时关排空阀，浓水流量稳定)→启高压泵(正常压力应≥0．05Mpa，如果小于则关机，原由：1)可能滤芯被污垢堵住，需更换；2)人为的转动进水和浓水调节阀，需重新调试。(40秒后))→关RO浓排阀。流程图见图

手动模式流程图

RO设备每运行1小时开浓排阀1分钟。RO关机时，先开浓排阀→(40秒后)→关高压泵→关RO泵(超滤产水泵)→关RO进水阀→关RO浓排阀→打开保安过滤器排气。

反渗透水处理系统自动模式

高压泵、反渗透皆存远程位、HMI无停止信号、系统无故障发生，此时启动反渗透运行信号。为防止工作人员误操作，添加高压泵及反渗透远程按钮的白保功能。

打开反渗透进水电动阀(同时打开阻垢剂和还原剂汁量泵)→进水阀开到位→启动原水泵并且延时40S→启超滤产水泵(过滤器有水排除时关排空阀，浓水流量稳定)→启动高压泵及浓水排放阀(进行开机冲洗)，冲洗时间到→反渗透运行时间到设定时间，第二次冲洗→关RO浓排阀。

两次的冲洗时及反渗透运行时间可根据实际情况在HMI触摸屏设定。运行标志和运行时问到进行时间累计清零。

自动流程图

反渗透水处理系统模拟量计算程序

方法：探头传给仪表电信号，仪表相对应显示读数，根据设定的量程与所采集的电信号，箅出当前的实际值。

1. 反渗透电导率，供观察和检测水质。

2. 反渗透流，供观察和检测实际流量情况，方便及时调整。

3. ORP(氧化还原电位)，供观察和检测水质。

4. 液位变送器采集值与设定值作比较；实际值≥设定值，反渗透处下高液位状态。当实际值≤设定值，反渗透处于低液位状态。

反渗透水处理系统故障程序

系统故障时，输出报警信号到蜂鸣器。

反渗透水处理系统变频PID控制

压力反馈信号和压力设定单元的压力设定信号做对比，并将信号输入PLC，经内部PID控制程序的运算，输出转速控制信号给变频器，控制变频器的运转频率，但变频器运行频率达到频率上限，则PLC会实现增泵控制，反之则会实现减泵控制，以此实现控制水泵机组转速及运行台数，达到稳定供水压力和节能目的。

反渗透水处理系统人机界面HMI程序设计

本系统操作者可以通过人机交互界面设定运行参数和远程设备的启停，实现监控进水阀、排放阀、高压阀、外送泵等远程设备运行状态和故障信息。

反渗透水处理设备工艺流程图

反渗透水处理系统总结

和传统的反渗透水处理系统系统相比，本案例反渗透水处理系统设计利用PLC控制变频器进行PID运算，在稳定供水压力和节能的基础上，根据被处理水的水质情况，给出合适的反渗透预处理工艺，反渗透膜组建以及反渗透系统的操作条件，从而提高反渗透水处理系统对于污水的处理效率，并延长反渗透膜的使用寿命。控制设备结合HMI人机界面的使用，实时显示系统运行状态机鼓掌情况，使系统更加智能化人性化。