基于WINCC的水处理自控系统设计-开题报告-文献综述-参考文献

现今社会人民的生活水平的逐渐提高，人们对水的质量要求也越来越高。如今在很多领域都需要纯度极高的水，如固态电子器件、厚膜和薄膜电路、印刷电路、真空管等的制作都要使用超纯水。由于PLC的发展及显而易见的优点, 使其在工业生产过程控制中得到了广泛的应用, PLC控制系统具有安全可靠、功能完善、操作简便等优点从而大大的提高了水处理的自动化水平。本文主要介绍了双级反渗透水处理的发展背景及前景，对其自控系统的控制方式，设备选型进行了阐述。本文给出了双级反渗透水处理系统的主要电路原理图。

本装置主要分为两大部分，一是水的预处理，经过预处理系统，将原水中的杂质、等有效去除。二是反渗透装置，反渗透水处理是渗透的反过程，利用压力去除杂质，从而得到纯度极高的水来满足工业、生活等多方面的需求。

为了增强系统运行的可靠性，提高控制精度和水质处理合格率，同时减轻操作负担，，设计了基于Wincc 组态软件和可编程控制器( PLC) 的反渗透水处理系统。此系统实现了自动控制、数据集中管理、故障报警等多方面功能，图形化的人机界面显示了设备运行全过程，操作简明快捷。

文献综述

1、反渗透系统的发展概况

 1748年法国学者阿贝·诺伦特(Abble Nellet)发现，水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象，证实了这种膜的渗透过程，并创造了“Osmosis”一词来描述半透膜的这种现象。1854年，Graham通过对动物膀胱的一系列演示实验。发表了第一篇证实存在膜渗透现象方面的^范文，并于1866年第一次提出了透过膜的机理。该机理至今仍具有实用价值。而关于渗透膜的发现及应用是从1860年开始的。1861年，Gramer等人通过进一步实验，提出了透过与非透过的机理在于膜的孔径。首先提出了膜孔径的理论。同年，Sehmidt首次发现了膜超滤现象，并公开了第一个超滤实验，证明牛心胞膜能部分截留溶解的阿拉伯树胶。1907年，H．Bechold发表了第一篇系统研究微孔滤膜性质的报告，并首先提出了用气泡法测定滤膜的孔径。而且他第一次在报告中使用了“超滤”(Uhrafiltration)一词。1911年，Donnan提出了膜平衡的概念，后称Donnan理论，至今仍被用于解释半透膜和离子交换膜的选择透过性。1931年，Zemieke位相显微镜和Ardenne Ruska电子显微镜开始出现，并用于对细胞膜的观察研究。从此细胞膜的存在得到了确认，进一步促使了膜分离技术的飞速发展。1935年，Groy开始引出了离子具有主动迁移(active transport)的概念。1936年，Teorell和Meyer以及Sievers通过实验表明荷电型膜既体现了Donnan膜平衡理论，又体现了扩散电位学说。1942年，Goldman定电位学说问世，进一步补充和发展了膜学说。1945年，G．E．(General Electric)公司成功地用放射线痕迹腐蚀法制得核孔性超滤膜。1950年，Juda论证了从电解质水溶液中分离水和电解质的可能性，并用人工合成的方法制得了第一张离子交换膜，促进了电渗析技术的发展。同年，加利福尼亚大学的Reid和Hassle第一次提出了关于海水渗透膜的设想，同时也开始了对离子交换膜和电渗析技术的研究。1952年，美国研制成功实用性离子交换膜，并组装成功第一台电渗析苦咸水淡化装置。1953年，美国佛罗里达大学的Reid在美国内务部盐水局(OSW)开始反渗透的研究，并向美国国会提交了脱盐报告，首次建议把反渗透用于脱盐。1954年，世界上第一台离子交换膜电渗析的工业装置在美国诞生。同年，沙特阿拉伯也开始使用离子交换膜电渗析装置进行地下水除盐。1960年洛布和索里拉金制成了第一张高通量和高脱盐率的醋酸纤维索膜。为反渗透和超滤膜的分离技术奠定了基础。同年，Loeb和Milstein用他们研制成功的醋酸纤维索反渗透膜研究并组装成功第一个实验室规模的板框式反渗透膜装置。1961年美国Hevens公司首先提出管式膜组件的制造方法；1964年美国通用原子公司研制出螺旋式反渗透组件；1965年美国加利福尼亚大学制造出用于苦咸水淡化的管式反渗透装置，生产能力为19 t／d；1967年美国社邦公司首先研制出以尼龙一66为膜材料的中空纤维膜组件；1970年又研制出以芳香聚酰胺为膜材料的“Permasep-9”中空纤维膜组件，并获得1971年美国柯克帕特里克化学工程最高奖[1]。

反渗透技术在美国、日本的研究应用较早。我国的反渗透研究始于1965年，而1967年开始的全国海水淡化会战则为CA不对称反渗透膜的开发打下了良好的基础。因此我国对反渗透的开发与国外起步时间相差不大。但事实上由于原材料及基础工业条件限制，生产的膜元件性能偏低，生产成本高，还没有形成规模化生产。而对超滤的研究探索则开始于70年代初。近年来反渗透技术在我国已得到广泛应用。反渗透技术最初只用于海水淡化，后来逐步扩大到苦咸水淡化、食品加工、医药卫生、饮料净化、超纯水制备等方面，产生了很高的经济效益。

