PLC在铁岭电厂化学水混床控制系统中的应用

1、沈阳工业大学毕业设计PAGE - 44 -第一章 引言11 课题背景及选题意义本文是以我的导师李玉杰高级工程师对铁岭电厂化学水处理系统的改造为背景，论述了电厂水处理的自动控制系统设计和基于工控组态软件的计算机监控系统的设计。能源是发展社会生产和提高人民生活水平的重要物质基础，在国民经济发展中占有先决的地位。电能便于集中、分散、传输、控制和转换成其他形式的能源，因此，电能的使用已遍及国民经济及人民生活的各个领域，成为现代社会的必需品，成为经济发展的“先行工业”，成为国家发达的“生命线”，电力工业的发展程度已成为一个国家经济和文化发达程度的重要标志。保证供给充足的电力，成为各个地区、各个国家发展经

2、济的先决环境条件。随着经济的日益发展，用电量迅速增大，据统计，从1920年以来，世界上发电设备容量和年民电量一直以大约10年增加1倍的速度发展。我国电力工业发展迅速，至1999年底装机容量已达约2.8亿KW，年发电量约1.2万亿KW，以火力发电为主，约占全国电厂的70%左右。近两年，由于全国经济的快速发展，电力需求加大，致使许多地区出现了电力供应紧张的局面，因此全国开始了电力建设的步伐。由于水在火力发电厂的生产过程中，既担负着传递能量的重要作用，同时又担负着冷却介质的作用，因此在发电过程中，水处理占有重要地位。但是由于当前全球水资源匮乏，特别是我国的水资源人均占有量更是低于全球平均水平，水资源

3、十分匮乏，而火电厂又是一个耗水大户，因此对于水资源的合理利用及分配十分重要，所以有必要设计开发一种先进的控制系统，从硬件和软件入手，实现电厂的自动化，以保证电厂经济、安全地运行，达到节水的目的。同时由于火电厂中各发电机组的水处理装置多而分散，不便准确操作，很有必要设计开发一种监控系统，对各水处理装置进行监控，既减少了操作人员的工作量，又提高了电厂的自动化水平。这就使得电厂的水处理系统采用计算机控制成为一种必然的趋势。12 化学水顺序控制的发展现状先前化学水系统广泛采用的控制方式是模拟盘程控方式，即在模拟盘上启停操作自动程序和半自动程序，操作和显示现场设备。化学水系统中有多点过程参数需要监视和运

4、行记录，先前都采用常规模拟仪表监视状态，监测精度和可靠性很难满足要求。而且随着水处理设备投入使用的时间加长，现场设备、控制设备和模拟盘表计都会有不同程度的老化，加上控制方式落后，工艺参数的控制只能靠手动进行调整，很难时刻准确地保证化学水处理的质量。某种程度上会影响机组的经济运行自动化设备的更新换代，计算机网络技术的普及使用，给工业控制领域的监视控制手段带来了革命性的变化。由分散控制系统或通用工业PC机和可编程序控制器组成的工业自动化网络以其成熟的网络技术和功能多样化地控制性能被工业各行业所采用。可编程控制器由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛的应用，

5、目前国内化学水系统都在不同程度的采用。PLC实现工业过程顺序控制经历20余年的发展，该技术已相当成熟，它的网络化应用也在不同程度被广泛推广。可以说为工业现场提高控制水平，改善监控环境、安全增效节能起到了不可估量的作用。该类系统可以实现下列功能：工业控制机作为中央控制单元，配有组态软件，选用大屏幕实时监视界面，实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警，还可显示查询历史事件记录，系统各主要部件累计运行时间，各装置工艺流程图等。由于PLC对现场进行实时监控具有很高的可靠性，且编程简单，灵活，因此越来越受到人们的重视。所以铁岭电厂的化学水控制系统的改造采用PLC控制系统来处理。13 本设计

6、主要内容本设计完成的主要内容是：根据控制系统的要求，提出具体的控制方案，本人所设计的是补给水处理设备中混床的控制方案，包括硬件选择和软件开发。在硬件系统中，主要采用工业控制计算机和可编程控制器PLC组成的网络结构，其性能可靠，抗干扰能力强，可以减少开发工作的环节和更好地适应工业控制的要求。在软件开发中，本文采用的是西门子公司的S7-200完成对下位机PLC的程序控制，上位机监控系统的开发软件采用的是国产的紫金桥软件。该监控系统对电厂水处理设备的运行状态及参数进行实时监控，实时诊断及分析参数的变化趋势，对各设备实施正确快速控制，从而提高了控制系统中设备运行的经济性、可靠性和安全性，明显降低了运行

7、成本，提高了电厂自动化水平。第二章 化学水顺序控制系统简介21 火电厂化学水处理工艺简介火力发电厂的生产过程，是一个能量转化的过程。它是利用燃料（煤、石油或天然气等）所蕴藏的化学能，通过燃烧变成热能传给锅炉中的水，使水转变成为具有一定压力和温度的蒸汽，导入汽轮机；在汽轮机中，蒸汽膨胀做功，将热能转变为机械能，推动汽轮机转子旋转；汽轮机转子带动发电机转子一起高速旋转，将机械能变为电能送至电网。所以，在火力发电厂的生产过程中，水担负着传递能量的重要作用。另外，水在火力发电厂的生产过程中，也担负着冷却介质的作用。用以冷却汽轮机排出的蒸汽；冷却转动机械设备的轴瓦等等。长期的实践使人们认识到，火力发电厂

