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1、基于PLC的水处理系统设计作者姓名：张宽 专业班级：2006060503指导教师：姬有仓摘要本文针对传统锅炉水处理过程的继电器控制方式，介绍了一种基于PLC控制 的水处理系统的设计。通过阐明锅炉水处理的工艺特点及PLC控制系统的各项功 能，介绍了可编程序控制器在水处理监控系统中的应用。依据PLC的控制原理和 组态软件的功能，设计了锅炉水处理过程的自动监控系统。本设计包括系统硬件 设计、软件设计以及监控画面设计。通过PLC程序的编译、仿真和实验模拟，验 证了设计的可行性。该系统能够有效地实现对锅炉水处理过程的自动监控，安全、 可靠、自动化程度高，是一种简单、经济、实用的控制系统，能够满足普通锅炉
2、 对用水的要求。关键词：PLC；锅炉水处理；控制系统；系统画面Design of water d i sposa I system based onPLCAbstract: Introducing a kind of design about water treatment based on PLC control by taking into consideration the control way of the traditional one f s process .Introducing the application of PLC monitoring system by clar
3、ifying the characteristics of Chemical water treatment process and the function of PLC control system.Designing the monitoring system of the boiler water treatment process according to the control principle of PLC and the function of configuration software. This kind of design includes system hardwa
4、re software and monitor screen ones. Through the translation simulation and experiment simulation, it shows that the design is feasible. It can effectively achieve the automatic control of chemical water treatment processes, besides it is safe、reliable and of high degree of automation. In brief, it
5、is a simple economical and practical control system which can meet the general requirements of the boiler on the water.Keywords: PLC; chemical water treatment; control system; System picture目录第1章前言11.1课题的冃的和意义11.2主要研究内容21.3 PLC在水处理中的应用21.4国内外现状3141中国水处理市场的现状31.4.2国外水处理发展现状41.5研究方法4第2章 任务分析与方案选择52. 1
6、任务分制T52.2拟解决的主姜问题52. 3方案选择52. 3. 1方案一52. 3. 2方案二62. 3. 3方案三72. 3. 4结论72.4设计要求72. 4. 1设计技术指标72. 4. 2执行标准8第3章硬件选择93. 1硬件选型93. 1. 1上位机的选择93. 1.2 PLC型号的选择93. 1.3扩展模块的选择93. 1.4水处理设备的选择103. 1. 5传感器的选择103. 2 I/O资源配置123. 2. 1数字输入量地址分配123. 2. 2数字输出量地址分配123. 2. 3模拟量输入地址分配12第4章系统设计134.1系统运行过程134.2硬件设计134. 2. 1
7、系统拓扑图134. 2.2硬件框图144. 2. 3控制系统硬件连线图154.3软件设计164. 3. 1软件介绍164. 3.2 PLC程序设计174. 4系统组态设计234. 4. 1组态画面设计234. 5 PLC与上位机的通信244.6 PLC控制系统的可靠性措施24第5章测试275. 1 PLC 仿真275. 2实验模拟29结论32致谢33参考文献34附录35第1章前言1.1课题的目的和意义锅炉是工业牛产和人们牛活中使用广泛的设备之一，锅炉水的处理工作，对 确保锅炉安全、经济运行、节约燃料有着重要的意义，它是锅炉运行中的一项重 要的技术基础工作。锅炉水质不良会使受热面结垢，大大降低锅
8、炉传热效率，堵塞管子，受热面 金展过热损坏，如鼓包、爆管等。另外还会产牛金展腐蚀，减少锅炉寿命。因此， 做好锅炉水处理工作对锅炉安全运行有着及其重要的意义。水在锅内受热沸腾蒸发后，为水中的杂质提供了化学反应和不断浓缩的条 件。当这些杂质在锅水中达到饱和时，就有固体物质产牛。产牛的I古I体物质，如 果悬浮在锅水中就称为水渣；如果附着在受热面丄，则称为水垢，主要是5C03 和 Mg(0H)2o炉又是一种热交换设备，水垢的牛成会极大的影响锅炉传热。水垢的导热能 力是钢铁的十几分之一到几百分之一。因此锅炉结垢会产牛如下几种危害。(1) 浪费燃料。水垢的导热性很差。它的导热系数只有钢板的1/301/50
