PLC毕业设计新.docx

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PLC毕业设计新

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毕业设计说明书（论文）

作者：

学号：

院系：

控制科学与工程系

专业：

自动化

题目：

基于PLC的电厂锅炉补给水处理控制

系统的设计

指导者：

评阅者：

20**年6月

摘要

随着电子自动化技术的不断发展，PLC控制技术已在多个领域有着广泛的应用，比如在医药、化工、食品等领域的生产过程中，以便实时对生产各个环节的阀门、温度、流量及压力等进行控制和监视，因此，PLC控制技术已经成为国民生产工业中形成了重要的一环。

本文所介绍了电厂化学水处理系统作为电厂重要的辅助车间和辅助系统，特别是大型火电厂利和供热电厂的化水处理车间处理量大，工艺复杂，水质要求高，其运营的好坏直接关系到电厂的安全运行及可靠性。

本文以华能白山煤矸石发电有限公司锅炉补给水处理控制系统项目为例，设计PLC系统的自动控制过程，以满足生产需要，保证设备安全稳定经济运行。

本文在开始部分首先介绍了水处理控制系统在国内外的发展现状及其发展趋势，分析了当前国内电厂水处理控制系统的优缺点及其普遍存在的问题，并分析了基于PLC实现电厂水处理控制系统的可行性。

本文第二部分主要介绍了本设计对锅炉补给水设备系统的进行阐述，对水处理生产过程和水质标准有了充分的掌握，结合设备运行要求的实际情况，为程控系统设计提供依据，追求系统的稳定性，可靠性，安全性，测量精确性，有利于整个生产系统实现自动化控制。

本文第三部分主要介绍本章论述了PLC控制系统方面的相关知识和在华能白山煤矸石发电有限公司中基于PLC的锅炉化学补给水控制系统的应用设计，包括PLC的产生、定义、组成、硬件特点、工作原理，并重点阐述了锅炉补给水控制系统控制工程中PLC控制系统组成的的软硬件选型和功能作用。

本文第四部分主要介绍基于在该水处理控制系统中的软件设计，主要包括PLC程序设计和上位机的组态画面设计。

其中PLC中的系统程序设计是该系统的控制核心，通过系统程序实现了数据处理。

而上位机是一个重要的人机交互设备，运行人员通过人机交互界面进行锅炉补给水处理生产控制过程的监视，其功能主要包括：

机组运行状态监视、机组模拟量查看等，在人机交互界面上，当有故障/事故发生时，故障/事故画面会自动弹出，方便运行人员查看。

关键词：

可编程序控制器（PLC）,水处理,系统设计

ABSTRACT（未翻译好）

Alongwiththeelectronicautomationtechnologyunceasingdevelopment,thedataacquisitionsystemhasthewidespreadapplicationinmanydomains,comparedtoinlikedomainintheandsoonmedicine,chemicalindustry,foodproductionprocess,oftenneedstoexamineasnecessaryrespectivelyproducesparameterandsoonlinktemperature,humidity,currentcapacityandpressure,therefore,thedataacquisitionisthelabor,intheagriculturecontrolsystemaveryimportantlink.

Thedataacquisitionsystemthatthistextrecommendsisusedformeasuringtemperatureandpressureofwaterandsteamineachpipelineoftheheatandpowerplant,conductivity,pH,amountofoxygendissolved,oxygencontent,sodiumcontent,silicicacidrootcontent,uniteammoniacontentandsoon,controlsoasnottofindoutaboutsteamqualityatanytimeinrealtime,thedisplayofallsystemsignalscallsthepolicetofinishsodaandtakeasample.TaketheYungangheatandpowerplantofDTPasanexample,shouldregardprogrammablecontrollerS7-200asthecoreofcontrollingsystematically,addspecial-purposeanalogquantityI/OandmakemodulesuchasmoduleEM235,RS-485up,combinestheactualconditionsoftheheatandpowerplant,thedevicereducespressureanddealswiththehigh-pressuresteamofhightemperaturethelow-voltagesteamoflowtemperaturethroughcoolingtotakeasample,thenutilizetheconductivityappearance,pHcounts,dissolveoxygenanalysisinstrument,onedegreeofformsofsodium,siliconform,haveunitedammoniaformandrealizedtheconductivitytowaterandsteamineachpipelineoftheheatandpowerplant,pH,amountofoxygendissolved,oxygencontent,sodiumcontent,silicicacidrootcontent,uniteammoniacontentandsoon,variousdatagoon,gatherandgolocationcommunicationofplane.