8、热力系统中水、汽质量的好与坏，是影响火力发电厂热力设备（锅炉、汽轮机等）安全、经济运行的重要的因素之一，没有经过净化处理的天然水含有许多杂质，这种水是不允许进入汽循环系统的。为了保证热力系统中有良好的水质，必须对天然水进行适当的净化处理和严格的监督水、汽循环系统中的水、汽质量，否则，就会引起下列危害：热力设备结垢、热力设备腐蚀、过热器和汽轮机积盐等。火力发电厂的水处理工作，就是为了保证热力系统各部分有良好的水、汽品质，以防止热力设备的结垢、积盐、和腐蚀。因此，在火力发电厂中，水处理工作对保证发电厂的安全、经济运行具有十分重要的意义。火电厂化学水处理工艺主要分为预处理、化学除盐系统、酸碱系统和中

9、和系统四个部分。 211 预处理一般天然水中含有较多的悬浮物和胶体物质，如不首先除去，将会影响后阶段的锅炉水处理效果，例如进入离子交换器，将污染树脂，降低其交换容量，甚至影响出水质量；含有悬浮物和胶体物质的水如直接进入锅炉，易使锅内结泥垢，堵塞管道阀门等；若水中含有有机物的胶体，进入锅炉则易使锅水起泡，从而恶化蒸汽品质；也有的原水中硬度含量很高，如直接进行锅内加药处理或锅外化学处理，不但难以使水质达到国家标准，而且很不经济。因此在电厂水处理工艺中，应首先除去悬浮物和胶体物质，使水得到澄清，或者预先除去部分硬度，这就是水预处理的目的。水的预处理工艺流程一般包括：混凝、沉淀（软化）、澄清和过滤。由

10、于水源直接取自较混浊的天然水，因此应首先进行混凝处理。水的混凝处理就是通过加入混凝剂，使水中细小的悬浮物和胶体颗粒转变为大颗粒状沉淀物而下沉，如在民间生活中常用明矾来澄清混浊的水，实际上就是一种混凝处理。沉淀软化主要是指将高硬度的水用适当的沉淀剂，使钙、镁离子转变为难溶化物而沉淀析出。从而降低水中的硬度。这种将杂质经沉淀后澄清的方法统称为沉淀处理。原水经混凝处理后，虽然其中大部分悬浮物和胶体可以被除去，但仍难免会残留少量细小的悬浮颗粒，需进一步用过滤的方法除去。水的沉淀软化法就是通过在水中加入化学药剂，使钙、镁离子转变为难溶化物而沉淀析出。从而降低水中的硬度。针对现场所取原水硬度高、碱度低的特

11、点，采用石灰纯碱处理方法，在离子交换器中完成。经过混凝预处理的水，虽然看起来浊度不大，但常会残留一些有机物，这对下一步离子交换水处理时的交换树脂很不利，应尽量除去。活性炭过滤器是以活性炭为滤料，由于活性炭是一种吸附力较强的吸附剂，其过滤作用主要以物理吸附为主，因此该过滤器可以吸附水中的有机物，用活性炭吸附过滤可以降低水中有机物的含量。212 化学除盐处理软化处理仅仅是除掉水中的钙、镁离子，而水中的除盐处理则是除掉水中溶解的盐类，常用的方法是化学除盐。化学除盐就是应用离子交换反应的原理进行除盐。化学除盐的工艺过程，是将原水通过H型阳离子交换器（也称阳床）和OH型阴离子交换器（也称阴床），经过离子

12、交换反应，将水中的阴、阳离子除掉，从而制得高纯水。（1）阳床离子交换反应阳床一般采用强酸性阳离子交换树脂作为交换剂，它只与水中的阳离子发生反应。原水经阳床发生交换反应之后，出水是酸性水，即水中的阳离子几乎都等量转变为氢离子。阳床失效后，一般是用一定浓度的盐酸或硫酸进行再生。（2）阴床离子交换反应阴床一般采用强碱性阴离子交换树脂作为交换剂，在除盐工艺中，它与阳床出水中的阴离子发生交换反应。由此可知，经阳、阴床交换后的水，基本是除掉了全部阳、阴离子，所以，阴床出水是纯度很高的水。（3）混和床离子交换反应混合床简称为混床，它是将阴、阳离子交换树脂放在同一交换器内，直接进行化学除盐的设备，在混床中，由

13、于阴、阳离子交换树脂是均匀混合的，所以在运行中，水中的阴、阳离子几乎是同时发生交换反应。213 酸碱系统酸碱系统是指化学除盐系统中各离子交换器再生时所使用的酸碱的贮存和计量设备。酸溶液由自卸式酸槽车或卸酸泵打入高位酸液贮存槽，根据需要通过酸计量箱、喷射器送入阳床和混床，对失效的阳离子交换树脂进行再生。碱溶液由自卸式碱槽车或卸碱泵打入高位碱液贮存槽，根据需要通过碱计量箱、喷射器送入阴床和混床，对失效的阳离子交换树脂进行再生。214 中和系统由于在本系统采用的是化学除盐工艺，再生已经失效的阳、阴离子交换树脂时，所用的酸、碱液耗量不可能低于或等于理论量。所以除盐工艺的水处理系统再生过程中就必定产生大

