專利名稱：基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膜分離技術(shù)和水處理領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種基于膜結(jié)構(gòu)參 數(shù)模型的超濾自動控制方法，本發(fā)明還涉及應(yīng)用該控制方法進行控制的超濾系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超濾膜污染是造成產(chǎn)水水量下降或過濾壓力增加的主要原因。防治超濾膜污染主 要通過1)膜材料改性，即通過一定方法將超濾膜材料改性以延緩膜污染。如對膜表面的 親疏水性的改性、對膜表面荷電荷的改性和對膜表面粗糙度的改變。2)對原水進行預(yù)處理， 即在原水超濾前向?qū)ζ溥M行某種預(yù)處理，通過改變原水性質(zhì)，可以減輕膜負荷和膜污染。如 以混凝、活性炭、預(yù)氧化等預(yù)處理工藝防止膜化學(xué)損傷、去除膜污染物質(zhì)和抑制膜污染物質(zhì) 在膜面附著，延續(xù)膜污染、強化膜分離效果。3)優(yōu)化膜操作條件，即對操作壓力、反洗壓力、 反洗時間、快洗壓力、快洗時間、錯流流速、進水方式等進行合理設(shè)置。在膜材質(zhì)一定，進水 預(yù)處理工藝參數(shù)確定的條件下，如何優(yōu)化反洗時間和快洗時間對于保證超濾正常運行，保 障超濾產(chǎn)水水質(zhì)和延長超濾膜使用壽命都有重要意義。目前大多數(shù)超濾系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)均采用定時間或定壓力進行反洗、快洗，即 不管進水水質(zhì)或是操作條件如何變化，均在一定時間的過濾階段結(jié)束時進行確定時間的反 洗和快洗或是控制跨膜壓差達到一定數(shù)值時啟動確定時間的反洗和快洗。而定時間或定壓 力的反洗和快洗方式對于消除膜污染具有盲目性。事實上，由于進水水質(zhì)的變化和污染物在膜孔內(nèi)和表面上的阻塞、吸附等因素的 影響，超濾膜的過濾性能隨過濾進行而衰減直至進行化學(xué)清洗。這種衰減主要表現(xiàn)為通量 的下降或是跨膜壓差的升高。為保證超濾過程處在最優(yōu)操作條件下運行以有效控制膜污染，需要對超濾過程進 行更完整的系統(tǒng)控制。而基于膜孔徑變化和膜孔密度變化建立的膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型顯示出了 較好的參數(shù)響應(yīng)能力，即超濾進水水質(zhì)發(fā)生變化時模型擬合所得參數(shù)隨之變化。這無疑使 得應(yīng)用該模型的自動控制系統(tǒng)更科學(xué)、更高效、更實用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控制系統(tǒng)及其控制方法，即應(yīng) 用膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型對超濾系統(tǒng)進行自動控制，解決現(xiàn)有技術(shù)中定時間或定壓力對超濾系統(tǒng) 進行反洗和快洗的盲目性而造成的產(chǎn)水浪費和電力耗費，實現(xiàn)超濾系統(tǒng)的更科學(xué)、更高效 運行。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的，基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控 制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括—工控機，設(shè)置有組態(tài)王和MATLAB軟件；用于遠程自動控制和模型擬合；——控制柜，設(shè)置有PLC、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊與變 頻器；用于收集系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)并與工控機進行數(shù)據(jù)交換；
