1.反渗透系统组成

该反渗透系统如图6-35所示，超滤产水由加药泵加入杀菌剂、还原剂及酸碱剂使水质满足反渗透工艺的要求。对四台提升泵输送的反渗透进水检测其温度、酸碱度及氧化还原电位（ORP），若不满足要求，经V7102返回。水厂反渗透系统拥有3个膜组单元（RACK_RO1～RACK_RO3），每个单元配有一台变频高压泵VFD_P7301和阻垢剂加药装置。

反渗透膜单元如图6-36所示。每一个膜组单元又分为一段和二段，共有八个阀门进行控制。生产用水时，两段共用膜架进水自动阀门V7007、膜架产水自动阀门V7008、V7001自动快排阀门、不合格产水自动排放阀门V7002；两段各自有独立的CIP清洗进水阀门（一段CIP进水自动阀门V7003、二段CIP进水自动阀门V7004）和返回阀门（一段CIP返回自动阀门V7005、二段CIP返回自动阀门V7006）进行CIP清洗。

需要注意的是，每一个膜组单元的两段共用进水管路，这可能造成启动时两段进水量一直变化并互相影响，由于本系统产水规模较小，为简化设计忽略了这方面的考虑。大的系统设计成进水不共管路，就不会出现这种情况。此外，大型的海水淡化项目模组会相应增加，因为膜组的产水量是一定的。

其他设备如表6-3所示

图6-35 反渗透系统

图6-36 反渗透膜单元

表6-3 其他设备列表

（续）

水厂控制系统采用一个主PLC控制站。反渗透工艺部分拥有6个远程I/O控制站，分别为1个膜组进水泵控制站、3个反渗透膜组单元控制站、2个CIP清洗控制站。每个控制站通过ControlNet将1794-ACN15适配器与主PLC控制站进行通信，如图6-37所示。

图6-37 反渗透系统硬件结构图

罗克韦尔自动化软硬件产品的集成化、模块化和通信透明化使得项目的实施简单高效。当模组增加时，硬件方面只需要相应增加I/O模块，并与控制网连接；软件方面，无论是模块的配置组态，还是数据的建立和程序的编制，都可以通过复制完成大规模系统的设计。此外，数据文件中数组、结构体的应用，以及程序文件中AOI指令的应用，都是其高可复制性的体现。正是这种强大的可复制性大大降低开发成本，缩短开发周期，程序结构变得清晰易懂，也简化了后期维护。透明化的通信无需进行复杂编程，只需要设置节点地址和通信速率等关键参数，就可以确保通信质量的可靠。

2.加药控制过程

为了使反渗透膜对处理的原水水质有较为严格的要求，所以需要在进水之前加入杀菌剂，防止微生物在反渗透表面形成氧化膜，破坏反渗透膜并影响其寿命，杀菌剂储存在罐T-7531，由泵P7520A投加；为了减小过量的杀菌剂的强氧化作用，还需要投加还原剂，还原剂储存在罐T-7411中，由泵P7411A和P7411B投加；同时，为了调和原水的酸碱度，还需投加储存于罐T-7421中的酸碱剂，由泵P-7421投加。

四台加药泵分别投加杀菌剂、还原剂和酸碱剂，包括PAC（聚合氯化铝）、次氯酸钠、亚硫酸氢钠、阻垢剂、柠檬酸、氢氧化钠和硫酸等，其控制过程相似。以酸碱剂为例介绍其投加过程。酸碱剂包括氢氧化钠和硫酸，两者的存储与投加系统相同，下面以氢氧化钠为例介绍其控制过程。

