摘 要

当前，船上常用的造水机有蒸馏式和反渗透两种，蒸馏式造水机需要频繁的开关和转换阀件才能开启和停止，其运行时在换热面会伴随严重的水垢污染，并且产水质较差，可供锅炉用水，如果将其作为饮用水，会增加船员结石风险。相比之下，反渗透造水机工作原理简单，产水质量较好，具有很好的前景。

本文主要研究反渗透造水机自动控制系统，通过控制元件PLC来实现反渗透造水机控制的模块化，简易化，自动化，能提高造水机运行的稳定性，并减少船员的工作量，减轻船员的工作强度。同时本文主要研究反渗透造水机控制系统的工作原理，并完成其控制系统的硬件设计及软件设计。

本研究课题试图提高实用性和创新性，来帮助船员更好的了解反渗透造水机的控制系统。

关键词：造水机；PLC；反渗透；自动控制；硬件设计；软件设计

Abstract

Currently, there are mainly two types of ship fresh water generator, distillation and reverse osmosis. In distillation systems, serious fouling can be easily found on the heat transfer surface, in addition, it requires frequent switching and changing of the valve members to start or stop the distillation system. The distilled water is mainly used in boiler since the water quality is relatively poor which will result in mariner’s lithiasis if it is used as drinking water. Whereas, reverse osmosis fresh water generator has a simple working principal what can produce high quality water still, therefore it enjoys better prospect.

The automatic control system research of this thesis is based on the reverse osmosis fresh water generator. By means of the Programmable Logic Controller (PLC), the reverse osmosis fresh water generator is modularized, simplified, and intelligentized to improve the stability of the operation system and reduce the operation intensity and workload of the mariners as well. Besides the working principal of reverse osmosis fresh water control system, hardware integration and software design also have been achieved in the thesis.

This research tries to improve practicality and innovation to help mariners to learn about of reverse osmosis fresh water generator.

Key Words : fresh water generator; PLC; reverse osmosis fresh water generator; automatic control; hardware design; software design

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章. 绪论 1

1.1. 研究的背景及意义 1

1.2. 国内外研究现状 1

1.3. 研究的内容 3

第2章. 反渗透造水机系统概述 4

2.1. 预处理系统 4

2.2. 反渗透系统 6

2.3. 加药系统 8

第3章. 控制系统硬件设计 9

3.1. 可编程序逻辑控制器介绍 9

3.1.1.PLC的产生 9

3.1.2.PLC的特点 10

3.1.3.PLC的功能与应用 10

3.2. PLC的选择 11

3.3. 中央处理单元（CPU）的选择 12

3.4. 数字量扩展模块选择 13

3.5. I/O地址分配 13

3.6. 控制系统接线图 14

第4章. 控制系统软件设计 17

4.1. 控制系统流程图 17

4.2. 梯形图设计 19

4.3. 冲洗模式 23

4.4. 清洗模式 24

4.5. 主程序 25

第5章. 总结与展望 28

致谢 29

参考文献 30

绪论

研究的背景及意义

船舶在航行中，每天都要消耗大量的淡水，但是由于海水的腐蚀等影响，不能直接作为补给水提供给船舶, 船舶为了能正常航行，就需要携带大量的淡水[^[1]]。对于远航船舶来说，由于主机辅机等设备需要大量的淡水作冷却水，同时船员的日常生活需要淡水，如果供应不及时，如同缺少燃油一样影响着船舶的续航力，因而淡水的重要性不言而喻。船公司为了合理控制成本的支出，会选择加装淡水，但是携带淡水的数量会受到严格的制约，因此携带的淡水量并不能支持船舶长时间航行。为了解决这个严重的问题，船上一般都会安装海水淡化装置（习惯称为造水机）[^[2]]。因为造水机的存在，其产生的淡水能够满足船舶的消耗，那么既能减少购买淡水的开支，又能提供较大的空间来提高船舶的载货能力，同时能更好的处理船舶航行中遇到的不确定问题。

常用的造水机有蒸馏式和反渗透两种，由于反渗透造水机设备投资少，能量消耗低，建造周期短，产水质量好等特点，近年来被广泛应用，因此具有很好的前景。

造水机能将海水淡化产生淡水，满足船舶对淡水的需求，保证船舶正常航行，因此保证造水机的正常运行显得尤为重要。传统的造水机往往利用继电器、接触器等之间的连接来形成控制电路，由于其控制系统需要众多的导线将继电器、接触器等相连，那就会出现接线复杂、稳定性差、事故较多、维修困难等缺点，这将给船员的正常工作带来了极大不便，所以现在已很少采用这种控制电路，取而代之则是是采用PLC来控制。PLC是一种数字化的智能控制装置，其带有指令存储器、数字或模拟输入/输出接口，以位运算作为主要的运算形式，它能够完成众多功能，比如逻辑控制、计数和算术运算等等，用于控制设备运行和生产过程[^[3]]。它通过编辑程序从而去除了传统控制电路中的继电器、接触器等，从而降低了故障率，进而降低了维修成本。

本课题旨在设计一种基于PLC控制的具有较高自动化水平的控制系统，用来控制反渗透造水机的运行。使其更利于船员对造水机实时状况的了解和监测，做好相应的控制操作，从而能更安全可靠高效地完成相关运营工作。

国内外研究现状

国内反渗透海水淡化技术研究现状：从上世纪80年代起，经过30几年的研究发展，我国反渗透海水淡化技术取得了巨大进步，已经接近国际领先水平，在2008年的时候，反渗透膜的脱盐率已经达到99%[^[4]]。但是这并不意味着我国反渗透技术已经处于世界领先地位，比如一些核心的技术我们还没有完全掌握，此外，在自主创新和节约成本上与国外还是有一定的距离，一些关键设备依然依赖于进口。目前研发具有自主知识产权的新技术、新工艺、新设备成为首要目的。研发过程并不是一帆风顺，仍然存在较多技术性的问题，具有代表性的问题有：