大型膜法反滲透海水淡化系統(tǒng)的模型預測控制研究
發(fā)布時間：2020-12-01 16:36
隨著世界人口數(shù)量快速增加和工業(yè)化的快速發(fā)展,淡水資源短缺日益嚴重,成為制約社會發(fā)展的一大關鍵因素。為了獲得干凈的淡水資源,全世界將眼光瞄向海洋,發(fā)展海水淡化技術是解決全球水資源短缺的重要途徑,已在全球科技界形成共識。隨著低成本、高脫鹽率膜工業(yè)技術的發(fā)展,以及高效能量回收裝置的進步,膜法反滲透(Seawater Reverse Osmosis,SWRO)海水淡化技術依靠其經(jīng)濟性和方便性成為最受歡迎和關注的海水淡化技術。采用合適的控制策略是保證SWRO系統(tǒng)可靠性、提高產(chǎn)水品質(zhì)、降低運行成本的關鍵。在國內(nèi)反滲透海水淡化系統(tǒng)大多使用傳統(tǒng)控制方法,然而SWRO系統(tǒng)具有耦合、時滯、非線性等特點,采用傳統(tǒng)控制方案,如PID等難以達到理想的控制效果。因此,本文根據(jù)反滲透海水淡化的特點,分別提出了 PID控制、解耦控制和模型預測控制(Model Predictive Control,MPC)三種控制策略,通過橫向?qū)Ρ?可以發(fā)現(xiàn)采用先進控制策略可以明顯提高系統(tǒng)的控制效果。為了在實際過程中應用先進控制策略,本文設計了專門的控制軟件,可以同DCS或PLC通過OPC連接。本文主要工作有以下幾點:(1)基于質(zhì)量方...
【文章來源】：杭州電子科技大學浙江省
【文章頁數(shù)】：73 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
a中空纖維膜組件
．ａ．反滲透膜應用較多的主要有卷式反滲透膜和中空纖維膜兩種。中空纖維膜組件最早是陶氏化學公司研制的，如圖１．２ａ所示，它由數(shù)十根乃至成百上千跟中空纖維束構(gòu)成，端的一側(cè)密封，另一端用特殊方式的聚氨酯粘結(jié)在一起。在１９６７年，杜邦公司研制出尼龍一６６為膜材料的中空纖維反滲透組件，并把它推廣到了市場［２６１中空纖維膜在反域使用較為廣泛，主要原因是它：由組，一
得到典型工作點附近的線性模型。這些工作將為后續(xù)的控制系統(tǒng)設計打下基礎。??２．１反滲透海水淡化原理??本文研究的反滲透海水淡化結(jié)構(gòu)如圖２．１所示。三個控制指標就是滲透側(cè)水的ｐ／／值、滲??透測流量ｔ和滲透測鹽濃度（＾，三個控制量為泵壓強尸ｙ、加酸閥開度Ｇ和濃鹽水側(cè)閥門開??度Ｇ，結(jié)合ＳＷＲＯ工藝流程與機理對整個反滲透過程進行建模。??４加酸閥魯一??立式管道泵?濃鹽水側(cè)閥門??圖２．１?ＳＷＲＯ反滲透過程模型結(jié)構(gòu)??圖２．１中的反滲透膜以高于溶液滲透壓的壓力為推動力，通過反滲透膜將溶液中的其他??物質(zhì)和水分離開來。這種設備操作簡單，而且能耗低。反滲透工作原理如圖（２．２）所示：在??半滲透膜兩側(cè)的水和溶質(zhì)液面水位一致時，根據(jù)溶解擴散原理，右側(cè)的水將會向左側(cè)移動，??達到平衡時，停止移動，形成滲透壓。在液位較高的一側(cè)加壓，當壓力高于反滲透壓時，通??過半滲透膜的作用，將水和溶質(zhì)分離開來。???Ｉｔ滲?夕卜壓＞????溶質(zhì)＋水水?八透?滲＿壓???Ｉ?Ｉ?ｊ??＾Ｆ１?Ｉ?：＇－門同??圖２．２反滲透原理示意圖??２．２?ＳＷＲＯ?建模??在中空纖維的建模方面
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于OPC通信技術實現(xiàn)以C#編寫客戶端與S7-1200PLC通訊[J]. 萬丹,楊國興. 信息記錄材料. 2018(06)
[2]基于OPC技術的PLC和MATLAB的水箱液位控制系統(tǒng)[J]. 王美剛. 儀器儀表用戶. 2017(12)
[3]上位機軟件與S7-1200 PLC的OPC通信研究[J]. 段潤群,謝云山. 自動化與儀器儀表. 2014(05)
[4]全流程卷式反滲透海水淡化系統(tǒng)操作優(yōu)化[J]. 江愛朋,程文,王劍,邢長新,丁強,姜周曙. 化工學報. 2014(04)
[5]模型預測控制——現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J]. 席裕庚,李德偉,林姝. 自動化學報. 2013(03)
[6]熱膜耦合海水淡化系統(tǒng)的優(yōu)化設計[J]. 伍聯(lián)營,肖勝楠,胡仰棟,高從堦. 化工學報. 2012(11)