—手動控制面板，設(shè)置有萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕和指示燈；用于手動控制模式下執(zhí) 行控制程序；—設(shè)備與儀表，包括中空纖維膜組件及分別與中空纖維膜組件管線連接的原水 水箱、預(yù)過濾器，反洗水箱和藥洗水箱；及設(shè)置在所述設(shè)備之間連通管線上的水泵、電磁閥、 電磁流量計、壓力變送器和溫度變送器；用于系統(tǒng)在自動控制模式下或手動控制模式下完 成過濾、反洗、快洗、藥洗過程；工控機與控制柜相連，控制柜分別與手動控制面板、設(shè)備與儀表相連。系統(tǒng)過濾時，原水水箱中的原水經(jīng)進水水泵加壓，依次經(jīng)過預(yù)過濾器、溫度變送 器、電磁流量計I、進水電磁閥和壓力變送器I管線連通進入中空纖維膜組件，膜分離后的 產(chǎn)水經(jīng)過壓力變送器III、電磁流量計II和產(chǎn)水電磁閥管線連通進入反洗水箱；膜分離后的 濃水經(jīng)過管線連通至壓力變送器II和錯流電磁閥排出。系統(tǒng)反洗時，反洗水箱中的反洗水經(jīng)反洗水泵加壓，依次經(jīng)過反洗電磁閥、電磁流 量計II和壓力變送器III管線連通進入中空纖維膜組件，反洗污水經(jīng)管線連通至排污電磁閥 II排出。系統(tǒng)快洗時，原水水箱中的原水經(jīng)進水水泵加壓，依次經(jīng)過預(yù)過濾器、溫度變送 器、電磁流量計I、進水電磁閥和壓力變送器I管線連通進入中空纖維膜組件，快洗污水經(jīng) 管線連通至排污電磁閥I排出。系統(tǒng)藥洗時，藥洗水箱中的藥洗液經(jīng)藥洗泵加壓，依次經(jīng)過藥洗電磁閥和壓力變 送器I管線連通進入中空纖維膜組件，藥洗液經(jīng)兩路回流至藥洗水箱進行循環(huán)；其中一路 經(jīng)壓力變送器III、電磁流量計II和回流電磁閥I管線連通回流至藥洗水箱，另一路經(jīng)過壓 力變送器II和回流電磁閥II管線連通回流至藥洗水箱。本發(fā)明還給出了基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控制方法，在自動控制模式下， 通過以下步驟實現(xiàn)超濾系統(tǒng)的過濾、反洗、快洗1)在工控機的組態(tài)王上設(shè)定指令和參數(shù)，并將該指令和參數(shù)值發(fā)送給PLC ；2)控制柜中的PLC接收組態(tài)王的指令和參數(shù)并執(zhí)行過濾程序； 3)PLC數(shù)字量 輸出端驅(qū)動繼電器，分別打開進水電磁閥，產(chǎn)水電磁閥和錯流電磁閥，其他閥門關(guān)閉；4) PLC通過變頻器控制進水水泵啟動，原水經(jīng)過預(yù)過濾器做預(yù)處理；5)經(jīng)過預(yù)處理的原水通過中空纖維膜組件進行膜過濾，產(chǎn)水進入反洗水箱；濃水 通過錯流電磁閥排出；同時，電磁流量計I，電磁流量計II，壓力變送器I，壓力變送器II， 壓力變送器III，溫度變送器連接到模擬量輸入模塊，通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換將系統(tǒng)的溫度、流 量的和壓力數(shù)據(jù)實時傳遞給組態(tài)王；6)組態(tài)王存儲過濾階段的壓力、流量數(shù)據(jù)；7)MATLAB調(diào)用膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型并進行數(shù)據(jù)調(diào)用、計算、擬合、可視化和擬合結(jié)果存 儲；8)PLC調(diào)用步驟7)的結(jié)果，計算出反洗、快洗時間；9)PLC數(shù)字量輸出端驅(qū)動繼電器，分別打開反洗電磁閥和排污電磁閥II，進行反 洗、快洗；10)反洗水泵在變頻器控制下啟動，按照PLC計算所得的時間進行反洗；11)電磁流量計II，壓力變送器III連接到模擬量輸入模塊，通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換將系統(tǒng)的流量和壓力數(shù)據(jù)實時傳遞給組態(tài)王；12)反洗結(jié)束后，反洗水泵停止運行，關(guān)閉反洗電磁閥，排污電磁閥II，打開進水電 磁閥和排污電磁閥I；13)進水水泵在變頻器控制下啟動，按照PLC計算所得的時間進行快洗，快洗結(jié)束 時，進水水泵停止運行，關(guān)閉相應(yīng)系統(tǒng)閥門。