（1）氢氧化钠储箱液位开关

1）高液位开关触动时室外声光报警器报警提示室外操作员应即停止向此箱加药。这是从安全的考虑出发，防止溢流。

2）低液位开关触动时报警器提示操作员应立即向此箱加药。

3）低低液位开关触动时报警，加药泵停止运转。

（2）自动阀门

氢氧化钠自动阀门有1号、2号、3号阀门，阀门开启条件：

1）当向超滤清洗系统输送药品时，打开1号阀门，确认阀门开启后5s，起动1号加药泵，即1号阀门与1号加药泵联动。

2）当向反渗透清洗系统输送药品时，打开2号阀门，确认阀门开启后5s，起动2号加药泵，即2号阀门与2号加药泵联动。

3）当向反渗透清洗系统输送药品时，打开3号阀门，确认阀门开启后5s，启动3号加药泵，即3号阀门与3号加药泵联动。

（3）氢氧化钠加药泵

1号加药泵：一用一备，用于向超滤清洗系统输送药品；2号加药泵：一用一备，用于向反渗透清洗系统输送药品；3号加药泵：一用一备，用于向反渗透进水池自动加药。

这些加药泵可以启动的判断条件是：氢氧化钠储箱液位高于其低低液位。

加药泵起动顺序：首先打开自动阀门，根据检测到的pH值与设定值进行比较，当检测值低于设定值时，启动加药泵。加药泵停止顺序：首先停加药泵，然后关闭自动阀门。

反渗透系统酸碱剂加药过程的具体控制程序编写如下：

1）采用PIDE功能块来调节酸碱度，功能块通过改变控制变量CV即酸碱剂加药泵P7421A的速度，使得过程变量PV即检测到的系统入口pH值PH7101保持在设定值，以满足水质要求，如图6-38所示。

2）在自动控制模式下，在泵的启动过程中把PIDE功能块的CV值作为输出速度值，如图6-39所示。

3）当酸碱剂加药泵P7421A处于手动或自动模式时，将其对应的输出速度赋给中间变量AO_Spd_Contr，并对速度进行限幅，使其保持在20～100之间；当泵远程控制并且运行时，将速度整定为最终输出的数值。

4）最后根据当前实际控制单元，将VFD_P7301的速度输出到对应的通道。

3.提升泵控制过程

反渗透进水有四台提升泵，用于将超滤产水送至反渗透系统。每台提升泵服务一套反渗透膜组。

图6-38 调节酸碱度的PIDE功能块

图6-39 将功能块CV值作为输出速度值

系统根据反渗透单元的工作数量起动不同台数的提升泵，并且每次都是由累计运行时间最短的泵开始起动，避免某一台提升泵的运行时间过长。至少有一台提升泵运行，当进水压力低于低压力时，另一台备用提升泵起动；当进水压力高于高压力时，一台工作的提升泵停止。

具体控制程序的编写如下：

1）每隔1min，将4台提升泵的运行时间复制到数组Pump_Hours[4]和中Sort_Hours[4]，如图6-40所示。

图6-40 复制要排序的运行时间

2）使用SRT指令进行排序，Sort_Hours[4]中依次为4台泵的最短至最长运行时间，如图6-41所示。

图6-41 对提升泵的运行时间排序

3）Curr_Pump表示当前泵的号码，Curr_Hours表示Sort_Hours[4]数组中运行时间第n小的号码，设置这两个变量为1，初始化数组Sort_Pump[4]，如图6-42所示。

图6-42 指针数据初始化

4）如果当前泵的运行时间就是第n小的运行时间，那么这个运行时间对应的泵就是当前泵，保存泵的号数，跳转后判断下一号泵；如果不是，判断运行时间第n+1小的泵是否为当前泵。这样，最后得到的Sort_Pump[4]数组中就依次为运行时间由短到长的泵的号数。

5）若当前运行的提升泵的数量小于请求进水的机架数，则再起动一台提升泵。

6）依据排列后的顺序，如果运行时间最短的泵具备起动条件，则请求起动该泵；如果不行，尝试起动下一台泵，直到起动的提升泵的数量满足要求。

4.反渗透过程选择控制

反渗透工艺过程主要分为系统反渗透、CIP原位清洗、停机冲洗和低压冲洗几个工艺过程。在程序中每个工艺过程都有一个过程标签，每个过程标签都有一个过程代码以及相应的过程步序段与之对应，如表6-4所示。

表6-4 反渗透主要工艺过程

下面的梯级实现对过程进行选择和确认的功能，其中以“Vis”结尾的标签相当于允许信号，以“Touch”结尾的信号是操作员发出的过程选择信号，只有同一过程的这两个信号同时有效时，才会执行相应的过程。具体逻辑控制过程如下：