14、量的酸、碱废水。不经处置的废液就直接排放，会污染水域、影响农作物鱼类正常生长和危及人民群众的健康。这就必须要进行废酸、碱的处理，以使排放水PH值达到允许排放的标准。酸碱中和系统，也称为加药系统，其工作原理就是设置一个中和池，让阴阳离子交换器再生所产生的废酸碱排放到中和池中，首先让废酸碱液自行中和，并根据需要，加入适量的酸碱进行中和，然后排放掉废液。为了加快中和速度，这里设置压缩空气管进行搅拌，使得加入作调节的酸（或碱）与废液能够混合均匀、互相中和。22 化学水控制系统的应用现状自动化设备的更新换代，计算机网络技术的普及使用，给工业控制领域的监视控制手段带来了革命性的变化。由分散控制系统或通用工

15、业PC机和可编程序控制器组成的工业自动化网络以其成熟的网络技术和功能多样化地控制性能被工业各行业所采用。可编程控制器由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛应用，目前国内化学水系统都在不同程度的采用。由于PLC对现场进行实时监控具有很高的可靠性，且编程简单，灵活，因此越来越受到人们的重视。例如吴泾电厂的补水、凝结水就采用莫迪康984PLC，公共系统采用莫迪康PLC，而上位机画面则采用FIX平面图形，各控制站之间用光纤以太网连接，这就构成了主控室集中监控系统；外高桥电厂下位机采用AB的双机热备系统，画面采用INTOUCH立体图形，这也构成了监控系统；元宝山

16、发电厂也采用集控室监控系统：模拟量都进PLC，集控室上位机操作。从以上实例可以看出通用工业PC机和可编程序控制器组成的工业自动化网络已经广泛应用于火电厂的化学水控制系统。目前铁岭电厂1、2 、3 、4号机公用同一套化学制水系统，该程控系统是在90年代初期由上海国际程控公司和西安热工成套所设计生产的。控制设备采用日本OMRON公司的可编程序控制器。补给水系统的控制方式为模拟盘程控方式，即在模拟盘上启停操作自动程序和半自动程序，操作和显示现场设备。凝结水系统控制方式为模拟盘程控方式和模拟盘一对一手动方式操作及显示现场设备。由于历史原因，凝结水程控一直没有投入自动，而处于模拟盘一对一手动控制方式运行

17、。化学水系统中有多点过程参数需要监视和运行记录，目前都采用常规模拟仪表监视状态，监测精度和可靠性很难满足要求。由于该系统自投入使用到目前已有十余年时间，现场设备、控制设备和模拟盘表计有不同程度老化，加上控制方式落后，工艺参数的控制只能靠手动进行调整，很难时刻准确地保证化学水处理的质量。某种程度上会影响机组的经济运行。该系统主要存在如下缺点：（1）操作手段落后。（2）程控方式单一，灵活性差，自动投入率低（3）模拟量参数显示、记录功能低级（4）系统结构复杂，运行维护量大 （5）管理水平低下由此可见，对该系统进行全面的技术改造是十分必要的。改造之后的铁岭电厂化学水控制系统也将采用监控系统。这样就提高

18、了控制系统中设备运行的经济性、可靠性和安全性，明显降低了运行成本，提高了铁岭电厂自动化水平。23 铁岭电厂化学水处理系统构成下面以铁岭电厂的化学补给水为例来介绍铁岭电厂的化学水处理系统：高效过滤器清水箱清水泵阳床活性炭过滤器除碳器中间水泵阴床混床除盐水箱除盐水泵酸/碱贮存系统再生装置中和系统原水主厂房预处理除盐系统酸碱系统图2.1 铁岭电厂补给水处理系统图如图2.1所示， 铁岭电厂补给水系统工艺流程为：原水经过清水箱清水泵高效过滤器活性碳过滤器阳床除碳器中间水泵阴床混床除盐水箱除盐水泵主厂房。辅助设备包括生水加药、酸碱部分、压缩空气系统及中和池。铁岭发电厂补给水处理系统由5台活性碳过滤器，4台

19、高效过滤器,三套阴阳床（每套有一个阴床，一个阳床及一个公用除碳器），六台中间水泵，三台混床，二套中和池，三套酸碱计量系统组成。24 铁岭电厂化学水处理计算机监控系统的组成铁岭电厂化学水处理、计算机监控系统的组成如图2.2所示：生活水/消防水操作站补水/中和池操作站凝结水操作站工程师站工业以太网1#控制站#2基本控制站#3基本控制站#4基本控制站生活水/消防水处理设备化学补水处理设备#1、2凝结水处理设备#3、4凝结水处理设备汽水化验站操作站#1/2汽水化验站#3/4汽水化验站图2.2铁岭电厂化学水处理计算机监控系统该系统采用3台操作站，分别完成生活消防水系统,净水室补给水处理系统,净水室凝结水