[7]PID控制算法在反滲透水處理系統(tǒng)中的應用[J]. 紀斌義,劉青峰,周江濤. 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2011(05)
[8]海水淡化過程優(yōu)化設計的研究進展[J]. 夏艷,伍聯(lián)營,盧彥越,胡仰棟,高從堦. 水處理技術. 2007(11)
[9]減搖鰭電液負載仿真臺前饋補償解耦控制研究[J]. 梁利華,劉強,趙琳琳. 中國機械工程. 2007(04)
[10]海水淡化與反滲透技術的發(fā)展形勢[J]. 王世昌,周清,王志. 膜科學與技術. 2003(04)
[1]先進控制與優(yōu)化軟件的設計及在電站鍋爐汽溫預測控制中的應用[D]. 弓岱偉.中國科學技術大學 2008
[2]反滲透膜法海水淡化過程最優(yōu)化設計的研究[D]. 盧彥越.中國海洋大學 2007
博士論文
[1]基于OPC通信技術實現(xiàn)以C#編寫客戶端與S7-1200PLC通訊[J]. 萬丹,楊國興. 信息記錄材料. 2018(06)
[2]基于OPC技術的PLC和MATLAB的水箱液位控制系統(tǒng)[J]. 王美剛. 儀器儀表用戶. 2017(12)
[3]上位機軟件與S7-1200 PLC的OPC通信研究[J]. 段潤群,謝云山. 自動化與儀器儀表. 2014(05)
[4]全流程卷式反滲透海水淡化系統(tǒng)操作優(yōu)化[J]. 江愛朋,程文,王劍,邢長新,丁強,姜周曙. 化工學報. 2014(04)
[5]模型預測控制——現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J]. 席裕庚,李德偉,林姝. 自動化學報. 2013(03)
[6]熱膜耦合海水淡化系統(tǒng)的優(yōu)化設計[J]. 伍聯(lián)營,肖勝楠,胡仰棟,高從堦. 化工學報. 2012(11)
[7]PID控制算法在反滲透水處理系統(tǒng)中的應用[J]. 紀斌義,劉青峰,周江濤. 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2011(05)
[8]海水淡化過程優(yōu)化設計的研究進展[J]. 夏艷,伍聯(lián)營,盧彥越,胡仰棟,高從堦. 水處理技術. 2007(11)
[9]減搖鰭電液負載仿真臺前饋補償解耦控制研究[J]. 梁利華,劉強,趙琳琳. 中國機械工程. 2007(04)
[10]海水淡化與反滲透技術的發(fā)展形勢[J]. 王世昌,周清,王志. 膜科學與技術. 2003(04)
[1]先進控制與優(yōu)化軟件的設計及在電站鍋爐汽溫預測控制中的應用[D]. 弓岱偉.中國科學技術大學 2008
[2]反滲透膜法海水淡化過程最優(yōu)化設計的研究[D]. 盧彥越.中國海洋大學 2007
碩士論文
[1]反滲透海水淡化系統(tǒng)能量分析及優(yōu)化[D]. 王崇武.天津大學 2008
[2]基于卡爾曼濾波的電力系統(tǒng)動態(tài)狀態(tài)估計算法研究[D]. 賀覓知.西南交通大學 2006
本文編號：2894934
【文章來源】：杭州電子科技大學浙江省
【文章頁數(shù)】：73 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
a中空纖維膜組件
．ａ．反滲透膜應用較多的主要有卷式反滲透膜和中空纖維膜兩種。中空纖維膜組件最早是陶氏化學公司研制的，如圖１．２ａ所示，它由數(shù)十根乃至成百上千跟中空纖維束構(gòu)成，端的一側(cè)密封，另一端用特殊方式的聚氨酯粘結(jié)在一起。在１９６７年，杜邦公司研制出尼龍一６６為膜材料的中空纖維反滲透組件，并把它推廣到了市場［２６１中空纖維膜在反域使用較為廣泛，主要原因是它：由組，一
得到典型工作點附近的線性模型。這些工作將為后續(xù)的控制系統(tǒng)設計打下基礎。??２．１反滲透海水淡化原理??本文研究的反滲透海水淡化結(jié)構(gòu)如圖２．１所示。三個控制指標就是滲透側(cè)水的ｐ／／值、滲??透測流量ｔ和滲透測鹽濃度（＾，三個控制量為泵壓強尸ｙ、加酸閥開度Ｇ和濃鹽水側(cè)閥門開??度Ｇ，結(jié)合ＳＷＲＯ工藝流程與機理對整個反滲透過程進行建模。??４加酸閥魯一??立式管道泵?濃鹽水側(cè)閥門??圖２．１?ＳＷＲＯ反滲透過程模型結(jié)構(gòu)??圖２．１中的反滲透膜以高于溶液滲透壓的壓力為推動力，通過反滲透膜將溶液中的其他??物質(zhì)和水分離開來。這種設備操作簡單，而且能耗低。反滲透工作原理如圖（２．２）所示：在??半滲透膜兩側(cè)的水和溶質(zhì)液面水位一致時，根據(jù)溶解擴散原理，右側(cè)的水將會向左側(cè)移動，??達到平衡時，停止移動，形成滲透壓。在液位較高的一側(cè)加壓，當壓力高于反滲透壓時，通??過半滲透膜的作用，將水和溶質(zhì)分離開來。???Ｉｔ滲?夕卜壓＞????溶質(zhì)＋水水?八透?滲＿壓???Ｉ?Ｉ?ｊ??＾Ｆ１?Ｉ?：＇－門同??圖２．２反滲透原理示意圖??２．２?ＳＷＲＯ?建模??在中空纖維的建模方面
