第一篇：鋼鐵工業主要水處理系統

與鋼鐵工業節水問題緊密相關的另一個問題是鋼鐵工業用水的處理，只有水處理問題得到有效的解決，節水工作才能真正取得成效。國外大鋼鐵企業的經驗證明，正確使用水處理劑，可以有效解決水循環系統的結垢問題，不僅延長了系統使用壽命，節約水資源，而且可以實現污水零排放，節水和環保效果非常顯著。

在鋼鐵工業中，需要進行水處理的系統主要是：

(1)煉鐵廠：高爐、熱風爐冷卻凈循環水處理系統；高爐煤氣洗滌水濁循環系統；高爐爐渣水循環系統；鼓風機站凈循環水處理系統。

(2)煉鋼廠：氧氣轉爐煙氣凈化污水處理系統；轉爐間接冷卻循環水處理系統；電爐凈循環冷卻水系統；轉爐軟化冷卻水系統；電爐軟水冷卻水系統；轉爐污泥處理系統；電爐真空處理污水處理系統。

(3)連鑄廠：結晶器軟水閉路循環水系統；二次冷卻濁循環水系統；污泥脫水處理系統。

(4)熱軋廠：熱軋凈循環水處理系統；熱軋濁循環水處理系統；過濾器反洗水處理系統；含油、含乳化液廢水處理系統；污泥處理系統。

(5)冷軋廠：間接冷卻開路循環水處理系統；酸堿廢水處理系統；含油、含乳化液廢水處理系統；污泥處理系統。

水處理劑中用量較大的有三類：絮凝劑；殺菌滅藻劑；阻垢緩蝕劑。絮凝劑亦稱混凝劑，其作用是澄凝水中的懸浮物，降低水的濁度，通常用無機鹽絮凝劑添加少量有機高分子絮凝劑，溶于水中與所處理水均勻混合而使懸浮物大部沉降。殺菌滅藻劑亦稱殺生劑，其作用是控制或清除水中的細菌和水藻。阻垢緩蝕劑主要用于循環冷卻水中，提高水的濃縮倍數，降低排污量以實現節水，并降低換熱器和管道的結垢和腐蝕。

針對鋼鐵工業的特點，水處理劑的使用需注意以下幾點：

（1）在鋼鐵企業中，具有高熱流密度的設備較多，這與化工工業有著顯著的不同。因此，開發應用耐高溫、低公害或無公害的阻垢緩蝕劑，是鋼鐵工業水處理劑的研發方向之一。

（2）結垢堵塞問題突出。高爐煤氣洗滌循環水的水質成分很復雜，由于礦石中氧化鈣的溶入，造成管道結垢，噴頭堵塞，影響生產正常運行。在轉爐煉鋼過程中，投入造渣劑石灰，部分石灰細粉被煙氣帶出，在煙氣洗滌塔中與循環水生成氫氧化鈣，隨后與煙氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈣，造成洗滌塔中噴嘴堵塞，輸水管道斷面減少，阻力增加，浪費能源。在高爐煤氣洗滌和轉爐煙氣凈化濁循環水中，也需要解決洗滌水中大量懸浮物以及嚴重結垢問題。這些方面均需要開發優質的聚凝劑、分散劑及除硬穩定劑。

（3）連鑄及軋鋼濁循環水主要是細小的氧化鐵皮懸浮物及循環水中油的去除問題。這類循環水的水處理工藝是沉淀、除油、過濾、冷卻。水處理藥劑主要采用絮凝劑、助凝劑、除油劑及少量的阻垢分散劑等。目前國內生產的絮凝劑主要是鋁鹽及鐵鹽，助凝劑主要是聚丙烯酰胺類高分子藥劑。與國外同類產品相比，使用效果較差。因此，開發適用于鋼鐵企業的高效絮凝劑、助凝劑、除油劑是當務之急。

第二篇：水處理系統改善

水處理系統改善

職業背景

我學習的食品專業，從事的是與食品相關的質量管理工作。熟悉食品行業的人都知道，水在食品行業中的重要作用，以及影響作用。針對食品行業的SSOP,即衛生標準操作程序中第一條就規定的是水的要求，可見水的衛生好壞在食品行業中的作用之大。

工作過程

2009年年初，我新到**市一家飲料公司。當天下午總經理帶我在工廠內轉了一圈，順便介紹了一下公司的發展情況。據說，該公司在原來的地址時生意很好，企業員工達到頂峰三百多人，每天進貨的車輛在排隊。老板看見生意很好，原來生產的廠區不夠，就買下了現在的公司，進行飲料生產。自從公司搬到新公司之后，公司生產的飲料不到三個月就出現渾濁，沉淀。所以公司的效益越來越差，最后出現了虧損。從2007年到2009年公司員工人數由原來的三百多人縮減到現在的30多人，就這樣公司還不能及時保證發工資。現在的生產狀況是一個月能生產5、6天，就是靠一些老客戶養著。說完，總經理拍了拍我的肩膀說“小陳，就看你的啦。全公司三十多人都等著你養家糊口呢。你是大飲料企業出來的，這些問題應該難不倒你？！”，聽完，覺得肩膀上得擔子很重。我笑著答道“李總，我試試看。”，“不能試試看，問題一定能解決，我相信你！”，“我覺得應該行！”。大話說在前面啦，我的拿出具體的行動來。我笑問總經理“李總，咱們做飲料的水質怎么樣啊？”，“挺好！純正的地下水，是井水”，我能看看“水質監測的數據嗎？”，“小陳，因為企業效益不好，養不起那么多的閑人，上個月化驗員辭職啦，這些都是她監測的。小陳你要看什么數據，我相信你的能力，這點小問題難不倒你，對吧？”李總答道，“我試試看。”我笑笑。

我要求先去水處理系統看看，李總帶我去水處理系統車間。邊走邊給我說“咱們的水處理系統很先進的，有預沉淀池，石英砂過濾，活性炭過濾，反滲透膜過濾。”。我們到車間一看，李總說的沒有錯，公司水處理系統真的有預沉淀池、石英砂過濾、活性碳過濾，反滲透膜過濾，只是預沉淀池內表面都是黑色的污垢，存放處理完的水，即所謂的純凈水罐內表面也是黑黑的一層。看過之后，我說“李總，恐怕咱們的水質不合格。”，“有啥不合格的，咱們就用這水”，“我說我們水質可能不達標。”，“有啥不達標的，不信你測測看？！”，“我辦公室還有點事.”你順便看看，有什么想法就提出來，公司盡量滿足你。”“好好干，可不要讓我失望哦？”，“一定，李總先忙吧。”我答道。“請問咱們的儲存罐多長時間清洗一次？”，我問陪同的車間主任，“好像沒有清洗過。”，“從來都沒有清洗過？”，我接著問，車間主任點點頭，“以前沒有人要求啊，這個也要清洗嗎？”，“一定要，你看那內壁都成什么樣啦？”，請問“石英砂過濾、活性炭過濾，反滲透膜過濾多長時間清洗一次啊？”，我接著問，“好像就安裝后，設備廠家叫我們清洗過一次。”車間主任答道。我肯定水質有問題，為了說明問題，我決定先進行水質檢測，然后根據檢測數據給大家說明問題。

我的專業是食品質量安全與管理，檢測個水對我來說是個小case，三天后，當我拿著檢測后的電導率，微生物指標給李總看的時候，李總傻眼啦，因為每個數據都嚴重超標。李總也是學食品的，具體來說是我的大學同學，只是他畢業后做方便面。因為公司效益不好，兩年前被老板聘請來管理公司，只是年齡比我長幾歲。我拿著檢測數據和《生活飲用水衛生標準GB 5749-2006》，決定給大家尤其是生產一線員工培訓一下，順便也請老板參加，裝裝場面。

我給大家費勁口舌長達一小時之久，最后車間主任站起來說“陳工，我們都是粗人，您說我們應該怎么做，我們做就行。知識我們一聽就蒙。”，惹得大家哄堂大笑，就連老板也嘿嘿笑起來“是啊，陳工，告訴大家怎么做。有什么困難盡管找李總和我，我們大力支持你！你就放手去干吧，大家說好不好？“"好”大家一致喊到。我拿出已經準備好的方案，給老板和李總看了一下。“好家伙！方案都有啦，大家以后就跟著陳工吃香的喝辣的。”大家都笑起來了。“陳工，在學校學習是這個”李總豎起了大拇指。”我看行，就按照這個方案辦吧。”一直看方案的老板說。