20、系统的监控功能。基本控制站实现上述3大部分的控制任务。铁岭电厂4*300MW机组的化学水处理系统分预处理生活消防水、补给水处理和凝结水处理两部分。全部水处理设备按运行控制要求可划分为四部分，即预处理生活消防水系统,补给水处理系统和中和池排放系统,凝结水#1、2机处理系统,#3、4机凝结水处理系统。对应四部分分别设置四套独立的控制系统，每套控制系统在操作员工作站上分别设有自动/手动切换开关，可使控制系统中的设备处于手动控制方式和自动控制方式。汽水化验系统仅进行监视。补给水处理是处理锅炉运行中的补充水。本文所研究的就是铁岭电厂补给水处理系统。补给水处理系统中的监控对象主要有：清水箱、清水泵、高效过

21、滤器（四台）、活性碳过滤器（五台）、阳浮床（三台）、除碳器（三台）、中间水泵（六台）、阴浮床（三台）、混床（三台）、除盐水箱（三台）、除盐水泵（三台）及其酸碱箱等。本文所研究的是混床的监控系统的设计和开发。本系统的工作原理是：现场设备的运行状态、阀门的开关状态及工艺参数（如：液位、压力、流量、温度等）等信号经双绞线直接进入PLC，PLC再与操作员站进行数据交换，获取现场设备的数据，上位机监控画面上即可显示现场各设备的状态。操作人员根据这些状态参数，通过鼠标和键盘就可控制现场设备，PLC接收到这些指令后，再综合输入信号，按预先编制好的程序进行逻辑运算，将结果送往输出模块，通过各输出点信号即可控制

22、现场设备。通过与PLC的数据交换，上位监控站可显示整个工艺系统的运行状态，包括各测点参数的变化、阀门及电动机的状态，且能实时进行语音报警并生成报警记录，从而使操作员在控制室内就可清楚地知道现场工艺系统运行状态及报警状态，通过操作员站监控现场每一设备，不必再去现场直接对设备进行一对一硬手操，减少了操作员的工作量，实现了方便可靠的控制室集中监控。该控制系一共分为生活水/消防水处理设备、化学补给水处理设备、#1、2凝结水处理、#3、4凝结水处理设备四个子系统。每个子系统都是一套独立的PLC控制系统，系统的所有控制程序都储存在PLC的存储器中，由CPU控制程序运行，重要的运行参数都存储在存储器中，上位

23、工程师站/操作员站及上层网络通过网络从PLC的存储器中读取运行参数，监视其运行状态。当网络发生故障时，公会造成在上位操作员无法再监控系统，但不会影响各个系统独立的PLC中的控制程序的继续运行，且工艺系统的最新运行参数仍继续存储在PLC的存储器中，当网络恢复正常后，上位操作员站可立即通过网络读取到最新的运行参数，不会造成数据丢失。第三章 控制设备及软件原理PLC原理及使用随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。当前用于工业控制的计算机可以分为几类，例如可编程序控制器、基于PC总线的工业控制计算机、基于单片机的测控装置、用于模拟量闭环控制的可编程序调

24、节器、集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等。现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器（Programmable Logic Controller, PLC）正是顺应这一要求出现的，它是微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC的工作原理：PLC有两种工作模式，即RUN模式与STOP模式。在RUN模式，通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。在STOP模式，CPU不执行用户程序，可以用编程软件创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功

25、能，并将用户程序和硬件设置信息下载到PLC。PLC通电后，需要对硬件和软件作一些初始化的工作。为了使PLC的输出及时地响应各种不同的任务，如图3.1，这种周而复始的循环工作模式称为扫描工作模式。读取输入执行用户程序处理通信请求自诊断检查改写输出改写输出自诊断检查处理通信请求读取输入 RUN状态 STOP状态图3.1 PLC工作原理图读取输入在PLC的存储器中，设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入过程映像寄存器和输出过程映像寄存器。在读取输入阶段，PLC把所有外部数字量输入电路的1/0状态读入输入过程映像寄存器。 外部电路闭合时，输入为“1”状态，断开时，为“0”状态。

26、执行用户程序PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按顺序排列。在RUN工作模式的程序执行阶段，在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序。在执行指令时，从I/O映像寄存器或别的位元件的映像寄存器读出其0/1状态，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到相应的映像寄存器中，因此，各映像寄存器（只读的输入过程映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。通信处理在通信请示处理阶段，CPU处理从通信接口和智能模块接收到的信息，例如读取智能模块的信息并存放在缓冲区中，在适当的时候将信息传给通信请求方。CPU自诊断测试自诊断测试包括定期检查CPU模块的操作和扩展

27、模块的状态是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。改写输出CPU执行完用户程序后，将输出过程映像寄存器的0/1状态传送到输出模块并锁存起来。梯形图中某一输出位的线圈“通电”时，对应的输出过程映像寄存器为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出点的线圈是“断电”，对应的输出过程映像寄存器中存放的二进制数为0，将它送到继电器型输出模块，对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。311 PLC概述 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设

28、计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC有以下几个特点： 1、编程方法简单易学 2、功能强、性能价格比高 3、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 4、可靠性高，抗干扰能力强 5、系统的设计、安装、调试工作量少 6、维修工作量少，维修方便 7、体积小，能耗低PLC的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自