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于OPC通信技術實現(xiàn)以C#編寫客戶端與S7-1200PLC通訊[J]. 萬丹,楊國興. 信息記錄材料. 2018(06)
[2]基于OPC技術的PLC和MATLAB的水箱液位控制系統(tǒng)[J]. 王美剛. 儀器儀表用戶. 2017(12)
[3]上位機軟件與S7-1200 PLC的OPC通信研究[J]. 段潤群,謝云山. 自動化與儀器儀表. 2014(05)
[4]全流程卷式反滲透海水淡化系統(tǒng)操作優(yōu)化[J]. 江愛朋,程文,王劍,邢長新,丁強,姜周曙. 化工學報. 2014(04)
[5]模型預測控制——現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J]. 席裕庚,李德偉,林姝. 自動化學報. 2013(03)
[6]熱膜耦合海水淡化系統(tǒng)的優(yōu)化設計[J]. 伍聯(lián)營,肖勝楠,胡仰棟,高從堦. 化工學報. 2012(11)
[7]PID控制算法在反滲透水處理系統(tǒng)中的應用[J]. 紀斌義,劉青峰,周江濤. 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2011(05)
[8]海水淡化過程優(yōu)化設計的研究進展[J]. 夏艷,伍聯(lián)營,盧彥越,胡仰棟,高從堦. 水處理技術. 2007(11)
[9]減搖鰭電液負載仿真臺前饋補償解耦控制研究[J]. 梁利華,劉強,趙琳琳. 中國機械工程. 2007(04)
[10]海水淡化與反滲透技術的發(fā)展形勢[J]. 王世昌,周清,王志. 膜科學與技術. 2003(04)
[1]先進控制與優(yōu)化軟件的設計及在電站鍋爐汽溫預測控制中的應用[D]. 弓岱偉.中國科學技術大學 2008
[2]反滲透膜法海水淡化過程最優(yōu)化設計的研究[D]. 盧彥越.中國海洋大學 2007
博士論文
[1]基于OPC通信技術實現(xiàn)以C#編寫客戶端與S7-1200PLC通訊[J]. 萬丹,楊國興. 信息記錄材料. 2018(06)
[2]基于OPC技術的PLC和MATLAB的水箱液位控制系統(tǒng)[J]. 王美剛. 儀器儀表用戶. 2017(12)
[3]上位機軟件與S7-1200 PLC的OPC通信研究[J]. 段潤群,謝云山. 自動化與儀器儀表. 2014(05)
[4]全流程卷式反滲透海水淡化系統(tǒng)操作優(yōu)化[J]. 江愛朋,程文,王劍,邢長新,丁強,姜周曙. 化工學報. 2014(04)
[5]模型預測控制——現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J]. 席裕庚,李德偉,林姝. 自動化學報. 2013(03)
[6]熱膜耦合海水淡化系統(tǒng)的優(yōu)化設計[J]. 伍聯(lián)營,肖勝楠,胡仰棟,高從堦. 化工學報. 2012(11)
[7]PID控制算法在反滲透水處理系統(tǒng)中的應用[J]. 紀斌義,劉青峰,周江濤. 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2011(05)
[8]海水淡化過程優(yōu)化設計的研究進展[J]. 夏艷,伍聯(lián)營,盧彥越,胡仰棟,高從堦. 水處理技術. 2007(11)
[9]減搖鰭電液負載仿真臺前饋補償解耦控制研究[J]. 梁利華,劉強,趙琳琳. 中國機械工程. 2007(04)
[10]海水淡化與反滲透技術的發(fā)展形勢[J]. 王世昌,周清,王志. 膜科學與技術. 2003(04)
[1]先進控制與優(yōu)化軟件的設計及在電站鍋爐汽溫預測控制中的應用[D]. 弓岱偉.中國科學技術大學 2008
[2]反滲透膜法海水淡化過程最優(yōu)化設計的研究[D]. 盧彥越.中國海洋大學 2007
碩士論文
[1]反滲透海水淡化系統(tǒng)能量分析及優(yōu)化[D]. 王崇武.天津大學 2008
[2]基于卡爾曼濾波的電力系統(tǒng)動態(tài)狀態(tài)估計算法研究[D]. 賀覓知.西南交通大學 2006
本文編號：2894934
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