带热蒸汽压缩低温多效蒸馏海水淡化控制系统的设计与实现

摘要

本文以首钢京唐钢铁公司日产5万吨海水淡化项目为背景，以其中一套为例，设计和开发了一套基于西门子公司S7-400系统环网架构的过程控制系统，实现带热蒸汽压缩低温多效蒸馏海水淡化过程的实时监测和控制。
　　首先，介绍了海水淡化技术现状，回顾海水淡化技术发展历程。然后详细地介绍带热蒸汽压缩低温多效蒸馏海水淡化取水系统、预处理系统及海水淡化主体工艺流程和相应的主要设备组成，并且阐述了海水淡化工艺过程的控制要求。结合这些控制要求，设计和完成了海水淡化主体控制系统硬件和软件平台的选型工作，同时设计完成了海水淡化主体与海水预处理、成品水系统的环网结构。
　　针对海水淡化主体温度控制过程复杂、非线性、参数时变和滞后性的特点，采用模糊控制理论和PID控制理论相结合方法，综合PID控制具有算法简单、可靠性高和稳态误差小的优点和模糊控制具有灵活性和鲁棒性好的优点，研究和设计了模糊-PID温度控制器，实现了海水淡化主体的稳定控制。
　　最后，完成了海水淡化过程控制系统的实现，包括控制功能和监控管理界面等。该系统自从投入使用以来，生产运行稳定可靠，自动化控制效果良好，提高生产效率、降低运行成本和劳动强度，取得了显著的经济效益和社会效益。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 我国水资源现状

1．1．2 海水淡化对沿海钢铁厂循环经济的意义

1．2 海水淡化历史

1．3 海水淡化的方法及技术现状

1．3．1 蒸馏法

1．3．2 膜法

1．3．3 其他方法

1．4 本文主要研究内容

第2章 海水淡化工艺流程

2．1 首钢京唐钢铁公司海水淡化运行情况

2．2 海水淡化取水与预处理工艺流程

2．2．1 海水取水系统工艺流程

2．2．2 海水预处理系统工艺流程

2．3 海水淡化主体工艺流程

2．3．1 带热蒸汽压缩低温多效蒸馏海水淡化工作原理

2．3．2 海水淡化的蒸汽流程

2．3．3 海水流程

2．3．4 蒸馏水流程

2．3．5 浓盐水流程

2．3．6 药剂添加

2．4 海水淡化在E模式下与热电机组联产工艺流程

2．5 本章小结

第3章 海水淡化控制系统的总体设计

3．1 带热蒸汽压缩低温多效海水淡化对控制系统的要求

3．1．1 海水系统的控制要求

3．1．2 蒸汽和真空系统的控制要求

3．1．3 成品水系统的控制要求

3．1．4 化学处理系统的控制要求

3．1．5 海水淡化装置的停运控制要求

3．1．6 海水淡化联锁保护控制要求

3．1．7 监控计算机的控制要求

3．1．8 可编程序逻辑控制器(PLC)的要求

3．2 控制系统设计原则

3．3 系统硬件总体设计

3．3．1 西门子SIMATIC S7-400H介绍

3．3．2 海水淡化主体的控制系统硬件组成

3．4 海水淡化主体控制系统软件平台

3．4．1 监控软件平台

3．4．2 编程软件平台

3．5 海水淡化的网络结构

3．5．1 网络拓扑结构的选择

3．5．2 海水淡化区域的网络架构

3．5．3 海水淡化网络IP设定

3．5．4 网络配置软件HiVision

3．6 本章小结

第4章 浓盐水温度模糊-PID控制器的设计

4．1 海水淡化主要控制对象

4．1．1 控制对象

4．1．2 控制目标

4．2 海水淡化第七效浓盐水温度的控制

4．2．1 浓盐水温度的控制过程

4．2．2 浓盐水温度的控制策略

4．3 基于模糊-PID的理论和算法

4．3．1 PID控制的基本理论

4．3．2 模糊控制的基本理论

4．3．3 模糊-PID控制算法研究

4．4 模糊-PID复合控制器的设计

4．4．1 模糊控制器的输入、输出变量确立

4．4．2 模糊控制器输入量和输出量的模糊化

4．4．3 模糊规则表的确立

4．4．4 模糊控制表的建立

4．4．5 PID温度控制器的设计

4．5 本章小结

第5章 海水淡化控制系统的实现

5．1 海水淡化控制功能的具体实现

5．1．1 泵类控制的实现

5．1．2 工作模式选择的实现

5．1．3 联锁功能的实现

5．1．4 调节阀控制功能的实现

5．2 监控系统的功能实现

5．3 本章小结

第6章 结束语

参考文献

致谢