29、动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。在发达的工业国家，PLC已经广泛地应用在所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范围不断扩大，主要有以下几个方面：1、数字量逻辑控制2、运动控制3、闭环过程控制4、数据处理5、通信联网PLC的硬件组成根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式、模块式和混合式。1、整体式PLC整体式又叫做单元式或箱体式，它的体积小、价格低，小型PLC一般采用整体式结构。整体式PLC将CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱形机壳内，S7-200称为CPU模块。S7-200系列PLC提供多种具有不同I/O点数的CPU模块和数字量、

30、模拟量I/O扩展模块供用户选用。整体式PLC还配备有许多专用的特殊功能模块，例如模拟量输入/输出模块、热电偶、热电阻模块和通信模块，使PLC的功能等到扩展。2、模块式PLC 大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成。模块插在模块插座上，后者焊在机架中的总线连接板上，有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下选用的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用接口模块和电缆相连。313 PLC的软件编程方法与个人计算机相比，PLC的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。PLC的编程语言的表达方式有：（1）顺序功能图（2）梯形图（3）功能块图（4）指令表（5）结构文本1、顺

31、序功能图这是一种位于其他编程语言这上的图形语言，用来编制顺序控制程序。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，在顺序功能图中可以用别的语言编程。步、转换和动作是顺序功能图中的三种主要元件。可以用顺序功能图来描述系统的功能，根据它可以很容易地画出梯形图程序。2、梯形图梯形图是使用是最多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适用于数字量逻辑控制。有时把梯形图称为电路或程序。梯形图由触点、线圈和用方框表示的功能块组成。触点代表逻辑输入条件，例如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻辑输出结果，用来控制外部的

32、指示灯、交流接触器和内部的输出条件等。功能块用来表示定时器、计时器或者数字运算等附加指令。使用编程软件可以直接生成和编辑梯形图，并将它下载到PLC。3、功能块图这是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动。4、语句表S7系列PLC将指令表称为语句表。PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成的程序叫做指令表程序或语句表程序。结构文本结构文本是为IEC61131-3

33、标准创建的一种专用的高级编程语言。与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。32监控软件构成及功能无论是美国Wonderware公司推出的世界上第一个工控组态软件Intouch还是现在的各类组态软件，从总体结构上看一般都是由系统开发环境(或称组态环境)与系统运行环境两大部分组成。系统开发环境是自动化工程设计师为实施其控制方案，在组态软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境，通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统，供系统运行环境运行时使用。系统运行环境是将目标应用程序装入计算机内存并投入实时运行时使用的,是直接针对现场操作使用的。系统开发环

34、境和系统运行环境之间的联系纽带是实时数据库，它们三者之间的关系如图3.2所示。 图3.2 监控软件的构成在软件领域内, 监控软件是指操作人员根据应用对象及控制任务的要求,配置(包括对象的定义、制作和编辑，对象状态特征属性参数的设定等)用户应用软件的过程,也就是把监控软件视为“应用程序生成器”。从应用角度讲组态软件是完成系统硬件与软件沟通、建立现场与监控层沟通的人机界面的软件平台，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境。上位机监控画面上可显示现场各设备的状态，操作人员根据这些状态参数，通过鼠标和键盘就可控制现场设备，上位监控站还有显示整个工艺系统的运行状态，且能实时进行语音报警并生成

35、报警记录，从而使操作员在控制室内就可清楚地知道现场工艺系统运行状态及报警状态，通过操作员站监控现场每一设备，不必再去现场直接对设备进行一对一硬手操，减少了操作员的工作量，实现了方便可靠的控制室集中监控。321监控软件的用途及种类从应用角度讲组态软件是完成系统硬件与软件沟通、建立现场与监控层沟通的人机界面的软件平台,它的应用领域不仅仅局限于工业自动化领域。而工业控制领域是组态软件应用的重要阵地，伴随着集散型控制系统DCS (Distributed Control System)的出现监控软件已引入工业控制系统。在工业过程控制系统中存在着两大类可变因素:一是操作人员需求的变化;二是被控对象状态的变

36、化及被控对象所用硬件的变化。而组态软件正是在保持软件平台执行代码不变的基础上通过改变软件配置信息(包括图形文件、硬件配置文件、实时数据库等),适应两大不同系统对两大因素的要求，构建新的监控系统的平台软件。以这种方式构建系统既提高了系统的成套速度,又保证了系统软件的成熟性和可靠性,使用起来方便灵活,而且便于修改和维护。现在，组态软件已被广泛用于控制对象明确的工厂、纺织、机械等行业。被组态软件的优良特性所吸引，电力部门也已将引入以电量的监测与控制为主的发电厂和变电站等实时监控系统中，根据本课题的实际情况选用的是紫金桥软件。因此，采用先进的网络控制技术，实现所有外围系统集中控制，不仅可以在很多方面解