具體的方案

第一、定期清理各儲水罐，建議一周一次。第二，定期反洗石英砂過濾、活性炭過濾裝置，每次制水結束反洗一次，每周大反洗一次。第三、定期反洗一次反滲透膜，定位每月一次，如果電導率超過控制限時立即進行反洗。第四、處理過的純凈水要加次氯酸鈉溶液消毒，確保微生物指標符合《生活飲用水衛生標準GB 5749-2006》相關要求，但因為生產飲料用的設備和管道都是不銹鋼的，為了減弱氯離子對不銹鋼的腐蝕，余氯要求1-2PPM.方案公布后，我指導大家完成了第一次清洗，清洗后的水只差勁用漢字不能形容。經過我的整改，公司的水質狀況得到了很大的改善，飲料質量大幅度上升，到2009年5月份公司開始出現了盈利，同時迎來了好幾家加工廠要求我們代加工。我也受到公司的尊重，任命為質量部經理，并組建起來自己的質量部。

第三篇：游泳池簡單的水處理系統實例要點

游泳池工程技術具有自身的特點，它需用游泳池專門的技術、專用的設備，這些造就了專業性很強的游泳池行業，它具體表現在：

1.游泳池池水的循環過濾消毒就是再生水的利用，池水反復地循環和再生利用，也就是把已過濾和處理后的水（不管它有多么高的過濾精度和純度）不斷送入未過濾的含有污染物的池水中，使清濁混合的池水達到衛生標準，而后不斷污染的池水再連續不斷的進行循環、過濾、澄清和消毒；同時由于游泳者和周圍外界給游泳池帶進污染物，池內自生的細菌和藻類，因此池水也在不斷的污染著；循環、過濾、消毒、澄清、污染處于動態的平衡狀態。這種動態體現在游泳人數的不穩定、池水溫度的波動、化學投加的變化、循環流量的變動等等。

2.游泳池池水（物理）處理的特點是循環過濾，而在其他的水處理工程較少考慮循環和循環周期等相關問題，還有給水口、回水口的分布以使均勻布水問題，死水區和短流的問題。

3.污染源的持續性和不穩定性，要求進行持續過濾和持續消毒。水質的物理處理和化學處理同時進行。還要重視池體結構和循環方式以及游泳池專用設備和管件的合理選用和布局。

4.保證游泳池水處理的安全、衛生、經濟、科學、可靠、低碳環保和可持續發展，還要考慮其它池邊設備、照明設備等的不同要求和功能。

在游泳池工程技術中，除去它自身的專業性理論、技術、設備和實踐以外，一般的水處理理論和技術也在游泳池工程的實踐中得到了廣泛的應用。例如：折點加氯，藍氏飽和系數，甚至懸疑顆粒運動特征值的偏態分布，等等。

游泳池污染物

一.游泳池污染物的來源：

a.人體臟物、細菌、病毒、尿素等 b.皮屑、發屑 c.化妝品 d.人體分泌物：油脂、汗液、口鼻腔分泌物 e.外來物：塵土、樹葉、小蟲 f.池內滋生的菌類和藻類 g.平衡水箱、均衡水箱、過濾介質、管閥內壁的生物膜所產生的污染。

二.池水物理處理時所利用水的物理性質和污染物的性質

1.全部池水物理處理的關鍵就是利用了水的比重等于1kg/l這一物理性質。2.全部循環過濾的關鍵同樣是利用了不同污染物的不同比重的物理性質。3.污染物的比重與水的比重的比較有三種情況： 小于水的比重1kg/l時，污染物上浮到游泳池的水面;等于水的比重1kg/l時，污染物可懸浮在水中任何位置； 大于水的比重1kg/l時，污染物下沉到游泳池的池底

游泳池池水物理處理的核心問題是利用水的比重與污染物比重的不同來分離、攔截和過濾這些雜質。

游泳池循環過濾方式

如果池水在水面沒有回水系統來進行循環流動，那么池面就是死水區；如果池水在池底沒有循環流動過濾，那么池底就是死水區。處理后的池水進池給水時，要求布水均勻，無死區，無短流。

二.池面回水系統的結構和設施：撇沫器或溢水槽;池底回水系統的結構和設施：底排

1.撇沫器加底排、溢水槽加底排的回水方式 撇沫器用于中小游泳池，一般當游泳池的池水面積≦350㎡時采用撇沫器，沒25㎡—50㎡的水面積使用一個撇沫器，且一個游泳池不應小于2個撇沫器，室外池安裝在游泳季節的下風頭（北面的壁池），50%到70%的水流可通過撇沫器處理，不同污染情況可以做特殊處理，0—100%經過撇沫器處理的特殊情況時有發生。撇沫器處理比重小于1kg/l和等于1kg/l的雜質，同時用底排處理比重大于1kg/l和等于1kg/l的雜質，這樣的循環方式處理了不同比重的污染物時才是科學的。

溢水槽用于中大游泳池的物理處理，必須配均衡（平衡）水箱，70%—100%的水流可通過溢水槽處理，可以池邊四周溢水也可以泳池兩個長邊溢水，底排也參與循環過濾。溢水槽的作用同撇沫器，處理比重小于1kg/l和等于1kg/l的雜質，同時用底排處理比重大于1kg/l和等于1kg/l的雜質，這樣的循環方式處理了不同比重的污染物，它也是科學的。

說明：均衡水箱不是建造和安裝在機房里，而是用混凝土建造在游泳池旁邊，對它可以方便地進行吸污和投藥處理。在靜止狀態時，游泳池池水表面和均衡水箱的水面在同一個低于地面的水平面，系統工作后，循環水泵從均衡水箱吸水，經過循環、過濾、加熱、消毒系統后，給游泳池補水，均衡水箱水面降低，同時游泳池水面升高，形成了水位落差，這樣就可以通過溢水槽回水，把比重小于1kg/l和等于1kg/l的雜質流動，此時可以讓底排同時工作，把比重大于1kg/l和等于1kg/l的雜質流動。需要說明的是，如果從池底給水，產生的所謂“短流”現象可以忽略，因為從給水口進入游泳池的水，進池后就即刻與沒有處理的池水混合，帶有臟水的混合水的水流回到底排就不能稱作“短流”。

在國外的游泳池工程實踐中，撇沫器加底排的回水方式不用平衡水箱，只有溢水槽加底排的回水方式時才采用平衡（均衡）水箱，可以對它方便的進行物理處理（如吸污）和化學處理（投加消毒劑、絮凝劑和進行化學沖擊處理）。

一.游泳池應該采用的循環過濾的形式

游泳池水中的雜質主要是游泳者帶進來的臟污、細菌、化妝品以及人體分泌的油脂和汗液，還有外界帶進池內的雜物、灰塵、樹葉以及池內滋生的菌類和藻類。

這些雜質大多不溶于水，由于其比重的不同有的漂浮到水面、有的混合在水中、有的沉淀到水底。

雜質上浮和下沉是有個過程和時間間隔的，上浮和下沉的快慢受比重的影響外，還受水流的影響。

如果在水面和水底都安裝了循環過濾的回水系統并讓水面回水系統可以把水中比重小于1kg/l和等于1kg/l的雜質吸入循環過濾系統，同時，水底的回水系統可以把水中比重大于1kg/l和等于1kg/l的雜質吸入循環過濾系統。

這樣以來，只需同時處理水面和水底的雜質。

游泳池給水方式和其他循環方式

1.兩種給水方法：池壁水平給水和池底垂直給水

游泳池的給水方式有兩種：池壁水平給水和池底垂直給水，且兩者給水方式獨立使用。池壁水平給水，施工、安裝和運行都很方便，它是一種最常用的給水方式，但是它的缺點是熱量分布和化學投加不均勻；池底垂直給水最大的優點就是熱量分布和化學投加比較均勻，但是它施工、安裝較難。

