火电厂循环冷却水杀菌剂自动加药控制系统设计-本科论文.doc

毕业设计说明书(论文)作 者： 艾鹏龙 学 号： 0707240113 学 院：自动化工程学院 班 级： 自动071 专 业：自动化 测控技术与仪器所 在 系：控制科学与工程 仪器科学与技术题 目： 火电厂循环冷却水杀菌剂自动 加药控制系统设计 指导者： 曹生现 副教授 签字： 评阅者： 2011 年 6 月 吉 林摘 要摘 要 循环冷却水是火力发电厂用水量的主要成分，是保证发电系统正常运行的必备物质条件，循环冷却水系统运行质量的提高，对于综合节水和提高经济效益具有重要作用。循环冷却水中的微生物的生长会产生大量粘泥从而降低换热器的冷却效果并且引起设备腐蚀，因此，需要按照工艺要求向循环冷却水里投加缓蚀阻垢剂、氧化剂与非氧化性杀菌剂，以此来保证优良的水质。本课题针对火电厂循环冷却水自动加药技术，结合循环冷却水稳定性在线监测技术，研究阻垢缓蚀剂、杀菌灭藻剂定量加药控制技术，依据药剂浓度、循环冷却水的补充水流量、循环水流量、污水排放量、进水温度、出水温度等多种因素，研究循环冷却水自动加药控制装置，根据冷却塔运行工况，人工设定加药浓度，可自动运行及在就地手动操作，能在水网控制室对其进行监控及远操，也可在就地手动操作。加药点设在工业水至冷却塔的回流水管上。加药装置就地控制盘有泵、搅拌电机的状态指示、启停按钮及搅拌器自动定时器、远方/就地切换和溶液箱高、低及低低液位声光报警，低低液位自动停泵等必要的连锁保护、并能满足工作人员对其进行远方启停和调节的要求。加药系统所有控制设备的动力控制回路在就地柜中实现，控制盘并能送出远传信号和接受控制系统来的指令信号。最终集成一套监控一体式水质稳定处理控制手段，实现物化自动处理和在线预测水质稳定性。关键词：自动加药；杀菌灭藻剂；循环冷却水；腐蚀I东北电力大学学士学位论文ABSTRACTRecirculated cooling water is the main component of water comsumption in a heat power plant,and it is to ensure the normal operation of power generation systems necessary material conditions, circulating cooling water system to improve operation quality, comprehensive water conservation and improve economic efficiency for an important role.The growth of micro-organisms in circulating cooling water will produce a large number of sticky mud to reduce the cooling effect of heat exchangers and cause corrosion to equipment, therefore, need to follow the process required the addition to the circulating cooling water corrosion and scale inhibitors, oxidizers and non-oxidative bactericidal agents, in order to ensure good water quality. This topic automatically power plant cooling water dosing technology, combined with the stability of cooling water line monitoring technique to study the corrosion inhibitor, sterilization