1）自动模式下且过程步序为0时，允许步序确认。一旦系统切换到其他模式时不再允许步序确认；过程步序重新为0及进行完一次步序确认后，不再允许新的步序确认。

2）当运行条件准备好、系统闲置、处于远程控制、超滤产水罐液位满足设定值时，允许系统进入低压冲洗FILL过程。操作员可发出命令，注意只有在系统处于闲置条件时才将过程选择设置为FILL，发出命令后即解锁，使命令本身相当于非保持型按钮。

3）当运行条件准备好、系统闲置、处于远程控制、变频高压泵和阻垢剂自动阀门处于自动模式、超滤产水罐液位满足设定值时，允许系统进入系统反渗透AUTO_FILT过程。操作员可发出命令，将过程选择设置为AUTO_FILT。

4）当过程步序处于AUTO_FILT、变频高压泵处于自动模式、运行条件准备好、系统闲置时，允许系统进入停机冲洗FLUSH过程。操作员可发出命令，将过程选择设置为FLUSH。

5）当运行条件准备好、系统闲置、处于远程控制、变频高压泵和阻垢剂自动阀门处于自动模式、超滤产水罐液位满足设定值时，允许系统进入原位清洗CIP过程。操作员可发出命令，将过程选择设置为CIP。

6）当反渗透单元、变频高压泵及阻垢剂自动阀门在自动模式并且无有效过程、过程步序为0时，若选择的过程为AUTO_FILT，将步序设置为1000；若选择的过程为CIP，将步序设置为6000；若选择的过程为FLUSH并且，将步序设置为7000；若选择的过程为FILL，将步序设置为9000。

5.反渗透产水控制过程

反渗透膜组需要投入运行时，启动操作可在上位机画面上进行。

同一时间只允许一组反渗透起动，如果操作人员发出指令起动另外一组时，此指令将不被执行，并发出报警。此时，这组反渗透将排在起动队列里第一位，等待当前组反渗透起动动作完成后立刻执行。对于启动中的反渗透膜组，当需要的产水流量和回收率达到时，起动步骤视为完成。

注意事项：

1）自动起动时，产水流量和回收率采用默认值。

2）如果在起动时，操作人员选择了“停止”按钮或因连锁控制而自动停机，则起动步骤停止，并跳到“停止”状态。

3）精确调节

①缓慢调节反渗透进水泵频率，使产水总流量保持在设定值。

②缓慢调节反渗透浓水调节阀以保持在设定的回收率。

具体程序编写如下：

1）步序1100：当膜架进水压力PT7001无高高报警、高压泵入口压力PT7301无低报警、高压泵出口压力开关PS7302无报警时，请求起动变频高压泵VFD_P7301，打开阻垢剂自动阀门V7401，将反渗透入口流量PID控制变量CV设置为变频高压泵VFD_P7301的起动频率，VFD_P7301起动后进入步序1120，如图6-43所示。

2）步序1120：定时30s后进入步序1150。

3）步序1150：开启不合格产水自动排放阀门V7002；V7002开到位后关闭膜架产水自动阀门V7008。若V7008关到位后进入步序1200。

4）步序1200：关闭自动快排阀门V7001；并使能反渗透进水控制；反渗透进水的CV值每秒减2，最终维持在30；在V7001关到位并且产水侧电导率仪CIT7001<150时定时10s，进入步序1210，如图6-44所示。

图6-43 步序1100

5）步序1210：开启膜架产水自动阀门V7008；V7008开到位，关闭不合格产水自动排放阀门V7002；V7002关到位后进入步序1220。

6）步序1220：开启V7007、V7008进行反渗透产水，开启V7401投加阻垢剂。关闭V7001以及CIP清洗相关阀门V7003、V7004、V7005、V7006；步序7010。一旦产水侧电导率CIT7001≥150超过5s，不满足产水要求，返回步序1150开启V7002。保存还原剂加药泵P7411A、P7411B的工作速度ReducingPID.CV，酸碱加药泵P7421的工作速度PHPID.CV。如若产水侧压力PT7003大于浓水侧压力PT7002或膜架进水压力PT7001高高值报警、高压泵入口压力PT7301低值报警、高压泵入口流量FIT7201低值报警，跳转到步序7010进行停机冲洗。