2.游泳池科學循環方式

給水方式有池底垂直給水和池壁水平給水兩種；回水方式也是兩種：撇沫器加底排回水、溢水槽加底排的回水方式。把2×2的給水和回水方式排列組合，就可得出4種循環方式，這些循環方式在國外都在使用，它們是：a.最佳循環方式：①池底垂直給水，溢水槽加底排回水系統。b.最常用循環方式：②池壁水平給水，撇沫器加底排回水系統。c.可用的循環方式：③池底垂直給水，撇沫器加底排回水系統。④池壁水平給水，溢水槽加底排回水系統。

結論：科學的循環方式是要保證不同比重的所有污染物在循環過濾系統中通過循環而流動，再進行攔截、分層和去除。如果泳池的水面沒有循環流動，水面就是死水區；如果池底沒有循環流動，池底就是死水區。

水面死水區和池底死水區這兩種情況發生在我們的順流式循環方式、逆流式循環方式上，這在國外是要避免的情況。在游泳池循環過濾系統中，平衡水箱、均衡水箱、過濾介質、管閥內壁的生物膜是我國游泳池水處理沒有注意的重要環節，要用物理處理和化學處理進行處理。我國傳統的順流式循環方式、逆流式循環方式和混流式循環方式都沒有考慮這種生物膜的處理，而這三種循環方式在結構和建造上都不同程度上影響和妨礙了對平衡水箱或均衡水箱的處理。

第四篇：游泳池水處理系統的PLC設計

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第 I 頁

游泳池水處理系統的PLC設計

摘 要

在工業不斷發展的今天，人們更加追求自動化的同時可編程序控制器映入了我們的眼簾，可編程序控制器在各行各業的應用不斷增加，讓我們看到他的應用之廣泛，此次設計是在游泳池水處理自動控制方面的一個具體體現，正文介紹了可編程序控制器（PLC）、西門子S7-300 CPU313及溫度傳感器在游泳池水處理系統中的應用及PID調節。本設計在詳細了解了S7-300 PLC的結構、用法，以及游泳池水處理系統的工藝流程的前提下，運用PLC對水處理各環節進行精確的控制。引入PLC后，比傳統的游泳池更加安全、可靠，更加節省人力資源，操作簡單，節省硬件等諸多優點，隨著市場的開放與不斷擴大許多國外的品牌不斷涌入我國，我們可以選用更適合要求的產品。選用合適的PLC有利于系統的完美發揮，無論是從抗干擾能力或是其他方面PLC控制的系統都是當前最具實力的產品。

關鍵詞：可編程序控制器；S7-300；PID溫控

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第 II 頁

PLC designing of natatorium water processing system

Abstract With the development and advancement of industry, the Programmable Logic Controller that has been widely applied in a lot fields has become focus nowadays.This designing is a material and concrete exhibition in the aspect of natatorium water processing system.This article mainly illustrates PID regulation and the application of Programmable Logic Controller---PLC, Siemens S7-300 CPU313 and temperature sensor in the natatorium water processing system.The article has detailed introduced the S7-300 PLC structure and usage.Furthermore, it has completely complained the process of circulation water processing system and temperature regulation, as well as the concrete operation process.Comparing to the traditional one, the PLC controlling system has made the natatorium more safe and credible.Moreover, it not only can be operated easily, but also can save a lot of human resource and hardware for us too.As people have known, Programmable Logic Controller has become the developing trend of industrial automation.Due to the open and distensible market, a lot of foreign products of PLC that provide more choices for us have entered.As people have known, a good choice of PLC will make the system more perfect.Keywords：Programmable Logic Controller ；S7-300；PID temperature control

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目 錄

摘 要.........................................................................................................................................I ABSTRACT...........................................................................................................................II 1 緒 論....................................................................................................................................1 1.1 引言..................................................................................................................................1 1.2 國內外游泳池水處理方式..............................................................................................1 1.3 本課題研究主要內容......................................................................................................2 1.4 課題研究的意義..............................................................................................................2 系統概述.............................................................................................................................4

2.1 設計要求..........................................................................................................................4 2.2 控制系統簡介..................................................................................................................4 2.3 控制系統要求..................................................................................................................5 2.3.1 水循環及過濾部分...................................................................................................6 2.3.2 水質檢測及加投藥部分...........................................................................................7 2.3.3 恒溫加熱系統控制...................................................................................................7 PID溫度控制...................................................................................................................11

3.1 基本概念........................................................................................................................11 3.1.1 比例調節（P調節）..............................................................................................11 3.1.2 積分調節（I調節）...............................................................................................11 3.1.3 微分調節（D調節）.............................................................................................12 3.2 PLC中的PID控制實現方法........................................................................................12 西門子S7-300及硬件設計........................................................................................15

4.1 PLC的簡介....................................................................................................................15 4.1.1 PLC的特點..............................................................................................................15

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4.1.2 PLC的分類..............................................................................................................16 4.2 PLC的基本組成............................................................................................................16 4.2.1 主機.........................................................................................................................16 4.2.2 編輯器.....................................................................................................................18 4.2.3 I/O擴展和其他外圍設備........................................................................................18 4.3 PLC的基本工作原理和工作方式................................................................................18 4.4 硬件介紹........................................................................................................................19 4.4.1 數字量模塊.............................................................................................................19 4.4.2 模擬量模塊.............................................................................................................20 操作與軟件部分.............................................................................................................22

5.1 水循環控制過程............................................................................................................22 5.2 恒溫加熱部分控制........................................................................................................23

結 論......................................................................................................................................24 致 謝......................................................................................................................................25 參考文獻...............................................................................................................................26 附 錄......................................................................................................................................27

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第 1 頁 緒 論

1.1 引言

隨著社會的不斷發展人民的生活水平也在不斷提高，人民對物質、精神生活不斷提出新的要求，健身、游泳、等娛樂活動不斷增加，游泳逐步成為一項群眾性的休閑娛樂活動。在炎炎夏日，游泳場館更是變成了人們消暑納涼的消費場所。特別是在暑期，熱浪滾滾，酷熱難耐，許多家長帶著放假的孩子，興致勃勃地嬉戲暢游在游泳池之“藍天碧水”間。而在最熱的時候，游泳場館更是天天爆滿，隨之而來對這些活動的客觀要求也不斷提出了新的標準與要求，對游泳的環境和各方面的要求也逐步提高。近幾年來，集娛樂、休閑與健身為一體的游泳場館的需求與建設可謂方興未艾，國家級大型游泳館、各種公共游泳館、家用游泳池、星級賓館的室內游泳池等遍及全國城鎮。游泳池、水上樂園像雨后春筍般涌現，其中許多游泳池已跳開古板的傳統模式，摹仿國外的先進經驗，設計更新穎，融健身性、娛樂性于一體，更具吸引力及生命力。

1.2 國內外游泳池水處理方式

為了節約用水，保護水資源保證水質及衛生指標，絕大多數游泳池采用循環凈化給水方式。但由于我國游泳場館的發展相對較晚(二十世紀九十年代中后期才真正開始大規模發展)，所以在運行管理方面和給排水的設計方面積累總結的經驗較少，缺乏系統的分析與交流，且游泳池的實際運行與規范下的設計存在著較大的差異。就水處理系統來說，目前規范基本上是按市政給水處理廠的要求來制定的，在設計中均是按照規范中的專業比賽用連續處理運行來設計的，而在實際運行過程中，無論是水質還是投藥管理等，均不同于設計與規范，造成了水處理場地及設備的極大浪費，無形中增大了建設投資費用。另外大多數游泳場館未配制專業技術人員參與運行管理，因此，在實際運行過程中，因各種原因發生了較大的水耗、熱耗及電耗，并造成了不必要的水質超標甚至惡化，給經營帶來較大的負擔與影響。鑒此通過對現有設備下的游泳池的研究，對于進一步節水、節能，降低運行成本有著重要的經濟意義，并由此總結實踐經驗，進行理論分析，從而提出游泳池水處理的優化設計。