quantitative increase in drug control technology, based on the concentration of pharmaceutical, supplementary cooling water Water flow, the circulating water flow, water discharge, water temperature, water temperature and other factors, of cooling water automatic dosing control device, according to the cooling tower operating conditions, artificial setting plus concentration, can be run automatically and In the local manual operation, the control room in its water network monitoring and remote operation, but also in local manual operation. Dosing point located in the industrial water cooling towers to return water pipes. Dosing pump device local control panel has stirring motor status indicator, automatic start and stop buttons and agitator timer, remote / local switch and the solution tank high and low, and low on sound and light alarm level, low on level Automatically stop the pump and other necessary chain protection, and to meet staff and adjust its requirements of remote start and stop. Dosing system all the power control loop control equipment cabinets in place to implement, control panel and can send and receive remote control signals to the command signal. Final integration and stability of a water quality monitoring integrated process control means to achieve the physical and chemical water quality of automatic processing and online prediction stability.Keywords: Automatic Dosing; Algicide; Recirculated Cooling Water; Corrosion 目 录目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 课题背景与意义11.2 国内外的发展概况21.3 发展展望31.4 本文主要工作3第2章 循环冷却水系统简介42.1循环水流动过程42.2水质监测参数浓缩倍率52.3加药控制方法62.3.1人工加药控制62.3.2 自动加药控制6第3章 自动加药设计113.1 概述113.2 系统实现的功能123.3系统构成与工作原理123.4设计电气控制电路133.5上位机系统设计143.5.1上位机硬件143.5.2软件的实现143.6下位机PLC控制系统设计163.6.1自动加药的控在PLC中实现163.7硬件结构以及选型183.7.1电导、pH、ORP传感器183.7.2 Sigma950AV面积/流速流量计183.7.3液位指示器193.7.4流量计203.7.5双金属温度计203.7.6执行器件203.7.7配置管线与容器21结 论23参考文献24致 谢2625第1章 绪 论第1章 绪 论1.1 课题背景与意义当今世界，资源紧缺和环境恶化问题日益突出，节水已成为各个国家面临的一个严峻的课题。