必要時，超濾系統(tǒng)進行過濾、反洗和快洗后，還要對超濾系統(tǒng)進行藥洗，即在自動 控制模式下，按照如下步驟進行 1)組態(tài)王發(fā)送藥洗指令和相關(guān)參數(shù)給PLC，PLC接收指令并執(zhí)行藥洗程序；2)PLC數(shù)字量輸出端驅(qū)動繼電器，打開藥洗電磁閥、回流電磁閥I和回流電磁閥 II ；3)藥洗泵在變頻器控制下啟動，按照組態(tài)王設(shè)定的時間進行藥洗；4)壓力變送器I、電磁流量計II、壓力變送器II和壓力變送器III連接到模擬量輸 入模塊，通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換記錄系統(tǒng)的流量、壓力數(shù)據(jù)并實時傳遞給組態(tài)王；5)藥洗結(jié)束時，藥洗泵停止運行，關(guān)閉藥洗電磁閥、回流電磁閥I和回流電磁閥 II。上述方法給出的是在自動控制模式下的方法步驟，本發(fā)明控制方法或在在手動控 制模式下，通過手動控制面板上的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕對數(shù)字量輸入模塊輸入指令實現(xiàn)現(xiàn) 場的過程控制，完成相應(yīng)的過濾、反洗、快洗、藥洗。系統(tǒng)運行過程(過濾、反洗、快洗、藥洗) 的狀態(tài)由數(shù)字量輸出模塊驅(qū)動指示燈進行狀態(tài)指示。本發(fā)明基于流體力學(xué)原理建立的膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型對超濾過程進行系統(tǒng)控制，其經(jīng) 過組態(tài)王與MATLAB的數(shù)據(jù)交換與擬合，科學(xué)分析后進行的過程控制更具有針對性。在線反 洗和在線快洗又使得調(diào)控更加及時。最終實現(xiàn)了超濾的最優(yōu)化和穩(wěn)定運行，保障了產(chǎn)水水 質(zhì)，有效控制了膜污染，延長了超濾膜使用壽命。


圖1是本發(fā)明控制方法原理示意圖。圖2是超濾系統(tǒng)工藝過程示意圖。圖中1、原水水箱；2進水水泵；3、預(yù)過濾器；4溫度變送器；5、電磁流量計I ；6、 進水電磁閥；7、壓力變送器I ；8、排污電磁閥1 ；9、藥洗水箱；10、藥洗水泵；11、藥洗電磁 閥；12、中空纖維膜組件；13、壓力變送器II ；14、壓力變送器III ；15、電磁流量計II ；16、產(chǎn)水 電磁閥；17、反洗電磁閥；18、反洗水泵；19、反洗水箱；20、排污電磁閥II ；21、錯流電磁閥； 22、回流電磁閥I ；23、回流電磁閥II。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖1所示，該基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控制系統(tǒng)包括工柜機，控制柜， 手動控制面板和設(shè)備與儀表，其中工控機設(shè)置有組態(tài)王和MATLAB軟件；用于遠程自動控 制和模型擬合；控制柜設(shè)置有PLC、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊與 變頻器；用于收集系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)并與工控機進行數(shù)據(jù)交換；手動控制面板設(shè)置有萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕和指示燈；用于手動控制模式下執(zhí)行控制程序；設(shè)備與儀表(見圖2所示)包括 中空纖維膜組件12及分別與中空纖維膜組件12管線連接的原水水箱1、預(yù)過濾器3，反洗 水箱19和藥洗水箱9 ；及設(shè)置在所述設(shè)備之間連通管線上的水泵、電磁閥、電磁流量計、壓 力變送器和溫度變送器；用于系統(tǒng)在自動控制模式下或手動控制模式下完成過濾、反洗、快 洗、藥洗過程；系統(tǒng)中工控機與控制柜相連，控制柜分別與手動控制面板、設(shè)備與儀表相連。