37、决系统设计和设备存在的问题，而且将为构建统一的企业网，实现管控一体化创造一个良好的基础。322紫金桥软件的功能及基本使用方法紫金桥监控组态软件是在长期的科研和工程实践中开发的通用工业监控组态软件，以其可靠性、方便性和强大的功能得到用户的高度评价，已经广泛应用于石化、冶金、制药、建材、轻工、环保、电力等多个行业的工业自动化、过程控制、管理监测、远程监视/远程诊断、企业管理/资源计划等系统。紫金桥软件的基本功能是数据通讯、数据管理、数据交互。具体的说：数据通讯就是从现场获取数据并将它们加工成可利用形式的基本功能；向把需要控制的信号通过计算机直接发送到现场的执行机构，这样就建立了控制软件所需的双向连

38、接。数据管理就是根据用户的需要，对数据进行更深层次的加工，如量程变换、报警、统计、分析等。数据交互就是根据不同用户的需求，把数据以不同的形式提交给用户以实现交互，如现场操作工需要监控，管理人员需要数据报表、工艺工程师要对数据进行分析等，紫金桥为不同的用户提供了多种交互手段。第四章 铁岭电厂化学水混床计算机监控系统设计41铁岭电厂化学水混床作用及工艺构成化学水混床系统的自动化是对离子交换树脂工艺过程及设备进行自动化控制，完成化学补给水的二次除盐功能，使之安全、可靠、高效地运行，达到系统设计的要求。铁岭电厂的化学水混床系统工艺包括混床除盐装置的投运、停止和再生程序、自动加酸/加碱程序、自动/半自动

39、启动另一串处理装置程序等。其中再生程序包括排水底位树脂擦洗反洗静置进酸/进碱酸/碱置换正洗排水低位混脂混床充水最后清洗备用等。42铁岭电厂化学水混床控制步序铁岭电厂化学水混床程序框图如图4.1所示：树脂擦洗反洗静置静置进进碱最后清洗进酸/进碱酸/碱置换正洗排水低位混脂混床充水混床充水再循环1#失效1#运行2#失效2#运行1#再生2#再生3#失效3#运行3#再生再循环再循环1#备用2#备用3#备用排水低位图4.1 混床步序框图每步程序的操作对应控制的被控设备如表4.1所示，可以按如下操作流程在操作员工作站进行操作，也可以靠自动装置实现自动控制，由手动自动开关选择。表4.1 混床的操作步骤 程 名

40、 序 序 号 称停止混床预清洗混床运行混床再生树脂擦洗静置进酸/碱酸碱置换反洗排水低位混脂混床充水最后清洗1混床入口门2混床出口门3混床酸入口门4混床碱入口门5导电度取样门6混床正洗入口门7混床正排门8反洗入口门9反洗出口门10进风门11混床中排门12混床进排气门13混床固定水位门混床酸计量箱入口门混床酸计量箱出口门混床碱计量箱入口门混床碱计量箱出口门自用水泵混床再生酸泵混床再生碱泵除碳风机净水室增压机时间整定（分）天10510/1560/6540153610流量(T/H)3048.53213岭电厂化学水混床功能说明铁岭电厂的化学水混床系统的自动化控制系统是以微处理器

41、为基础的可编程序控制器（PLC）为核心，进行顺序逻辑控制，程序控制应包括混床除盐装置的投运、停止和再生程序、自动加酸/加碱程序、自动/半自动启动另一串处理装置程序等。对于程序控制要设置必要的分步操作、成组操作或单独操作功能，设有必要的步骤时间和状态指示，以及必须的选择和闭锁功能。采用CRT操作站为主进行监视控制，CRT屏幕应能显示及控制流程、测量参数及所有被控对象的状态及成组参数。第五章 铁岭电厂化学水混床计算机监控系统的软件设计51 监控软件设计上位机监控画面的开发是采用国产的紫金桥软件。在操作员工作站中建立工艺流程画面，实时动态显示系统的运行状态、各类重要参数及报警信号。在进行监视画面设计

42、时，充分考虑国家标准、部颁标准及现场操作人员的习惯等因素，力求画面的准确、直观和美观。例如在画面中用不同颜色区分不同工质，同种颜色的深浅区分处理前后水质变化。如附录A1.1所示，图中所画的是补给水处理系统工艺流程画，在工艺流程画面中应包含下列要素：1、仪表测量值的显示将系统中一些重要的仪表测量值送入模拟量输入模件中，操作员站通过与基本控制站的通讯获取这些数据，并在工艺流程画面中进行显示。2、设备运行状态的监视基本控制站将系统中主要设备的运行状态送入操作员工作站，在操作员工作的工艺流程画面中可以对这些设备的运行状态进行监视。例如在锅炉补水处理系统工艺流程画面中可监视到各机械过滤器、除盐系列、混床

43、等设备的运行情况。3、报警信号的显示在操作员工作站中建立与系统的安全运行密切相关的各种报警信号的显示画面，在画面中应包括以下几种类型的报警信息：运行参数的越限报警、单元运行终点的报警、阀门故障报警、转动极限机械故障报警等。通过操作员工作站的报警显示画面，可以方便、直观的对报警情况进行监视。3、控制功能操作员工作站的控制功能包括：（1）软手动操作：在操作员工作站中建立软手动操作画面，操作人员可以通过软手操画面对就地设备进行手动操作。所有设备操作均以窗口的方式实现，与监视画面分开；在设备符号上单击，将弹出操作窗口，窗口内包括该设备所有可选状态，供操作人员选择。操作窗口弹出后，可以方便地在窗口内对设

