基于PLC的電廠化學水處理程控系統(tǒng)設計

摘要PLC計摘要化學水處理控制系統(tǒng)是電廠中非常重要的一部分，自然水中含有大量對電廠設備有腐蝕性的成分，直接使用會對設備造成極大的破壞，因此必須經(jīng)過嚴格的處理才能使用。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，然后分析自然水的成分及其對化學水處理的影響，再分析選擇化學水處理工藝，并完成此次設計的系統(tǒng)硬件配置和軟件設計。根據(jù)分析，本次設計選擇的工藝為反滲透（RO）—混床工藝流程，選擇雙濾料過濾器、反滲透裝置以及混床等為主體裝置，進行了PLC輸入/輸出分配、外部接線圖的設計及控制系統(tǒng)的流程圖的設計，并用STEP7編譯軟件編制了控制系統(tǒng)的梯形圖并轉換為指令語句。該系統(tǒng)經(jīng)過模擬調試，可有效實現(xiàn)過濾器的運行與反洗，反滲透的運行和混床的運行、反洗和再生功能。關鍵詞工藝，PLC，梯形圖，模擬調試I攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） ABSTRACTABSTRACTThesystemofchemicalwatertreatmentisanimportantauxiliarysystem ofpowerplant，naturalwatercontainscorrosiveingredientsinalargenumberofpowerplantequipment.usingitdirectlycancauseagreatdamagetotheequipment,soitmusttobetreatedbeforeusingit.First，theprojectanalysesthequalityofnaturalwaterandtheinfluenceofimpurityonchemicalwatertreatment,andthenchoosesthechemicalwater treatment technics of power plant. On the basis, it completes hardwareconfiguration and software design of chemical water treatment control system.Accordingtotheanalysis,theprojectchoosesthecraftofreverseosmosis(RO)-mixedbed,usingdual-mediafilters,reverseosmosisdevicesandmixedbedsandsoon.AfterthedesignofPLCI/Oassignmentandtheexteriordiagramsandtheflowchartsofthecontrolsystem,itcompilersLadderDiagramofcontrolsystemwithSTEP7transformsitintodirectivestatements.Throughsimulativedebugging,Thissystemcanefficientlyrealizetheoperationandbackwashingoffilters,therunningofreverseosmosisandtheoperation,backwashingandregenerationofmixedbeds.Keywords Craft,PLC,Ladderdiagram,SimulationdebuggingII攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 目錄目 錄摘要 IABSTRACT II緒論 1課題研究的背景和意義 1研究現(xiàn)狀 1傳統(tǒng)控制方式 1現(xiàn)代控制方式 2存在的問題 2本文設計內容 3電廠化學水水質分析及處理 4天然水中的雜質 4懸浮物 4膠體 4溶解物質 4電廠化學水除雜 5工藝流程選擇 5系統(tǒng)硬件配置 7PLC的介紹 7PLC的特點 7PLC的選擇 8PLC程序的I/O地址分配 8PLC外部接線圖 10雙料過濾器 13雙料過濾器的概述 13雙料過濾器的工作原理 13雙料過濾器的優(yōu)點 13反滲透裝置 13反滲透裝置的概述 13反滲透的工作原理 143.8混床 153.8.1混床 153.8.2除碳器 15除鹽水箱 16其它檢測儀器 18電導率變送儀 18壓差變送器 18液位變送器 18系統(tǒng)的軟件設計及調試 19程序設計流程 19攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 目錄雙濾料過濾器運行流程 19反滲透運行流程 21混床運行流程 21程序設計 23STEP7軟件介紹 23梯形圖介紹 23程序調試 23長時間定時 23雙濾料過濾器運行 26混床反洗再生 27結論 31參考文獻 32附錄A：系統(tǒng)控制程序梯形圖 33附錄B：系統(tǒng)控制程序指令語句 51致謝 60攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 1緒論1緒論本章主要討論電廠化學水處理控制系統(tǒng)存在的必要性和研究該課題的意義，并總結對于化學水控制系統(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)缺點和其中存在的問題。課題研究的背景和意義隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，對電力能源的需求也急劇增加，電力行業(yè)作為經(jīng)濟發(fā)展的動力部門，有著良好的發(fā)展前景，而就目前我國的電力技術水平而言，火力發(fā)電仍然處于重要的位置，因此，提高火力發(fā)電廠的自動化水平是提高熱電力經(jīng)濟效益的重要發(fā)展途徑?；瘜W水處理系統(tǒng)是火力發(fā)電廠中非常重要的部分，自然水中含有非常多對設備有害的物質，直接使用會對電力設備產(chǎn)生腐蝕性地破壞。