基于PLC的電廠化學(xué)水處理程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕基于PLC的電廠化學(xué)水處理程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：韓婷學(xué)生學(xué)號(hào)：202310502023院〔系〕：電氣信息工程學(xué)院年級(jí)專業(yè)：2023級(jí)電氣工程與自動(dòng)化指導(dǎo)教師：陳宇助教二〇一三年六月摘要化學(xué)水處理控制系統(tǒng)是電廠中非常重要的一局部，自然水中含有大量對(duì)電廠設(shè)備有腐蝕性的成分，直接使用會(huì)對(duì)設(shè)備造成極大的破壞，因此必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的處理才能使用。本課題先分析了傳統(tǒng)控制方式和現(xiàn)代控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，然后分析自然水的成分及其對(duì)化學(xué)水處理的影響，再分析選擇化學(xué)水處理工藝，并完成此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件配置和軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)分析，本次設(shè)計(jì)選擇的工藝為反滲透〔RO〕—混床工藝流程，選擇雙濾料過(guò)濾器、反滲透裝置以及混床等為主體裝置，進(jìn)行了PLC輸入/輸出分配、外部接線圖的設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)的流程圖的設(shè)計(jì)，并用STEP7編譯軟件編制了控制系統(tǒng)的梯形圖并轉(zhuǎn)換為指令語(yǔ)句。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)模擬調(diào)試，可有效實(shí)現(xiàn)過(guò)濾器的運(yùn)行與反洗，反滲透的運(yùn)行和混床的運(yùn)行、反洗和再生功能。關(guān)鍵詞工藝，PLC，梯形圖，模擬調(diào)試ABSTRACTThesystemofchemicalwatertreatmentisanimportantauxiliarysystemofpowerplant，naturalwatercontainscorrosiveingredientsinalargenumberofpowerplantequipment.usingitdirectlycancauseagreatdamagetotheequipment,soitmusttobetreatedbeforeusingit.First，theprojectanalysesthequalityofnaturalwaterandtheinfluenceofimpurityonchemicalwatertreatment,andthenchoosesthechemicalwatertreatmenttechnicsofpowerplant.Onthebasis,itcompleteshardwareconfigurationandsoftwaredesignofchemicalwatertreatmentcontrolsystem.Accordingtotheanalysis,theprojectchoosesthecraftofreverseosmosis(RO)-mixedbed,usingdual-mediafilters,reverseosmosisdevicesandmixedbedsandsoon.AfterthedesignofPLCI/Oassignmentandtheexteriordiagramsandtheflowchartsofthecontrolsystem,itcompilersLadderDiagramofcontrolsystemwithSTEP7andtransformsitintodirectivestatements.Throughsimulativedebugging,Thissystemcanefficientlyrealizetheoperationandbackwashingoffilters,therunningofreverseosmosisandtheoperation,backwashingandregenerationofmixedbeds.KeywordsCraft,PLC,Ladderdiagram,Simulationdebugging目錄TOC摘要 IABSTRACT II1緒論 11.1課題研究的背景和意義11.2研究現(xiàn)狀21.2.1傳統(tǒng)控制方式21.2.2現(xiàn)代控制方式21.2.3存在的問(wèn)題21.3本文設(shè)計(jì)內(nèi)容32電廠化學(xué)水水質(zhì)分析及處理 42.1天然水中的雜質(zhì)42.1.1懸浮物42.1.2膠體42.1.3溶解物質(zhì)52.2電廠化學(xué)水除雜52.3工藝流程選擇53系統(tǒng)硬件配置 73.1PLC的介紹73.2PLC的特點(diǎn)73.3PLC的選擇83.4PLC程序的I/O地址分配93.5PLC外部接線圖113.6雙料過(guò)濾器143.6.1雙料過(guò)濾器的概述143.6.2雙料過(guò)濾器的工作原理143.6.3雙料過(guò)濾器的優(yōu)點(diǎn)143.7反滲透裝置153.7.1反滲透裝置的概述153.7.2反滲透的工作原理153.8混床163.8.1混床163.8.2除碳器173.9除鹽水箱183.10其它檢測(cè)儀器193.10.1電導(dǎo)率變送儀193.10.2壓差變送器203.10.3液位變送器204系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試 214.1程序設(shè)計(jì)流程214.1.1雙濾料過(guò)濾器運(yùn)行流程214.1.2反滲透運(yùn)行流程234.1.3混床運(yùn)行流程244.2程序設(shè)計(jì)264.2.1STEP7軟件介紹264.2.2梯形圖介紹264.3程序調(diào)試264.3.1長(zhǎng)時(shí)間定時(shí)264.3.2雙濾料過(guò)濾器運(yùn)行294.3.3混床反洗再生30結(jié)論 34參考文獻(xiàn) 35附錄A：系統(tǒng)控制程序梯形圖 36附錄B：系統(tǒng)控制程序指令語(yǔ)句 54致謝 631緒論本章主要討論電廠化學(xué)水處理控制系統(tǒng)存在的必要性和研究該課題的意義，并總結(jié)對(duì)于化學(xué)水控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的研究方式和現(xiàn)代研究方式兩種研究方式的優(yōu)缺點(diǎn)和其中存在的問(wèn)題。1.1課題研究的背景和意義隨著我國(guó)工業(yè)的快速開(kāi)展，對(duì)電力能源的需求也急劇增加，電力行業(yè)作為經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的動(dòng)力部門，有著良好的開(kāi)展前景，而就目前我國(guó)的電力技術(shù)水平而言，火力發(fā)電仍然處于重要的位置，因此，提高火力發(fā)電廠的自動(dòng)化水平是提高熱電力經(jīng)濟(jì)效益的重要開(kāi)展途徑?；瘜W(xué)水處理系統(tǒng)是火力發(fā)電廠中非常重要的局部，自然水中含有非常多對(duì)設(shè)備有害的物質(zhì)，直接使用會(huì)對(duì)電力設(shè)備產(chǎn)生腐蝕性地破壞。天然水經(jīng)過(guò)混凝沉淀可以除掉大局部懸浮物，看起來(lái)是干凈透明的，但是仍然殘留細(xì)小的懸浮物，會(huì)在離子交換時(shí)污染交換劑，影響整個(gè)出水水質(zhì)。且水質(zhì)硬度并未改變，加上水中含有鹽，根本達(dá)不到電廠化學(xué)水處理要求。整個(gè)水處理系統(tǒng)操作步驟繁多、對(duì)水質(zhì)地要求極高、工藝繁多而且復(fù)雜，加上大多是閥門，如果各閥門的操作都由人控制不但會(huì)增加運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可能增加誤操作的可能性，很難保證系統(tǒng)的平安及運(yùn)行穩(wěn)定性，如果采用傳統(tǒng)的常規(guī)儀表盤控制方式也很難滿足系統(tǒng)的整體控制要求，因此必須研究出新的控制系統(tǒng)來(lái)提高化學(xué)水處理系統(tǒng)的控制水平。PLC系統(tǒng)是電廠化學(xué)水處理中應(yīng)用得非常廣泛的系統(tǒng)，PLC編程方便，可靠性高，易于使用，沒(méi)有太多的環(huán)境條件限制，而且與其他裝置連接方便。