肖亚苏，王晓玲，俞永江，苗 超，冯 涛

(自然资源部 天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192)

1 前言

我国是水资源贫国，被联合国列为13个严重缺水的国家之一，缺水形势迫切要求发展海水淡化产业[1-2]。在大力推进海水淡化规模化应用过程中，海水淡化装置的综合性能包括运行工况、制水成本、智能运维等问题引起关注并成为当前海水淡化技术的研究重点[3-4]。

为了深入研究不同工艺参数下海水淡化装置的综合性能，考察最佳运行工况，文章设计开发了海水淡化多工况综合评价系统，对海水淡化多种工况进行仿真分析研究。系统通过定制的信号输入控制台模拟海水淡化装置多种运行工况，结合综合管理平台开发的三维模型及功能模块，可对多种运行工况进行对比分析，为改进工艺设计、优化运行策略、降低造水成本提供重要依据。

2 开发设计原则

(1)先进性。应当采用当今主流技术，既要考虑应用平台和工具的先进，更要考虑系统结构和应用设计的先进性，以主流技术和设备建设海水淡化多工况综合评价系统，借鉴国内外成熟的数据信息处理系统架构，保证系统的先进性和安全性。

(2)规范性。采用标准化设计，严格遵循国际标准、国家标准和行业标准或规范，确保开放性和兼容性，确保系统内设备之间通讯的透明性和互联互通能力，充分考虑软硬件升级及后期扩展等需求。

(3)易管理性、易维护性。采用全中文、图形化软件平台实现整个系统的管理和维护，所有软件界面友好、操作简单，具有处理速度快、容错能力强、备份及数据恢复快等优点[5-6]。

3 系统架构

海水淡化多工况综合评价系统包括两部分，分别是信号输入控制台和综合管理平台。系统总体架构如图1所示。支持多工况模拟仿真和相关的实验数据分析；支持实际海水淡化系统的运行监控和数据分析，可对模拟数据和实际过程数据进行综合比较分析；支持工况回放、设备管理及三维展示等功能。

图1 系统总体架构Fig.1 System architecture

3.1 信号输入控制台

多工况信号输入控制台开发设计了多个RS232及RS485串口，可接收实际海水淡化工程运行数据，亦可模拟海水淡化装置不同运行工况的过程参数，具备工况管理、参数设置、信号模拟、信号接入、数据通信和协议转换等功能，并与综合管理平台进行数据交换。

信号输入控制台具体功能如下：

(1)工况管理。可新建、修改、删除、查看、启用和停止不同工况。并提供预定义工况选择功能，方便快速设置和调整参数。

(2)参数设置。通过面板中的按钮、滑块和输入框等调整海水淡化装置各种运行工况下的工艺过程参数。

(3)信号模拟。根据淡化装置的不同运行工况输入对应工艺过程参数，产生模拟信号。

(4)数据通信。与服务器或外部模拟信号输入设备进行数据通信。

(5)协议转换。将外部输入的不同协议信号(如Modbus或OPC)转换成统一的信号，与服务器进行数据交换。

3.2 综合管理平台

综合管理平台支持多工况模拟仿真和相关的实验数据分析；支持实际的低温多效海水淡化工程的运行监控和数据分析。即对模拟数据和实时数据均可进行综合比较分析。支持工况回放、资产管理、报警管理、三维展示及系统管理等功能。

4 综合管理平台主要功能模块

综合管理平台采用Mono Develop、C#6.0、Visual Studio 2010、Unity 3.5.0和3DMax 2010软件开发。包括系统总览、运行监测、工况仿真、数据分析和设备构造等功能模块。

4.1 系统总览

此模块是海水淡化装置总体运行情况、工况模拟情况和实时数据分析的总览界面。包括设备运行状态统计面板、多工况数据对比分析面板、模拟及实时数据展示面板，通过折线图或柱状图形式展示运行温度、压力变化对系统性能的影响。

4.2 运行监测

运行监测功能模块可实现对实际海水淡化装置的实时监测，并能结合三维设备模型，直观显示测点位置及过程值。设备树导航可以搜索设备并双击定位到模型；三维模型及数据展示区可多维度、全方位展示实际工程运行状况；设备属性区可以查看设备的基本属性和扩展属性。如图2所示。

图2 运行监测Fig.2 Operation monitoring

4.3 工况仿真(图3)

图3 工况仿真Fig.3 Operating condition simulation

工况仿真具备工况仿真管理、模拟工况启用、历史数据查看等功能。同样的设备导航可以进行关键设备进行搜索，通过输入设备名称来快速选择设备树中的设备，从而查看设备运行状况；三维模型显示区展示当前控制台正在启用工况的动态数据；控制面板显示设备的基本属性和扩展属性。

4.4 数据分析

数据分析模块主要是对海水淡化装置各类监测数据进行对比和相关性统计分析。通过数据分析模块，可分析不同工况下，原料蒸汽品质(含温度、压力、流量)、操作压力、进水水质等工艺参数的变化，对海水淡化装置的性能，如产水量、吨水耗电和运行成本等指标的影响规律，从而找寻最佳工况参数，使海水淡化系统处于最优工作状态。数据分析界面如图4所示。

图4 数据分析Fig.4 Data analysis

4.5 设备构造

设备构造功能模块可直观展示蒸发器、冷凝器及闪蒸罐的详细内部结构，同时可灵活对设备进行拆解和组装，深入了解工艺原理及结构实现方法。

5 结语

文章系统介绍了海水淡化多工况综合评价系统构建开发及主要功能模块，系统具备运行监测、工况仿真、数据分析和设备构造等功能，可为优化海水淡化工艺设计、选择较优运行工况和降低运维成本等方面提供数据支持。基于此研究申请了相关的软件著作权一项。