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第 2 頁

1.3 本課題研究主要內容

現代游泳池主要分三大部分：一是循環及過濾部分，二是水質檢測及加投藥部分，三是恒溫及加熱部分。水處理循環系統是整個系統最為關鍵的地方，主要由兩臺循環水泵互為備用，循環水泵是為提供循環動力及循環處理水量而設置。循環水泵的自動過程由兩臺泵互為備用(1 # 泵和2 # 泵)，且8小時自動切換和非正常停泵自動起動備用泵(如加熱繼電器動作等)。起動過程由兩臺泵輪值起動，即在程序中設定一個起動泵號N(N = 1、2)，當第一次進入水循環主程序時，首先讀取泵號N(并令N 加1)，決定首先開啟哪一號泵，若無故障運行后，且在一個周期內要求停泵，當再次進入水循環主程序時，則起動當前泵。以此，來減小某一臺泵因連續工作而引起的損耗。實際證明此方法可行且有效。當某一臺泵出現故障需停機時，需等待該泵完全停止后，方可開啟另一臺泵，否則會出現局部回流現象，極易損壞水泵，因此，在起動另一臺水泵時，有一個10s 的延時。為了補充因各種原因所造成的池水熱損失及加熱補充水需設置換熱設備。目前，國內采用的是快速式換熱器和新型板式換熱器。恒溫加熱部分由PLC可編程序控制器來控制，恒溫及加熱控制主要采用PID調節，輸出控制信號由PQW288輸出控制伺服控制器來控制蒸汽調節閥的開啟度，定量地給汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒溫。水池溫度的檢測通過兩個途徑獲得：一是水池溫度；二是蒸汽調節閥進水池布水口的溫度。檢測蒸汽進水池的溫度目的是為了與水池溫度相比較，不致兩者溫差過大，以免造成人員短時間內不適應或受傷。I2.3控制條件為緊急停止信號，由值班人員發出。水質檢測都是通過檢測儀器送來的模擬量檢測信息，輸入到模擬量模塊進行處理，處理后根據水質標準確定控制量，分別控制各藥劑精確計量泵，加投水處理藥劑。各模擬量輸入的處理及控制都基本相同。絮凝劑加投的前提是循環水泵開啟，若循環水泵未開啟，絮凝劑加投后，也只是在局部起作用，不僅浪費資源，更使水質變差。

1.4 課題研究的意義

本設計主要著重介紹各環節的控制和操作過程及原理，選用的控制設備也比傳統的設備更為先進，目前可編程序控制器在整個電氣控制領域已經占領主導地位，發展的也是非常迅速，它的控制方式采用可編程序控制器進行控制。PC或PLC，它是在集成電路、計算機技術基礎上發展起來的一種新型工業控制設備。由于它具有的功能強、可靠

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高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優點，國外以廣泛應用于自動化控制的各個領域，并成為實現工業自動化的支柱產品。近年來，國內在PC技術與產品開發應用方面的發展也很快。除許多從國外引進的設備、自動化生產線外，國產的機床設備已越來越多的采用PC控制系統取代的繼電器、接觸器控制系統。國產化的小型PC性能也基本達到同類國外產品的技術指標。目前PLC已廣泛用于冶金、化工、輕工、電力、建筑、交通、運輸等各個行業[1]。

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第 4 頁 系統概述

2.1 設計要求

1．循環水泵的自動過程由兩臺泵互為備用，8h自動切換和非正常停泵自動起備用泵。

2．溫度控制精度1°C。3．采用可編程序控制器設計。4．畫出原理圖，編制程序。

2.2 控制系統簡介

布水口游泳池布水口溫度儀Ⅱ進池口水管熱力蒸汽熱交換伺服控制器溫度儀ⅠPH儀余氯儀濁度儀出池口水管循環水泵1號過濾沙缸N過濾沙缸2號定時器絮凝劑加投消毒劑加投稀鹽酸加投硫酸銅加投

圖2.1 游泳池水處理工藝流程圖

現代游泳觀的池水處理系統類似與自來水廠的水處理系統，通過循環水泵將池水置

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換出來檢測水質，再通過化學和物理的方法調整水質，然后將達到一定水質標準的“凈水”回灌進游泳池。本設計的游泳池水處理工藝流程如圖2.1所示。通過循環水泵將池水置換出來檢測水質，再通過化學和物理方法調整水質，然后將達到一定水質標準的“凈水” 回灌進游泳池。一般檢測項有濁度、過氧化物、尿素含量、菌去群含量、余氯值、臭氧值和pH值等。以pH值調節為例，當pH值過高，超過控制時，則通過精確計量泵加投稀鹽酸以調低pH值，這就是化學的方法。再如當濁度達到一定值時，亦通過精確計量泵將絮凝劑（需攪拌）加投到循環泵前，絮凝劑可將水中懸浮物凝結成塊，通過過濾沙缸把“濁水”過濾成“凈水”回灌到泳池[2]。另外，沙缸還有反沖洗過程，就是當系統運行一定時間后，沙缸的沙層表面會積蓄很多的污物，使沙缸對水的阻力增大，流速減緩，過濾效果下降。因此，必須定期進行清除。清除的辦法就是使水流反方向流動，如圖2.2所示。溫度儀I、II進行溫度檢測。檢測的結果經模擬量輸入模塊送到PLC，由PLC處理后一方面送控制屏進行溫度顯示，另一方面由PLC的PID指令控制。經PID調節后，輸出的信號通過模擬量輸出模塊控制伺服蒸汽調節閥，定量的給汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒溫[3]。

進水F1F3F5F2廢水F4沙缸

圖2.2 沙缸反沖洗工作示意圖

2.3 控制系統要求

該系統按只檢測濁度、余氯、pH值和溫度等幾項來配置，PLC按輸入/輸出點數、通信接口數等技術要求選定，檢測儀、泵、伺服控制器及操作系統根據工藝流程選定或按甲方要求選定。

具體硬件配置如下：西門子S7-300 CPU313一塊，SM321、SM322的數字量模塊各一塊，SM331S、M332模擬量模塊各一塊；德國普羅明特溫度傳感器——變送器兩支，遼寧科技大學本科生畢業設計

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濁度儀、pH儀、余氯儀各一臺；高溫電動伺服閥一臺；精確計量泵四臺；循環水泵兩臺；大廳顯示屏（自制）一臺；5.7in臺達觸摸屏一臺；控制柜（定制）一臺。2.3.1 水循環及過濾部分

水循環主程序開始啟動準備N手動自動？Y啟動1號泵Y故障？NNNY停泵？停泵延時10s計時8小時？停泵延時10sY啟動2號泵Y故障？NN計時8小時？停泵？NYY總停水循環主程序結束

圖2.3 水處理主程序流程圖

水循環及過濾部分主程序流程圖如圖2.3所示。循環水泵的自動過程由兩臺泵互為備用，8h自動切換和非正常停泵自動啟動備用泵（如熱繼電器動作等）。循環水泵的手

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動過程，只是配合自動過程的輔助手段，手動狀態除操作兩臺泵的起/停以外，還擔當過濾缸反沖洗過程的操作。

正常情況下，水流的方向是F1入F4出，其他閥門關閉。反沖洗時，水流從F2入F3出，其他閥門關閉。污物被反向的水流帶走而排入污水管道。反沖洗持續時間需根據實際情況現場調整。從反沖洗結束到正常過濾狀態中間有一個過渡狀態，這段時間水流不應流入泳池，因為此時水流不穩且有殘余雜質存在。因此這個過程的閥門狀態是F1入F5出，其他閥門關閉。這個過程持續時間很短，通常在 1min 之內，需現場調整，最后，F5關閉，F4打開，反沖洗過程結束。反沖洗過程的觸發條件一般有3個：壓差反沖洗、定時反沖洗和手動反沖洗。這兩個過程基本是物理的過程[4]。2.3.2 水質檢測及加投藥部分

水質檢測都是通過各檢測項目的檢測儀器送來的模擬量檢測信息，輸入到模擬量模塊進行處理，處理后根據水質標準確定的控制量，分別控制各藥劑精確計量加投泵加投水處理藥劑。各模擬量輸入的處理及控制都基本相同，這里僅以濁度—絮凝劑為例說明模擬量輸入及控制的基本方法[5]。濁度—絮凝劑流程圖如圖2.4所示。

從圖2.5所示濁度控制曲線看出，要求濁度控制值在2~4NTU，5NTU為濁度報值，即當大于等于4NTU時開計量泵加投絮凝劑，當小于等于2NTU時關計量泵，大于等于5NTU報警。如果在編程時將控制值轉換為程序刻度值，由于濁度儀輸出范圍是4~20mA。因此需分兩步換算，如圖2.6第一步，將2和4NTU對應的電流值求出來。第二步，由電流值計算出對應的轉換值。即：

x2?