44、备的参数进行修改或改变设备的运行状态，所进行的任何操作均在确认后方可生效。在远控手动方式下操作员启停电动机、开关阀门及其它设备时，CRT画面提供操作指导。 现场设备故障，影响程控继续进行时，在满足相关约束下，运行人员干预可进行跳步操作。 设备处于就地操作方式时，上位机操作无效。（2）自动/步进/手动状态的显示及转换操作：系统具有自动/步进/手动三种操作方式。其中的步进方式仅是对自动方式的一种特殊处理。通过操作员工作站的控制操作画面可以在这三种方式之间进行切换。并且能够保证切换过程是无扰的。（3）记录及报表功能：记录功能是指将生产中需要记录的参数和设备的操作及运行情况形成记录文件存于操作员工作站

45、中，以便将来进行事故分析和形成报表时使用。需要记录的信息主要包括：主要模拟量参数的测量值、设备运行状态的记录、转动机械的启停记录、系统的运行记录等。报表功能是指采用通用的报表生成软件，提供强有力的报表功能，通过实时数据库与报表软件之间的数据交换，完成定时自动打印报表功能，打印周期可为每班、日、月等，也可以即时打印。（4）统计功能：实现对现场设备运行参数的自动统计分析。（5）安全功能：分别设定操作员和系统员的进入口令。在运行环境下，应屏蔽所有热键，从而锁定系统自由进出。系统受电后自动恢复运行状态。设定操作站的优先级来保证控制室内操作站与现场人机接口同时操作的安全性。52 PLC梯形图程序设计如图

46、4.1 所示，图中显示的是混床的步序框图，如附录A1.5所示，图中的梯形图是与混床的步序框图一一对应的，它既完成了PLC与上位机之间的通信，也完成了PLC对现场设备的步序控制。混床的步序框图显示在上位机的监控画面上，当操作员点击某一个步序的时候，就相当于给PLC输入了一个信号，PLC就完成相应的动作，即反映出系统所处的状态。此程序的I/O表如附录A1.2、附录A1.3所示:铁岭电厂共有三套混床设备,所以本文共有三套程序设计图：1#、2#和3#混床程序设计图。三套混床的程序设计图基本一致，只不过I/O点设置不同而已。三套混床的程序设计如附录A1.5、附录A1.6、附录A1.7所示，再生程序设计如

47、附录A1.8所示。结论本文是一篇应用基础性论文，主要以铁岭电厂的化学水处理系统的改造为例，论述了电厂水处理的自动控制系统和上位监控软件的设计，期间主要完成了以下的工作:对电厂水处理的工艺流程进行了分析，主要论述了预处理、除盐系统、酸碱系统和中和系统的原理、构成及作用。对西门子公司的S7-200编程软件作了详细的介绍，包括原理、硬件和软件的组成及应用，并设计了混床的PLC下位机程序。对紫金桥上位机监控软件作了详细的介绍。并且通过连点把上位机监控软件和下位机PLC联接起来，实现了对铁岭电厂化学水处理中混床的监控。通过本次设计，我基本了解了工业控制系统中的各个程序步骤，对于控制系统的整体设计也有了比

48、较全面的了解。致谢本次设计是在导师李玉杰高级工程师的悉心指导下完成的，从论文的选题、思路、撰写和最后的定稿，李老师都花费了不少的时间和精力，给予了我最大的指导和帮助。李老师一丝不苟的治学态度以及严于律己、宽以待人的品质，无时无刻不在激励着我，令我终生难忘，使我满怀信心的迎接新的挑战。在此，特向恩师表示深深的敬意和由衷的感谢！同时我也向我的同学致谢，在本次的设计过程中他们给予了我很大的帮助。最后，敬请各位老师对本论文的缺点和不足之处提出宝贵的意见。参考文献李本高 工业水处理技术 中国石化出版社 2002年杨文君 何新玲 采用反渗透-混床系统进行锅炉补给水处理2001.3马国华 监控组态软件及其应

49、用 清华大学出版社 2001年王平 刘复玉 PLC自动控制系统可靠性研究2001.1郑文波 控制网络技术 清华大学出版社 2001年雷钟存 工业水处理原理及应用 化学工业出版社 2003年王有会 火力发电厂化学水处理的自动化控制2004.1Robinson The Soft Option industrial PLC replication 1997.3陈进生 大型火电厂化学水处理的技术进展与应用探讨2004.13吴英海 可编程控制器在化学水处理中的应用2001.4赵玉辉 赵文杰 刘延泉 火电厂化学水处理计算机监控系统2004.4赵宁 孙小勇 张保平 化学水处理PLC监控系统的设计与实现199

50、9.4林文峰 张文玉 化学水处理综合控制系统2000.12席爱民 计算机控制系统 高等教育出版社 2001年胡寿松 自动控制原理 科学出版社 2001年廖常初 PLC编程及应用Per Tan Lund An Advanced Distribution Automation System 2001.4陈霞 使用地表水电厂化学水处理增加反渗透系统的探讨2005.3李珍芳 锅炉化学水处理系统的自动控制技术2004.4赵二杰 高曙光 宋丰明 化学水处理装置的优化运行及改进措施2003.2Manfred Bechtel Cost reduction Achieved By automation 2000