天然水經(jīng)過混凝沉淀可以除掉大部分懸浮物，看起來是干凈透明的，但是仍然殘留細小的懸浮物，會在離子交換時污染交換劑，影響整個出水水質。且水質硬度并未改變，加上水中含有鹽，根本達不到電廠化學水處理要求。整個水處理系統(tǒng)操作步驟繁多、對水質地要求極高、工藝繁多而且復雜，加上大多是閥門，如果各閥門的操作都由人控制不但會增加運行人員的勞動強度，還可能增加誤操作的可能性，很難保證系統(tǒng)的安全及運行穩(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PLC高，易于使用，沒有太多的環(huán)境條件限制，而且與其他裝置連接方便。其廣泛應用于汽車，輕工業(yè)造紙廠，石油化工，電廠等污染領域，其無論是在硬件系統(tǒng)還PLC研究現(xiàn)狀傳統(tǒng)控制方式傳統(tǒng)的化學水處理控制系統(tǒng)大多采用常規(guī)儀表盤控制和一些落后的繼電器控70801攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 1緒論投產(chǎn)的電廠，由于當時技術和經(jīng)濟條件的限制，各化學水處理子系統(tǒng)使用繼電器控制設計順控功能單一，基本上以小型模擬屏指示燈報警光字排監(jiān)視，用儀器的開關按鈕操作，通過各儀表檢測數(shù)據(jù)變化。依靠時間和中間繼電器來控制啟動、暫停、步進、正反洗、再生、停止的等功能。這種方式監(jiān)測到的數(shù)據(jù)極少，設備非常容易損壞，維修比較復雜而且消耗時間。現(xiàn)代控制方式PLCPLCPLCPLCPLC存在的問題或者繼電器控制都保留有運行值班崗位，且系統(tǒng)中各部分位置較分散，運行工作量很大，需要巡檢的地方過多。化學儀表不一致，質量得不到保證，易老化，購置開支過大?？刂圃O備繁多復雜，同時使得資金積壓問題嚴重，技術水平差異也很大。水處理過程中藥品成本大，控制工藝不夠完善，自動化水平低。PLCPLC統(tǒng)中的良好發(fā)展前景，紛紛搶入這塊市場。隨之而來的問題也增加了，他們的技術水平差異大，生產(chǎn)的產(chǎn)品質量差異也就大了。在競爭激烈的現(xiàn)代社會，很多企業(yè)以較低的價格贏得競標項目，由于經(jīng)濟的限制，系統(tǒng)往往會出現(xiàn)獨立性，維護也會出現(xiàn)相應的難度，系統(tǒng)的兼容性變差，開放性能變差，甚至導致信息資源無法向外傳達，導致水處理系統(tǒng)成為整個廠房的死區(qū)。電能需求的急劇增加導致機I/O會隨之增加，各類模件增加，機柜數(shù)量巨大，系統(tǒng)也就復雜起來了。可以直接想PLC2攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 1緒論本文設計內容本文首先討論電廠化學水處理程控系統(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，接著分析自然水和電廠化學水的成分及其對化學水處理的影響，再分析選擇化學水處理工藝，然后完成此次設計的系統(tǒng)硬件配置和軟件設計。本次設計選擇的工藝為反滲透（RO）—混床工藝流程，在此選擇PLCI/OSTEP7的梯形圖并轉換為指令語句。最后進行程序的模擬調試，經(jīng)過調試，該系統(tǒng)可有效實現(xiàn)過濾器的運行與反洗，反滲透的運行和混床的運行、反洗和再生功能。3攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2電廠化學水水質分析及處理2電廠化學水水質分析及處理熱力系統(tǒng)中水質是影響熱力設備安全可靠運行的一個重要因素，由于沒有經(jīng)過嚴格凈化處理的天然水含有很多對設備有害的雜質，直接進入系統(tǒng)會產(chǎn)生較為嚴重的危害。最為明顯的就是熱力設備結垢，如果使用的水沒有經(jīng)過處理或者處理不完善就進入系統(tǒng)，長此以往，設備與水接觸的地方會出現(xiàn)一些明顯的固體附鼓包甚至引起爆炸。還會產(chǎn)生熱力設備腐蝕的嚴重后果，水質達不到要求就會使催化了結垢的過程，結垢又讓腐蝕加劇，從而形成惡性循環(huán)。故電廠使用的水必須經(jīng)過嚴格凈化，所以我們必須先對天然水電廠化學水進行水質分析，然后根據(jù)水質情況采取相應的凈化措施進行處理，達到電廠用水要求。本章主要對天然水水質和電廠化學水進行分析，針對會損害系統(tǒng)設備的成分進行了相應地處理方法選擇。對目前的四種主要處理工藝進行分析對比，選出本次設計的方案。天然水中的雜質懸浮物100nm1μm是需要除去的物質。膠體1nm100nm體和動植物有機膠體的分解產(chǎn)物、蛋白質、脂肪、腐殖質的有機膠體，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、沉淀和過濾的方法進行首先清除。溶解物質體系。這類雜質只能采用蒸餾、膜分離和離子交換的方法除去。4攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2電廠化學水水質分析及處理電廠化學水除雜經(jīng)過對天然水的成分分析，電廠化學水除雜首先應該對天然水進行預處理，若該過程不達標，后面的處理不能完成。然后就是進行有害溶解物質的除去，該Ca2+、Mg2+，主要HCO-；二，溶解氣體CO3 2合物，碳酸化合物，是鍋爐水必須除去的物質，是造成結垢和腐蝕的重要因素。工藝流程選擇經(jīng)過對天然水和化學水的分析，選擇工藝流程。目前存在的工藝流程主要有以下幾種：①復床-混床工藝：主體設備包括過濾器、陰床、陽床、混床。②電滲析（ED）-混床工藝：主體設備包括過濾器、電滲析、混床。③電滲析（ED）-反滲透（RO）工藝：主體設備包括過濾器、電滲析、反滲透。④反滲透（RO）-混床工藝：主體設備包括過濾器、反滲透混床。其中，第一種工藝是比較傳統(tǒng)的工藝，是目前電廠中使用較普遍的工藝，該工藝設備中樹脂利用率過低，反洗再生工序特別麻煩，所花時間長，尤其對環(huán)境污染很嚴重。