4?(20?4)2?(20?4)?4?10.4,x2??4?7.2（2.1）

1010

y1?2.3.3 恒溫加熱系統控制

10.4?276487.2?27648?14377,y2??99

53（2.2）

2020在環境溫度和水溫較低時，還需對池水進行加溫控制。池水加溫在泳池水處理中，也占有重要的地位。它是通過溫度儀I、II進行溫度檢測。檢測的結果經模擬量輸入模

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塊送

濁度—絮凝劑主程序開始子程序7開始調用子程序7初始化預置采樣計數器和清0調用子程序8計算平均值子程序7結束N循環水泵開？Y濁度 ≥ 4？N子程序8開始Y啟動絮凝劑攪拌器從模擬量輸入PIW4中取個值加到采樣值中，采樣計數器加1，直到最大采樣數用移位求采樣平均值3S后啟動絮凝劑劑量泵N濁度 ≤ 2？子程序8結束Y關泵及攪拌器濁度—絮凝劑主程序結束

圖2.4 濁度—絮凝劑流程圖

圖2.5 濁度刻度控制曲線

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10量程/NTU27648刻度值4204y2y10x1x2I/mA(a)204x1x2I/mA(b)20

圖2.6 濁度刻度值換算比例圖

到PLC，由PLC處理后一方面送控制屏進行溫度顯示，另一方面由PLC的PID指令控制。經PID調節后，輸出的信號通過模擬量輸出模塊控制伺服蒸汽調節閥，定量的給汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒溫。該流程圖僅介紹自動部分，如圖2.7所示，該部分主要介紹池水（冬天）恒溫PID調節，溫度值向大廳顯示屏傳送的有關內容。標準PID控制允許將閉環控制器、脈沖控制器以及步驟控制器集成到用戶程序中。帶集成控制器設置的參數分配工具允許設置控制器，可在極短時間內優化使用。如果簡單PID控制器不足以解決自動化任務，可使用模塊化PID控制。可以互連所包含的標準功能塊，創建幾乎任何一種控制器結構。

恒溫及加熱系統主程序、子程序及中斷部分梯形圖恒溫及加熱系統主程序、子程序梯形圖見附錄。在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，最適合用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的[6,7]。

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恒溫 加熱主程序開始Y模塊有錯？N調用溫度控制模塊？Y調用FB41 啟動PID調節水溫由PQW288輸出N由I1.3啟動伺服電動蒸氣閥驅動電源恒溫 加熱主程序結束

圖2.7恒溫加熱系統控制流程圖

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第 11 頁 PID溫度控制

3.1 基本概念

PID控制是比例積分微分控制的簡稱。PID控制是一種負反饋控制，在反饋控制系統中，自動調節器和被控對象構成一個閉合回路。在連接成閉合回路時，可能出現兩種情況：正反饋和負反饋。正反饋作用加劇被控對象流入量流出量的不平衡，從而導致控制系統不穩定；負反饋作用則是緩解對象中的不平衡，這樣才能正確地達到自動控制的目的。

PID控制具有以下優點 1．原理簡單，使用方便。2．適應性強。

3．魯棒性強，即其控制品質對被控對象特性的變化不大敏感 3.1.1 比例調節（P調節）

在P調節中，調節器的輸出信號u與偏差信號e成比例，即：

u?KCe

（3.1）式中KC稱為比例增益。

比例調節的顯著特點就是有差調節。采用比例調節，則在符合擾動下的調節過程結束后，被調節量不可能與設定值準確相等，他們之間一定有殘差。比例調節的殘差隨著比例帶的加大而加大。3.1.2 積分調節（I調節）

在I調節中，調節器的輸出信號的變化速度du/dt偏差信號e成正比，即

du?S0e

（3.2）dtt0或

u?S0?ed t

（3.3）式中S0稱為積分速度，可視情況取正值或負值。

調節器的輸出與偏差信號的積分成正比。積分調節器的特點是無差調節與P調節的

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有差調節形成鮮明對比，只有當被調節量偏差e為零時I調節器的輸出才會保持不變。然而與此同時調節器的輸出卻可以停留在任何數值上。這意味著被控對象在負荷擾動下的調節過程結束后，被調量沒有殘差，而調節閥則可以停止在新的負荷所要求的開度上。I調節的另一特點是它的穩定作用比P調節差。

采用I調節時口制系統的開環增益與積分速度S0成正比。增大積分速度將會降低控制系統的穩定程度，直到最后出現發散的振蕩過程。3.1.3 微分調節（D調節）

調節器能夠根據被調節量的變化速度來移動調節閥，而不要等到被調節量已經出現較大偏差后才開始動作，那么調節效果將會更好，等于賦予調節器以某種程度的預見性這種調節稱為微分調節。此時調節器的輸出與被調量或其偏差對于時間的導數成正比。

即

u?S2de

（3.4）dt單純按上述規律運作的調節器是不能工作的。這是因為實際的調節器都有一定的失靈區，如果被控對象流入流出量只相差很少以至被調量只以調節器不能察覺的速度緩慢變化時，調節器并不會運作。但是經過相當長的時間以后，被調節量偏差去可以積累到相當大的數字而得不到校正，這種情況是不能容許的。

3.2 PLC中的PID控制實現方法

典型的基于數字PID的閉環控制系統。PLC的PID控制器的設計是以連續系統的PID控制規律為基礎，將其數字化寫成離散形式的PID控制方程，再跟據離散方程進行控制程序設計。在連續系統中，典型的PID控制器的輸入輸出關系如下：

?1M(t)?Kc?e(t)?TI??T0e(t)dt?1de(t)? ??M0

（3.5）dtTD?式中:M(t)為控制器的輸出量，M0為輸出的初始值，e(t)為給定值與被控變量的誤差信號，Kc為比例系數；TI為積分時間常數；TD為微分時間常數。

將上式離散化，第n次采樣時控制器的輸出為：

Mn?KC(spn?pvn)?KCTST(spn?pvn)?KCD(pvn?1?pvn)

（3.6）

TITS

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標準PID控制允許將閉環控制器、脈沖控制器以及步驟控制器集成到用戶程序中。帶集成控制器設置的參數分配工具允許設置控制器，可在極短時間內優化使用。如果簡單PID控制器不足以解決自動化任務，可使用模塊化PID控制。可以互連所包含的標準功能塊，創建幾乎任何一種控制器結構[8]。

FB41稱為連續控制的PID用于控制連續變化的模擬量，與FB42的差別在于后者是離散型的，用于控制開關量，其他二者的使用方法和許多參數都相同或相似。PID的初始化可以通過在OB100中調用一次，將參數COM-RST置位，當然也可在別的地方初始化它，關鍵的是要控制COM-RST；PID的調用可以在OB35中完成，一般設置時間為200MS，原理上，PID的調節節奏應該與其采樣周期一致，這是數學模型應與物理過程一致的要求。這也就是FB41要在OB35中周期調用且OB35的周期要與FB41采樣周期一致的原因。

當然，在OB1或其他FC、FB中調用FB41也是可以的，此時最好將OB1參數區中掃描周期作為FB41的采樣周期。FB41參數的設置很靈活，可根據自己的習慣或應用的方便選擇。

PVPER_ON ：是PID輸入輸出參數“PERIPHERAL化”的使能位，即將參數看成0~27648之間的整數。換個說法，就是PID的反饋值直接取自相應AIW通道，而PID輸出則直接給出到AQW通道。參數整定由FB41完成。本設計用調節裝置的啟動標志來觸發本位。

CYCLE ：采樣周期。根據物理量變化快慢定，一般要求與FB41執行的周期一致，選擇200ms。

SP_INT：PID的設定值。注意設定值與反饋值的單位一致。為了避免錯誤，建議將SP_INT轉換為-100.0~100.0%之間無量綱的百分數，輸入到FB41時，注意只取百分號之前的數即可，輸入設定值38.8即23.5 ℃。

PV_PER：PID過程的反饋值，直接取自反饋量的PIW通道的A/D碼。GAIN：比例系數。設定1。TI：積分時間。設定10min。

LMN_PER：PID的調節輸出，直接對應調節輸出AQW通道。

P_SEL： BOOL：比例選擇位：該位ON時，選擇P（比例）控制有效；選擇有效。I_SEL： BOOL：積分選擇位；該位ON時，選擇I（積分）控制有效；選擇有效。