循环冷却水作为工业企业的血液，占我国工业取水量的70%以上，但它的循环重复利用率低，因排放而形成的浪费和污染现象十分普遍1。火电厂作为耗水大户，占我国工业取水量的一半，生产过程中需要用循环水对设备进行冷却以保证“生产装置”的正常工作，但冷却水长期循环使用后，必然会带来沉积物附着、金属腐蚀和微生物滋生等问题，从而缩短生产设备的使用寿命并且影响了电力生产的经济性2。冷却水中的微生物在适宜的温度及光照射等条件下滋生繁殖，分泌出的粘液亦将使水中漂浮的灰尘杂质粘附在一起形成生物粘泥，会形成氧的浓差电池引起腐蚀，进而也会导致沉积物腐蚀；生物粘泥的导热系数只有0.4kcal/m h，它的允许厚度只有0.020.08，比CaCO3垢允许厚度更小，因此它对凝汽器传热效率的影响更为严重3。由此看来，对火电厂循环水的处理显得尤为重要。火电厂循环冷却水处理的关键是按照工艺要求投加缓蚀阻垢剂、氧化剂与非氧化性杀菌剂，以此来保证优良的水质。传统的人工加药方式需人工对循环水的水质进行定期的检查化验，根据化验结果与规程标准的偏差情况，向系统投加一定量的药剂，或启动药泵投加4。由于整个过程时间长、工作量大、存在人为因素干扰以及很难实现连续加药等缺点，所加的药剂量不能随循环冷却水系统中的水质以及相关工艺参数的变化而变化，不能保证药剂的投加既精确又能经济合理地起到它应起的作用。因而迫切需要开发出自动化程度较高的工业循环水自动加药控制系统5。循环冷却水计算机自动加药控制系统能根据现场实际负荷、排放等因素引起的浓缩倍数的变化量、补充水流量变化、以及药剂浓度等参数,综合计算加药量，始终保持水中药剂浓度,避免过量加药,浪费药剂.同时依据浓缩倍数的变化,不会因异常状况造成低浓缩倍数,形成欠量加药,使得水质不好,对系统造成腐蚀或结垢等现象.计算机自动加药系统实现了循环冷却水系统的自动监控节省了人力,提高了生产技术水平,达到了抑制水垢、防腐、灭藻等目的。基于单片机、PLC、微机的自动加药监控系统，是目前逐步应用于生产的控制方式6。整套控制系统主要由工业控制计算机、联网通信接口、PLC可编程控制器、现场传感器及计量泵组成。传感器检测如下参数:循环水流量、电导率、pH值、ORP氧化还原电位、腐蚀率,补充水流量及电导率7；可编程控制器将现场信号转换成工业参数,经过转换器上传给工业机；工业机根据给定的控制方案自动计算出加药量并输出到计量泵；计量泵根据控制信号投加药剂。工业PC机通过联网通信接口,实现远程监控。1.2 国内外的发展概况加药是循环水处理工艺中的一个必不可少的环节，在现今工业循环冷却水处理过程中，通常是采取投加化学药剂以阻止系统结垢、腐蚀和生物黏泥的生成，从而保证循环水系统稳定、可靠、长周期运行。随着循环冷却水系统加药处理技术的不断发展，人们除了继续关注、研究和开发各类新型水处理药剂和配方外；还将更多注意力放在加药控制操作系统的技术研究上，从而更有效地将化学药剂经济、合理的加入到循环冷却水系统中，使水处理药剂费用和处理效果更理想、更科学8。90年代以来,我国工业水处理领域,从化学药剂本身到水处理设备,总体技术水平不断提高。在不长的时间里,我们已从人工投加、机械投加发展到目前自动控制投加9。加药自动化的实现,使水处理技术迈上了一个新台阶。传统的工业循环冷却水处理投加药剂,方法各异,但加药过程及使用效果等方面都存在一些不足之处。许多单位的循环冷却水处理系统都是采用人工加药方式，由于人员及仪器的限制，每天现场的常规分析频次少，包括pH值、电导、浊度、硬度、碱度、氯离子、总铁、余氯、磷酸盐(缓蚀剂浓度)。