如圖2所示，給出了控制系統(tǒng)的各設(shè)備儀表的安裝結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)通過下述 工藝完成超濾系統(tǒng)的過濾、反洗、快洗和藥洗過程。系統(tǒng)過濾時，原水水箱1中的原水經(jīng)進水水泵2加壓，依次經(jīng)過預(yù)過濾器3，溫度變 送器4，電磁流量計I 5，進水電磁閥6，壓力變送器I 7，經(jīng)管線連通中空纖維膜組件12，膜 分離后的產(chǎn)水經(jīng)過壓力變送器III14，電磁流量計II 15，產(chǎn)水電磁閥16管線連通進入反洗水 箱19 ；膜分離后的濃水經(jīng)過管線連通至壓力變送器II 13和錯流電磁閥21排放。系統(tǒng)反洗時，反洗水箱19中的反洗水經(jīng)反洗水泵18加壓，依次經(jīng)過反洗電磁閥 17，電磁流量計II 15，壓力變送器III 14管線連通進入中空纖維膜組件12，反洗污水經(jīng)管線 連通至排污電磁閥II 20排放。系統(tǒng)快洗時，原水水箱1中的原水經(jīng)進進水水泵2加壓，依次經(jīng)過預(yù)過濾器3，溫 度變送器4，電磁流量計I 5，進水電磁閥6，壓力變送器I 7管線連通進入中空纖維膜組件 12，快洗污水經(jīng)管線連通至排污電磁閥I 8排放。系統(tǒng)藥洗時，藥洗水箱9中的藥洗液經(jīng)藥洗泵10加壓，依次經(jīng)過藥洗電磁閥11，壓 力變送器I 7進入中空纖維膜組件12，藥洗液經(jīng)兩路回流至藥洗水箱9進行循環(huán)；其中一 路經(jīng)壓力變送器III14、電磁流量計II 15和回流電磁閥I 22管線連通回流至藥洗水箱9，另 一路經(jīng)過壓力變送器II 13和回流電磁閥II 23管線連通回流至藥洗水箱9。以下通過給出的基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控制方法來進一步說明本發(fā)明 系統(tǒng)的控制過程。結(jié)合圖1及圖2所示，在自動控制模式下，通過下述步驟實現(xiàn)超濾系統(tǒng)的 過濾、反洗、快洗1)在工控機的組態(tài)王上設(shè)定指令和參數(shù)，并將該指令和參數(shù)值發(fā)送給PLC ；2)控制柜中的PLC接收組態(tài)王的指令和參數(shù)并執(zhí)行過濾程序；3) PLC數(shù)字量輸出端驅(qū)動繼電器，分別打開進水電磁閥6，產(chǎn)水電磁閥16和錯流電 磁閥21，其他閥門關(guān)閉；4) PLC通過變頻器控制進水水泵2啟動，原水經(jīng)過預(yù)過濾器3做預(yù)處理；5)經(jīng)過預(yù)處理的原水通過中空纖維膜組件12進行膜過濾，產(chǎn)水進入反洗水箱19 ； 濃水通過錯流電磁閥21排出；同時，電磁流量計I 5、電磁流量計II 15、壓力變送器I 7、壓 力變送器II 13、壓力變送器III 14和溫度變送器4連接到模擬量輸入模塊，通過PLC的A/D 轉(zhuǎn)換將系統(tǒng)的溫度、流量的和壓力數(shù)據(jù)實時傳遞給組態(tài)王；6)組態(tài)王存儲過濾階段的壓力、流量數(shù)據(jù)；7)MATLAB調(diào)用膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型并進行數(shù)據(jù)調(diào)用、計算、擬合、可視化和擬合結(jié)果存 儲；8)PLC調(diào)用步驟7)的結(jié)果，計算出反洗、快洗時間；9)PLC數(shù)字量輸出端驅(qū)動繼電器，分別打開反洗電磁閥17和排污電磁閥II 20，進 行反洗、快洗；