其廣泛應(yīng)用于汽車，輕工業(yè)造紙廠，石油化工，電廠等污染領(lǐng)域，其無(wú)論是在硬件系統(tǒng)還是軟件組態(tài)和應(yīng)用管理上都取得了較為成熟的經(jīng)驗(yàn)，本課題采用PLC控制方式。1.2研究現(xiàn)狀傳統(tǒng)控制方式傳統(tǒng)的化學(xué)水處理控制系統(tǒng)大多采用常規(guī)儀表盤控制和一些落后的繼電器控制方式，這種落后的控制方式仍然使用于一些落后國(guó)家的電廠。很多70、80年代投產(chǎn)的電廠，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件的限制，各化學(xué)水處理子系統(tǒng)使用繼電器控制設(shè)計(jì)順控功能單一，根本上以小型模擬屏指示燈報(bào)警光字排監(jiān)視，用儀器的開(kāi)關(guān)按鈕操作，通過(guò)各儀表檢測(cè)數(shù)據(jù)變化。依靠時(shí)間和中間繼電器來(lái)控制啟動(dòng)、暫停、步進(jìn)、正反洗、再生、停止的等功能。這種方式監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)極少，設(shè)備非常容易損壞，維修比擬復(fù)雜而且消耗時(shí)間。現(xiàn)代控制方式PLC控制方式是目前火電廠中應(yīng)用最廣泛的控制方式。PLC控制方式綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)。因?yàn)镻LC控制系統(tǒng)功能完善，平安可靠，操作簡(jiǎn)便，所以PLC控制系統(tǒng)是電廠中應(yīng)用最多的輔助系統(tǒng)，由于其突出的控制優(yōu)勢(shì)，也符合自動(dòng)控制的開(kāi)展趨勢(shì)，也因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)控制中，例如：機(jī)械制造、石油化工、汽車、冶金鋼鐵、造紙廠、輕工業(yè)、電廠的污水處理系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期地探索和使用，PLC控制無(wú)論是硬件組態(tài)還是軟件組態(tài)和管理上都有了比擬成熟的經(jīng)驗(yàn)，所以本課題采用PLC控制方式。存在的問(wèn)題總觀大多數(shù)電廠化學(xué)水處理控制系統(tǒng)的情況，存在的問(wèn)題還很多，主要是PLC或者繼電器控制都保存有運(yùn)行值班崗位，且系統(tǒng)中各局部位置較分散，運(yùn)行工作量很大，需要巡檢的地方過(guò)多。化學(xué)儀表不一致，質(zhì)量得不到保證，易老化，購(gòu)置開(kāi)支過(guò)大。控制設(shè)備繁多復(fù)雜，同時(shí)使得資金積壓?jiǎn)栴}嚴(yán)重，技術(shù)水平差異也很大。水處理過(guò)程中藥品本錢大，控制工藝不夠完善，自動(dòng)化水平低。隨著PLC控制技術(shù)的廣泛使用和推廣，尤其是近年來(lái)在電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)中的快速開(kāi)展使用，很多生產(chǎn)廠家都看到PLC控制技術(shù)在電廠化學(xué)水處理控制系統(tǒng)中的良好開(kāi)展前景，紛紛搶入這塊市場(chǎng)。隨之而來(lái)的問(wèn)題也增加了，他們的技術(shù)水平差異大，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量差異也就大了。在競(jìng)爭(zhēng)劇烈的現(xiàn)代社會(huì)，很多企業(yè)以較低的價(jià)格贏得競(jìng)標(biāo)工程，由于經(jīng)濟(jì)的限制，系統(tǒng)往往會(huì)出現(xiàn)獨(dú)立性，維護(hù)也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的難度，系統(tǒng)的兼容性變差，開(kāi)放性能變差，甚至導(dǎo)致信息資源無(wú)法向外傳達(dá)，導(dǎo)致水處理系統(tǒng)成為整個(gè)廠房的死區(qū)。電能需求的急劇增加導(dǎo)致機(jī)組容量增加，化學(xué)水處理系統(tǒng)的容量也增加，PLC控制系統(tǒng)的輸入輸出I/O測(cè)點(diǎn)也會(huì)隨之增加，各類模件增加，機(jī)柜數(shù)量巨大，系統(tǒng)也就復(fù)雜起來(lái)了。可以直接想象的結(jié)果就是電廠將花費(fèi)巨大的資金來(lái)建設(shè)龐大的PLC硬件系統(tǒng)。1.3本文設(shè)計(jì)內(nèi)容本文首先討論電廠化學(xué)水處理程控系統(tǒng)的背景和研究意義，然后分析傳統(tǒng)控制方式和現(xiàn)代控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，接著分析自然水和電廠化學(xué)水的成分及其對(duì)化學(xué)水處理的影響，再分析選擇化學(xué)水處理工藝，然后完成此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件配置和軟件設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)選擇的工藝為反滲透〔RO〕—混床工藝流程，在此選擇雙濾料過(guò)濾器、反滲透裝置以及混床等為主體裝置，進(jìn)行了PLC的I/O分配、外部接線圖的設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)的流程圖的設(shè)計(jì)，用STEP7編譯軟件編制了控制系統(tǒng)的梯形圖并轉(zhuǎn)換為指令語(yǔ)句。最后進(jìn)行程序的模擬調(diào)試，經(jīng)過(guò)調(diào)試，該系統(tǒng)可有效實(shí)現(xiàn)過(guò)濾器的運(yùn)行與反洗，反滲透的運(yùn)行和混床的運(yùn)行、反洗和再生功能。2電廠化學(xué)水水質(zhì)分析及處理熱力系統(tǒng)中水質(zhì)是影響熱力設(shè)備平安可靠運(yùn)行的一個(gè)重要因素，由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格凈化處理的天然水含有很多對(duì)設(shè)備有害的雜質(zhì)，直接進(jìn)入系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的危害。最為明顯的就是熱力設(shè)備結(jié)垢，如果使用的水沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理或者處理不完善就進(jìn)入系統(tǒng)，長(zhǎng)此以往，設(shè)備與水接觸的地方會(huì)出現(xiàn)一些明顯的固體附著物，這種現(xiàn)象是結(jié)垢現(xiàn)象，受熱面上的固體附著物為水垢。水垢會(huì)使鍋爐變形、鼓包甚至引起爆炸。還會(huì)產(chǎn)生熱力設(shè)備腐蝕的嚴(yán)重后果，水質(zhì)達(dá)不到要求就會(huì)使熱力設(shè)備金屬腐蝕，從而使得設(shè)備壽命減短。金屬腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入水中使得水中雜，催化了結(jié)垢的過(guò)程，結(jié)垢又讓腐蝕加劇，從而形成惡性循環(huán)。故電廠使用的水必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格凈化，所以我們必須先對(duì)天然水電廠化學(xué)水進(jìn)行水質(zhì)分析，然后根據(jù)水質(zhì)情況采取相應(yīng)的凈化措施進(jìn)行處理，到達(dá)電廠用水要求。本章主要對(duì)天然水水質(zhì)和電廠化學(xué)水進(jìn)行分析，針對(duì)會(huì)損害系統(tǒng)設(shè)備的成分進(jìn)行了相應(yīng)地處理方法選擇。對(duì)目前的四種主要處理工藝進(jìn)行分析比照，選出本次設(shè)計(jì)的方案。2.1天然水中的雜質(zhì)懸浮物懸浮物是直徑在100nm到1μm間的物質(zhì)粒子，在水中不穩(wěn)定，分布不均勻，是需要除去的物質(zhì)。膠體膠體是顆粒直徑在1nm到100nm之間的粒子，主要是鐵鋁硅化合物的無(wú)機(jī)膠體和動(dòng)植物有機(jī)膠體的分解產(chǎn)物、蛋白質(zhì)、脂肪、腐殖質(zhì)的有機(jī)膠體，往往是分子或離子的集合體。懸浮物和膠體是造成天然水渾濁的重要因素，故采用混凝、沉淀和過(guò)濾的方法進(jìn)行首先去除。