人工加药在有限监测频率的情况下不能达到准确加药调节水质的目的，滞后和不全面的监测手段无法做到预防管理，很难获得理想的水处理效果10。而药剂量的多少与循环冷却水的补充水流量、循环水流量、药剂浓度、污水排放量、进水温度、出水温度等多种因素有关，因此采用人工加药方式的结果是：过量加药，造成药剂浪费；欠量加药、防腐、防垢性能不稳定，影响循环水的质量。人工加药方式很难保证加药量的准确与均匀，所用药剂不能适时、准确、合理地投入到水系统中,所加药剂量不能随着循环冷却水系统中水质以及相关工艺参数的变化而同步变化。如何才能将药剂按实际需要及时投加到循环冷却水系统中,使其最大限度地发挥效果? 怎样在药剂良好的前提下使所加药剂能节省, 以减少药剂费用、运行成本?自动控制加药系统的出现及应用,在计算机以及先进的控制仪表、计量装置的支持下很快得以实现。以国外这方面的应用为例:美国纳尔科公司最先推出了以荧光有机酸盐作为示踪剂的连续自动加药系统,其主要通过测得药剂中按比例配入的示踪剂的浓度来间接测得药剂的浓度,再通过自控系统启动加药泵,从而实现了对循环水中药剂浓度的自动检测和控制管理。现正在宝钢热轧循环水系统、金山石化塑料厂等单位应用。日本栗田公司和美国大湖公司等以比例式自动控制方式即通过循环系统的补充水或排污水量的流量比例信号,经信号转换器后来调节计量泵进行自动加药。虽然不够准确,但方便易行,在茂名乙烯、大亚湾核电站等循环水系统中得到使用11。1.3 发展展望最近几年,我国自己开发的循环水自动加药系统也开始进入应用领域。如华东理工大学开发的自动排污、自动加药控制系统,其方法是通过水中的电导率来控制排污,并根据排污量或补水量来控制加药。现已在上海某合资企业（循环水量1200t/h）投用。南京圣源水处理技术有限公司开发的SY系列自动加药装置,则是由计算机系统、仪表信号系统和加药装置等组成。它可根据用户对循环水的需求,任意在计算机程序中选择电导-流量比例式、温度-流量比例式或排污-流量比例式来实现自动加药。该系列自动加药系统中,围绕计算机,采用人机对话的方式,除了控制加药量,采集和处理所需的控制参数外,还以汉字、表格和曲线等形式,显示循环水系统的运行情况,如补充水量(瞬时、累计)、加药量(瞬时、累计)、pH值、电导率、温度等参数。在管理能力上,该自控系统还具有数据统计、查询、打印及报警等功能。现已在扬子石化炼油厂、化工厂、烯烃厂、马钢等循环水中应用。综上所述，通过对各种循环冷却水稳定性监测技术和自动加药控制技术研究现状综合分析，根据污垢热阻、腐蚀速率和典型水质参数实时监测，在线调控水处理药剂浓度，以确定最佳的循环冷却水稳定性监控一体化系统装置。总的来说，国内在工业循环水处理工作上重视不够，还习惯于将循环水连续排放而形成浪费的局面，对循环水处理技术的需求也不急切。随着我国20年来的工业快速发展，人们现在正逐步认识到了资源的有限性并看到了环境恶化给社会所带来的负面影响。特别是水资源所不可替代的宝贵性，在建设可持续发展社会中被置于了重要的战略地位12。在建设资源节约型、环境友好型企业的道路上，以节约水资源为宗旨的各类循环水处理技术的研究也进入了快速发展时期。1.4 本文主要工作本课题针对火电厂循环冷却水自动加药技术，结合循环冷却水稳定性在线监测技术，研究阻垢缓蚀剂、杀菌灭藻剂定量加药控制技术，依据药剂浓度、循环冷却水的补充水流量、循环水流量、污水排放量、进水温度、出水温度等多种因素，研究循环冷却水自动加药控制装置，集成一套监控一体式水质稳定处理控制手段，实现物化自动处理和在线预测水质稳定性。第2章 循环冷却水系统简介第2章 循环冷却水系统简介2.1循环水流动过程火力发电厂水循环系统包括汽水循环系统和冷却水循环系统两部分，二者组成有机的整体，协调运行，共同完成电力的生产。水在热力发电厂中的用量巨大，起着举足轻重的作用，它在电厂中的循环过程如图2-1所示。图2-1 电厂汽水循环和冷却水循环流程图汽水循环过程：原水进入水处理设备，经二级除盐后作为补给水，与低压加热后的凝结水共同进入除氧器除去水中的溶解氧，再由给水泵将已除氧的水送到高压加热器，加热后作为给水进入锅炉。