7）当检测到高压泵入口压力PT7310低位报警时，进入步序1300。

步序1300：使能反渗透进水控制，开启自动快排阀门V7001、不合格产水自动排放阀门V7002，两阀开到位后进入步序1310。

8）步序1310：关闭变频高压泵VFD_P7301后进入步序1320。

9）步序1320：检测到高压泵入口压力PT7301无低值报警，返回步序1100。

10）检测到膜架进水压力PT7001高高值报警、高压泵入口压力PT7301低值报警或高压泵出口压力PS7302报警时，解锁变频高压泵VFD_P7301的运行请求信号，如图6-45所示。

6.停机冲洗控制过程

当反渗透膜组因用水量、水质参数或压差原因而需要停机时，操作人员可以手动启动停机步骤。停止操作可在上位机画面上进行。

图6-44 步序1200

同时在反渗透运行期间，如果下述参数超出设定值，将按照停机步骤自动停机：

1）各反渗透组在产水电导率持续5min高报警时将正常停机；

2）各反渗透组在反渗透进水泵故障或变频器故障或进水压力高报警时将紧急停机。

反渗透系统的连锁或报警有进水电导率高报警、进水总氯高或低报警、进水ORP（氧化还原电位）高报警、进水pH高或低报警、进水温度高或低报警。

当下述参数超出设定值时，所有在运行的反渗透膜组将紧急停机：

图6-45 出现故障则关闭变频高压泵

1）反渗透进水池低液位；

2）成品水池高液位；

3）进水ORP高高报警；(www.daowen.com)

4）进水温度高高或低低报警；

5）进水pH高高或低低报警；

6）阻垢剂低流量报警（这个报警仅在超过预先设置的延迟时间后才起作用，这是为了让备用的阻垢剂加药泵投入服务）。

同一时间只允许一组反渗透膜停机，如果操作人员再发出指令停止另外一组时，则此指令将不被执行，并发出报警。此时，这组反渗透膜将排在停止队列里第一位，等待当前组停止动作完成后立刻执行。

冲洗是反渗透膜组自动停机时的步骤之一。如果反渗透膜组在自动状态下待机24h（可调）以上，将进入冲洗。

具体程序编写如下：

1）步序7010：保存当前反渗透进水PID控制器的CV值；并使能反渗透进水控制；然后进入步序7020，如图6-46所示。

图6-46 步序7010

2）步序7020：反渗透进水的CV每秒减2，最少维持在30，之后进入步序7025，如图6-47所示。

图6-47 步序7020

3）步序7025：开启不合格产水自动排放阀门V7002；V7002开到位后关闭膜架产水自动阀门V7008；V7008关到位后进入步序7030。

4）步序7030：关闭阻垢剂自动阀门V7401，开启自动快排阀门V7001；当V7001开到位后进入步序7040。

5）步序7040：定时300s，进入步序7045；若自动快排阀门V7001报警，再次执行本梯级。

6）步序7045：关闭变频高压泵VFD_P7301，泵停止运行5s后进入步序7050。

7）步序7050：停机冲洗请求标志位清零后进入步序7060。

8）步序7060：关闭阻垢剂自动阀门V7401和膜架进水自动阀门V7007；V7007关到位后进入步序7070。

9）步序7070：关闭变频高压泵VFD_P7301、自动快排阀门V7001、不合格产水自动排放阀门V7002、膜架进水自动阀门V7007和阻垢剂自动阀门V7401后，进入步序7080。

10）步序7080：关闭V7401、自动快排阀门V7001、不合格产水自动排放阀门V7002、一段CIP进水自动阀门V7003、二段CIP进水自动阀门V7004、一段CIP返回自动阀门V7005、二段CIP返回自动阀门V7006、膜架进水自动阀门V7007和膜架产水自动阀门V7008；8个阀关到位后进入步序7500。

11）步序7500：进入步序19000，等待进入新的工艺过程。

7.低压冲洗控制过程

1）步序9110：给水Feed准备好时，开启不合格产水自动排放阀门V7002；V7002开到位后关闭膜架产水自动阀门V7008；V7008关到位并且V7002开到位后开启自动快排阀门V7001；等到V7001开到位后，开启膜架进水自动阀门V7007；V7007开到位后进入步序9120，如图6-48所示。