所以現(xiàn)在部分電廠已經(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，以直流電能為動力，利用離子交換膜的選擇透過性，將水中的溶質分離出來的一種膜分離法。這種方法在我國一小部分電廠作為離子交換化學除鹽系統(tǒng)的欲脫鹽系統(tǒng)得到應用。該工藝對水的預處理要求極高，實現(xiàn)有相當程度的難度。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。2060藝，利用壓差為動力進行膜分離過濾，對鍋爐等工業(yè)用水采用膜分離和離子交換組合，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，我國新建電廠鍋爐補給水系統(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)濟的快速發(fā)展，環(huán)境受到的破壞也日益嚴重，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，對廢水進行處理利用?；鹆Πl(fā)電廠要要壓縮實際工業(yè)用水量就可以將電廠循環(huán)水系統(tǒng)的排水轉為鍋爐補給水。但是循環(huán)水排污廢水的含鹽量比循環(huán)補充水的含鹽量高很多，若將循環(huán)水排污廢水作為鍋爐5攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2電廠化學水水質分析及處理補充水，工藝上仍采用傳統(tǒng)的離子交換，就需要大量的酸堿藥劑，長此以往，購買酸堿藥劑師一筆非常龐大的開支，同時大量酸堿藥水的使用會對環(huán)境造成極大的污染。這個過程再生頻繁，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。國內化學水處理系統(tǒng)在一級除鹽過程中多數(shù)都采用弱陽離子交換器、強陽離子交換器、弱陰離子交換器和強陰離子交換器進行分別除鹽。相比而言，反滲透技術就更加先進和方便，本課題設計的系統(tǒng)采用反滲透技術，采用雙料過濾器、反滲透和混床系統(tǒng)對鍋爐用水進行處理。該系統(tǒng)投資較少、運行費用較低、運行操作簡單、環(huán)境污染極小，具有很大的可行性。工藝流程圖如下圖2.1所示：清水清水雙濾料過濾器中間水箱反滲透裝置除碳裝置混床除鹽水箱6攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3系統(tǒng)硬件配置3系統(tǒng)硬件配置在此擬用雙料過濾器五臺、反滲透裝置兩套、除碳器一套、混床兩臺以及其他一些輔助裝置。本章主要介紹可編程序控制器（PLC）PLC，并對其進行輸入輸出地址分配，做出外部接線圖。還介紹了雙濾料過濾器，反滲透裝置和混床等裝置的結構、工作原理以及在本系統(tǒng)中的應用以及幾種常用的除鹽水箱密封技術及其優(yōu)缺點比較和其它的一些檢測裝置。PLC可編程序控制器（ProgrammableController）簡稱PLC為基礎的通用工業(yè)自動控制裝置，綜合了自動控制技術、通信網(wǎng)絡技術、計算機技術、半導體集成技術和數(shù)字技術，面向控制過程和用戶，適應工業(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數(shù)，算數(shù)操作等。是面向用戶的指令，通過數(shù)字或模擬式輸入輸出的方式控制各種機器和生產(chǎn)過程?？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，提高了工廠自動化水平。PLC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)品的基本特征大致相同：①機型系列化②采用多個處理器③存儲能力強④輸入輸出接口強大⑤采用智能外圍接口，功能強大⑥編程語言通俗化⑦便于實現(xiàn)網(wǎng)絡化7攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3系統(tǒng)硬件配置PLCS7-300PLC。PLC小規(guī)模和中等性能要求控制任務中比較方便和經(jīng)濟的解決方案，在各類型專用機床、機械制造、汽車工業(yè)、食品和煙草工業(yè)、樓宇工程等過程控制工程、生產(chǎn)制S7—300具有以下特點:①循環(huán)周期很短，處理速度快②指令集功能強大，可用在功能復雜的場合③產(chǎn)品設計緊湊，可用在有限空間里④具有模塊化結構，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免維護根據(jù)上一章硬件設計，化學水處理系統(tǒng)中有很多閥門、泵、風機等開關量控/120I/O1/5CPU1/2CPUCPU3123.1：過濾泵過濾泵反滲電導率變送器混床電導率變送器反洗電導率變送器PLC雙濾料過濾器壓差變送器液位傳感器圖3.1系統(tǒng)總圖PLCI/OI/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8攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3系統(tǒng)硬件配置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I2.5S15備用泵啟動I0.1S2系統(tǒng)總關閉I2.6S16備用風機啟動I0.2S3清水泵啟動I3.0D11#反洗電導率高I0.3S4清水泵關閉I3.1D22#反洗電導率高I0.4S51#雙濾器啟動I3.2D33#反洗電導率高I0.5S61#雙濾器關閉I3.3D44#反洗電導率高I0.6Y11#壓差高I3.4D55#反洗電導率高I1.0S72#雙濾啟動I3.5FD11#反滲電導率高I1.1S82#雙濾關閉I3.6FD22#反滲電導率高I1.2Y22#壓差高I4.0S171#高壓泵停I1.3S93#雙濾器啟動I4.1S182#高壓泵停I1.4S103