水在锅炉被进一步加热成过热蒸汽流向汽轮机，在汽轮机中做功，带动发电机，将热能转变为电能输出。做功后的蒸汽进入凝汽器被冷却成凝结水，经凝结水泵送至低压加热器和除氧器。如此循环流动。 冷却水循环过程：冷却水由冷却水泵送入凝汽器，在凝汽器铜管中流动，流动过程中将汽轮机排出的蒸汽冷却成凝结水，自身同时被蒸汽加热，温度升高。加热后的冷却水少量作为排污水排除系统，其余进入冷却塔中冷却。在冷却过程中，一部分水被蒸发和渗漏产生蒸发损失和渗漏损失，需要补充水进行补充。冷却后的水连同补充水一起被送入凝汽器，重复以上流动过程。2.2水质监测参数浓缩倍率(1)浓缩倍率浓缩倍率：指对于一定浓度的水溶液而言，设其某种物质的含量为S0，经过蒸发以后其此物质的浓度变为S1，称S1/S0的值为此溶液在蒸发过程中的浓缩倍率。浓缩倍率的物理意义：是反映某水溶液蒸发能力强弱的物理量。在实际的工业生产领域中，常涉及的是“工业冷却循环水的浓缩倍率”及“蒸汽锅炉的浓缩倍率”。对于工业冷却循环水系统而言，增大浓缩倍率对系统有重要的意义，其主要体现为“节约水资源”，然而对于冷却循环系统来说，不可能无限度的增大14。其制约因素有二。一、导致水的载热能力不足，影响“工业产品”的质量；二、浓缩倍率太大使水的含盐浓度变大使设备容易结垢。在实际的生产当中绝大多数的生产企业对此控制的范围为1.5-2.5，这个范围还远远不够，这造成了水资源的严重浪费，采用优良的水处理药剂，可以解决系统的结垢、腐蚀、微生物藻类滋生的现象，还可以提高浓缩倍率到5-10倍，这大大的节约了水资源。其意义不言而喻。(2)电导率以水的电导率来计算浓缩倍数N=循环冷却水电导率/补充水电导率。水的电导是指水的导电能力,而水的导电能力主要是水中溶解的盐以离子状态存在。在电场里,水中的阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,使水溶液起到导电作用。经过长期的实践运行和化验监督,发现循环水的电导率比较稳定而且补充水的电导率也比较稳定。经过对检测到运行数据比较分析后,发现虽然日常运行中在向循环水中添加有机的缓蚀阻垢剂和硫酸,但这些药剂的每天加入量是一个固定值,相对于整体的循环水量(5700-10250m3)的电导来说,可乎略不计,因此可以用循环冷却水的电导率和补充水的电导率的比值作为循环冷却水的浓缩倍数15。(3)pH值pH实际上是水溶液中酸碱度的一种表示方法。而循环水的酸碱度会影响微生物的生长以及杀菌灭藻剂的使用效果。(4)氧化还原电位氧化还原电位是多种氧化物与还原物质发生氧化还原反应的综合结果，能够帮助了解水体的电化学特征，分析水样的性质，是一项综合性指标。(5)补充水、循环水以及排污水的流量循环水量、补充水量以及排污水量的改变都会引起药剂浓度以及浓缩倍率的改变。(6)回水温度和给水温度回水温度是从凝汽器流回的已升温的水的温度，给水温度是凉水塔出口流向凝汽器的水的温度。在计算加药量时需要用到二者的温度差。2.3加药控制方法2.3.1人工加药控制循环水加药处理生产中，传统的是手动操作控制。这种方式下，需人工对循环水的水质进行定期的检查化验，根据化验结果与规程标准的偏差情况，向系统投加一定量的药剂，或启动药泵投加。由于整个过程时间长、工作量大、存在人为因素干扰以及很难实现连续加药的缺点，亟待改造。2.3.2 自动加药控制基于单片机、PLC、微机的自动加药监控系统，是目前逐步应用于生产的控制方式。通过在线检测循环水监测指标，根据提前制定的水处理加药方案，依照一定的算法推导出添加各种药剂的量，比如由浓缩倍数(循环水与其补充水电导的比值)算出加药量，达到实现自动控制的目的。常用的自动加药控制方式有以下三种16（1）流量比例式控制方式流量比例式自动加药系统属于较早进入应用的第一代自控加药装置，它由可输出信号的自动计量泵构成，如图2-2所示。图2-2 流量比例式自动加药系统流程图该系统的加药量为： (2-1)式中：W加药量；M补水量；c药剂浓度。