2、国内反渗透膜及其应用

我国从60年代中期开始研制反渗透膜，与国外起步时间相距不远，但由于原材料及基础工业条件限制，生产的膜元件性能偏低，生产成本高，还没有形成规模化生产。相比面言，我国的超滤、微滤膜研制虽晚于反渗透，始于70年代，但目前已发展到数百个生产厂。虽然有品种少、质量、性能不够完善等问题，但因价格低廉，不仅有效地阻挡了国外同类产品的大量流入，而且也扩大了应用范围。

国内反渗透应用始于70年代后期，最早多限于电子、半导体纯水，80年代以后逐渐扩大到电力及其它工业，90年代起在饮用水处理方面获得普及，现在反渗透已进入到家庭饮用纯水。最近三年是反渗透应用大发展阶段。根据保守的估计，各种反渗透膜元件1997年的国内销售额在1～1.5亿人民币左右。随着国内几条引进生产线的陆续开工生产，预计今后国产反渗透膜的市场份额会有上升。纵观国内反渗透应用市场，有以下几个特点：

（1）大型反渗透装置集中于锅炉补给水用途

据不完全统计，我国已建成和在建的100吨/小时以上的反渗透装置已超过50套，但除少数电子等行业以外，大多数都集中于锅炉补给水用途。最早是火力发电厂，后来扩展到炼油、石化、化肥、化工等行业。其中最大规模为600吨/小时，估计本世纪内会出现超过1000吨/小时的超大型反渗透水处理装置。国内在此领域已积累了丰富的设计、施工和运行经验，现国内承建过100吨/小时以上规模反渗透装置的水处理工程公司已超过10家。

（2）饮用水处理应用限于中、小规模

在国外，1000～10000吨/小时规模的超大型反渗透或纳滤装置多用于城市供水系统，而国内在饮用水用途的反渗透装置还都是数十吨/小时以下的中、小规模。随着经济发展和膜技术的普及，这一领域的应用前景很大。

（3）油田用水及废水处理应用还有待开发

由于这一领域的应用技术难度较高和经济成本原因，目前国内还处于研究、开发阶段，伴随石油工业发展和水再利用、环境保护呼声日益高涨，膜技术大量进入这一领域已为时不会太远，对膜厂家和工程公司也是一个商业机会。

（4）纳滤膜应用刚刚开始

纳滤膜在饮用水净化处理，污、废水排放处理，各种水溶液的浓缩与精制领域的优越性虽然已逐渐为人们所认识，但由于膜成本较高的和应用经验不足，国内在此领域还刚刚起步，预计今后会有很大发展。

^范文提纲

引言

    1.1设计背景

1.2反渗透系统发展概况

1.3国内反渗透膜及其应用

1.4纳滤膜及其应用

反渗透系统工艺流程

反渗透水处理系统硬件设计

3.1可编程控制器PLC系统模块设计

3.1.1 PLC简介

3.1.2 PLC控制功能的选择

3.1.3 PLC选型（西门子S7-200）

3.1.4 模拟量I/O模块的种类

3.1.5 PLC输入输出电路

3.2 控制电路设计

3.1.1 变频器简介

3.1.2 变频器的选型

3.1.3 控制电路

3.1.4 控制面板及所需材料

3.3 主电路设计

3.4 触摸屏的选型

3.5 反馈设计以及仪表

3.6 控制原理及通讯

 系统软件设计

4.1 系统软件设计概述

4.2 PID控制设计

4.2.1 PID控制原理

4.2.2 PID控制器参数设定

4.2.3 PID的反馈逻辑

4.2.4 PID参数调整

4.3 PLC控制程序

4.4 上位机设计

    4.4.1 WINCC简介

    4.4.2 监控设备结构

    4.4.3 流程画面

 结论

四、主要参考文献

[1] 王树勋,王立蓉.反渗透技术研究现状[J].甘肃科技,2005,20(1):92-94. 

[2] 王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2007.

[3] 宋伯生. PLC 编程实用指南[M]. 机械工业出版社, 2007.06

[4] 陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统[M].北京.机械工业出版社,1992.

[5] 李友善主编.自动控制原理[M].北京:国防工业出版社,1981.

[6] 陈国呈主编.PWM变频调速机软件开关电力变换技术[M].北京:机械工业出版社,1986.

[7] 刘竟成.交流调速系统[M].上海:上海交通大学出版社,1984.

[8] 西门子有限公司. 深入浅出西门子 WinCC V7.0[J]. 北京航空航天大学出版社,2005

[9] COWAN J.A.C.Membrane Treatment Strat-egies for Real Ment Abattoir Effluents[J].Wat Sci Tech,2002,25(10):137-148.

[10] 中国工控网. :// .gongkong.com/.

[11] 王淑英.S7200西门子PLC基础教程[M].北京:人民邮电出版社,2009. 

[12] 刘华波.西门子S7-200PLC编程及应用案例精选[M].北京:机械工业出版社,2009.

[13] 靖大为.反渗透系统优化设计[J].北京:化学工业出版社.2006,25(10):56-70.

[14] 周正立.反渗透水处理应用技术及膜水处理剂[M].北京:化学工业出版社,2005.

[15] 吴晓燕.张双选.自动控制理论[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008.

[16] 工业控制自动化实用技术手册[M].北京:机械工业出版社,2010.