热电厂汽机循环水控制系统设计及组态毕业论文

热电厂汽机循环水控制系统设计及组态

设计总说明

在热电厂中，循环水系统的作用就是将热电厂中产生的废热通过循环水系统散发到空气中，使得各设备可以正常运行，降低设备因废热而产生的损耗。

本文对基于PLC的汽机循环水系统进行了设计及组态。文章首先介绍了热电厂循环水系统的发展现状及本次设计的主要任务，从而引出了后续的设计方案及其步骤，和相关的工艺流程。接着又介绍了本次设计中所使用硬件和软件，包括西门子S7-200系列PLC的基本结构和系统所需的硬件配置，还有STEP 7 Micro/WIN编程软件及其梯形图的编写规则和组态王软件的基本介绍。本论文利用PLC控制技术实现了对某热电厂汽机循环水系统的设计，并在设计完成后对程序进行了调试。

关键字：PLC；循环水系统；组态王；

Design and Configuration circulating water turbine power

plant control system

Design Description

In thermal power plants, the role of circulating water system is to distribute the waste heat generated by thermal power plant circulating water system to the air, so that each device can operate normally, reduce losses due to waste heat generated by the device.

This article is based on PLC turbine circulating water system is designed and configured.The article first introduced the development of thermal power plant circulating water system and the main task of this design, which leads to the design of programs and their subsequent steps, and related processes.Then he introduced the use of this design of hardware and software, including Siemens S7-200 series PLC basic structures and systems required hardware configuration, as well as writing rules and programming software STEP 7 Micro/WIN ladder and King basic introduction of the software.In this paper, the use of PLC control technology to achieve a steam turbine power plant circulating water system designed to monitor and, after completion of the program design debugging.

Key Words: PLC,Circulating water system,King View

目录1 绪论

1.1 热电厂循环水系统的发展现状

1.2 设计任务

2 热电厂循环水系统

2.1系统工艺流程

2.2系统设备功能

2.3系统设计方案

2.4系统设计步骤

3 PLC硬件配置及软件设计

3.1 硬件介绍

3.1.1 S7-200PLC概述

3.1.2 PLC硬件配置

3.2 软件介绍

3.2.1 step7软件介绍

3.2.2 梯形图的构成规则

3.2.3 绘制梯形图的设计技巧3.3 程序设计

3.3.1 地址分配

3.3.2 主程序的编写

4 基于组态王的监控系统设计

4.1 组态王简介

4.2 组态王软件的特点

4.3 主监控画面和报警画面4.4 上下位机的连接与调试

4.5 调试结果

5 总结

致谢

参考文献

1绪论

1.1 循环水系统的发展现状

近年来，我国经济快速发展，工业化程度越来越高，工业用水消耗量也越来越大，为了提高工业用水的利用率，减少水的消耗，循环水系统应用日益广泛。工业冷却循环水系统的设计对于工业的建设起着非常重要的作用，它不仅直接影响企业的用水效果，而且还与经济效益、环保密切相关。冷却循环水系统，现在已广泛的应用在大部分生产企业中，根据企业的工艺要求选择安全、合理、经济的循环方式是循环水设计思路之一。循环水系统可以如下分类：

1根据循环方式的不同，可以分为：密闭式系统和敞开式系统。密闭式循环水系统水质一般采用纯水，系统内的循环水与外界基本隔绝，以保证水质，但系统密闭，出现水路堵塞时不易及时发现，容易发生事故。敞开式循环水系统常用于一般设备的间接冷却及作为换热器的冷媒水，通常在设备出口或冷却塔出口泄压，容易观察，及时发现隐患，但水质在泄压处.与外界接触，水质不能保证。在实际工作中，敞开式循环水系统是最普遍采用的循环方式。

2根据循环水冷却设备方式的不同，可以分为：内循环系统和外循环系统。内循环系统是指接人设备的水系统，热水泵抽热水池水经过滤器，再通过板换换热后进人车间设备，最后带走设备热量流回热水池。它对水质的要求更高，通常采用纯水，因为在设备内循环，如果出现结垢会对设备造成严重的后果，而且设备每年除垢维修的费用比系绷孟行费用还高，造成了巨大的浪费。外循环系统是指做为冷媒来冷却内循环系统的，冷水池的水系统，它由冷水泵抽取通过过滤器，再经板换对热水池的水进行换热后，上冷却塔冷却流回冷水池，该系统的水不通过设备，它对水质的要求相对低些，通常采用自来水。以往我们多数是采用内循环系统，在冷却内循环系统时冷却塔会使水质更脏，需要进行相应的处理才能保证冷却水的水质。现在，企业循环水系统中往往两个系统并用，能最大程度发挥各自优点。

冷却循环水系统设计的合理性关系到企业生产的安全稳定和生产效率，也符合当前节约用水的总体要求，对保护生态环境、减少水污染起着非常重要的作用。因此，设计人员在设计的时候要充分考虑技术、成本投入等各方面的要求，进行技术性、经济性、可靠性等方面的评定，来制定设计方案，选用质优、价廉的设备与材料，为企业提供优秀的设计方案。另外，科学的设计方法、严谨的工作态度和严密监控手段也是保证设计方案的重要前提。只有将设计和生产管理相协调，才是促进生产技术不断完善、不断发展的有力保证。