#雙濾關閉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I4.4W22#保安水位高I2.0S124#雙濾器關閉I4.5S204#高壓泵停I2.1Y44#壓差高I4.6S21沖洗泵停I2.2S135#雙濾器啟動I5.0H11#混電率<0.5I2.3S145#雙濾器關閉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過濾泵Q13.4CQ55#反洗出氣閥Q8.1BG備用過濾泵Q13.5FP55#反洗排水閥Q8.2JF11#過濾器進水閥Q13.6HF11組高壓水泵后閥Q8.3CF11#過濾器出水閥Q14.0QF11#保安前閥Q8.4JF22#過濾器進水閥Q14.1BH11#保安后閥Q8.5CF22#過濾器出水閥Q14.2YB11#高壓泵Q8.6JF33#過濾器進水閥Q14.3YB22#高壓泵Q9.0CF33#過濾器出水閥Q14.4BP11#保安水箱排水閥Q9.1JF44#過濾器進水閥Q14.5HF22組高壓水泵后閥Q9.2CF44#過濾器出水閥Q14.6QF22#保安前閥Q9.3JF55#過濾器進水閥Q15.0BH22#保安后閥9攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3系統(tǒng)硬件配置Q9.4CF55#過濾器出水閥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風機Q15.4CX11#沖洗閥Q10.1BF備用風機Q15.5CX22#沖洗閥Q10.2FJ11#反洗進水閥Q15.6CQ2沖洗前閥Q10.3FC11#反洗出水閥Q16.0CXB沖洗泵Q10.4JQ11#反洗進氣閥Q16.1HJ11#混床進水閥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#反洗進氣閥Q16.6JJ11#進堿閥Q11.3CQ22#反洗出氣閥Q17.0JS11#進酸閥Q11.4FP22#反洗排水閥Q17.1PF11#排廢液閥Q11.5FJ33#反洗進水閥Q17.2HX11#沖洗閥Q11.6FC33#反洗出水閥Q17.3HB沖洗泵Q12.0JQ33#反洗進氣閥Q17.4HF風機Q12.1CQ33#反洗出氣閥Q17.5HJ22#混床進水閥Q12.2FP33#反洗排水閥Q17.6HC22#混床出水閥Q12.3FJ44#反洗進水閥Q18.0HR22#反洗入水閥Q12.4FC44#反洗出水閥Q18.1HC22#反洗出水閥Q12.5JQ44#反洗進氣閥Q18.2HP22#排水閥Q12.6CQ44#反洗出氣閥Q18.3JJ22#進堿閥Q13.0FP44#反洗排水閥Q18.4JS22#進酸閥Q13.1FJ55#反洗進水閥Q18.5PF22#排廢液閥Q13.2Q13.3FC5JQ5Q18.6HX22#沖洗閥PLC外部接線圖3.2PLC10攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3系統(tǒng)硬件配置圖3.2PLC外部接線圖11攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3系統(tǒng)硬件配置（續(xù)）圖3.2 PLC外部接線圖12攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3系統(tǒng)硬件配置雙料過濾器雙料過濾器的概述雙料過濾器含有石英砂和無煙煤兩種過濾介質，所以叫雙料過濾器，采用雨淋式過濾結構，過濾設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。當水從上向下流過過濾層時，濾料顆粒表面吸附水中的微小懸浮顆粒，被截留下來的微小懸浮顆粒在濾料顆粒表面相互重合，形成另外一層過濾膜。小于濾料顆粒間間隙的懸浮物則進入排列緊密的濾層內部，水在這樣的通道內流動，就有更多機會與濾料顆粒碰撞，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，稱為滲透過濾。雙料過濾器的工作原理雙料過濾器以較大粒徑的無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，就可以達到最佳截污效果。濾料比重的不同可以使反洗時濾層不混合。過濾器的運行是周期性的，每次過濾之后都要反洗，反洗可以清除掉濾層中累積的污物，使得濾料恢復，再次具備截污能力。反洗常用壓縮空氣攪拌。該設備廣泛應用于油田、化工、冶金、紡織等行業(yè)的工業(yè)廢水處理中。雙料過濾器的優(yōu)點①結構較緊湊、運行平穩(wěn)、操作方便②設備濾速大、過濾精度高、截污能力強③反洗比較徹底、維護很方便、自動化程度極高適用于水的深度處理，能較精細地處理水中的懸浮物膠體等物質。本課題選用雙料過濾器作為本系統(tǒng)的預處理裝置，除去水中的懸浮物和膠體余下的一臺作為緊急備用。反滲透裝置反滲透裝置的概述反滲透也成為逆滲透（RO2060其孔徑≤10nm，可以去除濾液中的離子和分子直徑小的物質，比如病毒、熱源、13攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3系統(tǒng)硬件配置細菌等。能量消耗比值低，不產(chǎn)生化學廢水，可以降低成本。廣泛應用于生物和醫(yī)藥工程，還應用于飲用純凈水、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，從過濾器出來的水進入中反滲透的工作原理反滲透技術是利用壓力將溶液中的溶劑（水）通過反滲透膜分離出來的一種技術。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達到分離、提取、純化和濃縮的目的。當純水和鹽水被理想半透膜隔開時，理想半透膜只讓水通過而阻止鹽通過，半透膜純水側的水就會自發(fā)地通過半透膜流入鹽水側，這種現(xiàn)象稱為滲透，如果在膜的鹽水側加壓力，水的自發(fā)流動就會受到抑制而減慢，當外加的壓力達到某一數(shù)值時，水通過膜的凈流量為零，這個壓力稱為滲透壓力，但如果施加在膜鹽水側的壓力比滲透壓力大，水的流向會發(fā)生逆轉，鹽水中的水將流入純水側，從而形成水的反滲透3.33.4：滲透壓鹽水半透膜鹽水滲透壓鹽水半透膜鹽水清水圖3.3滲透原理3.4反滲透原理97%單、占地面積小，便于操作管理，出水水質穩(wěn)定，制水成本低。