10)反洗水泵18在變頻器控制下啟動，按照PLC計算所得的時間進行反洗；11)電磁流量計II 15，壓力變送器III 14連接到模擬量輸入模塊，通過PLC的A/D 轉(zhuǎn)換將系統(tǒng)的流量和壓力數(shù)據(jù)實時傳遞給組態(tài)王；12)反洗結(jié)束后，反洗水泵18停止運行，關(guān)閉反洗電磁閥17，排污電磁閥II 20，打 開進水電磁閥6和排污電磁閥I 8 ；13)進水水泵2在變頻器控制下啟動，按照PLC計算所得的時間進行快洗，快洗結(jié) 束時，進水水泵2停止運行，關(guān)閉相應(yīng)系統(tǒng)閥門。系統(tǒng)在必要時要對超濾系統(tǒng)進行藥洗，即在自動控制模式下，按照如下步驟進 行1)組態(tài)王發(fā)送藥洗指令和相關(guān)參數(shù)給PLC，PLC接收指令并執(zhí)行藥洗程序；2)PLC數(shù)字量輸出端驅(qū)動繼電器，打開藥洗電磁閥11、回流電磁閥I 22和回流電 磁閥II 23 ；3)藥洗泵10在變頻器控制下啟動，按照組態(tài)王設(shè)定的時間進行藥洗；4)壓力變送器I 7、電磁流量計II 15、壓力變送器II 13和壓力變送器III14連接到 模擬量輸入模塊，通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換記錄系統(tǒng)的流量、壓力數(shù)據(jù)并實時傳遞給組態(tài)王；5)藥洗結(jié)束時，藥洗泵11停止運行，關(guān)閉藥洗電磁閥11、回流電磁閥I 22和回流 電磁閥II 23。本發(fā)明還設(shè)置了手動控制面板，即在手動控制模式下也能完成過濾、反洗、快洗、 藥洗過程。見圖1所示，在手動控制模式下，通過手動控制面板上的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕對 數(shù)字量輸入模塊輸入指令實現(xiàn)現(xiàn)場的過程控制，完成相應(yīng)的過濾、反洗、快洗、藥洗。系統(tǒng)運 行過程(過濾、反洗、快洗、藥洗)的狀態(tài)由數(shù)字量輸出模塊驅(qū)動指示燈進行狀態(tài)指示。本發(fā)明控制系統(tǒng)通過工控機在自動控制模式下設(shè)定指令和參數(shù)并實現(xiàn)與控制柜 的實時數(shù)據(jù)交換；控制柜接收工控機組態(tài)王的指令和參數(shù)并執(zhí)行控制程序；手動控制面板 手動控制模式下執(zhí)行控制程序；設(shè)備與儀表在手動或自動控制模式下完成過濾、反洗、快 洗、藥洗過程。并且其控制方法應(yīng)用PLC采集超濾流量、壓力數(shù)據(jù)，組態(tài)王實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存、用 MATLAB進行數(shù)據(jù)擬合，計算出最優(yōu)反洗和快洗時間，再由PLC調(diào)用計算結(jié)果，進行反洗和快 洗。本發(fā)明的系統(tǒng)科學(xué)、有效、實用，避免了傳統(tǒng)超濾系統(tǒng)定時間或定壓力反洗、快洗的盲目 性，使得膜污染的控制更加及時、有效。
權(quán)利要求
基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括——工控機，設(shè)置有組態(tài)王和MATLAB軟件；用于遠程自動控制和模型擬合；——控制柜，設(shè)置有PLC、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊與變頻器；用于收集系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)并與工控機進行數(shù)據(jù)交換；——手動控制面板，設(shè)置有萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕和指示燈；用于手動控制模式下執(zhí)行控制程序；——設(shè)備與儀表，包括中空纖維膜組件(12)及分別與中空纖維膜組件(12)管線連接的原水水箱(1)、預(yù)過濾器(3)，反洗水箱(19)和藥洗水箱(9)；及設(shè)置在所述設(shè)備之間連通管線上的水泵、電磁閥、電磁流量計、壓力變送器和溫度變送器；用于系統(tǒng)在自動控制模式下或手動控制模式下完成過濾、反洗、快洗、藥洗過程；工控機與控制柜相連，控制柜分別與手動控制面板、設(shè)備與儀表相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控制系統(tǒng)，其特征在于所 