当设定K、C值保持不变时，系统中加药量正比于补充水量。这种自动加药装置简单、经济、适用，尤其对一些小的循环冷却水系统。该系统不足之处是当K值发生变化时，如高于设定值则发生加药量过高；反之，则发生加药量不足的现象，这样导致循环水系统水质处理的偏差。一方面浪费药剂，另一方面控制不稳定，危及设备的安全。(2) 水量平衡式控制方式这个系统的加药量可表示为： （2-2） （2-2） （2-4）将上三式合并后可得： （2-5）式中：M 补水量；R循环水量；B排污水量；T回水（热水）及给水（冷水）温差；c药剂浓度；a蒸发损失系数。由上式可见，加药量和补水量、排污水量以及系统水的温差有关。当水量变化至平衡点时为加药量的最佳控制点。23水量平衡式自动控制加药系统采用不同的在线检测传感器、微处理机程控、转换、输出系统。由传感器检测出冷却水给水及回水的温度、补充水量、系统中固体含量，并输入计算机。计算机根据已设定的程序算出浓缩倍数或排放量，由此将实际加药量显示出来，并以信号比例输至计量泵，最终实现自动加药。在实际应用中，该系统不但可自动调整加药量，还可监视冷却水进出口水温，显示电导率、补水量、加药量及时间。如加上pH值电极，还可检测系统pH值等参数见图2-3。.图2-3 水量平衡式自动加药系统流程图该自动加药系统相对流量比例式自动加药系统，在各种参数变化的情况下，能够准确加入系统所需要的药剂量。本次设计中的自动控制就采用此种控制方式。但这种系统还存在一些不足，如该系统不能反应出循环水的缓蚀、结垢和微生物生长情况，当系统中发生漏氨的情况时，微生物大量繁殖，而系统的杀菌药剂量还是按水量平衡时计算的，无法满足系统杀菌的要求。(3)荧光示踪剂式控制方式该系统的主要工作原理是将一种荧光示踪剂，按一定比例与水处理药剂复配后，加入循环水系统，水流通过一根石英管，光源照过并呈90。折射到光电倍槽管上，水流中荧光示踪剂的含量正比于特定波长的发射光强度，从所测出的光发射量可以推算出荧光示踪剂的含量，再将荧光示踪剂含量的光电信号反馈给计算机，计算机即可根据事先设定的荧光示踪剂和水处理药剂之间的比例关系，计算出水处理药剂的含量，再根据水处理药剂含量与水质指标的关系，算出需要给整个水系统加入的药剂量，向自动计算泵发出指令，从而实现自动加药，如图2-4所示。图2-4荧光示踪剂自动加药系统流程图目前，在荧光示踪剂自动加药系统的开发方面，由美国Nalco公司研发的3DTRSAR自动加药系统比较成熟，该示踪式自动控制加药系统能同时对冷却水处理的三个方面(即缓蚀、阻垢、微生物状况)分别进行实时检测，并对系统进行全方位的、连续、在线及远程控制，它可连续检测与应力相关的、评价水处理效果的参数，自动采取相应的处理措施，如排污、调整加药量，不仅使冷却水处理在高应力下能保持可靠性，而且能将冷却水处理运行成本降至最低，使现场管理技术有了巨大的突破17。与其他自动加药系统比较，荧光示踪剂自动加药系统可以对循环水系统中药剂的缓蚀、阻垢和微生物控制的情况做到实时监测，更有利于水质的控制管理。其不足之处是需要与特定的水稳定剂结合使用，选择性单一，通用性不够，且装置费用较高。第3章 自动加药设计第3章 自动加药设计3.1 概述循环水处理自动加药装置用于电厂的应用条件和使用环境，要求其具有完全自动调节(脱离运行人员介入操作)和设备免维护的功能。对于自动加药控制装置来说，控制系统的硬件是软件实施的一个重要环节，它的性能好坏直接影响到自动装置的性能。因此，在系统总体设计时，主要考虑了以下几方面:（1）系统的可靠性在设计过程中，首要考虑的因素是可靠性。由于电厂生产是连续生产过程，要求设备长时间运行，正常情况下一年才停车大修一次，因此，对硬件的可靠性提出了较高的要求。为了达到高可靠性，在硬件设计时采取了以下措施:尽可能选择典型电路，为硬件系统的标准化、模块化打下基础;抗干扰能力设计。可靠性及抗干扰设计是硬件设计不可缺少的一部分，包括芯片、器件的选择、去耦滤波、数字电源与模拟电源分开等。系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发;此外，设计中尽量使用集成度高的元件或模块，减少元件的数量。