1.2 设计任务

1．熟悉了解热电厂汽机循环水系统生产工艺、控制设备和控制要求。

2．对西门子SIMATIC S7-200系列PLC的硬件结构进行一个了解，并且根据系统要求完成硬件配置及选型

3．掌握STEP7-Micro/WIN编程软件的使用及程序设计方法，根据系统的控制要求编写PLC梯形图程序

4．学习组态软件King View的使用方法，绘制热电厂汽机循环水的监控界

面，实现上下位机的连接。5．完成控制系统的调试过程。

2 热电厂汽机循环水系统

2.1系统工艺流程

循环水通过循环水泵冷水泵加压后输出到各冷却点，大部分到用水车间进行热量交换，换热的回水通过冷却塔降温后进入冷水池和吸水池，再由循环水泵加压送入各冷却点，以达到冷却水循环冷却各冷却点的作用，如图2-1所示：

S10M

图2-1

2.2系统设备功能

循环水系统的功能就是为机组提供冷却水源。电厂发电生产过程中产生的废热，也就是低压缸排气，要用冷却水带走。从江、河、湖、海等天然水体中吸取一定量的水作为冷却水，冷却汽轮机进入凝汽器乏汽吸取废热使水温升高，再排入江、河、湖、海，这种冷却方式称为直流冷却。当不具备直流冷却条件时，则需要用冷却塔来冷却。本系统就是用冷却塔来实现冷却功能。冷却塔的作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气，冷却水进入冷水池，再由冷水泵加压送入各冷却点，循环冷却。

本系统设备功能如下：

1冷水泵：具有自动启动、手动启动、自动停止、手动停止、故障报警，

2旁滤泵：具有自动启停、手动启停、故障报警

3电动阀：具有自动启动、手动启动、自动停止、手动停止、故障报警

4冷却塔：具有自动启停、手动启停、故障报警

2.3系统设计方案

系统总体方案：

（1）分析被控对象的工艺特点和要求，拟定PLC系统的控制功能和设计目标。

（2）细化PLC控制系统的各类技术要求，如系统的I\O点数、结构形式、安装位置等。

（3） PLC的选型及配置，如CPU模块、I\O模块、接口模块、各功能模块的选取，以及系统的硬件配置等内容。

（4）编制系统I\O分配表，PLC系统及其现场仪器仪表、机械设备的接线图。（5）根据系统的控制要求编写PLC控制程序，梯形图，绘制监控界面。

（6）系统的安装调试

2.4系统设计步骤

设计步骤如图2-2所示：

图2-2

3 PLC硬件配置及软件设计

3.1 硬件介绍

可编程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计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点.

可编程序控制器其实和微机差不多。由微处理器（CPU），存储器（ROM，RAM），输入/输出单元（I/O），编程器和电源。CPU相当于人的大脑，存储器是存储文件的。把文件扫描，在把文件打印出来，这是I/O的功能，相当与人的五官。编程器用于用户程序的编制，调试检查和监视，还可通过键盘调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。电源是提供PLC的能源。

3.1.1 S7-200PLC概述

SIMATICS7-200系列PLC为单体式结构，配有RS-485通信接口、内置电源系统和部分I\O接口。它体积小、可靠性高，具有丰富的指令，系统操作简便、便于掌握，可方便地实现系统的I\O扩展，性能价格比高，是目前中小规模控制系统的理想控制设备。

其主要结构有：（1）CUP模块（2）扩展模块（3）输入端子（4）输出端子（5）通信端口（6）电源

1. S7-200PLC的I/O扩展模块有：

1）输入扩展模块EM221。共有3种产品。

2）输出扩展模块 EM222。共有5种产品

3）输入/输出混合扩展模块EM223。共有6种产品。

4）模拟量输入扩展模块EM231。共有3种产品。

5）模拟量输出扩展模块EM232。2路模拟量输出的扩展模块。

6）模拟量输入/输出扩展模块EM235。4路AI和1路AO（占用2路输出地址）的扩展模块。

2.特殊功能扩展模块

1）PROFIBUS-DP模块EM277

2）AS-i接口模块CP243-2

3）以太网模块CP243-1

4）以太网模块CP243-1 IT

5）定位模块 EM253

6）SIWAREX MS 称重模块

7）调制解调器模块 EM241

8）SINAUT MD720-3调制解调器

3.CPU型号列表

如表3-1

3.1.2 PLC硬件配置

根据任务要求得出硬件配置图：

图3-1 硬件配置图

3.2 软件介绍

STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATIC S7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。其编程软件是一个用于SIMATIC 可编程逻辑控制器的组态和编程的标准软件包。STEP标准软件包中提

供一系列的应用工具，如：SIMATIC 管理器、符号编辑器、硬件诊断、编程语言、硬件组态、网络组态等。STEP7编程软件可以对硬件和网络实现组态，具有简单、直观、便于修改等特点。该软件提供了在线和离线编程的功能，可以对PLC 在线上载或下载。利用STEP7 可以方便地创建一个自动化解决方案。