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D_SEL ： BOOL：微分選擇位，該位ON時，選擇D（微分）控制有效；一般的控制系統不用。

LMN_HLM：REAL：PID上極限，一般是100%。LMN_LLM：REAL：PID下極限；一般為0%。

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第 15 頁 西門子S7-300及硬件設計

4.1 PLC的簡介

可編程序控制器（Programmable Controller），簡稱PC或PLC。它是20世紀70年代以來，在集成電路、計算機技術基礎上發展起來的一種新型工業控制設備。由于它具有功能強、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優點，國外已廣泛應用于自動化控制的各個領域，并已成為實現工業生產自動化的支柱產品。近年來，國內在PC技術與產品開發應用方面的發展也很快，除許多從國外引進的設備、自動化生產線外，國產的機床設備已越來越快地采用PC控制系統取代傳統的繼電器控制系統。國產化的小型PC性能也基本達到國外同類產品的技術指標。4.1.1 PLC的特點

1．可靠性高，抗干擾能力強

為了確保PLC在惡劣的工作環境下能可靠的工作。在設計中強化了PLC 的抗干擾能力，使之能抗諸如點噪聲，電源波動，振動，電磁干擾等干擾，能在高溫高濕以及空氣中存在有各種強腐蝕物質粒子的惡劣環境下可靠地工作。PLC能承受電網電壓的變化，可直接由交流市點供電，直接取自電控箱電源，即使在電源瞬間斷電的情況下仍可以正常工作[9]。

電源電壓： AC220 ±15% 抗振強度： 10Hz~55Hz 0.5mm 3軸方向各2h 抗沖擊強度：10g 3軸方向各3次

抗干擾強度：1000Vp-p、脈寬1us、30~100Hz噪聲 工作溫度：0℃~55℃ 存放溫度：-20℃~+70℃ 濕度：

35%~90%（不結霧）

耐壓：

AC1500V 1min（各端子與接地端之間）2．編程簡單，易于掌握

PLC在基本控制方面采用“梯形圖”語言進行編程，這種梯形圖是與繼電器控制電路圖相呼應的，形式簡練，直觀性強，廣大電氣工程人員容易接受，還可以采用系統流程

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圖和語句表方式編程，三種語言可有條件地相互轉化，PLC這是PC優于微機的另一個特點。

3．模塊化結構

PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設計有機架和電纜將各模塊連接起來。系統的功能模塊可根據用戶的實際需求自行配置，從而實現最家性能價格比。由于配置靈活，使擴展，維護方便。4．安裝簡便，調試方便

PLC安裝簡便，只要把現場的I/O設備與PLC相應的I/O端子相連就能完成了全部的接線任務，縮短了安裝時間。5．網絡通信

PLC提供標準通信接口，可以方便地進行網絡通信 6．體積小，重量輕，功耗低。4.1.2 PLC的分類

1．按結構型式分類：整體式和模塊式。

（1）整體式PLC是將電源，CPU，I/O不見都集中在一個機箱內。（2）模塊式PLC是將PLC各部分分成若干個單獨的模塊。（3）疊裝式PLC是將整體式和模塊式結合起來。2．按PLC控制規模分類

（1）小型PC I/O點數在256以下，存儲器容量2K步。

（2）中型PC I/O點數在256~2048點之間，存儲容量是2K~8K步。（3）大型PC I/O點數在2048點以上，存儲容量達8K步以上。

4.2 PLC的基本組成

從廣義上說，PLC也是一種工業控制計算機，只不過比一般的計算機具有更強的與工業過程相連接的借口和更直接的適用與控制要求的編程語言。所以PLC與計算機控制系統十分相似，也具有中央處理器，存儲器，輸入/輸出接口，電源等[10]。4.2.1 主機

既PC本機，它就是以CPU（中央處理單元）為核心的一臺專用計算機。

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1．CPU CPU在PLC控制系統中的作用類似與人體的神經中樞。是運算與控制中心。用來實現邏輯運算、算術運算，并對全機進行控制。它按照PLC中系統程序所賦予的功能，完成以下任務：

（1）接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據

（2）用掃描的方法接受現場輸入設備的狀態或數據，并存入輸入狀態表或數據積存器中。

（3）診斷電源，PLC內部電路工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。

（4）在PLC進入運行狀態后，從存儲器中逐條讀出用戶的程序，經指令解釋后，按指令規定的任務產生相應的信號，去啟動有關控制電路，分時、分渠道地去執行數據的存取、傳送、組合、比較和變換動作，完成用戶程序中規定的邏輯運算或算術運算等任務。（5）根據運算結果，更新有關標志位數據寄存器和輸出寄存器的內容，再由輸出寄存器的位狀態或數據寄存器的有關內容，實現輸出控制、制表打印或數據通信等外部功能。（6）PLC的CPU包括三種：單片機、通用微型處理芯片、雙極性位片處理芯片。2．存儲器

（1）系統程序存儲區

用以固化PLC生產廠家編寫的系統工作程度，相當于單片機的監控程序或個人計算機的操作系統。在很大程度上它決定該種PLC的性能和質量用戶無法更改或調用。（2）用戶程序存儲區

包括用戶程序存儲器（程序區）和數據存儲區（數據區）兩種。前者用于存放用戶程序，后者用于存放用戶在執行過程中使用的有關狀態量或數值量以生成用戶數據區。3．輸入、輸出單元（I/O單元）

I/O單元又稱I/O接口電路，PLC程序執行過程中需調用的各種開關量（狀態量）數字量或模擬量等各種外部或設定值，都是通過輸入電路進入PC。而程序執行結果又是通過輸出電路送到現場實現外部控制功能[11]。（1）輸入接口電路

各種PC輸入電路結構大都相同，其輸入方式有三種： 接口輸入12V或24V 交流輸入100V~200V或200V~240V

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交直流輸入 交直流12V或24V（2）輸出接口電路

為適應不同的負載需要，各類PLC有三種輸出方式： 繼電器輸出 晶體管輸出 晶閘管輸出（3）電源單元

PLC對供電電源要求不高，可直接采用普通單相交流電。允許電源電壓額定值在+10%~-15%范圍內波動。4.2.2 編輯器

編輯器用作用戶程序編制、編輯、調試和監視，還可以通過鍵盤去調用和顯示PC的一些內部狀態和系統參數。它接口與CPU聯系，完成人機對話連接。它可分為簡易型和智能型兩種。前者只能用于聯機編程，后者既可聯機又可脫機編程。4.2.3 I/O擴展和其他外圍設備

1．I/O擴展機用來擴展輸入、輸出點數

當用戶所需的輸入、輸出點數超過主機輸入、輸出點數時，就要加I/O擴展機來擴展。

2．其他外圍設備

根據系統控制的需要，PLC還可以通過自身的專用通信接口連接一些其他外圍設備。[12]

4.3 PLC的基本工作原理和工作方式

PLC是采用周期性循環掃描，集中輸入和集中輸出的工作方式。這種工作方式的顯著特點：可靠性高、抗干擾能力強，但響應滯后、速度慢，也就是說PLC以降低速度求得高可靠性。PLC處于（停止）工作狀態，只進行內部處理和通信服務等內容，一旦進入（運行）狀態，就采用周期性循環掃描方式執行用戶程序。在正常情況下，一個用戶程序掃描周期分為三個階段組成。1．輸入采樣階段

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PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態存入相對應的輸入映像寄存器中。此時，輸入映像寄存器被刷新。接著，進入程序執行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內容。所以一般來說，輸入信號的寬度要大于一個少秒周期，否則很可能造成信號的丟失。2．程序執行階段

根據PLC梯形圖程序掃描原則，一般來說，PLC按從左到右，從上到下的步驟順序執行程序。當指令中涉及輸入、輸出狀態時，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對應輸入端子狀態，從元件映像寄存器“讀入”對應的元件的當前狀態。然后，進行相應的運算，運算結果再存入元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個元件的狀態會隨著程序而變化。3．輸出處理階段

在所有程序指令執行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態在輸出刷新階段轉存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出，最后經過輸出端子驅動外部負載。