反滲透裝置使用1%--2%，但是漏過的含鹽量會增加到原來的兩倍，嚴重影響出水。由于本課題設計的系統(tǒng)采用兩套反滲透裝置，一套使用，另一套備用。所以啟動備用裝置，對使用過的裝置進行清洗。14攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3系統(tǒng)硬件配置混床混床混合離子交換器簡稱混床，是針對離子交換技術設計的設備?；齑簿褪前岩欢ū壤年庩栯x子交換樹脂混合裝在相同的交換裝置中，將流體中的離子進行交換和脫除。實際上，陰樹脂的比重比陽樹脂小，故一般混床內陰樹脂在上陽樹脂不同選擇適當?shù)谋壤?。目前我國火力發(fā)電廠使用的混床有凝結水處理混床和鍋爐補給水處理混床兩種混床，混床用于處理反滲透出水時，進水的含鹽量都高于凝結水處理混床和鍋爐補給水處理混床，在反滲透（RO）-混床系統(tǒng)中,反滲透進水含鹽量和組件的脫鹽率決定了混床進水的含鹽量。為保證出水水質和周期制水量，混床的設計容量陰陽離子交換樹脂反洗分層后才能進行再生?；齑策€分為體內同步再生式和體外再生式混床，因為同步再生式混床在整個運行和再生過程都在混床內發(fā)生，再生時樹脂不會移出設備外，并且陰陽樹脂是同時再生的，所以不需要很多附屬設備，操作簡單方便；出水水質穩(wěn)定，短時間進水水質、運行流速等運行條件變化對混床出水水質影響小；間斷運行對出水水質的影響不大，恢復到停運前水質所需的時間非常短；出水PH接近中性，水質優(yōu)異。1-進水口；2-進堿口；3-排廢液口；4-進酸口；5-出水口；6-進酸裝置；7-下部配水裝置；8-中間排液裝置；9-樹脂層；10-進堿裝置；11-進水裝置除碳器

圖3.5 混床的結構由于混床中會出現(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水的二氧化碳含量,還大大提高15攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3系統(tǒng)硬件配置了混床的周期制水量。本課題設計的系統(tǒng)選用大氣式除碳器。大氣式除碳器用木質格柵、鮑爾環(huán)、瓷環(huán)、階梯環(huán)或多面空心球等作為填料。除碳風機使用高效離心風機。除碳器工作時，水從上部進入，經(jīng)布水裝置流下，因為填料有阻擋作用，所以水通過填料層是時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。空氣中的CO2

分壓約為大氣壓的0.03%，含量較少，當空氣與水接觸時,水中的CO2

會析出并被空氣帶走，排到大氣中。1-排氣口;2-進水口;3-風室；4-出水口；5-進風口；6-填料支撐；7-填料層；8-布水裝置圖3.6大氣式除碳器的結構除鹽水箱隨著火力發(fā)電廠裝機容量的逐步增大增大，水汽質量的要求也越來越嚴格，2和灰塵極污染，直接導致其品質急劇下降，造成熱力設備的結垢和腐蝕，因此必須對除鹽水箱實行密封。空氣中的CO2

進入除鹽水后與水結合生成碳酸,碳酸是化合物,不能用物理的方法清除。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?？紤]碳酸的酸性往水中加氨使pHCOCO（NH）CO2 2 4 2 3出來,仍會腐蝕熱力系統(tǒng),導致水中的Fe、Cu等含量只增不減。為了解決水質劣化問題，必須在最短時間內解決除鹽水箱密封問題，隔絕空氣，保證補給水水質。國內外有關水箱密封的方法很多，常用的密封法如下：1把水和空氣隔開，達到密封保持水質的效果。為了防止密封液隨箱內水流出，應該在水箱出水管上插倒虹吸管。但是空氣與密封液接觸，密封液內會進入空氣中塵埃，所以必須定期更換密封液。采用密封液密封法工藝簡單，而且不受容器形16攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3系統(tǒng)硬件配置狀限制，密封效果優(yōu)異；但是對密封液要求很高，要求密封液具有良好的化學穩(wěn)定性，不含能溶于水或影響水質的任何物質，該方法比較少見。②吸收法：根據(jù)CO的化學特性考慮使用堿性物質吸收空氣中的CO，不讓CO進入2 2 2除鹽水箱，常用的堿性物質有堿石棉與液體工業(yè)堿。具體是在水箱溢流管和通空要求水箱運行時溢流管不能溢流，防凍問題易出現(xiàn)在冬季，應該加以考慮。吸收法可以防止CO2

進入水箱；但是水箱運行狀態(tài)要求嚴格，維護量大，特別是冬季，堿性物質要及時進行更換以避免引起水質波動。③浮頂密封法：在水箱內加一套浮頂，使得箱內水面與空氣隔開，浮頂就像活塞一樣，隨著水箱水位的上升下降而浮動，從而達到防止箱內水質劣化的效果，浮鹽水箱不能從上部進水,可從底側部、底部進水。④氮氣密封法：把除鹽水箱內水面上空氣全部更換為干凈的氮氣，使除鹽水箱內水與外界空氣隔絕，進而達到保持水質保持優(yōu)異的要求。該方法從根本上達到了所以氮氣密封法運行費用過高。⑤蒸汽密封法：該方法的原理與“氮氣密封法”基本一致。使用效果和對安全裝置、容器制造要求也都同于“氮氣密封法代了氮氣，蒸汽在箱內會不斷凝結，所以蒸汽運行消耗量大大高于氮氣密封法中的氮氣消耗量。除此，蒸汽的品質不能比箱內純水水質低，否則會使純水水質下降。⑥塑料球密封法：把特制塑料球放在水箱內浮在水面上，隔絕箱內水面與空氣的接觸，以保持水質。該方法工藝簡單，便于清掃；但是密封效果不夠理想。由于水箱只對進出水流量差值起一個補充作用，所以箱底部管流量非常小，箱中液位變化也比較小，箱中的存水起緩沖隔離的作用，使箱內最上部易被空氣污染的一點純水不會立即流出，在一定程度上抑制了箱中出水水質變壞。緩沖水隔離法在系統(tǒng)平穩(wěn)運行時，能控制對出水水質變壞。但是水箱存水就是考慮進出水量不平衡而進行調節(jié)。