述系統(tǒng)過濾為原水水箱(1)中的原水經(jīng)進水水泵(2)加壓，依次經(jīng)過預(yù)過濾器(3)、溫度變 送器(4)、電磁流量計I (5)、進水電磁閥(6)和壓力變送器I (7)管線連通進入中空纖維 膜組件(12)，膜分離后的產(chǎn)水經(jīng)過壓力變送器III (14)、電磁流量計II (15)和產(chǎn)水電磁閥 (16)管線連通進入反洗水箱(19)；膜分離后的濃水經(jīng)過管線連通至壓力變送器II (13)和 錯流電磁閥(21)排出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控制系統(tǒng)，其特征在于所 述系統(tǒng)反洗為反洗水箱(19)中的反洗水經(jīng)反洗水泵(18)加壓，依次經(jīng)過反洗電磁閥(17)、 電磁流量計II (15)和壓力變送器III (14)管線連通進入中空纖維膜組件(12)，反洗污水經(jīng) 管線連通至排污電磁閥II (20)排出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控制系統(tǒng)，其特征在于所 述系統(tǒng)快洗為原水水箱(1)中的原水經(jīng)進水水泵(2)加壓，依次經(jīng)過預(yù)過濾器(3)、溫度變 送器(4)、電磁流量計I (5)、進水電磁閥(6)和壓力變送器I (7)管線連通進入中空纖維 膜組件(12)，快洗污水經(jīng)管線連通至排污電磁閥I (8)排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控制系統(tǒng)，其特征在于所 述系統(tǒng)藥洗為藥洗水箱(9)中的藥洗液經(jīng)藥洗泵(10)加壓，依次經(jīng)過藥洗電磁閥(11)和 壓力變送器I (7)管線連通進入中空纖維膜組件(12)，藥洗液經(jīng)兩路回流至藥洗水箱(9) 進行循環(huán)；其中一路經(jīng)壓力變送器III (14)、電磁流量計II (15)和回流電磁閥I (22)管線 連通回流至藥洗水箱(9)，另一路經(jīng)過壓力變送器II (13)和回流電磁閥II (23)管線連通回 流至藥洗水箱(9)。
6.基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控制方法，其特征在于在自動控制模式下，通過 以下步驟實現(xiàn)超濾系統(tǒng)的過濾、反洗、快洗1)在工控機的組態(tài)王上設(shè)定指令和參數(shù)，并將該指令和參數(shù)值發(fā)送給PLC；2)控制柜中的PLC接收組態(tài)王的指令和參數(shù)并執(zhí)行過濾程序；3)PLC數(shù)字量輸出端驅(qū)動繼電器，分別打開進水電磁閥(6)、產(chǎn)水電磁閥(16)和錯流電 磁閥(21)，其他閥門關(guān)閉；4)PLC通過變頻器控制進水水泵(2)啟動，原水經(jīng)過預(yù)過濾器(3)做預(yù)處理；5)經(jīng)過預(yù)處理的原水通過中空纖維膜組件(12)進行膜過濾，產(chǎn)水進入反洗水箱(19)；濃水通過錯流電磁閥(21)排出；同時，電磁流量計I (5)、電磁流量計II (15)、壓力變送器I(7)、壓力變送器II (13)、壓力變送器III (14)和溫度變送器(4)連接到模擬量輸入模塊， 通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換將系統(tǒng)的溫度、流量的和壓力數(shù)據(jù)實時傳遞給組態(tài)王；6)組態(tài)王存儲過濾階段的壓力、流量數(shù)據(jù)；7)MATLAB調(diào)用膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型并進行數(shù)據(jù)調(diào)用、計算、擬合、可視化和擬合結(jié)果存儲；8)PLC調(diào)用步驟7)的結(jié)果，計算出反洗、快洗時間；9)PLC數(shù)字量輸出端驅(qū)動繼電器，分別打開反洗電磁閥(17)和排污電磁閥II(20)，進 