4.4 硬件介紹

具體硬件配置如下：西門子S7-300 CPU313一塊，SM321、SM322的數字量模塊各一臺，SM331S、M332模擬量模塊各一塊；德國普羅明特溫度傳感器——變送器兩支，濁度儀、pH儀、余氯儀各一臺；高溫電動伺服閥一臺；精確計量泵四臺；循環水泵兩臺；控制柜（定制）一臺。

CPU313最大數字量I/O點128個，最大模擬量I/O點32個，可連接8塊模板。內置20KBRAM最大可擴展512KB FLASHEPROM存儲卡，64個計數器128個定時器。具有PID控制器。具有MPI通訊協議和自由方式通訊能力。4.4.1 數字量模塊

S7-300有多種型號的數字量I/O模塊可供選擇 1．SM321數字量輸入模塊

SM321數值量輸入模塊主要有4種模塊可供選擇，即直流16點輸入、直流32點輸入、交流8點輸入、交流16點輸入模塊。另外，還提供了直流16點輸入帶過程診斷和

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中斷的模塊、直流8點輸入帶源輸入模板，交流32點輸入模板。2．SM322數字量輸出模塊

SM322數值量輸出模塊經過電平轉換，信號可直接用于驅動電磁閥、接觸器、小型電動機，燈和電動機啟動器等。按負載回路使用電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交支流兩用輸出模塊。按輸出開關的種類不同又可分為：晶體管輸出方式、晶閘管輸出方式和繼電器觸電輸出方式。

SM322數字量輸出模塊有7種型號輸出模板可供選擇，即16點晶體管輸出.、32點晶體管輸出、16點晶閘管輸出、8點晶閘管輸出、8點繼電器輸出和16點繼電器輸出模塊。選擇模塊時，因每個模塊的端子共地情況不同，應根據模塊輸出類型和現場輸出信號負載回路的供電情況選擇。3．SM323數字量I/O模塊

此模塊有兩種類型，一種是8個共地輸入端和8個共地端，另一種上一帶有16個共地輸入端和16個共地輸出端，兩種模塊特性相同。I/O額定負載電壓DC24V，輸入電壓“1”信號電平為11V~30V，“0”信號電平為-3V~+5V。I/O通過光耦合器與背板總線隔離。輸出具有短路保護。4.4.2 模擬量模塊

1．SM331模擬量輸入模塊

SM331模擬量輸入模塊目前有三種規格型號：既8AI×12位模塊、8AI×16位模塊和2AI×12位模塊。其中具有12位的輸入模塊除通道數不一樣外，其工作原理、性能、參數設置等個方面都完全一樣。

SM331輸入模塊主要由A/D轉換部件、模擬切換開關、補償電路恒流源、光電隔離部件、邏輯電路組成。實際應用時可使用STEP7組態工具屏蔽掉不用的模擬量通道。

SM331的每兩個聽到構成一個通道輸入組，可以按通道輸入組任意選擇測量方法和測量范圍。模塊上需要接DC24V的負載電壓L+，有反接性保護功能；對于變送器或熱電偶的輸入具有短路保護功能。2．模擬量輸出模塊

SM322模擬量輸出模塊目前有三種規格型號：既4AO×12位模塊、2AO×12位模塊、4AO×16位模塊。其中具有12位的輸出模塊除通道數不一樣外，其工作原理、性能、參

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數、設置等各方面都完全一樣。

這里4AO×12位模擬量輸出模塊為代表介紹SM332。SM332，4×12位模擬量輸出模塊，上有4個通道，每個通道都可以單獨編程為電壓輸出或電流輸出，輸出精度為12位，模塊對CPU背板和負載電壓都有光隔離。在輸出電壓時，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負載相連。3．模擬量I/O模塊

模擬量輸入/輸出模塊有兩種規格：一種是4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為8位：另一種也是有4模入/2模出的模擬量模塊，其輸入、輸出精度為12位。輸入范圍為0V~10V或0mA~20mA。

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第 22 頁 操作與軟件部分

5.1 水循環控制過程

當按下按鈕SB0時，系統開始啟動，按下SB1水循環自動控制系統啟動，首先1號泵得電運轉，當1號泵運轉時，PLC內部計時器開始計時，當計時8小時后將自動切換到2號泵，當其中某一個泵運轉的期間有故障非正常停泵，PLC內部設有監控裝置，比如當1號泵非正常停轉，PLC回在10秒鐘后自動啟動2號泵，當2號泵非正常停泵時，其內部指令也會在10秒鐘后自動啟動1好泵，兩臺泵互為備用。

總停開關SB2，當想停止運轉整個系統時，可以通過此按鈕停止所有動作，當按下此鍵后PLC內部有個切斷兩臺水泵的中間繼電器，當其得電時，兩臺水泵將失去供電而停止運轉。

手動加反沖洗部分，當按鈕SB3按下后2號泵會開始運轉，當下按鈕SB5時，可以停止2號泵，當按下按鈕SB4后1號泵開始運轉，如果想停止運轉可按按鈕SB6，則1號泵也會停止下來。按下SB8可以進行反沖洗過程，按下SB7結束反沖洗過程。

整個水循環控制過程：水循環主程序開始，啟動準備，當無異常發生將進行自動控制，自動控制過程中可以切換到手動部分，由于手動操作直接簡單就不在這里闡述了，當自動控制開始后首先啟動1號泵，1號泵檢測如果沒有故障則開始進行計時當計時8小時后1號泵停轉，自動切換到2號泵，2號泵也將進行檢測如果沒有故障也將進行計時，當8小時后自動切回1號泵，如果1號泵發生故障系統將決定是否停泵，如果停泵，經過10秒鐘后切換到另一臺泵繼續工作，如果不需要停泵，系統將跳回啟動泵的位置，重新進行檢測，當整個水循環過程不需要時可以停止系統，則水循環主程序結束。

根據第二章水循環主程序流程圖（2.1），寫出控制梯形圖程序（自動程序段），見附錄。

其中T37為定時器PT為80s，1號泵和2號泵8小時長延時計時器，前8小時計時器由T37和C20組成： 80×360/3600=8h，Q0.2輸出到1號泵接觸器，M0.2為1號泵自動中繼，M2.0為反沖洗中繼，M2.2為1號泵手動中繼。Q0.3輸出到2號泵接觸器，M0.3為2號泵自動中繼，M2.0為反沖洗中繼，M2.3為2號泵手動中繼。

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第 23 頁

5.2 恒溫加熱部分控制

當水循環過程開始運轉后，可對水溫進行調節與控制，當按下按鈕SB9后，他通過設置在PLC內部的子程序來完成對溫度的監控與顯示，當發現水溫發生過高或者過低時，可通過按鈕SB10，系統將自動進行調節，可設置標準溫度，當兩個按鈕都按下后，系統將很快很穩定的把溫度調節在規定范圍以內，由于他是不間斷監控，所以調節速度會很快，SB10按鈕是通過控制PLC內部的一個繼電器來控制伺服蒸汽閥的，省略了人為調節過程，也避免了人為造作的超調量過高。其中SB9、SB10必須在水循環系統開始以后才可以進行調節的。

當池水溫度過高或者過低時，通過出池口水溫的測量，系統將根據設定標準是否報警，此系統的標準溫度為23.5度，最低為20度，最高45度，如果超過45度或者低于20度，系統將發出響鈴報警。

恒溫及加熱系統主程序、子程序及中斷部分梯形圖見附錄。

其中I2.3由控制按鈕操作，M22.3由按鈕操作，開機運行中調用子程序。溫度設定值=0.388對應溫度值為23.5度，當PIW308≤11520時，其輸出轉換成溫度值為20度，當PIW308≥17920時，其輸出轉換成溫度值為45度，將這些數值編入程序，使伺服控制器定量控制蒸汽流量，使進水管與出水管溫差不會過大。

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第 24 頁

結 論

本設計通過對水處理工藝流程的研究，做出了水處理系統各環節的PLC控制程序和引入PID溫度控制對恒溫及加熱系統進行調節，而且完成了對各環節控制程序的調試工作。PLC技術的應用使游泳池水處理的全自動可視化控制成為可能，使水處理系統的自動化水平及控制系統的可靠性、智能性和安全性都得到提高，很好地滿足了人們對現代化游泳場館的需要。同時也降低了能耗，減輕了工人的勞動強度，提高了管理效率。本系統采用 S7-300可編程控制器，很好地完成了預定的控制任務，取得了明顯的經濟效益和社會效益，具有非常好的推廣價值和應用前景。