使用緩沖水隔離法不需要增加額外的裝置，減少設備成本；但是此種工藝作用非常有限，無法從根本上解決問題，只能在設計階段考慮，不能應用于運行電廠中，而且底部進水涉及基礎結構。17攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3系統(tǒng)硬件配置其實與除鹽水接觸的大氣對水質的污染還和電廠所在地區(qū)的氣候條件、大氣成分有關，所以相同的設備在不同的地區(qū)和不同的季節(jié)污染的程度也不同，各地區(qū)考慮各地氣候及設備結構不同也會采取不同的密封方法。本課題設計的系統(tǒng)對于除鹽水箱進水點沒有特別要求，從上部進水、底部側和底部進水都可以，所以本系統(tǒng)使用軟浮頂來密封水箱。其它檢測儀器電導率變送儀本系統(tǒng)在水質檢測時主要應用電導率變送儀，在過濾過程中，反洗檢測、反滲以及混床檢測中都要用到電導率變送儀。因此選擇良好的電導率變送儀用于檢測是至關重要的。電導率變送儀的原理：溶解在水中的酸堿鹽等電解質，在溶液中解離成正、負離子，使電解液具有導電能力，電導率就是用來表示電解液導電能力的大小。1cm，1cm2率，溶液的電導率大小和電解質的濃度、溫度、性質等因素有關，一般說的溶液25℃時的電導率。壓差變送器壓差變送器又稱為差壓變送器，主要分為氣動差壓變送器和電動差壓變送器0～10mA4～20mA本系統(tǒng)在過濾過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量原理工作，選用硅壓力測壓傳感器把測量4～20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，通過測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。18攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4系統(tǒng)的軟件設計及調試4系統(tǒng)的軟件設計及調試本章主要根據(jù)上一章的硬件系統(tǒng)配置進行軟件設計以及調試，是本課題設計的重點。設計本系統(tǒng)的控制流程，做出詳細設計流程圖。重點設計了PLC程序的及進行調試，并摘出重點部分的程序和仿真圖程序設計流程雙濾料過濾器運行流程系統(tǒng)總啟動（S1)雙濾器啟動系統(tǒng)總啟動（S1)雙濾器啟動S9)清水泵啟動(S3)開始過濾Y時間到？NY壓差過大？備用(S7S11)反洗N過濾保安水箱圖4.1雙濾料過濾器運行流程圖系統(tǒng)采用五臺過濾器，每兩臺一組，每次只啟動其中一臺，剩下的一臺作為19攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4系統(tǒng)的軟件設計及調試緊急備用裝置，平時不啟動使用，運行的過濾器故障時手動啟用。系統(tǒng)采用兩種控制方案，以時間控制為主壓差控制為輔。到一定時間時自動停止運行，啟動備用，如果時間沒到但是壓差變化較大，達到反洗條件，也自動停止運行，啟動備用。停運的設備自動進行反洗。過濾所得到的濾水進入中間水箱進行反滲。雙濾料過濾器的反洗流程圖如下圖4.2。流程說明：反洗的過程中要通入壓縮空氣，沖洗泵和風機都有備用的。如果雙濾料過濾器運行達到反洗條件則自動反洗并啟動啟動另外一套裝置，這樣可以保證制水的連續(xù)性，用電導率來判斷反洗是否合格，如果反洗水的電導率合格就自動停止反洗，進行排水，作為下一周期的備用。反洗開始反洗開始反洗泵風機（S15正常？正常？備用(S16)反洗電導率合格？停反洗泵，風機排水備用圖4.2雙濾料過濾器反洗流程圖20攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4系統(tǒng)的軟件設計及調試反滲透運行流程本系統(tǒng)給每套反滲透裝置配兩臺高壓泵，一臺備用。利用電導率控制兩臺反滲透裝置的替換，當電導率有明顯升高時必須停止運行啟動備用，反滲透裝置每次運行結束后需要對其進行沖洗，但反滲透裝置運行大約一年后，必須對其進行徹底清洗，清洗一般需要九十天左右，因為清洗工作流程復雜，需要專門的清洗控制系統(tǒng)，所以本次設計不對其進行詳細設計。系統(tǒng)總啟動反滲裝置閥門開1#高壓泵啟動系統(tǒng)總啟動反滲裝置閥門開1#高壓泵啟動N2#高壓泵啟動正常？Y反滲N電導率高？Y啟動備用沖洗混床運行流程

圖4.3反滲透運行流程圖本系統(tǒng)準備了兩套混床，一套備用，利用電導率控制兩套混床的輪流運行，21攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4系統(tǒng)的軟件設計及調試混床每次運行結束后需對其內的樹脂進行反洗并再生，反洗再生操作復雜，難以控制，因此采用自動控制方式進行控制。圖4.4為混床的運行、反洗和再生的流程圖混床除鹽混床除鹽N電導率高？啟動備用反洗T>15樹脂再生上下同時進酸、堿T>40分鐘Y30再生結束作為備用圖4.4混床的運行、反洗和再生的流程圖22攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4系統(tǒng)的軟件設計及調試程序設計STEP7對S7-300進行編程可以使用基本的STEP7軟件包。根據(jù)前面對系統(tǒng)設計的流程圖進行PLC程序設計，該設計編程使用梯形圖，編程軟件用STEP7,STEP7的功能有：硬件配置、參數(shù)設置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動、維護、文檔編輯、運行和診斷等。STEP7能夠完成一些大型的或者復雜的應用：用高級語言或者圖形設計語言進行程序設計，需要使用功能或通訊模塊。STEP7還可以與附加的SIMATIC軟件包比如工程工具一起使用。梯形圖介紹PLC言。本程序設計采用梯形圖編程語言編程。梯形圖編程語言是在繼電器-接觸器控制系統(tǒng)電路圖基礎上簡化符號演變而來的，是一種簡單直觀的編程語言。可以認為是傳統(tǒng)控制電路圖的演變成果，不僅簡化了，還增添了很多功能強大使用靈活的指令，結合微機的特點，使得編程更加容易，功能卻遠遠超過傳統(tǒng)的控制電路，是目前使用得最廣泛的編程語言。