溶解物質(zhì)溶解物質(zhì)通常以離子或分子的形式存在于水中，直徑小于1nm，是均勻的分散體系。這類雜質(zhì)只能采用蒸餾、膜別離和離子交換的方法除去。2.2電廠化學(xué)水除雜經(jīng)過(guò)對(duì)天然水的成分分析，電廠化學(xué)水除雜首先應(yīng)該對(duì)天然水進(jìn)行預(yù)處理，除去天然水中的懸浮物和膠體，這個(gè)處理過(guò)程會(huì)影響后面的處理過(guò)程和出水水質(zhì)。假設(shè)該過(guò)程不達(dá)標(biāo)，后面的處理不能完成。然后就是進(jìn)行有害溶解物質(zhì)的除去，該局部主要有三類：一，呈離子狀態(tài)的物質(zhì)天然水中的主要陽(yáng)離子Ca2+、Mg2+，主要陰離子HCO3-；二，溶解氣體CO2，該氣體對(duì)金屬設(shè)備會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用；三，主要化合物，碳酸化合物，是鍋爐水必須除去的物質(zhì)，是造成結(jié)垢和腐蝕的重要因素。2.3工藝流程選擇經(jīng)過(guò)對(duì)天然水和化學(xué)水的分析，選擇工藝流程。目前存在的工藝流程主要有以下幾種：①?gòu)?fù)床-混床工藝：主體設(shè)備包括過(guò)濾器、陰床、陽(yáng)床、混床。②電滲析〔ED〕-混床工藝：主體設(shè)備包括過(guò)濾器、電滲析、混床。③電滲析〔ED〕-反滲透〔RO〕工藝：主體設(shè)備包括過(guò)濾器、電滲析、反滲透。④反滲透〔RO〕-混床工藝：主體設(shè)備包括過(guò)濾器、反滲透混床。其中，第一種工藝是比擬傳統(tǒng)的工藝，是目前電廠中使用較普遍的工藝，該工藝設(shè)備中樹(shù)脂利用率過(guò)低，反洗再生工序特別麻煩，所花時(shí)間長(zhǎng)，尤其對(duì)環(huán)境污染很嚴(yán)重。所以現(xiàn)在局部電廠已經(jīng)在改造，新建的電廠不再采用此工藝。第二種工藝采用電滲析法，以直流電能為動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，將水中的溶質(zhì)別離出來(lái)的一種膜別離法。這種方法在我國(guó)一小局部電廠作為離子交換化學(xué)除鹽系統(tǒng)的欲脫鹽系統(tǒng)得到應(yīng)用。該工藝對(duì)水的預(yù)處理要求極高，實(shí)現(xiàn)有相當(dāng)程度的難度。所以本課題不采用此方案。第三種方法同樣也涉及到電滲析法，同理不采用該方案。第四種方法采用反滲透，反滲透是20世紀(jì)60年代開(kāi)展起來(lái)的一種水處理工藝，利用壓差為動(dòng)力進(jìn)行膜別離過(guò)濾，對(duì)鍋爐等工業(yè)用水采用膜別離和離子交換組合，已經(jīng)在工業(yè)廢水處理，城市用水和海水淡化等方面取得顯著成效，我國(guó)新建電廠鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)大多采用這種工藝，故本課題采用這種工藝。隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速開(kāi)展，環(huán)境受到的破壞也日益嚴(yán)重，地表水和地下水都受到不同程度的污染，使得這些水含鹽量增高。我國(guó)的淡水資源稀缺，要減少工業(yè)用水量就必須提高水的循環(huán)利用率，對(duì)廢水進(jìn)行處理利用?；鹆Πl(fā)電廠要要壓縮實(shí)際工業(yè)用水量就可以將電廠循環(huán)水系統(tǒng)的排水轉(zhuǎn)為鍋爐補(bǔ)給水。但是循環(huán)水排污廢水的含鹽量比循環(huán)補(bǔ)充水的含鹽量高很多，假設(shè)將循環(huán)水排污廢水作為鍋爐補(bǔ)充水，工藝上仍采用傳統(tǒng)的離子交換，就需要大量的酸堿藥劑，長(zhǎng)此以往，購(gòu)置酸堿藥劑師一筆非常龐大的開(kāi)支，同時(shí)大量酸堿藥水的使用會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染。這個(gè)過(guò)程再生頻繁，程序較多，操作管理也多有不便，故不能單純使用離子交換除鹽。國(guó)內(nèi)化學(xué)水處理系統(tǒng)在一級(jí)除鹽過(guò)程中多數(shù)都采用弱陽(yáng)離子交換器、強(qiáng)陽(yáng)離子交換器、弱陰離子交換器和強(qiáng)陰離子交換器進(jìn)行分別除鹽。相比而言，反滲透技術(shù)就更加先進(jìn)和方便，本課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用反滲透技術(shù)，采用雙料過(guò)濾器、反滲透和混床系統(tǒng)對(duì)鍋爐用水進(jìn)行處理。該系統(tǒng)投資較少、運(yùn)行費(fèi)用較低、運(yùn)行操作簡(jiǎn)單、環(huán)境污染極小，具有很大的可行性。工藝流程圖如下列圖2.1所示：清水清水反滲透裝置雙濾料過(guò)濾器中間水箱除鹽水箱混床除碳裝置圖2.1電廠化學(xué)水工藝流程3系統(tǒng)硬件配置本章根據(jù)前一章選擇的工藝，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)硬件的配置及相應(yīng)的配置介紹。在此擬用雙料過(guò)濾器五臺(tái)、反滲透裝置兩套、除碳器一套、混床兩臺(tái)以及其他一些輔助裝置。本章主要介紹可編程序控制器〔PLC〕及其特點(diǎn)，同時(shí)選擇PLC，并對(duì)其進(jìn)行輸入輸出地址分配，做出外部接線圖。還介紹了雙濾料過(guò)濾器，反滲透裝置和混床等裝置的結(jié)構(gòu)、工作原理以及在本系統(tǒng)中的應(yīng)用以及幾種常用的除鹽水箱密封技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)比擬和其它的一些檢測(cè)裝置。3.1PLC的介紹可編程序控制器〔ProgrammableController〕簡(jiǎn)稱PLC，是一種以微處理器為根底的通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置，綜合了自動(dòng)控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)和數(shù)字技術(shù)，面向控制過(guò)程和用戶，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制最重要的支柱之一。PLC采用可編程存儲(chǔ)器用于內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)計(jì)數(shù)，算數(shù)操作等。是面向用戶的指令，通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入輸出的方式控制各種機(jī)器和生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破鞯某霈F(xiàn)迅速替代了傳統(tǒng)的繼電器控制，提高了工廠自動(dòng)化水平。3.2PLC的特點(diǎn)目前世界上生產(chǎn)PLC的廠家很多，他們生產(chǎn)的產(chǎn)品也不盡相同，但是產(chǎn)品的根本特征大致相同：①機(jī)型系列化②采用多個(gè)處理器③存儲(chǔ)能力強(qiáng)④輸入輸出接口強(qiáng)大⑤采用智能外圍接口，功能強(qiáng)大⑥編程語(yǔ)言通俗化⑦便于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化3.3PLC的選擇經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)考量，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用西門子公司的S7-300系列的PLC。S7－300是模塊化的中小型PLC的硬件系統(tǒng)，能夠滿足中等性能要求的應(yīng)用，已成為各種小規(guī)模和中等性能要求控制任務(wù)中比擬方便和經(jīng)濟(jì)的解決方案，在各類型專用機(jī)床、機(jī)械制造、汽車工業(yè)、食品和煙草工業(yè)、樓宇工程等過(guò)程控制工程、生產(chǎn)制造工程、塑料加工、包裝等工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)多種多樣的自動(dòng)化控制任務(wù)。