Thetextisbeginningtointroducethecurrentsituationsofthedevelopmentanddevelopmenttrendsathomeandabroadofthedataacquisitiondatacollectingsystemofheatandpowerplantatfirstpartly,haveanalyzedtheplusesandminusesofthepresentdomesticdatacollectingsystemofheatandpowerplantandubiquitousproblem.HaveanalyzedthatrealizesthefeasibilityofthecomputerdataacquisitionsystemofheatandpowerplantonthebasisofPLC.

ThetextthesecondpartmainlyintroducesthehardwarebasedondataacquisitionsystemofheatandpowerplantofPLCtodesign,thispartisoneofthefocalpointsthatthistextdescribes,itexplainsthehardwarestructureofthemaincomponentofthedataacquisitionsystemanddesignsespecially,hardwareofPLCdesignandpersonwhoselect,on-the-spothardwareofinstrumentdesign,takeasampledevice,andrecommendattheendanti-interferenceofsystemthisdesign.

ThetextthethirdpartmainlyintroducesthehardwarebasedondataacquisitionsystemofheatandpowerplantofPLCtodesign,thispartisoneofkeywhichthisarticleelaborates,itelaboratedwithemphasisthisdataacquisitionsystemmainconstituenthardwarearchitectureandthefunction,includingaspecttheCPUmodule,simulationquantitymoduleandcommunicationmodulehardwareofPLC.

ThistextthefourthpartmainlyintroducesthedataacquisitionsystemsoftwaredesignofheatandpowerplantbasedonPLC,thispartisanotherfocalpointthatthistextdescribes,ithasexplainedthedesignprogrambasedonprogramminglanguageoftraditionalladder-shapedpictureespecially,thedesignofthesystematiccontrolprocedureanddesignofhuman-computerinteractioninterfaceoftouch-sensitivescreenbasedonWINCCconfigurationsoftware.

Keyword:

ProgrammableController（PLC）,Dataacquisition,Systemdesign

ABSTRACT……………………………………………………………………………………………

1.1.2PLC在锅炉补给水处理控制系统的应用意义……………………………………………1

1.2选题的国内外研究现状、发展趋势及存在的问题………………………………………….2

1.2.1选题的国内外研究现状……………………………………………………………….2

1.2.2PLC在锅炉补给水处理控制系统的应用发展趋势…………………………………….2

1.3本设计要求………………………………………………………………………………………….3

第2章锅炉补给水处理设备系统……………………………………………………………………….4

2.1概述………………………………………………………………………………………………4

2.2水处理系统水样分析…………………………………………………………………………..4

2.3水处理系统设备结构………………………...…………………………………………………….5

2.3.1系统概况和相关设备……………………………………………………………………..5

2.3.2系统连接和运行方式………………………………………………………………………6

2.3.2系统出水水质要求………………………………………………………………………..6

2.4本章小结……………………………………………………………………………………10

第3章PLC控制系统阐述和选型设计功能…………………………………………………………11

3.1概述……………………………………………………………………………………………11

3.2可编程控制器的产生…….……………………………………………………………………11

3.3可编程控制器的定义……………………………………………………………………………12

3.4可编程控制器的基本组成……………………………………………………………………13

3.5可编程序控制器（PLC）的硬件特点………………………………………………………….15

3.6可编程序控制器（PLC）工作原理…………………………………………………………….16

3.7PLC在锅炉补给水控制系统设计选型和功能作用……………………………………………17

3.7.1控制站硬件配置………………………………………….…………………………17

3.7.2上位机监控系统设计……………………………………………………………………17

3.8电源模块………………………………………………………………………………….20

3.9系统抗干扰技术…………………………………………………………………………………20

3.9.1电气隔离…………………………………………………………………………………20

3.9.2屏蔽措施…………………………………………………………………………………21

3.9.3接地技术………………………………………………………………………………..21

3.11本章小结………………………………………………………………………………………..21

第4章数据采集系统的软件设计……………………………………………………………………22

4.1概述………………………………………………………………………………………………22

4.2系统程序设计…………………………………………………………………………….……24

4.2.1工艺模型建立……………………………………………………………………24

4.2.2控制方案…………………………………………………………………………25

4.2.3控制程序建立………………………………………………………………………25

4.3系统人机交互界面设计………………………………………………………………………….29

4.3.1系统主画面……………………………………………………………………………..29

4.3.2系统子画面……………………………………………………………………………….30

4.3.3系统报警画面……………………………………………………………………………30

4.4本章小节…………………………………………………………………………………………31

结论………………………………………………………………………………………………………....32

致谢…………………………………………………………………………………………………………33

参考文献……………………………………………………………………………………………………34

附录…………………………………………………………………………………………………………35

第1章绪论

1.1选题的背景与意义

1.1.1PLC在锅炉补给水处理控制系统的应用目的

电厂化学水处理系统作为电厂重要的辅助车间和辅助系统，特别是大型火电厂利和供热电厂的化水处理车间处理量大，工艺复杂，水质要求高，其运营的好坏直接关系到电厂的安全运行及可靠性。

本文以华能白山煤矸石发电有限公司锅炉补给水处理控制系统项目为例，设计PLC系统的自动控制过程，以满足生产需要，保证设备安全稳定经济运行。

1.1.2PLC在锅炉补给水处理控制系统的应用意义

化学水处理的工艺流程十分复杂，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。

将工业领域中应用比较广泛的可编程序控制器（PLC）应用于该发电厂锅炉补给水处理控制系统中，这对于此控制系统无论是在技术上还是结构上、性能等各方面，都是新的突破。

其现实意义主要表现为：

（1）维护方便，易于使用。

PLC的软件编程环境支持在线或离线模拟，使得程序的修改和维护更直观、方便。

且人机交互界面采用智能型触摸屏，易学易用，其软件提供的各种控件十分丰富，画面的编制和修改极为方便，不需要专门的技术人员花费大量的时间采用面向对象高级语言编制画面。

（2）易于扩充和升级。

硬件和软件都采用模块化设计，保证系统功能灵活，易于扩充。

（3）抗干扰能力强。

PLC各模块都采用光电耦合电路把PLC模块与外部电路隔离开来，大大提高了系统抗干扰能力。

该数据采集系统模式不但可以降低投资成本，而且因其模块化配置等特点减少了系统故障的发生[1]。

1.2选题的国内外研究现状和发展趋势

1.2.1选题的国内外研究现状

在工业和制造业的各个领域陆续向规模化方向发展的过程中，对自动化程度的需求越来越广泛，对自控系统的要求也越来越高，而各种自控系统也在这种广泛的需求中得到了快速发展。

计算机数据采集系统是最早出现在过程控制系统中的一种计算机应用形式，这也是计算机参与控制的第一步。

随后数据采集系统也得到了更广泛的应用和发展，被应用到了各行各业中。

目前国内发电厂现有的锅炉补给水控制系统普遍采用的是基于PLC的控制技术。

控制系统分为现场数据采集、过程控制站处理以及监控站显示和操作，该类数据采集系统层次分明，结构简单，具有很强的实用性。

与此同时，一些国外在计算机数据采集系统方面的新成果也不断被应用到国内发电厂的锅炉补给水控制系统设计中，目前国内关于此项目的研究水平已经有了很大的提高，许多新技术，如网络结构、多媒体、专家系统等，都得到了相应的应用[2]。

1.2.2PLC在锅炉补给水处理控制系统的应用发展趋势

锅炉补给水控制系统作为发电厂正常运行一部分，随着计算机技术、网络技术，接口技术的发展，计算机应用软件越来越复杂，越来越庞大，软件开发的投入也越来越大，为使这些巨大的软件资源能在不同的计算机平台上运行，形成了一系列的开放系统标准，例如TCP/IP，POSIX，SQL，ODBC，JDBC，OPC，CC-LINK等，基于开放系统的分布式计算机数据采集系统具有通用性和可移植性,PLC控制系统的数据处理软件可以安装在任何具有开放系统特点的计算机上，给用户使用和维护带来极大方便。