这既符合抗干扰的需要也符合可靠性原则。当然，也不能盲目地追求新奇器件，还要考虑其性能价格比、货源等问题，便于投入生产18。本系统的设计原则是高效、实用、方便。所谓高效，主要是指控制效率高，用较快的速度、较高的质量完成控制功能；所谓实用，是指尽可能地增加系统的可扩展性、灵活性，功能尽量完善，尽可能提高控制精度；所谓方便是指操作、维护、使用、调试尽可能地简单方便。（2）系统的扩展性除了非常成熟、专用的监控系统，大部分监控系统在研发过程中都会碰到用户提出新的功能要求等问题。因此，在监控系统的设计时，应考虑监控系统的扩展性和适应性，这就要求在设计监控系统时其硬件资源要留有一定的裕量，且有一定的升级能力，以使系统功能在总体方案不变的情况下可进行调整19。工业环境的适应性 设计时主要考虑电磁干扰和环境温度变化对监控系统的影响，采用了各种抗干扰措施。对受温度影响较大的信号调理部分采用低温度系数部件、通风等措施，尽量减小温漂。对于测量电路，尽量采用差动形式，元件布局要合理，以提高抗外界电磁干扰的能力。3.2 系统实现的功能（1）现场工况参数的实时采集采集内容包括循环水流量、电导率、pH值、ORP氧化还原电位、进水温度、出水温度、补充水流量及电导率等。（2）画面显示提供多组显示画面,可以显示工艺流程图、各点实时参数、参数设置、历史趋势、报警信息等。工艺流程显示控制画面是系统的主界面,此画面包含工艺流程图,各工艺点参数,操作工人操作按钮20。（3）加药量的计算与控制提供自动加药和手动加药两种方式。3.3系统构成与工作原理整套控制系统主要由工业控制计算机、RS232/RS485转换接口、PLC可编程控制器、现场传感器及计量泵组成,如图3-1所示。工业PCRS232/RS485转换接口可编程控制器参数采集与变送计量泵 图3-1 系统框图传感器检测如下参数:循环水流量、电导率、pH值、ORP氧化还原电位、出水温度、入水温度、补充水流量、电导率和排污水量;可编程控制器将现场信号转换成工业参数,经过转换器上传给工业机;工业机根据给定的控制方案自动计算出加药量并输出到计量泵, 计量泵有两台:泵A、泵B,泵A投用，泵B备用。.还可以根据现场状态,以手动方式加药25.工业PC机通过RS232/RS485转换接口,实现远程监控。3.4设计电气控制电路QA1、QA2：空气开关 DZ47/10AFU：保险 RL10ASA1：手/自动切换开关 LW8D101SA2：投/备用切换开关 LW8D101SB1/SB2：手动启动/停止按钮 LAY3 5A（绿、红）KM1/KM2：继电器 MY2NJ（OMRON）M1、M2：2 台药泵，一投一备JR：热继电器 JRS2-12.5（0.320.5A）H1、H2：红灯 HD11K： 单片机输出启泵接点以上继电器等元件封装于一个电气箱里，壳体材质为铝合金，防水、防尘、防爆，防护等级 IP6。 图3-2手/自动控制药泵切换运行电气图3.5上位机系统设计本设计的系统运行操作和监视全部在上位机实现。在上位机LCD上不仅能显示泵、阀门等系统设备的运行状态、过程参数、报警等，还可以进行各运行方式的选择和切换，进行自动程控操作，同时还具有模拟量参数显示、棒状图显示、声光报警、打印制表等功能。3.5.1上位机硬件工控机：与其他类型的计算机监控系统的主计算机相比较，它构成简单、开放性好、可靠性高、环境适应能力强。由于工控机自身的这些特点，在过程监控、数据采集中得到了广泛应用。本套系统就地上位机硬件构成如下：上位机选用工控机（日本CONTEC）：CPU： P4/2.4G硬盘：160G内存：512M显卡：独立网卡：10/100M自适应网卡光驱：DVD ROM显示器选用LCD（韩国三星） 21英寸；打印机选用HP A3 黑白激光打印机。3.5.2 软件的实现 软件采用KINGVIEW6.5组态软件编制,计算机和PLC之间采用MODBUS通讯协议.软件设计内容主要为流程图绘制和药量计算及控制.