S7—300還具有以下特點(diǎn):①循環(huán)周期很短，處理速度快②指令集功能強(qiáng)大，可用在功能復(fù)雜的場(chǎng)合③產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊湊，可用在有限空間里④具有模塊化結(jié)構(gòu)，適合密集安裝⑤有各種不同的CPU和各種各樣的功能模塊和I/O模塊可供選擇⑥免維護(hù)根據(jù)上一章硬件設(shè)計(jì)，化學(xué)水處理系統(tǒng)中有很多閥門、泵、風(fēng)機(jī)等開(kāi)關(guān)量控制，要求控制可靠性高。在本系統(tǒng)中，共有各種輸入/輸出量120點(diǎn)左右，提供I/O總量的1/5備用。中央處理單元CPU設(shè)置足夠容量的存儲(chǔ)器，考慮1/2作為備用。通過(guò)分析CPU選用CPU312。系統(tǒng)總圖如下列圖3.1：PLCPLC雙濾料過(guò)濾器液位傳感器壓差變送器反洗電導(dǎo)率變送器混床電導(dǎo)率變送器反滲電導(dǎo)率變送器過(guò)濾泵圖3.1系統(tǒng)總圖3.4PLC程序的I/O地址分配I/O地址表如下表3.1和表3.2表3.1輸入地址分配表編程元件輸入I/O端口電路器件作用I/O端口電路器件作用I0.0S1系統(tǒng)總啟動(dòng)I2.5S15備用泵啟動(dòng)I0.1S2系統(tǒng)總關(guān)閉I2.6S16備用風(fēng)機(jī)啟動(dòng)I0.2S3清水泵啟動(dòng)I3.0D11#反洗電導(dǎo)率高I0.3S4清水泵關(guān)閉I3.1D22#反洗電導(dǎo)率高I0.4S51#雙濾器啟動(dòng)I3.2D33#反洗電導(dǎo)率高I0.5S61#雙濾器關(guān)閉I3.3D44#反洗電導(dǎo)率高I0.6Y11#壓差高I3.4D55#反洗電導(dǎo)率高I1.0S72#雙濾啟動(dòng)I3.5FD11#反滲電導(dǎo)率高I1.1S82#雙濾關(guān)閉I3.6FD22#反滲電導(dǎo)率高I1.2Y22#壓差高I4.0S171#高壓泵停I1.3S93#雙濾器啟動(dòng)I4.1S182#高壓泵停I1.4S103#雙濾關(guān)閉I4.2W11#保安水位高I1.5Y33#壓差高I4.3S193#高壓泵停I1.6S114#雙濾器啟動(dòng)I4.4W22#保安水位高I2.0S124#雙濾器關(guān)閉I4.5S204#高壓泵停I2.1Y44#壓差高I4.6S21沖洗泵停I2.2S135#雙濾器啟動(dòng)I5.0H11#混電率<0.5I2.3S145#雙濾器關(guān)閉I5.1H22#混電率<0.5I2.4Y55#壓差高表3.2輸出地址分配表編程元件輸出I/O端口電路器件作用I/O端口電路器件作用Q8.0GB過(guò)濾泵Q13.4CQ55#反洗出氣閥Q8.1BG備用過(guò)濾泵Q13.5FP55#反洗排水閥Q8.2JF11#過(guò)濾器進(jìn)水閥Q13.6HF11組高壓水泵后閥Q8.3CF11#過(guò)濾器出水閥Q14.0QF11#保安前閥Q8.4JF22#過(guò)濾器進(jìn)水閥Q14.1BH11#保安后閥Q8.5CF22#過(guò)濾器出水閥Q14.2YB11#高壓泵Q8.6JF33#過(guò)濾器進(jìn)水閥Q14.3YB22#高壓泵Q9.0CF33#過(guò)濾器出水閥Q14.4BP11#保安水箱排水閥Q9.1JF44#過(guò)濾器進(jìn)水閥Q14.5HF22組高壓水泵后閥Q9.2CF44#過(guò)濾器出水閥Q14.6QF22#保安前閥Q9.3JF55#過(guò)濾器進(jìn)水閥Q15.0BH22#保安后閥Q9.4CF55#過(guò)濾器出水閥Q15.1YB33#高壓泵Q9.5CB沖洗泵Q15.2YB44#高壓泵Q9.6BC備用泵Q15.3BP22#保安水箱排水閥Q10.0GF風(fēng)機(jī)Q15.4CX11#沖洗閥Q10.1BF備用風(fēng)機(jī)Q15.5CX22#沖洗閥Q10.2FJ11#反洗進(jìn)水閥Q15.6CQ2沖洗前閥Q10.3FC11#反洗出水閥Q16.0CXB沖洗泵Q10.4JQ11#反洗進(jìn)氣閥Q16.1HJ11#混床進(jìn)水閥Q10.5CQ11#反洗出氣閥Q16.2HC11#混床出水閥Q10.6FP11#反洗排水閥Q16.3HR11#反洗入水閥Q11.0FJ22#反洗進(jìn)水閥Q16.4HC11#反洗出水閥Q11.1FC22#反洗出水閥Q16.5HP11#排水閥Q11.2JQ22#反洗進(jìn)氣閥Q16.6JJ11#進(jìn)堿閥Q11.3CQ22#反洗出氣閥Q17.0JS11#進(jìn)酸閥Q11.4FP22#反洗排水閥Q17.1PF11#排廢液閥Q11.5FJ33#反洗進(jìn)水閥Q17.2HX11#沖洗閥Q11.6FC33#反洗出水閥Q17.3HB沖洗泵Q12.0JQ33#反洗進(jìn)氣閥Q17.4HF風(fēng)機(jī)Q12.1CQ33#反洗出氣閥Q17.5HJ22#混床進(jìn)水閥Q12.2FP33#反洗排水閥Q17.6HC22#混床出水閥Q12.3FJ44#反洗進(jìn)水閥Q18.0HR22#反洗入水閥Q12.4FC44#反洗出水閥Q18.1HC22#反洗出水閥Q12.5JQ44#反洗進(jìn)氣閥Q18.2HP22#排水閥Q12.6CQ44#反洗出氣閥Q18.3JJ22#進(jìn)堿閥Q13.0FP44#反洗排水閥Q18.4JS22#進(jìn)酸閥Q13.1FJ55#反洗進(jìn)水閥Q18.5PF22#排廢液閥Q13.2FC55#反洗出水閥Q18.6HX22#沖洗閥Q13.3JQ55#反洗進(jìn)氣閥3.5PLC外部接線圖下列圖3.2為PLC外部接線圖圖3.2PLC外部接線圖〔續(xù)〕圖3.2PLC外部接線圖3.6雙料過(guò)濾器雙料過(guò)濾器的概述雙料過(guò)濾器含有石英砂和無(wú)煙煤兩種過(guò)濾介質(zhì)，所以叫雙料過(guò)濾器，采用雨淋式過(guò)濾結(jié)構(gòu)，過(guò)濾設(shè)備里的濾料在水的作用下呈現(xiàn)分層排列狀態(tài)，大顆粒在下面，小顆粒在上面。當(dāng)水從上向下流過(guò)過(guò)濾層時(shí)，濾料顆粒外表吸附水中的微小懸浮顆粒，被截留下來(lái)的微小懸浮顆粒在濾料顆粒外表相互重合，形成另外一層過(guò)濾膜。小于濾料顆粒間間隙的懸浮物那么進(jìn)入排列緊密的濾層內(nèi)部，水在這樣的通道內(nèi)流動(dòng)，就有更多時(shí)機(jī)與濾料顆粒碰撞，這樣水中的凝絮和懸浮物就能與濾料相互粘合，被濾料截留吸附，稱為滲透過(guò)濾。雙料過(guò)濾器的工作原理雙料過(guò)濾器以較大粒徑的無(wú)煙煤和較小粒徑的石英砂為濾料，使濾層分布接近最理想的分布情況，就可以到達(dá)最正確截污效果。濾料比重的不同可以使反洗時(shí)濾層不混合。過(guò)濾器的運(yùn)行是周期性的，每次過(guò)濾之后都要反洗，反洗可以去除掉濾層中累積的污物，使得濾料恢復(fù)，再次具備截污能力。反洗常用壓縮空氣攪拌。該設(shè)備廣泛應(yīng)用于油田、化工、冶金、紡織等行業(yè)的工業(yè)廢水處理中。雙料過(guò)濾器的優(yōu)點(diǎn)①結(jié)構(gòu)較緊湊、運(yùn)行平穩(wěn)、操作方便②設(shè)備濾速大、過(guò)濾精度高、截污能力強(qiáng)③反洗比擬徹底、維護(hù)很方便、自動(dòng)化程度極高適用于水的深度處理，能較精細(xì)地處理水中的懸浮物膠體等物質(zhì)。本課題選用雙料過(guò)濾器作為本系統(tǒng)的預(yù)處理裝置，除去水中的懸浮物和膠體等。選用五臺(tái)雙料過(guò)濾器，將其中四臺(tái)分成兩組，每組兩臺(tái)，每次每組啟動(dòng)一臺(tái)，余下的一臺(tái)作為緊急備用。3.7反滲透裝置反滲透裝置的概述反滲透也成為逆滲透〔RO〕，是20世紀(jì)60年代開(kāi)展起來(lái)的一種膜別離技術(shù)，其孔徑≤10nm，可以去除濾液中的離子和分子直徑小的物質(zhì)，比方病毒、熱源、細(xì)菌等。能量消耗比值低，不產(chǎn)生化學(xué)廢水，可以降低本錢。廣泛應(yīng)用于生物和醫(yī)藥工程，還應(yīng)用于飲用純潔水、醫(yī)藥用純水、電子、海水淡化等。本系統(tǒng)還為反滲透裝置配備了配套裝置中間水箱，從過(guò)濾器出來(lái)的水進(jìn)入中間水箱，等待反滲透，本系統(tǒng)配置兩個(gè)中間水箱，每套反滲裝置配一個(gè)中間水箱。反滲透的工作原理反滲透技術(shù)是利用壓力將溶液中的溶劑〔水〕通過(guò)反滲透膜別離出來(lái)的一種技術(shù)。他和自然滲透的方向相反，故稱為反滲透。根據(jù)每種材料各自的滲透壓就可以到達(dá)別離、提取、純化和濃縮的目的。