图6-48 步序9110

2）步序9120：定时10s，进入步序9130。

3）步序9130：膜架进水自动阀门V7007开到位并且自动快排阀门V7001开到位后进入步序9140。

4）步序9140：当反渗透不合格水返回自动阀V7120关到位时，若膜架进水压力变送器PT7001无高高值报警、高压泵入口压力变送器PT7301无低值报警并且高压泵出口压力开关PS7302无低值报警，则请求起动变频高压泵VFD_P7301；设置反渗透入口流量PID的CV值为VFD_P7301起动频率；VFD_P7301运行后，进入步序9145，如图6-49所示。

5）步序9145：运行一段时间，高压泵入口流量FIT7201大于停机冲洗所需流量并且高压泵入口压力PT7301大于反渗透所需最小压力时，进入步序9150，如图6-50所示。

图6-49 步序9140

图6-50 步序9145

6）步序9150：定时180s，进入步序9160。

7）步序9160：若选择的过程为反渗透产水，转到步序1100；若不为反渗透产水，转到步序19000；低压冲洗数据清零，如图6-51所示。

8.变频高压泵的控制

操作人员可以手动起动反渗透系统。当闲置的反渗透膜组因需要投入运行时，起动步骤与手动起动步骤相同。

同一时间只允许一组反渗透起动，如果操作人员发出指令起动另外一组时，则此指令将不被执行，并发出报警。此时，这组反渗透将排在起动队列里第一位，等待当前组反渗透起动动作完成后立刻执行。对于起动中的反渗透膜组，当需要的产水流量和回收率达到时，起动步骤视为完成。

图6-51 步序9160

起动操作可在上位机画面上进行。

注意事项：

1）自动起动时，产水流量和回收率采用默认值。

2）如果在起动时，操作人员选择了“停止”按钮或因连锁控制而自动停机，则起动步骤停止，并跳到“停止”状态。

3）精确调节

①缓慢调节反渗透进水泵频率，使产水总流量保持在设定值。

②缓慢调节反渗透浓水调节阀以保持在设定的回收率。

具体程序编写如下：

1）功能块通过改变控制变量CV即变频高压泵VFD_P7301的速度，控制过程变量PV，使检测到的高压泵入口流量FIT7201保持在设定值SP即FF_Auto_Flow，如图6-52所示。

2）自动控制模式下将PIDE功能块的CV值赋给程序输出值，如图6-53所示。

3）当变频高压泵VFD_P7301处于手动或自动模式时，将其对应输出速度赋给中间变量AO_Spd_Contr；并对速度进行幅值限定，使其保持在20～95之间；当VFD_P7301处于远程控制并且运行时，将速度整定为最终输出值，如图6-54所示。

图6-52 调节反渗透入口流量PIDE功能块

图6-53 CV值赋给程序输出值

4）根据当前控制单元，将变频高压泵VFD_P7301的速度输出到对应的通道。

9.CIP清洗过程

需要对反渗透膜进行清洗，在进行清洗之前，要准备清洗药液，可选择上位机画面上独立的选项开关“RO清洗溶液配制”。RO清洗只有在显示“RO清洗溶液准备完毕”时才可以执行。当溶液配制完成后，上位机画面上会显示“RO清洗溶液配制完毕”。

（1）RO清洗溶液配制

RO清洗水箱可用来配制酸洗或碱洗或其他清洗溶液。

手动控制具体步骤及控制连锁如下：

图6-54 对变频高压泵输出数值的操作

1）操作人员手动按下上位机上的“RO清洗溶液配制”按钮。如果此时有其他反渗透膜组在进行化学清洗，屏幕上会出现报警“#x反渗透膜组清洗进行中”。

2）操作人员选择被清洗的对象：反渗透两段、反渗透第一段或反渗透第二段。

3）操作人员继续选择清洗药剂：酸洗、碱洗或其他药剂。

4）控制程序检查RO清洗水箱的液位信号是否低低液位。如果水箱不是为空的，则打开水箱排放阀直到清洗水箱低液位。

5）清洗溶液的配制体积由清洗的RO段数来决定。反渗透两段、第一段和第二段所需清洗溶液的容积可由操作人员输入及修改。

6）如果加药泵正被用于UF的清洗，显示报警“UF清洗进行中，RO酸（碱）洗所需加药泵不可用”，而且停止进行下一步的操作。否则，继续如下操作：打开RO清洗泵出口旁通阀和RO清洗水箱进口回流阀；在接收到这些阀门全开反馈信号后，启动RO清洗泵；打开电加热器，启动柠檬酸药剂泵（酸洗）或氢氧化钠加药泵（碱洗）。