3.2.1梯形图的构成规则

PLC梯形图使用应符合以下规则：

（1）每个梯形图是由多个梯级组成，每个线圈可构成一个梯级，每个梯级可由多条支路组成，每个梯级代表一个逻辑方程。

（2）梯形图中的继电器不是物理继电器，每个继电器和输入触点均为存储器中的一位，相应位为“１”态表示继电器得电或常开触点闭合或常闭触点断开。（3）梯形图中流过的电流不是物理电流，而是“概念电流”，是用户程序解算中满足输出执行条件的形象表示,“概念电流”只能从左向右流动。

（4）梯形图中的继电器触点可在编制用户程序时无限次地引用，既可常开又可常闭。

（5）梯形图中输入触点和输出线圈不是物理触点和线圈，用户程序的解算是PLC 的输入和输出状态表的内容，而不是根据解算时现场的开关状态。

（6）输出线圈只对应输出状态表的相应位，不能用该编程元素直接驱动现场执行元件，该位的状态必须通过I/O模块上对应的输出晶体管开关、继电器或晶闸管等，才能驱动现场执行元件。

（7）在输出线圈右侧不能再连触点，触点必须在输出线圈的左侧。

（8）两个或两个以上线圈可以并联，但不能串联。

（9）梯形图左端母线不能和输出线圈直接相连，必须通过继电器触点相连。（10）程序结尾要有END指令。

3.2.2绘制梯形图的设计技巧

（1）梯形图好似接触器-继电器控制展开图，控制电源的高电位接最左侧母线，低电位接最右侧母线。一旦回路导通，电流从左侧流向右侧，使继电器线圈励磁动作。

（2）梯形图中控制一个继电器线圈的逻辑电路为一个逻辑行，各逻辑行中所有接点全部在线圈左边，右边不能有接点符号，由于线圈总与右侧母线相连，习惯上常可将右侧母线省略。

（3）程序的编写应按自上而下、从左到右的方式进行，梯形图的顺序应体现“左重右轻、上重下轻”的原则。串联多的电路尽量放在上部。并联多的电路图尽量靠近左母线

（4）梯形图中不允许画电流交叉的电路。

（5）每个原件的触点可以多次使用（无数次），不必设计技巧性很强的程序结构，而应设计易懂、易读便于维护的程序。

（6）输出线圈只能使用一次，如重复使用同名线圈则以最后一次的状态作为输出结果

3.3 程序设计

3.3.1 I/O编址方式

PLC的硬件结构主要分单元式和模块式两种.前者将PLC的主要部分(包括I/O系统和电源等)全部安装在一个机箱内.后者将PLC的主要硬件部分分别制成模块,然后由用户根据需要将所选用的模块插入PLC机架上的槽内,构成一个PLC 系统.不论采取哪一种硬件结构,都必须确立用于连接工业现场的各个输入/输出点与PLC的I/O映象区之间的对应关系,即给每一个输入/输出点以明确的地址确立这种对应关系所采用得方式称为I/O寻址方式.

I/O寻址方式有以下三种:

(1)固定的I/O编址方式:这种I/O编址方式是由PLC制造厂家在设计,生产PLC 时确定的,它的每一个输入/输出点都有一个明确的固定不变的地址.一般来说,单元式的PLC采用这种I/O编址方式.

(2)开关设定的I/O编址方式:这种I/O编址方式是由用户通过对机架和模块上的开关位置的设定来确定的.

(3)用软件来设定的I/O编址方式:这种I/O编址方式是有用户通过软件来编制I/O地址分配表来确定的.

3.3.2 地址分配

3.3.3 主程序的编写

根据系统要求及梯形图编写规则，程序如下：

1.旁滤泵程序

当手动运行M0.3为1时，自动手动档为手动（自动同理），远程开控制开启，各故障为常闭触点时，输出Q0.0运行，泵启动，当停止时只需按下停止按钮M0.4

此两段程序是故障1检测程序，如果设备启动成功则I4.6断开，反之则达成通路，计时器T37延迟两秒后使故障M1.2置为1

此为故障2检测程序，与故障1同理

故障1、2被置为1时程序连通，则警铃M0.6为1，故障报警。

复位程序，在故障确认后，可复位故障。

2.电动阀开阀

当电动阀自动开阀M1.6按下为1时，自动手动挡选为自动式（手动同理），远程运行开启，无故障情况下，则开阀输出Q0.4为1，阀开启

若阀在开启过程中正常启动则正在开M1.3断开，反之启动计时器T37，在延时2秒后置位故障1为1

若阀在正常开启后正常运行，则开到位I0.2断开，反之连通，则计时器T38在延时2秒后置位故障2为1

此程序为复位故障。

3．电动阀关阀

当电动阀自动关阀M1.7为1时，自动手动挡选为自动时，远程控制开启，关阀输出Q0.5为1，则阀关闭。

若阀在关闭过程中出现故障，则计时器T37为1，使故障M10.6为1

若阀没有关好，则计时器T38为1，然后置位故障M10.7为1.

此为故障复位程序

4．冷水泵开泵