當(dāng)純水和鹽水被理想半透膜隔開(kāi)時(shí)，理想半透膜只讓水通過(guò)而阻止鹽通過(guò)，半透膜純水側(cè)的水就會(huì)自發(fā)地通過(guò)半透膜流入鹽水側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透，如果在膜的鹽水側(cè)加壓力，水的自發(fā)流動(dòng)就會(huì)受到抑制而減慢，當(dāng)外加的壓力到達(dá)某一數(shù)值時(shí)，水通過(guò)膜的凈流量為零，這個(gè)壓力稱為滲透壓力，但如果施加在膜鹽水側(cè)的壓力比滲透壓力大，水的流向會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，鹽水中的水將流入純水側(cè)，從而形成水的反滲透〔RO〕處理的根本原理。滲透和反滲透的原理圖如下列圖圖3.3和圖3.4：半透膜半透膜滲透壓鹽水清水圖3.3滲透原理半透膜滲透壓鹽水清水3.4反滲透原理反滲透脫鹽率在97%以上，脫鹽率高，能較強(qiáng)地適應(yīng)原水水質(zhì)地變化，設(shè)備簡(jiǎn)單、占地面積小，便于操作管理，出水水質(zhì)穩(wěn)定，制水本錢低。反滲透裝置使用大約一年后脫鹽率就會(huì)下降約1%--2%，但是漏過(guò)的含鹽量會(huì)增加到原來(lái)的兩倍，嚴(yán)重影響出水。由于本課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用兩套反滲透裝置，一套使用，另一套備用。所以啟動(dòng)備用裝置，對(duì)使用過(guò)的裝置進(jìn)行清洗。3.8混床混床混合離子交換器簡(jiǎn)稱混床，是針對(duì)離子交換技術(shù)設(shè)計(jì)的設(shè)備。混床就是把一定比例的陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂混合裝在相同的交換裝置中，將流體中的離子進(jìn)行交換和脫除。實(shí)際上，陰樹(shù)脂的比重比陽(yáng)樹(shù)脂小，故一般混床內(nèi)陰樹(shù)脂在上陽(yáng)樹(shù)脂在下。大多數(shù)陰陽(yáng)樹(shù)脂裝填比例為2：1，也有裝填比例為1.5：1的，可按樹(shù)脂的不同選擇適當(dāng)?shù)谋壤Ｄ壳拔覈?guó)火力發(fā)電廠使用的混床有凝結(jié)水處理混床和鍋爐補(bǔ)給水處理混床兩種混床，混床用于處理反滲透出水時(shí)，進(jìn)水的含鹽量都高于凝結(jié)水處理混床和鍋爐補(bǔ)給水處理混床，在反滲透〔RO〕-混床系統(tǒng)中,反滲透進(jìn)水含鹽量和組件的脫鹽率決定了混床進(jìn)水的含鹽量。為保證出水水質(zhì)和周期制水量，混床的設(shè)計(jì)容量必須留有足夠的余量。由于混床中裝填了陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂,混床失效后,必須將陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂反洗分層后才能進(jìn)行再生?；齑策€分為體內(nèi)同步再生式和體外再生式混床，因?yàn)橥皆偕交齑苍谡麄€(gè)運(yùn)行和再生過(guò)程都在混床內(nèi)發(fā)生，再生時(shí)樹(shù)脂不會(huì)移出設(shè)備外，并且陰陽(yáng)樹(shù)脂是同時(shí)再生的，所以不需要很多附屬設(shè)備，操作簡(jiǎn)單方便；出水水質(zhì)穩(wěn)定，短時(shí)間進(jìn)水水質(zhì)、運(yùn)行流速等運(yùn)行條件變化對(duì)混床出水水質(zhì)影響?。婚g斷運(yùn)行對(duì)出水水質(zhì)的影響不大，恢復(fù)到停運(yùn)前水質(zhì)所需的時(shí)間非常短；出水PH接近中性，水質(zhì)優(yōu)異。1-進(jìn)水口；2-進(jìn)堿口；3-排廢液口；4-進(jìn)酸口；5-出水口；6-進(jìn)酸裝置；7-下部配水裝置；8-中間排液裝置；9-樹(shù)脂層；10-進(jìn)堿裝置；11-進(jìn)水裝置圖3.5混床的結(jié)構(gòu)除碳器由于混床中會(huì)出現(xiàn)周期制水等比下降，我們可以在反滲透裝置和混床中間的水箱上安裝除碳器，除碳器裝置大大減小了混床進(jìn)水的二氧化碳含量,還大大提高了混床的周期制水量。本課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)選用大氣式除碳器。大氣式除碳器用木質(zhì)格柵、鮑爾環(huán)、瓷環(huán)、階梯環(huán)或多面空心球等作為填料。除碳風(fēng)機(jī)使用高效離心風(fēng)機(jī)。除碳器工作時(shí)，水從上部進(jìn)入，經(jīng)布水裝置流下，因?yàn)樘盍嫌凶钃踝饔?，所以水通過(guò)填料層是時(shí)被分散成許多小股水流、水滴或水膜，增大了空氣與水的接觸面積?？諝庵械腃O2分壓約為大氣壓的0.03%，含量較少，當(dāng)空氣與水接觸時(shí),水中的CO2會(huì)析出并被空氣帶走，排到大氣中。1-排氣口;2-進(jìn)水口;3-風(fēng)室；4-出水口；5-進(jìn)風(fēng)口；6-填料支撐；7-填料層；8-布水裝置圖3.6大氣式除碳器的結(jié)構(gòu)3.9除鹽水箱隨著火力發(fā)電廠裝機(jī)容量的逐步增大增大，水汽質(zhì)量的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，最突出的問(wèn)題就是除鹽水箱的貯存過(guò)程會(huì)讓水質(zhì)劣化。除鹽水會(huì)被空氣中氧、CO2和灰塵極污染，直接導(dǎo)致其品質(zhì)急劇下降，造成熱力設(shè)備的結(jié)垢和腐蝕，因此必須對(duì)除鹽水箱實(shí)行密封?？諝庵械腃O2進(jìn)入除鹽水后與水結(jié)合生成碳酸,碳酸是化合物,不能用物理的方法去除。真空除氣器、凝汽器和熱力式除氧器都能將水中氧含量降到10ug/L以下，卻不能將水中的CO2含量降到2ug/L以下。考慮碳酸的酸性往水中加氨使pH值升高，但并沒(méi)有去除水中的CO2，只是將CO2轉(zhuǎn)化成了〔NH4〕2CO3,碳酸一旦分解出來(lái),仍會(huì)腐蝕熱力系統(tǒng),導(dǎo)致水中的Fe、Cu等含量只增不減。為了解決水質(zhì)劣化問(wèn)題，必須在最短時(shí)間內(nèi)解決除鹽水箱密封問(wèn)題，隔絕空氣，保證補(bǔ)給水水質(zhì)。國(guó)內(nèi)外有關(guān)水箱密封的方法很多，常用的密封法如下：①密封液密封法：把比重小于1的密封液倒入除鹽水箱中，密封液將浮在水面上，把水和空氣隔開(kāi)，到達(dá)密封保持水質(zhì)的效果。為了防止密封液隨箱內(nèi)水流出，應(yīng)該在水箱出水管上插倒虹吸管。但是空氣與密封液接觸，密封液內(nèi)會(huì)進(jìn)入空氣中塵埃，所以必須定期更換密封液。采用密封液密封法工藝簡(jiǎn)單，而且不受容器形狀限制，密封效果優(yōu)異；但是對(duì)密封液要求很高，要求密封液具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不含能溶于水或影響水質(zhì)的任何物質(zhì)，該方法比擬少見(jiàn)。②吸收法：根據(jù)CO2的化學(xué)特性考慮使用堿性物質(zhì)吸收空氣中的CO2，不讓CO2進(jìn)入除鹽水箱，常用的堿性物質(zhì)有堿石棉與液體工業(yè)堿。具體是在水箱溢流管和通空氣管上連接一個(gè)容器，在容器內(nèi)放堿石棉或液體工業(yè)堿，并定期更換容器內(nèi)物質(zhì)，要求水箱運(yùn)行時(shí)溢流管不能溢流，防凍問(wèn)題易出現(xiàn)在冬季，應(yīng)該加以考慮。吸收法可以防止CO2進(jìn)入水箱；但是水箱運(yùn)行狀態(tài)要求嚴(yán)格，維護(hù)量大，特別是冬季，堿性物質(zhì)要及時(shí)進(jìn)行更換以防止引起水質(zhì)波動(dòng)。③浮頂密封法：在水箱內(nèi)加一套浮頂，使得箱內(nèi)水面與空氣隔開(kāi)，浮頂就像活塞一樣，隨著水箱水位的上升下降而浮動(dòng)，從而到達(dá)防止箱內(nèi)水質(zhì)劣化的效果，浮頂有硬浮頂和軟浮頂兩種。該方法可根本解決液面全密封問(wèn)題,密封效好;但是除鹽水箱不能從上部進(jìn)水,可從底側(cè)部、底部進(jìn)水。④氮?dú)饷芊夥ǎ喊殉}水箱內(nèi)水面上空氣全部更換為干凈的氮?dú)?，使除鹽水箱內(nèi)水與外界空氣隔絕，進(jìn)而到達(dá)保持水質(zhì)保持優(yōu)異的要求。該方法從根本上到達(dá)了杜絕了外界空氣進(jìn)入除鹽水箱內(nèi)，從而到達(dá)了預(yù)期效果，這種方案比擬常見(jiàn)于西方國(guó)家的設(shè)計(jì)中；這種工藝對(duì)容器上設(shè)置的平安措施可靠性要求極高，不然就可能會(huì)因?yàn)槠桨惭b置失靈造成箱體內(nèi)壓力上升或處真空態(tài)而造成爆炸，因?yàn)樗涮幱谝欢▔毫ο鹿ぷ?，?duì)箱體的制造要求也非常嚴(yán)格，氮?dú)庠谝何蛔兓瘯r(shí)消耗量大，所以氮?dú)饷芊夥ㄟ\(yùn)行費(fèi)用過(guò)高。