7）当pH达到设定值时，停止加药泵。电加热器继续加热，直到温度达到设定值时断电停止加热。当温度达到高设定值时将会报警。

当清洗溶液pH和温度都达到设定值时，停止RO清洗泵，10秒后关闭RO清洗泵出口旁通阀。

电加热器电源保持服务状态，并受温度控制，以保持清洗溶液在使用之前都维持在设定温度。当清洗结束后，电加热器进入停止状态，当水箱液位低于电加热器时，电加热器也会断电。

（2）RO清洗步序

同一时间只能有一组反渗透可进行化学清洗。

当酸（碱或其他）清洗液准备就绪后，必须选择需要清洗的反渗透膜组。一旦某组反渗透被选择后，将用已配好的清洗药液对需要清洗的反渗透膜组进行清洗，步骤如下：

1）要清洗的反渗透膜组停机。

2）冲洗要清洗的反渗透膜组。

①打开RO清洗泵出水阀、RO清洗回流阀和RO清洗水箱入口回流阀。

②检查阀门反馈信号5s后，启动RO清洗泵进行循环清洗。此步骤需要时间60min（默认值，可调整），时间结束时停止RO清洗泵。

③浸泡反渗透膜。需要时间60min（默认值，可调整）。

④重新起动RO清洗泵。需要时间60min（默认值，可调整），时间结束时停止RO清洗泵和电加热器。

3）打开RO清洗水箱排空阀。

①当RO清洗水箱液位低于低低液位1min后，关闭RO清洗水箱排空阀。打开RO清洗回流排放阀，RO清洗水箱进水阀，关闭RO清洗水箱入口回流阀，起动RO冲洗泵。

②当水箱达到中液位时，启动RO清洗泵，当pH值恢复正常范围时，停止RO冲洗泵。

③当RO清洗水箱液位低于低液位时，停止RO清洗泵。打开RO清洗水箱排空阀。

④当RO清洗水箱液位低于低低液位1min后，关闭RO清洗水箱排空阀。

4）关闭RO清洗泵出水阀和RO清洗水箱进水阀，打开RO清洗冲洗水阀，起动RO冲洗泵，此步骤需要时间60min（默认值，可调整），时间结束时停止RO冲洗泵。关闭RO清洗回流阀、RO清洗回流排放阀和RO清洗冲洗水阀。

5）反渗透膜组将检查所有自动阀开关情况，如果所有阀门处于关闭状态，反渗透膜组将处于OFF状态。

反渗透系统的CIP清洗液储存在罐T7510中，清洗液经循环泵P7510送至反渗透单元，清洗液由一段和二段CIP进水阀进入反渗透单元，清洗后由一段和二段CIP出水阀返回化学清洗罐。这个工艺过程如表6-5所示。清洗液由酸液罐、碱液罐和一部分反渗透产水配制而成。

表6-5 CIP清洗过程列表

具体程序编写如下：

1）步序6000：关闭膜架产水自动阀门V7008后进入步序6500。

2）步序6500：如果CIP配方步序已经开始，跳转到步序6520；如果没有，跳转到步序6510，如图6-55所示。

图6-55 步序6500

3）步序6510：等待CIP顺序步序开始，进入步序6520。

4）CIP顺序步序的开始在另一例程中完成。当CIP顺序步序，三个反渗透单元有一个进行到过程步序6510时，初始化CIP顺序步序为5，如图6-56所示。这样反渗透单元的过程步序就可以转到6520，根据顺序步序所在CIP过一段的要求，对CIP进水阀V7003、V7004、出水阀V7005、V7006和排水阀门V7001、V7002进行操作。

5）根据当前步序命令，跳转到相应的CIP顺序步序，执行相应的工艺过程，如图6-57所示。在各工艺过程中的顺序步序中并不直接对各阀门进行操作，而是通过请求和确认，在过程步序中完成操作，这样保证了阀门动作的可靠性，一旦出现问题，过程步序就可以跳转到相应的问题处理例程。同时，由于溶液配制等过程需要人为参与，顺序步序会等待一些手

图6-56 CIP顺序步序的开始

动控制的阀门操作完成后才能继续。

图6-57 CIP顺序步序的确定