加药量计算及控制在组态软件命令语言中编制,语言为类C语言,根据实时测量参数自动计算加药量,并将计算结果输出到计量泵,完成自动加药控制,同时完成加药量累积26,见图3-2程序流程框图。自动/手动开始直接手动控制加药量手动自动计算加药量计量泵控制计算累计加药量结束图3-3程序流程框图上位机界面由多个画面组成，分别实现不同功能。主要分以下几部分。系统设置，工艺流程图，加药系统图，报表，曲线和报警等。下面介绍几个主要画面的功能。在系统配置选项下有注销、系统登陆、密码修改等功能。工控机启动时自动进入组态运行画面，如果没有登陆操作人员不可以更改参数和随意退出，系统设有不同的使用权限，只有上级权限允许后，下级操作员才可以登陆。 在系统配置中还有“原始参数设置”和“报警设置”选项，由于下位机传送上来的数据是连续的机器数，不能直观的反映测量的参数是工作状态，所以要设定变量的原始值，将其转换成标准的信号（一般为0-5V或4-20mA）。工程值为监测仪表的仪表量程，工作人员可以直观查看各测试点仪表显示情况。参数设置完成后要设置各变量的报警限。报警限要根据工艺要求进行设置，其数量级为工程值。原始参数设置和报警设置通常是在程序开发建立历史数据库时配置的，运行时就不能随时改变参数的设置，要想改变参数，需要停止程序的运行重新进入开发状态。设计在线参数设置可以使参数修改方便简洁，可以在系统运行时即可设置参数，有修改权限要求，必须是专业管理者。报警查询画面可以显示报警的时间、变量和报警的性质。既可以实时显示报警情况也可以查询历史记录。报警查询有助于查找故障发生点和分析故障发生原因，总结故障易发生处，做好防范工作。本系统还有实时曲线和历史曲线画面，实时曲线实时地显示变量值的变化情况，历史曲线可以查询不同时间的参数轨迹。可以随时查询曲线，设置显示的时间范围和数值的分辨率，分析各参数工作情况。并可以定时或手动打印曲线。在线数据分实时显示报表和历史报表查询，实时显示报表可以实时显示现场采集的工作参数，并显示各参数是否工作在指标范围内，历史报表查询可以查询任意时刻的历史数据，还具有定时和手动打印报表的功能。在系统运行时应注意以下几个方面：1) 为了确保数据传输的正常进行，维护人员应尽量保证工控机的开机率，如发生故障，应尽量避免人为的关机和复位。2) 历史数据丢失出现这种故障一般是由于操作员不小心更改了主机的系统时钟导致。3) 历史数据不记录磁盘空间满，历史数据停止记录。当用户清理磁盘后，重新启动数据采集系统，此时历史数据开始记录。4) 实时数据不刷新由于采集器死机，关闭采集器电源，重新启动即可。3.6下位机PLC控制系统设计从性价比和技术成熟的角度考虑，本文设计下位机控制系统可编程序控制器（PLC）所有硬件选用SIEMENS公司标准产品。系统中所有模件均为接插式的，便于更换。机柜内提供I/O总量的15做备用，同时在插槽上还留有扩充20I/O的余地。这样方便扩展功能，对于损坏的端子能及时更换。3.6.1自动加药的控在PLC中实现 其控制流程图如下初始化启动加药程序选择自动变频器故障报警YY选择A泵运行A泵运行B泵NB泵故障YA泵故障报警Y接收上位机传送的模拟量N输出变频控制量结束N 图3-4控制流程图3.7硬件结构以及选型3.7.1电导、pH、ORP传感器选用美国 HACH 的 ST851 系列传感器，它们具有螺纹构造可以用于管路内，安装方便。采用国际最先进的环形大截面的 Telfon 隔膜，使电极具有稳定的液接界。电极本体材质为耐腐蚀的 Ryton(PPS)，可以在恶劣应用中延长电极使用寿命。技术参数如下：(1)电导测量范围：203000/cm ；准确度：1.5 级介质温度：550 电导池工作压力：00.5MPa输出信号：420mA供电电源：DC 24V5%(2)pH计参比电极：Ag/AgCl量程：014pH准确度：1.5 级温度范围：0105 最大流速：3m/s输出信号：420mA供电电源：24VDC(3)氧化还原 ORP 电极量程：1000mV温度范围：0120 最大流速：3m/s输出信号：420mA供电电源：24VDC 3.7.2 Sigma950AV面积/流速流量计技术参数如下：(