⑤蒸汽密封法：該方法的原理與“氮?dú)饷芊夥è暩疽恢隆Ｊ褂眯Ч蛯?duì)平安裝置、容器制造要求也都同于“氮?dú)饷芊夥è?。兩種方法的主要區(qū)別事由于用蒸汽取代了氮?dú)?，蒸汽在箱?nèi)會(huì)不斷凝結(jié)，所以蒸汽運(yùn)行消耗量大大高于氮?dú)饷芊夥ㄖ械牡獨(dú)庀牧?。除此，蒸汽的品質(zhì)不能比箱內(nèi)純水水質(zhì)低，否那么會(huì)使純水水質(zhì)下降。⑥塑料球密封法：把特制塑料球放在水箱內(nèi)浮在水面上，隔絕箱內(nèi)水面與空氣的接觸，以保持水質(zhì)。該方法工藝簡(jiǎn)單，便于清掃；但是密封效果不夠理想。⑦緩沖水隔離法：把水箱的進(jìn)出水管接在箱底部的一個(gè)接口上，當(dāng)水箱充滿水后，由于水箱只對(duì)進(jìn)出水流量差值起一個(gè)補(bǔ)充作用，所以箱底部管流量非常小，箱中液位變化也比擬小，箱中的存水起緩沖隔離的作用，使箱內(nèi)最上部易被空氣污染的一點(diǎn)純水不會(huì)立即流出，在一定程度上抑制了箱中出水水質(zhì)變壞。緩沖水隔離法在系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，能控制對(duì)出水水質(zhì)變壞。但是水箱存水就是考慮進(jìn)出水量不平衡而進(jìn)行調(diào)節(jié)。使用緩沖水隔離法不需要增加額外的裝置，減少設(shè)備本錢；但是此種工藝作用非常有限，無(wú)法從根本上解決問(wèn)題，只能在設(shè)計(jì)階段考慮，不能應(yīng)用于運(yùn)行電廠中，而且底部進(jìn)水涉及根底結(jié)構(gòu)。其實(shí)與除鹽水接觸的大氣對(duì)水質(zhì)的污染還和電廠所在地區(qū)的氣候條件、大氣成分有關(guān)，所以相同的設(shè)備在不同的地區(qū)和不同的季節(jié)污染的程度也不同，各地區(qū)考慮各地氣候及設(shè)備結(jié)構(gòu)不同也會(huì)采取不同的密封方法。本課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)于除鹽水箱進(jìn)水點(diǎn)沒(méi)有特別要求，從上部進(jìn)水、底部側(cè)和底部進(jìn)水都可以，所以本系統(tǒng)使用軟浮頂來(lái)密封水箱。3.10其它檢測(cè)儀器電導(dǎo)率變送儀本系統(tǒng)在水質(zhì)檢測(cè)時(shí)主要應(yīng)用電導(dǎo)率變送儀，在過(guò)濾過(guò)程中，反洗檢測(cè)、反滲以及混床檢測(cè)中都要用到電導(dǎo)率變送儀。因此選擇良好的電導(dǎo)率變送儀用于檢測(cè)是至關(guān)重要的。電導(dǎo)率變送儀的原理：溶解在水中的酸堿鹽等電解質(zhì)，在溶液中解離成正、負(fù)離子，使電解液具有導(dǎo)電能力，電導(dǎo)率就是用來(lái)表示電解液導(dǎo)電能力的大小。在特定條件下距離為1cm，截面積為1cm2的兩個(gè)電極間介質(zhì)電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)率，溶液的電導(dǎo)率大小和電解質(zhì)的濃度、溫度、性質(zhì)等因素有關(guān)，一般說(shuō)的溶液電導(dǎo)率是指在25℃時(shí)的電導(dǎo)率。壓差變送器壓差變送器又稱為差壓變送器，主要分為氣動(dòng)差壓變送器和電動(dòng)差壓變送器兩類。目前使用較多的是電動(dòng)差壓變送器。所謂"差壓"是為了區(qū)分“壓力變壓器〞。它被測(cè)差壓的變化轉(zhuǎn)換成直流0～10mA或4～20mA統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),送往顯示儀表或調(diào)節(jié)器等二次儀表。壓差變送器主要是靠力矩平衡的原理工作。本系統(tǒng)在過(guò)濾過(guò)程中使用壓差控制作為輔助控制。液位變送器液位變送器利用液體靜壓力的測(cè)量原理工作，選用硅壓力測(cè)壓傳感器把測(cè)量到的壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路放大和補(bǔ)償電路補(bǔ)償，以4～20毫安或0～10毫安電流方式輸出。本系統(tǒng)中在中間水箱上安裝液位變送器，通過(guò)測(cè)水箱的液位控制水箱，控制水位使其低于高壓泵能承受的最高水位。4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試本章主要根據(jù)上一章的硬件系統(tǒng)配置進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)以及調(diào)試，是本課題設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的控制流程，做出詳細(xì)設(shè)計(jì)流程圖。重點(diǎn)設(shè)計(jì)了PLC程序的及進(jìn)行調(diào)試，并摘出重點(diǎn)局部的程序和仿真圖4.1程序設(shè)計(jì)流程雙濾料過(guò)濾器運(yùn)行流程圖4.1為雙濾料運(yùn)行流程圖系統(tǒng)總啟動(dòng)〔S1)系統(tǒng)總啟動(dòng)〔S1)雙濾器啟動(dòng)〔S5S9)清水泵啟動(dòng)(S3)反洗保安水箱過(guò)濾開(kāi)始過(guò)濾時(shí)間到？壓差過(guò)大？備用(S7S11)YYNN圖4.1雙濾料過(guò)濾器運(yùn)行流程圖系統(tǒng)采用五臺(tái)過(guò)濾器，每?jī)膳_(tái)一組，每次只啟動(dòng)其中一臺(tái)，剩下的一臺(tái)作為緊急備用裝置，平時(shí)不啟動(dòng)使用，運(yùn)行的過(guò)濾器故障時(shí)手動(dòng)啟用。系統(tǒng)采用兩種控制方案，以時(shí)間控制為主壓差控制為輔。到一定時(shí)間時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行，啟動(dòng)備用，如果時(shí)間沒(méi)到但是壓差變化較大，到達(dá)反洗條件，也自動(dòng)停止運(yùn)行，啟動(dòng)備用。停運(yùn)的設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行反洗。過(guò)濾所得到的濾水進(jìn)入中間水箱進(jìn)行反滲。雙濾料過(guò)濾器的反洗流程圖如下列圖4.2。流程說(shuō)明：反洗的過(guò)程中要通入壓縮空氣，沖洗泵和風(fēng)機(jī)都有備用的。如果雙濾料過(guò)濾器運(yùn)行到達(dá)反洗條件那么自動(dòng)反洗并啟動(dòng)啟動(dòng)另外一套裝置，這樣可以保證制水的連續(xù)性，用電導(dǎo)率來(lái)判斷反洗是否合格，如果反洗水的電導(dǎo)率合格就自動(dòng)停止反洗，進(jìn)行排水，作為下一周期的備用。YYNN反洗開(kāi)始反洗泵風(fēng)機(jī)正常？正常？正常？反洗電導(dǎo)率合格？停反洗泵，風(fēng)機(jī)排水備用備用(S16)備用〔S15)YNY圖4.2雙濾料過(guò)濾器反洗流程圖反滲透運(yùn)行流程本系統(tǒng)給每套反滲透裝置配兩臺(tái)高壓泵，一臺(tái)備用。利用電導(dǎo)率控制兩臺(tái)反滲透裝置的替換，當(dāng)電導(dǎo)率有明顯升高時(shí)必須停止運(yùn)行啟動(dòng)備用，反滲透裝置每次運(yùn)行結(jié)束后需要對(duì)其進(jìn)行沖洗，但反滲透裝置運(yùn)行大約一年后，必須對(duì)其進(jìn)行徹底清洗，清洗一般需要九十天左右，因?yàn)榍逑垂ぷ髁鞒虖?fù)雜，需要專門的清洗控制系統(tǒng)，所以本次設(shè)計(jì)不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。反滲透運(yùn)行流程圖如下列圖4.3系統(tǒng)總啟動(dòng)系統(tǒng)總啟動(dòng)沖洗啟動(dòng)備用反滲2#高壓泵啟動(dòng)1#高壓泵啟動(dòng)反滲裝置閥門開(kāi)啟正常？NYN電導(dǎo)率高？Y圖4.3反滲透運(yùn)行流程圖混床運(yùn)行流程本系統(tǒng)準(zhǔn)備了兩套混床，一套備用，利用電導(dǎo)率控制兩套混床的輪流運(yùn)行，混床每次運(yùn)行結(jié)束后需對(duì)其內(nèi)的樹(shù)脂進(jìn)行反洗并再生，反洗再生操作復(fù)雜，難以控制，因此采用自動(dòng)控制方式進(jìn)行控制。圖4.4為混床的運(yùn)行、反洗和再生的流程圖NN系統(tǒng)總啟動(dòng)混床啟動(dòng)混床除鹽上下同時(shí)進(jìn)酸、堿樹(shù)脂再生再生結(jié)束啟動(dòng)備用反洗作為備用NYYNYT>15分鐘YT>40分鐘N沖洗30分鐘電導(dǎo)率高？