9、。 也就是说1毫米厚度水垢的热阻相当于3050毫米钢板的热阻，由此可见, 结垢后会使受热而传热情况恶化，增高排烟温度，降低锅炉热效率，浪费 燃料。(2) 影响运行安全。锅炉正常运行吋，钢板受热后很快将热量传递给炉水，两 者温度相差30100Co有水垢吋，钢板的热量受水垢的阻扌当，很难传递 给炉水，要使炉水达到同样的温度，钢板的温度要上升儿倍至十儿倍。钢 板温度急剧升高，导致强度显著下降，造成钢板受热变形、鼓包、裂缝， 甚至破裂，严重威胁锅炉的运行安全。(3) 影响水循环。锅炉内结牛水垢后，管内水通过的截面积减小，增加了循环 的流动阻力，造成锅炉出力不足、蒸发量下降。(4) 缩短锅炉寿命。水垢附
10、在锅炉受热面丄，特别是附着在锅炉管内，很难清 除。为了除垢，需经常清洗锅炉，从而增加了检修费用，不仅仅耗费人力、 物力，而口由于经常采用机械方法与化学法除垢，会使受热面受到损伤， 缩短锅炉的使用寿命。水处理就是通过采用各种方法将水中所含有的污染物分离出来，或将其转化 为无害和稳定的物质，从而使原水得到净化，以达到预防结垢、使腐蚀和沸腾延 迟减至最小。从而减少能量损失或燃料损耗、延长锅炉寿命、确保最佳热传递以 及减少不必要的停炉或维修(11o1.2主要研究内容锅炉水处理的一般方法有：(1) 物理处理方法主要是利用过滤、沉淀、浮选等方法除去悬浮物。(2) 化学处理方法主要是锅炉内加药法和锅炉外加药
11、法即离子交换法，锅炉内加药或离子交换 达到水软化的H的。本文研究的主要内容就是如何采用PLC和组态软件组建一个水处理口动控 制系统。在水处理过程中通过PLC来控制各种水泵、电磁阀、过滤器、阴阳离子 交换器以及离子交换器再牛加药装置，以实现系统H动运行，达到提高效率的H 的。1.3 PLC在水处理中的应用水处理的工艺流程十分复杂，特别是化学水处理，以往都采用继电器进行程 序控制，因安装接线复杂，程序修改困难，维护量大，以及设备老化等原因，使 得其可靠性差，投运率较低。为了改善丄述利用继电器控制存在的缺陷，应用PLC进行程序控制，可以有 效地解决丄述存在的问题。PLC具有高可靠性，编程方便，易于使
12、用，环境要求低，与其他装置的配置 连接方便，鉴于PLC有上述优点，所以PLC用于化学水处理系统中，可以很好的 解决继电器控制存在的问题。例如化学水处理的方法主要是离子交换法，即利用离子交换树脂将水中溶盐 的离子吸收。经过一定时间的运行之后，离子交换树脂会失效，这就需要停止运 行以对树脂进行再牛还原以便使树脂可以重新使用o对化学水处理进行自动化监 测和实时控制，是提高水处理效率，降低能耗的关键。1.4国内外现状1.4. 1中国水处理市场的现状水处理在国民牛产和牛活中占有非常重要地位，有无水处理、水处理技术的 先进与否，是一个国家牛产、牛活水平高低和文明程度的重要标志之一，而水处 理服务在中国还是
13、一个新型行业。我国进入八十年代以来，牛产力的提高和经济的发展给人们的物质和精神 牛活带来了巨大的变化。高速发展的经济也造成了自然资源的严重短缺和牛态环 境的FI趋恶化。我国水处理技术相对来说比较落后，诸如加氯消毒、化学软化、 离子交换除盐等水处理的方法，存在消耗资源、牺牲环境、顾此失彼等弊端。 水处理技术装备如何适应经济高速发展的形势、如何适应污染水源的处理、如何 在处理过程中减少对环境的污染是摆在水处理工作者面前的繁重而紧迫的任务， 也只有加快我国水处理技术进步和装备更新的步伐，才能摆脱当前的被动局面。随着国家建设步伐的不断加快，水处理服务会遍及各个行业各个领导，覆盖 面相当广泛，如石油、电
14、力、化工、核工业、煤炭、冶金、水泥、造纸、卷烟、 制药、啤酒、邮电、民航、铁路、银行、酒店、宾馆、商场、家庭、机关、学校、 城镇等，市场潜力巨大，有人类牛存的地方就涉及到水处理服务，水处理服务是 一个永恒的市场。水处理服务走专业道路将成为必然。冃前，中国各类工业区、商住区建筑保有量在千万幢以上，有数百万台的换 热器、锅炉、中央空调、冷却塔、数万公里的管线。传统的运行模式绝大部分带 垢、带锈运行。实验表明，水垢的导热性很差，只有钢的1/101/50,传热面 若附着0.21毫米垢，将使传热效率降低1040%,牛产效率严重降低，能源 消耗大大增加，设备故障频出，给牛产、牛活及人类牛存的健康带来极大的
15、危害。 结垢后再清洗，这是一种事后处理方式。随着人们的认识及牛活、环境的改善， 一种事前处理（预防为主）的方式摆在人们面前，BP：要求水系统不结垢、不腐 蚀、安全、卫牛、经济、环保、持续运行。通过科学的水处理方式，能有效地预 防水垢，并通过防腐、防垢水质处理后，达到节能降耗，延长设备寿命，安全、 高效、长周期运转的H的，也为创造卫牛、健康的用水治理环境提供可靠的保障。回顾中国经济过去二十几年的飞速发展规模与速度，可以预见，伴随着中 国经济的蓬勃发展，中国水处理行业将在未來几年全面进入调整发展的阶段，将 真正形成促进中国经济发展的另一股重要力量。1.4.2国外水处理发展现状世界丄许多地区正面临着最严重的缺水。据世界银行的统计，全球80%的国 家和地区都缺少民用和工业用淡水。随着资源成木不断上升和环保意识逐渐增 强，许多企业开始运用绿色技术，降低碳排放，尽量减少废物产牛。其中水处理 技术就是其中非常重要的一项绿色技术。根据联合国统计，到2025年，三分之二的世界人口可能会面临水资源短缺, 因此水处理技术将会越来越得到重视，这包括了高效率的水资源管理和污水处 理。例如：在北美尤其在加拿大，水管理及污水处理设施的面临的问题十分急切。 63%的H前运行的设施都在超期运行，他们的平均运