在使用费用上，PLC系统较DCS系统具有投入费用低，较继电器触点装置系统具有更高的可靠性，目前已成为发电厂补给水处理控制系统主流应用技术。

1.3本设计要求

本文以华能煤矸石发电有限公司锅炉补给水控制系统为例，在控制系统的设计中以莫迪康公司的PLC作为控制的核心；在网络通讯中，PLC采用开放式现场总线网络进行设备数据采集通信，并通过以太网将数据上传给上位监控系统；以工控机为监控站作为人机交互界面，实现人机对话。

第2章锅炉补给水处理设备系统

2.1概述

本设计对锅炉补给水设备系统的进行阐述，对水处理生产过程和水质标准有了充分的掌握，结合设备运行要求的实际情况，为程控系统设计提供依据，追求系统的稳定性，可靠性，安全性，测量精确性，有利于整个生产系统实现自动化控制。

2.2水处理系统水样分析

本工程水源采用疏泔水，作为电厂生产用水的补水。

水质见下表2-1。

项目

mg/L

mmol/L

项目

mg/L

Mmol/L

阳

离

子

K+

1.31

硬

度

总硬度

4.40

1/2Ca2+

2.85

非碳酸盐硬度

3.29

1/2Mg2+

1.55

碳酸盐硬度

1.11

Na+

5.39

负硬度

未检出

Fe2++Fe3+

0.365

酸

碱

度

甲基橙碱度

3.29

Al3+

酚酞碱度

0.17

Ba2+

0.041

酸度

Sr2+

0.146

pH值

8.35

NH4+

0.37

其

他

氨氮

0.06

游离CO2

未检出

阴

离

子

Cl-

3.89

CODMn/Cr

2.06（Mn）

34.27（Cr）

SO42-

36.20

BOD5

未检出

HCO3-

2.95

溶解氧

10.8

CO32-

0.17

溶解固形物

282.4

NO3-

2.86

全固形物

290.0

NO2-

未检出

悬浮物

7.6

OH-

未检出

全硅（SiO2）

61.91

F-

0.21

胶体硅（SiO2）

48.89

PO43-

2.13

电导率（μs/cm）

288

T-P

0.05

T-N

2.1

TOC

33.83

浊度（FTU）

16.40

表2-1煤矿疏干水水质全分析报告

2.3水处理系统设备结构

2.3.1系统概况和相关设备

本工程水源采用煤矿疏矸水，备用水源为浑江水，厂内设原水净水站，进行澄清、沉淀、过滤预处理，净水站不在本招标范围内。

系统工艺流程：

水工来水→生水加热器→高效纤维过滤器→超滤装置→超滤水箱→反渗透装置→淡水箱→阳床→除碳器→中间水箱→阴床→混床→除盐水箱→用水点。

如图2-1所示。

图2-1系统工艺流程

工程选择选择2×90m3/h超滤装置、2×65m3/h反渗透装置以及相应的清洗加药装置，反渗透系统后续化学除盐系统选择2套80m3/h混床设备以及相应的酸碱再生系统，并设置2×1500m3除盐水箱；

2.3.2系统连接和运行方式

由厂内水工净水站来清水通过管道先接入1座（V=300m3）钢制生水箱（内壁防腐），出水通过生水泵输送到水处理间生水加热器，生水加热设有旁路，冬季运行生水加热器。

2台纤维过滤器进出水管采用并联母管连接，反洗周期由水头损失设定值控制。

反洗时利用水气混合反洗。

2套超滤装置为并联母管连接，超滤装置出水由流量及出水浊度或在线SDI测定仪控制，运行操作采用自动控制。

2套超滤装置配备一套化学清洗装置（与反渗透装置共用）及2台反洗水泵,超滤装置化学清洗和反洗采用自动程序进行，反洗周期根据水质设定（一般为30～60分钟反洗一次，反洗时间1分钟左右），化学清洗频率1～6个月（视污染情况而定）。

由于每套超滤设备均有5%的富裕出力，当超滤反洗时不会影响后续系统用水，另外在超滤装置后设置超滤出水箱，以调节超滤装置反冲洗时后续反渗