T>15分鐘排水圖4.4混床的運(yùn)行、反洗和再生的流程圖4.2程序設(shè)計(jì)STEP7軟件介紹對(duì)S7-300進(jìn)行編程可以使用根本的STEP7軟件包。根據(jù)前面對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程圖進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)編程使用梯形圖，編程軟件用STEP7,STEP7的功能有：硬件配置、參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)、維護(hù)、文檔編輯、運(yùn)行和診斷等。STEP7能夠完成一些大型的或者復(fù)雜的應(yīng)用：用高級(jí)語(yǔ)言或者圖形設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，需要使用功能或通訊模塊。STEP7還可以與附加的SIMATIC軟件包比方工程工具一起使用。梯形圖介紹西門子PLC有梯形圖編程語(yǔ)言、指令語(yǔ)句編程語(yǔ)言和功能塊編程語(yǔ)言三種語(yǔ)言。本程序設(shè)計(jì)采用梯形圖編程語(yǔ)言編程。梯形圖編程語(yǔ)言是在繼電器-接觸器控制系統(tǒng)電路圖根底上簡(jiǎn)化符號(hào)演變而來(lái)的，是一種簡(jiǎn)單直觀的編程語(yǔ)言?？梢哉J(rèn)為是傳統(tǒng)控制電路圖的演變成果，不僅簡(jiǎn)化了，還增添了很多功能強(qiáng)大使用靈活的指令，結(jié)合微機(jī)的特點(diǎn)，使得編程更加容易，功能卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的控制電路，是目前使用得最廣泛的編程語(yǔ)言。本系統(tǒng)的PLC梯形圖見(jiàn)附錄A;指令語(yǔ)句見(jiàn)附錄B。4.3程序調(diào)試長(zhǎng)時(shí)間定時(shí)經(jīng)過(guò)前面的探索與學(xué)習(xí)，雙濾料過(guò)濾器運(yùn)行過(guò)程中是以時(shí)間控制為主要控制的，而一般火電廠化學(xué)水處理中一組雙濾料過(guò)濾器的運(yùn)行周期為12小時(shí)左右，而西門子公司的S7-300系列PLC內(nèi)定時(shí)器的定時(shí)范圍為1ms～2H46M308S,不符合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，所以必須尋找其他方法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間定時(shí)?？梢钥紤]在本程序設(shè)計(jì)中使用兩個(gè)定時(shí)器線圈和一個(gè)計(jì)數(shù)器到達(dá)定時(shí)12h，如圖在網(wǎng)絡(luò)3～4中利用兩個(gè)定時(shí)器線圈產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)脈沖，如下列圖4.5：T2T1T2T1圖4.6長(zhǎng)時(shí)間定時(shí)程序計(jì)數(shù)器的梯形圖符號(hào)如圖4.7，該指令用于在計(jì)數(shù)器預(yù)置輸入端S上有正跳變時(shí)，根據(jù)PV上的數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)器預(yù)置。如果R為“1〞，計(jì)數(shù)器復(fù)位，計(jì)數(shù)值復(fù)位為“0〞。當(dāng)CD出現(xiàn)正跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始向下計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)值大于“0〞時(shí)，輸出Q為“1〞；當(dāng)計(jì)數(shù)值等于“0〞，輸出Q為“0〞。為了防止計(jì)時(shí)錯(cuò)誤的出現(xiàn)，一般同一個(gè)計(jì)數(shù)器不出現(xiàn)在多個(gè)程序中。當(dāng)產(chǎn)生的脈沖每來(lái)一個(gè)上升沿計(jì)數(shù)器減1，直到減到0輸出由1變?yōu)?，利用這個(gè)變化完成定時(shí)功能。圖4.6完成的定時(shí)時(shí)間為T,T=T1+(T1+T2)×C1=20+(15+20)×20=720M，即十二小時(shí)，這樣通過(guò)更改TI、T2和C1的值來(lái)到達(dá)幾天，幾個(gè)月甚至幾年的長(zhǎng)時(shí)間定時(shí)。仿真結(jié)果如圖4.8所示：圖4.7減計(jì)數(shù)器梯形圖符號(hào)圖4.8長(zhǎng)時(shí)間定時(shí)仿真圖雙濾料過(guò)濾器運(yùn)行由前面設(shè)計(jì)的內(nèi)容可知在本系統(tǒng)中雙濾料過(guò)濾器分成三組，常用的兩組中每組中的兩臺(tái)不能同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行的過(guò)濾器到達(dá)反洗條件時(shí)自動(dòng)反洗，并自動(dòng)啟動(dòng)同組的另一臺(tái)過(guò)濾器，局部程序如圖4.9：圖4.9雙濾料運(yùn)行程序在網(wǎng)絡(luò)7中，有自鎖現(xiàn)象，常閉的手動(dòng)開(kāi)關(guān)按鈕，輔助控制的壓差輸入，和2#過(guò)濾器形成反鎖的常閉觸點(diǎn)。仿真圖4.10圖4.10雙濾料運(yùn)行混床反洗再生混床反洗再生是個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，使用手動(dòng)方式不容易控制，因此混床的反洗再生只采用自動(dòng)控制方式，中間用多個(gè)定時(shí)器控制。反洗梯形圖如圖4.11，仿真結(jié)果圖4.12，混床再生梯形圖4.13，混床再生仿真圖4.14：圖4.11混床反洗梯形圖圖4.12混床反洗仿真圖圖4.13混床再生梯形圖圖4.14混床再生仿真圖結(jié)論本次設(shè)計(jì)中，首先研究了本課題存在的的意義，分析比擬了傳統(tǒng)控制方式和現(xiàn)代控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，分析現(xiàn)代控制方式中仍然存在的問(wèn)題。然后對(duì)天然水和電廠化學(xué)水水質(zhì)進(jìn)行分析并確定除雜方法，選定工藝流程。緊接著對(duì)本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)，然后根據(jù)硬件配置進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試，本系統(tǒng)重難點(diǎn)是軟件方面的設(shè)計(jì)，選用的西門子公司的PLC，用STEP7進(jìn)行軟件編程。根據(jù)PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟，選定了PLC類型對(duì)I/O地址進(jìn)行了分配，繪制流程圖并做出外部接線圖。通過(guò)本次設(shè)計(jì)學(xué)到了很多課本中沒(méi)有的知識(shí)，例如：雙濾料過(guò)濾器、反滲透、混床、除碳器等等工業(yè)常用的設(shè)備裝置。在此過(guò)程中了解了這些硬件設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理、應(yīng)用范圍等等知識(shí)。這些都沒(méi)有出現(xiàn)在課本上，但是卻是日常工業(yè)中必不可少的知識(shí)。上學(xué)期學(xué)習(xí)了可編程序控制器原理及應(yīng)用，但是卻幾乎不能自主應(yīng)用，了解的知識(shí)面也很少，經(jīng)過(guò)本次的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，更加深入的了解了西門子公司的PLC以及編程軟件，其程序設(shè)計(jì)和調(diào)試都是重難點(diǎn)，是我們?nèi)蘸髴?yīng)該加強(qiáng)學(xué)習(xí)和使用的。雖然本次設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，各方面也到達(dá)了預(yù)期目的，但其中還有很多地方需要改良，還有更高的晉升空間，對(duì)于程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試方面，雖然說(shuō)在老師的指導(dǎo)下做出了預(yù)期目標(biāo)應(yīng)該到達(dá)的效果，但是實(shí)際工程中的應(yīng)用是非常復(fù)雜和龐大的，我們能做的還只是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系。但是這次設(shè)計(jì)卻培養(yǎng)了我獨(dú)立思考的能力，自主學(xué)習(xí)的能力，為我以后的學(xué)習(xí)與應(yīng)用打下了良好的根底。參考文獻(xiàn)[1]可編程序控制器原理及應(yīng)用/吳中俊，黃永紅主編.2版.--北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.4(2023.5重印)[2]劉書(shū)凱.基于PLC的化學(xué)水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).機(jī)電設(shè)備,2007,4:40～43.