行反洗、快洗；10)反洗水泵(18)在變頻器控制下啟動，按照PLC計算所得的時間進行反洗；11)電磁流量計II(15)、壓力變送器III (14)連接到模擬量輸入模塊，通過PLC的A/D 轉(zhuǎn)換將系統(tǒng)的流量和壓力數(shù)據(jù)實時傳遞給組態(tài)王；12)反洗結(jié)束后，反洗水泵(18)停止運行，關(guān)閉反洗電磁閥(17)和排污電磁閥II(20)，打開進水電磁閥(6)和排污電磁閥I (8)；13)進水水泵(2)在變頻器控制下啟動，按照PLC計算所得的時間進行快洗，快洗結(jié)束 時，進水水泵(2)停止運行，關(guān)閉相應(yīng)系統(tǒng)閥門。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控制方法，其特征在于所 述超濾系統(tǒng)進行過濾、反洗和快洗后，或在自動控制模式下進行藥洗，即按照如下步驟進 行1)組態(tài)王發(fā)送藥洗指令和相關(guān)參數(shù)給PLC，PLC接收指令并執(zhí)行藥洗程序；2)PLC數(shù)字量輸出端驅(qū)動繼電器，打開藥洗電磁閥(11)、回流電磁閥I(22)和回流電 磁閥 II (23)；3)藥洗泵(10)在變頻器控制下啟動，按照組態(tài)王設(shè)定的時間進行藥洗；4)壓力變送器I(7)、電磁流量計II (15)、壓力變送器II (13)和壓力變送器III (14) 連接到模擬量輸入模塊，通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換記錄系統(tǒng)的流量、壓力數(shù)據(jù)并實時傳遞給組態(tài) 王；5)藥洗結(jié)束時，藥洗泵(11)停止運行，關(guān)閉藥洗電磁閥(11)、回流電磁閥I(22)和回 流電磁閥II (23)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控制方法，其特征在于 所述超濾系統(tǒng)進行過濾、反洗、快洗和藥洗過程，或在手動控制模式下進行，通過手動控制 面板上的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕對數(shù)字量輸入模塊輸入指令實現(xiàn)現(xiàn)場的過程控制，系統(tǒng)運行 過程的狀態(tài)由數(shù)字量輸出模塊驅(qū)動指示燈進行狀態(tài)指示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于膜結(jié)構(gòu)參數(shù)模型的超濾自動控制系統(tǒng)和方法，控制系統(tǒng)包括相互連接的工控機、控制柜、手動控制面板及設(shè)備與儀表；工控機在自動控制模式下設(shè)定指令和參數(shù)并實現(xiàn)與控制柜的實時數(shù)據(jù)交換；控制柜接收工控機組態(tài)王的指令和參數(shù)并執(zhí)行控制程序；手動控制面板手動控制模式下執(zhí)行控制程序；設(shè)備與儀表在手動或自動控制模式下完成過濾、反洗、快洗、藥洗過程?？刂品椒☉?yīng)用PLC采集超濾流量、壓力數(shù)據(jù)，組態(tài)王實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存、用MATLAB進行數(shù)據(jù)擬合，計算出最優(yōu)反洗和快洗時間，再由PLC調(diào)用計算結(jié)果，進行反洗和快洗。本發(fā)明系統(tǒng)科學(xué)、有效、實用，避免了傳統(tǒng)超濾系統(tǒng)定時間或定壓力反洗、快洗的盲目性，使得膜污染的控制更加及時、有效。
文檔編號C02F1/44GK101901000SQ20101023421
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者呂永濤, 姚智全, 李貴軍, 王旭東, 王磊 申請人:西安建筑科技大學(xué)