本系統(tǒng)的PLC梯形圖見附錄A;指令語句見附錄B。程序調試長時間定時經(jīng)過前面的探索與學習，雙濾料過濾器運行過程中是以時間控制為主要控制12S7-300PLC1ms～2H46M308S,不符合本系統(tǒng)的設計要求，所以必須尋找其他方法實現(xiàn)長時間定時。可以考慮在本程序設12h，3～44.5：23攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4系統(tǒng)的軟件設計及調試T2T2T1圖4.5脈沖時序圖圖4.6長時間定時程序24攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4系統(tǒng)的軟件設計及調試圖4.7減計數(shù)器梯形圖符號SPVR“1”，計數(shù)器復位，計數(shù)值復位為“0”CD0”時，Q輸出Q一般同一個計數(shù)器不出現(xiàn)在多個程序中。當產(chǎn)生的脈沖每來一個上升沿計數(shù)器減1010，4.6T,T=T1+(T1+T2)×C1=20+(15+20)×20=720M，即十二小時，這樣通過更改TIT2C14.8所示：圖4.7減計數(shù)器梯形圖符號圖4.8長時間定時仿真圖25攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4系統(tǒng)的軟件設計及調試雙濾料過濾器運行由前面設計的內容可知在本系統(tǒng)中雙濾料過濾器分成三組，常用的兩組中每組中的兩臺不能同時運行，當運行的過濾器達到反洗條件時自動反洗，并自動啟動同組的另一臺過濾器，部分程序如圖4.9：圖4.9雙濾料運行程序在網(wǎng)絡7中，有自鎖現(xiàn)象，常閉的手動開關按鈕，輔助控制的壓差輸入，和2#過濾器形成反鎖的常閉觸點。仿真圖4.10264.10雙濾料運行4.3.3混床反洗再生攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4系統(tǒng)的軟件設計及調試4.10雙濾料運行4.3.3混床反洗再生圖混床反洗再生是個非常復雜的過程，使用手動方式不容易控制，因此混床的反洗再生只采用自動控制方式，中間用多個定時器控制。反洗梯形圖如圖4.11，仿真結果圖4.12，混床再生梯形圖4.13，混床再生仿真圖4.14：27攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4系統(tǒng)的軟件設計及調試圖4.11混床反洗梯形圖28攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4系統(tǒng)的軟件設計及調試4.12混床反洗仿真圖4.13混床再生梯形圖29攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4系統(tǒng)的軟件設計及調試圖4.14混床再生仿真圖30攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 結論結論本次設計中，首先研究了本課題存在的的意義，分析比較了傳統(tǒng)控制方式和現(xiàn)代控制方式的優(yōu)缺點，分析現(xiàn)代控制方式中仍然存在的問題。然后對天然水和電廠化學水水質進行分析并確定除雜方法，選定工藝流程。緊接著對本次設計的系統(tǒng)進行硬件的設計，然后根據(jù)硬件配置進行軟件設計與調試，本系統(tǒng)重難點是軟件方面的設計，選用的西門子公司的PLC，用STEP7PLCPLCI/O外部接線圖?；齑病⒊计鞯鹊裙I(yè)常用的設備裝置。在此過程中了解了這些硬件設備的結構和工作原理、應用范圍等等知識。這些都沒有出現(xiàn)在課本上，但是卻是日常工業(yè)中必不可少的知識。上學期學習了可編程序控制器原理及應用，但是卻幾乎不能自主應用，了解的知識面也很少，經(jīng)過本次的學習和應用，更加深入的了解了西PLC雖然本次設計已經(jīng)完成，各方面也達到了預期目的，但其中還有很多地方需要改進，還有更高的晉升空間，對于程序的設計與調試方面，雖然說在老師的指導下做出了預期目標應該達到的效果，但是實際工程中的應用是非常復雜和龐大的，我們能做的還只是實現(xiàn)簡單的邏輯關系。但是這次設計卻培養(yǎng)了我獨立思考的能力，自主學習的能力，為我以后的學習與應用打下了良好的基礎。31攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 參考文獻參考文獻可編程序控制器原理及應用/吳中俊，黃永紅主編.2版.--北京：機械工業(yè)出版社，2004.4(2011.5重印)劉書凱.基于PLC,2007,4:40～43..PLC[4]廖常初.S7-300/400PLC應用技術.北京：機械工業(yè)出版社，2005.34～3718（9）：40～43.趙海斌，麻紅昭，張華.基于PLC的化學中和池PH設,2005,26(9):9～11.2001，4：14～16..ft23.孫賓.火電廠輔助車間PLC2001，22（3）：51～53.2007.1～8.,2001.56.S7-300/300C.32攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖附錄A：系統(tǒng)控制程序梯形圖33攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖34攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖35攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖36攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖37攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖38攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖39攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖40攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖41攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖42攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖43攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖44攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖45攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖46攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖47攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖48攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖49攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄A系統(tǒng)控制程序梯形圖50攀枝花學院本科畢業(yè)設（論文） 附錄B系統(tǒng)控制程序指令語句附錄B：系統(tǒng)控制程序指令語句Network1Network5A(AM24.0OI0.0CDC1OM20.0BLD101)AI0.4ANI0.1LC#20=M20.0SC1Network2AI0.0AM20.0RC1A(NOP0OI0.2NOP0OQ8.0AC1OQ8.1=M24.1)Network6ANI0.3ANM24.1=L20.0=M24.2AL20.0Network7ANQ8.1AM20.0=Q8.0A(AL20.0OI0.4ANQ8.0O=Q8.1ANM20.2Network3AI1.2AM20.1OM20.1ANT2)LS5T#20MANM20.2SDT 1ANI0.5Network4ANI0.6AT 1ANM24.2LS5T#15M=M20.1SDT 2=M 24.051Network8A==M 20.1Q 8.2Q 8.3Network8A==M 20.1Q 8.2Q 8.3O)ANANM 20.2M 20.1I 1.1Network9ANI 1.2AM 20.2AN M24.5ANT 5=M 20.2LS5T#20MNetwork14SDT 4AM 20.2Network10=Q 8.4AT 4=Q 8.5LS5T#15MNetwork15SDT 5AM 20.3=M 24.3ANT 7Network11LS5T#20MAM 24.3SDT 6CDC 2Network16BLD101AT 6AI 1.0LS5T#15MLC#20SDT 7SC 2=M 24.6AI 0.0Network17RC2AM24.6NOP0CDC3NOP0BLD101AC2AI1.3=M24.4LC#20Network12SC3AN M24.4AI0.0= M24.5RC3Network13NOP0A M20.0NOP0A(AC3O I1.0=M24.7ONetwork18AN M20.4ANM24.7A I0.6=M25.052攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 附錄B系統(tǒng)控制程序指令語句Network19A M 20.0A(O I 1.3

NOP 0NOP 0A C 4= M 25.2ONetwork24ONetwork24ANM20.4 AN MAI2.1 = MOM20.3 Network25)A MANM20.4A(ANI1.4OIANI1.5OANM25.0ANM25.320.01.6=Network20A==Network21AANLSDNetwork22ALSD=Network23ACDBLDALSAR

M 20.3M 0.3Q 8.6Q 9.0M 20.4T 9S5T#20MT T 8S5T#15MT M 25.1M 25.1C 4101I 1.6C#20C 4I 0.0C 4

AO)ANANANAN=NetworkA==NetworkAANLSDNetworkALSD=

20.3I 1.5M 20.4M 20.3I 2.0I 2.1M 25.3M 20.4M 20.4Q 9.1Q 9.2M 20.5T 11S5T#20MT T 10S5T#15MT M 25.453Network29AM25.4AA(L20.0Network29AM25.4AA(L20.0CDC5OI0.7BLD101OQ9.5AI2.2)LC#20=Q9.5SC5AL20.0AI0.0A(RC5OI1.7NOP0OQ10.0NOP0)AC5=Q10.0=M25.5Network34Network30A(ANM25.5OI2.5=M25.6OQ9.6Network31)AM20.0A(A(ONI3.0OI2.2ONI3.1OM20.5ONI3.2)ONI3.3ANI2.3ONI3.4ANI2.4)ANM25.6=Q9.6=M20.5Network35Network32A(AM20.5OI2.6=Q9.3OQ10.1=Q9.4)Network33A(ONI3.0ONI3.0ONI3.1ONI3.1ONI3.2ONI3.2ONI3.3ONI3.3ONI3.4ONI3.4=L20.054)攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 附錄B系統(tǒng)控制程序指令語句= Q 10.1Network36

Network45A I 1.0AI3.0RM21.1SM20.6RM21.2Network37Network46AI0.6AI3.2SM21.0SM21.3Network38Network47AM21.0AI1.5ANM20.6SM21.4=Q10.2Network48=Q10.3AM21.4=