[3]陳應(yīng)峰.PLC控制在電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)的應(yīng)用.[4]廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.34～37[5]陳宗明，范紅照，胡秋云.電廠化學(xué)水處理控制系統(tǒng)改造.廣東電力，2005，18〔9〕：40～43.[6]趙海斌，麻紅昭，張華.基于PLC的化學(xué)中和池PH值控制系統(tǒng)的研究.電力建設(shè),2005,26(9):9～11.[7]吳英海.可編程控制器在化學(xué)水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用.廣西電力技術(shù)，2001，4：14～16.[8]崔春衛(wèi)，何燦星，王勇等.自動(dòng)控制在化學(xué)水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用.山東煤炭科技，2003，6：23.[9]孫賓.火電廠輔助車間PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng).電力建設(shè)，2001，22〔3〕：51～53.[10]高博，孟建軍.電氣控制根底與可編程控制器應(yīng)用教程.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2007.1～8.[11]馬國(guó)華.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社,2001.56.[12]金熙,項(xiàng)成林.工業(yè)水處理技術(shù)問(wèn)答.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989.23.[13]李陪元.火力發(fā)電廠水處理及水質(zhì)控制.北京：中國(guó)電力出版社，2000.24～26.[14]吳仁芳，杜祖坤.電廠化學(xué).第三版.北京：中國(guó)電力出版社，2004.31～32.附錄A：系統(tǒng)控制程序梯形圖附錄B：系統(tǒng)控制程序指令語(yǔ)句Network1A(OI0.0OM20.0)ANI0.1=M20.0Network2AM20.0A(OI0.2OQ8.0OQ8.1)ANI0.3=L20.0AL20.0ANQ8.1=Q8.0AL20.0ANQ8.0=Q8.1Network3AM20.1ANT2LS5T#20MSDT1Network4AT1LS5T#15MSDT2=M24.0Network5AM24.0CDC1BLD101AI0.4LC#20SC1AI0.0RC1NOP0NOP0AC1=M24.1Network6ANM24.1=M24.2Network7AM20.0A(OI0.4OANM20.2AI1.2OM20.1)ANM20.2ANI0.5ANI0.6ANM24.2=M20.1Network8AM20.1=Q8.2=Q8.3Network9AM20.2ANT5LS5T#20MSDT4Network10AT4LS5T#15MSDT5=M24.3Network11AM24.3CDC2BLD101AI1.0LC#20SC2AI0.0RC2NOP0NOP0AC2=M24.4Network12ANM24.4=M24.5Network13AM20.0A(OI1.0OANM20.4AI0.6OM20.2)ANM20.1ANI1.1ANI1.2ANM24.5=M20.2Network14AM20.2=Q8.4=Q8.5Network15AM20.3ANT7LS5T#20MSDT6Network16AT6LS5T#15MSDT7=M24.6Network17AM24.6CDC3BLD101AI1.3LC#20SC3AI0.0RC3NOP0NOP0AC3=M24.7Network18ANM24.7=M25.0Network19AM20.0A(OI1.3OANM20.4AI2.1OM20.3)ANM20.4ANI1.4ANI1.5ANM25.0=M20.3Network20AM0.3=Q8.6=Q9.0Network21AM20.4ANT9LS5T#20MSDT8Network22AT8LS5T#15MSDT9=M25.1Network23AM25.1CDC4BLD101AI1.6LC#20SC4AI0.0RC4NOP0NOP0AC4=M25.2Network24ANM25.2=M25.3Network25AM20.0A(OI1.6OANM20.3AI1.5OM20.4)ANM20.3ANI2.0ANI2.1ANM25.3=M20.4Network26AM20.4=Q9.1=Q9.2Network27AM20.5ANT11LS5T#20MSDT10Network28AT10LS5T#15MSDT11=M25.4Network29AM25.4CDC5BLD101AI2.2LC#20SC5AI0.0RC5NOP0NOP0AC5=M25.5Network30ANM25.5=M25.6Network31AM20.0A(OI2.2OM20.5)ANI2.3ANI2.4ANM25.6=M20.5Network32AM20.5=Q9.3=Q9.4Network33ONI3.0ONI3.1ONI3.2ONI3.3ONI3.4=L20.0AL20.0A(OI0.7OQ9.5)=Q9.5AL20.0A(OI1.7OQ10.0)=Q10.0Network34A(OI2.5OQ9.6)A(ONI3.0ONI3.1ONI3.2ONI3.3ONI3.4)=Q9.6Network35A(OI2.6OQ10.1)A(ONI3.0ONI3.1ONI3.2ONI3.3ONI3.4)=Q10.1Network36AI3.0SM20.6Network37AI0.6SM21.0Network38AM21.0ANM20.6=Q10.2=Q10.3=Q10.4=Q10.5Network39AM0.6=Q10.6Network40AI0.4RM20.6RM21.0Network41AI3.1SM21.1Network42AI1.2SM21.2Network43AM21.2ANM21.2=Q11.0=Q11.1=Q11.2=Q11.3Network44AM21.1=Q11.4Network45AI1.0RM21.1RM21.2Network46AI3.2SM21.3Network47AI1.5SM21.4Network48AM21.4ANM21.3=Q11.5=Q11.6=Q12.0=Q12.1Network49AM21.3=Q12.2Network50AI1.3RM21.3RM21.4Network51AI3.3SM21.5Network52AI2.1SM21.6Network53AM21.6ANM21.5=Q12.3=Q12.4=Q12.5=Q12.6Network54AM21.5=Q13.0Network55AI1.6RM21.5RM21.6Network56AI3.4SM22.0Network57AI2.4SM22.1Network58AM22.1ANM22.0=Q13.1=Q13.2=Q13.3=Q13.4Network59AM22.0=Q13.5Network60AI2.2RM22.0RM22.1Network61A(OI0.0OI3.6OQ13.6)ANI3.5=Q13.6Network62AQ13.6=Q14.0Network63AQ14.0=Q14.1Network64AQ14.1ANI4.0=Q14.2Network65A(OI5.2OQ14.3)ANI4.1AQ14.1=Q14.3Network66AI4.2=Q14.4Network67A(OI3.5OQ14.5)ANI3.6ANQ13.6=Q14.5Network68AQ14.5=Q14.6Network69AQ14.6=Q15.0Network70A(OQ15.0OQ15.1)ANI4.3=Q15.1Network71A(OI5.3OQ15.2)ANI4.5AQ15.0=Q15.2Network72AI4.4=Q