51、.9崔春卫 何灿星 王勇 臧宝花 自动控制在化学水处理系统中的应用2003.6仲朝霞 单连文 马文军 化学水处理微机监控系统的应用研究2002.9朱瑞敏 秦守印 丁宏超 电厂化学水处理系统在线分析仪表的优化配置2002.2Robert Muller Latest www-technology For Substation Automation 2000.5于海琴 陶若虹 21世纪高参数机组电厂化学水处理技术发展探讨2000.8姜晓光 宁建民 微机监控在电厂化学水处理系统中的应用1999.3Paniel Gaui De-coupling Filters For PLC Applications

52、2001.8梁首发 李玉杰 电厂化学水处理计算机监控管理系统改造分析1999.6附录A1.1 化学补给水总图附录A1.2 步序框图I/O点序号设备状态I/O点11#混床运行M0.021#混床停止M0.131#混床再生M0.241#混床再循环状态M10.051#混床运行状态M10.161#混床失效状态M10.271#混床导电度状态M10.381#混床再生状态M10.491#混床排水底位状态M10.5101#混床树脂擦洗状态M10.6111#混床反洗状态M10.7121#混床静置状态M11.0131#混床进酸/进碱状态M11.1141#混床酸/碱转换状态M11.2151#混床正洗状态M11.316

53、1#混床排水低位状态M11.4171#混床混脂状态M11.5181#混床充水状态M11.6191#混床最后清洗状态M11.7201#混床备用状态M12.0212#混床运行M1.0222#混床停止M1.1232#混床再生M1.2242#混床再循环状态M20.0252#混床运行状态M20.1262#混床失效状态M20.2272#混床导电度状态M20.3282#混床再生状态M20.4292#混床排水底位状态M20.5302#混床树脂擦洗状态M20.6312#混床反洗状态M20.7322#混床静置状态M21.0332#混床进酸/进碱状态M21.1342#混床酸/碱转换状态M21.2352#混床正洗状态

54、M21.3362#混床排水低位状态M21.4372#混床混脂状态M21.5382#混床充水状态M21.6392#混床最后清洗状态M21.7403#混床备用状态M22.0413#混床运行M2.0423#混床停止M2.1433#混床再生M2.2443#混床再循环状态M30.0453#混床运行状态M30.1463#混床失效状态M30.2473#混床导电度状态M30.3483#混床再生状态M30.4493#混床排水底位状态M30.5503#混床树脂擦洗状态M30.6513#混床反洗状态M30.7523#混床静置状态M31.0533#混床进酸/进碱状态M31.1543#混床酸/碱转换状态M31.2553

55、#混床正洗状态M31.3563#混床排水低位状态M31.4573#混床混脂状态M31.5583#混床充水状态M31.6593#混床最后清洗状态M31.7603#混床备用状态M32.061混床排水底位状态M40.062混床树脂擦洗状态M40.163混床反洗状态M40.264混床静置状态M40.365混床进酸/进碱状态M40.466混床酸/碱转换状态M40.567混床正洗状态M40.668混床排水低位状态M40.769混床混脂状态M41.070混床充水状态M41.171混床最后清洗状态M41.2附录A1.3 化学水混床I/O点1号混床入口门开32.00H6801-01ZSO24.00BH6801-

56、01O1号混床入口门关32.01H6801-01ZSC1号混床出口门开32.02H6801-02ZSO24.01BH6801-02O1号混床出口门关32.03H6801-02ZSC1号混床进酸门开32.04H6801-03ZSO24.02BH6801-03O1号混床进酸门关32.05H6801-03ZSC1号混床进碱门开32.06H6801-04ZSO24.03BH6801-04O1号混床进碱门关32.07H6801-04ZSC1号混床导电度取样门开32.08H6801-05ZSO24.04BH6801-05O1号混床导电度取样门关32.09H6801-05ZSC1号混床正洗入口门开32.10

57、H6801-06ZSO24.05BH6801-06O1号混床正洗入口门关32.11H6801-06ZSC1号混床正洗排水门开32.12H6801-07ZSO24.06BH6801-07O1号混床正洗排水门关32.13H6801-07ZSC1号混床反洗入口门开32.14H6801-08ZSO24.07BH6801-08O1号混床反洗入口门关32.15H6801-08ZSC1号混床反洗排水门开33.00H6801-09ZSO24.08BH6801-09O1号混床反洗排水门关33.01H6801-09ZSC1号混床进风门开33.02H6801-10ZSO24.09BH6801-10O1号混床进风门关33.03H6801-10ZSC1号混床中间排水门开33.04H6801-11ZSO24.10BH6801-11O1号混床中间排水门关33.05H6801-11ZSC1号混床进排气门开33.06H6801-12ZSO24.11BH6801-12O1号混床进排气门关33.07H6801-12ZSC1号混床固定水位门开33.08H6801-13ZSO24.12BH6801-13O1号混床固定水位门关33.09H6801-13ZSC2号混床入口门开42.00H6802-01ZSO25