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第 25 頁

致 謝

經過半年的忙碌和工作，本次畢業設計已經接近尾聲，作為一個本科生的畢業設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。在這里要感謝我的導師李福云老師。李老師平日里工作繁多，但在我做畢業設計的每個階段，從外出實習到查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是李老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩李老師的專業水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。然后還要感謝大學四年來所有的老師，為我們打下自動化專業知識的基礎；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業設計才會順利完成。最后感謝電信學院和我的母校—遼寧科技大學四年來對我的大力栽培。

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第 26 頁

參考文獻

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附 錄

OB1 游泳池水處理主程序

NETWORK 1 I0.0I0.1I0.4I0.7M0.0M0.0

NETWORK 2 M0.0ENFC100ENOFC101ENENO

NETWORK 3 I1.3M0.2I1.4M0.0M21.4M5.0M5.0M0.3

NETWORK 4 M5.0M5.1Q1.1

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FC100 水循環系統程序 NETWORK 1 M0.1I0.3M1.0I0.4I0.5M0.3M2.0M0.2M0.2M1.6T40I0.6M1.1I0.7I0.1M0.2M2.0M0.3M0.3M1.5T38

NETWORK 2

Q0.2I0.4M0.1T39M0.4M0.4

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NETWORK 3

T38M0.4Q0.2S_ODTSSQM4.0S5T#10STVBIT39RBCD

NETWORK 4

T39T38S_ODTSSQM4.1S5T#1STVBIT39RBCD

NETWORK 5 T38M1.1M1.5M1.5

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第 30 頁

NETWORK 6 Q0.3I0.7M0.1T40M0.5M0.5

NETWORK 7 M0.5Q0.2ST40M4.2S_ODTSQS5T#10STVBIT41RBCD

NETWORK 8

T41T40S_ODTSSQM4.3S5T#1STVBIT41RBCD

NET WORK 9 T40M1.0M1.6M1.6

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第 31 頁

NETWORK 10

T37M0.1T37S_ODTSSQM4.4S5T#1H20MTVBIT37RBCD

NETWORK 11

C20T37C21S_CDCDQM4.5M0.1SCVC#360C21PVCV_BCDRI0.0

NETWORK 12 T37C20CDC21S_CDQM4.6M0.1SCVC#360C21PVCV_BCDRI0.0

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第 32 頁

NETWORK 13 M0.1C20M1.0C21M1.1

NETWORK 14 M0.1I0.1I1.1I0.4M2.2M0.2I0.2I1.2I0.7M2.3M0.3I1.3I1.4I0.4I0.5M2.0M2.0

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第 33 頁

NETWORK 15 M0.2Q0.2M2.0M2.2

NETWORK 16 M0.3Q0.3M2.0M2.3FC101水質檢測及投藥控制系統主程序 NETWORK 1 FC102ENENO

NETWORK 2 M9.0M9.1FC103ENENO

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第 34 頁

NETWORK 3 M0.3CMP ≤ IM5.2M0.2MW420IN1

9953IN2CMP ≤ IM5.4MW420IN114377IN2M5.4M5.2M5.5M5.5T44M5.5S_ODTSSQS5T#3STVBIT44RBCDT44M5.6

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第 35 頁

NETWORK 4 M5.5Q0.5M8.0

NETWORK 5 M5.6Q0.4M8.1

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第 36 頁

FC101 濁度平均值計算初始化

設置采樣次數 NETWORK 1 I0.0M0.0PENMOVEENO0INOUTMW400ENMOVEENO256INOUTMW402ENMOVEENO0INOUTMW410ENMOVEENO0INOUTMW414ENMOVEENO0INOUTMW418

FC103 計算濁度采樣平均值 NETWORK 1

M0.0ENPIW304INMOVEENOOUTMW412

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第 37 頁

NETWORK 2 CMP ≥ IENMW4120IN1IN20INMOVEENOOUTMW410

NETWORK 3 M0.0ENADD_DIENOOUTMD414MD410IN1MD414IN2ADD_DIENENOOUTMW400MW400IN11IN2

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第 38 頁

NETWORK 4

CMP ≥ IMW400IN1MW402IN2

I_DIENENOMW402INOUTMD402MOVEENENOMD414INOUTMD418DIV_DIENENOMD408IN1OUTMD418MD402IN2MOVEENENO0INOUTMD414MOVEENENO0INOUTMW400

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第 39 頁

OB35 PID溫度控制 NETWORK 1 M5.0ENCOM_RESTMAN_ONM0.0M0.0M0.0PVPER_ONP_SELI_SELINT_HOLDI_ITL_OND_SELT#200MS3.880000e+001CYCLESP_INTPV_INPIW306PV_PERMAN1.000000e+000T#10MGAINTITDTM_LAGDEADB_W1.000000e+0020.000000e+000LMN_HLMLMN_LLMPV_FACPV_OFFLMN_FACLMN_OFFI_ITLVALDISVENOLMNLMN_PERQLMN_HLMQLMN_LLMLMN_PLMN_ILMN_DPVERPQW2889.700000e+0013.000000e+000

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第五篇：鋼鐵工業節水調查報告

我國水資源短缺日益嚴重，已經成為制約今后國民經濟和社會發展的瓶頸因素之一，是實施可持續發展戰略和循環經濟亟待解決的一個難題，鋼鐵工業節水調查報告。鋼鐵工業作為高耗水行業，必須承擔起促進全社會資源永續利用和環境持續改善的重要責任。堅持節約發展，清潔發展、可持續發展的理念，將節能減排作為發展的硬約束，納入鋼鐵企業總體發展戰略，始終堅持走低投入、低消耗、低排放和高效率的發展道路，積極推進循環經濟和清潔生產。如何最大限度地合理使用有限的水資源，是鋼鐵企業節能降耗工作的重要組成部分，也是企業降低成本，提高產品市場競爭力的重要途徑。鋼鐵工業必須由“大量生產、大量消耗、大量廢棄”的傳統發展模式，向“資源--產品--廢棄物--再生資源”的反饋式循環模式轉軌。國家已對鋼鐵等高耗水行業實行強制性用水定額管理，并出臺發展政策，今后推行強制性節水技術應用也將成為必然趨勢。鋼鐵生產流程的各個工序幾乎都離不開水，燒結、焦化、煉鐵、煉鋼、軋鋼各工序都需要大量消耗水，都有廢水排放，特點是：廢水量大、水質差異大、污染物種類多。燒結廢水中污染物成分簡單，主要是懸浮物，經處理后可以循環使用或外排。主要用水特點是串級使用率較高，可以提高循環用水率；有益礦物含量高，回收利用價值較高；外排廢水的水量與水質的隨機性大；廢水pH值較高，屬結垢性廢水。焦化廢水主要是裝入焦爐的煉焦煤中水和化產、濕法熄焦過程中使用水和蒸汽所形成的廢水；其特點是水質成分復雜、污染物濃度高、毒性大、水量和水質波動大。煉鐵廢水主要是高爐煤氣洗滌水、沖渣廢水、鑄鐵機廢水等；廢水特點是生產工藝過程用水，含有多種有害物質，必須經過很好處理才能循環利用。煉鋼廢水根據生產工藝不同，廢水來源也不同，主要分轉爐煉鋼廢水、電爐煉鋼廢水、連鑄廢水，其成分和性質隨冶煉周期的變化而變化。軋鋼廢水分為熱軋廢水和冷軋廢水。熱軋廢水主要特點是用水量大，含有大量的氧化鐵皮和油，經過沉淀、冷卻處理后可循環使用。冷卻廢水主要包括含酸污水、含堿污水等。含酸污水中有各種酸類及相應的鐵鹽和重金屬離子等。含堿污水除含有堿性物質外，還含有懸浮物、油類等。含油污水中含油各種油類、乳化液、懸浮物和氧化鐵皮等。廢水的主要特點是種類多、成分復雜、廢水量變化大、含油及乳化液廢水需要單獨處理。據統計，我國冶金工業水重復利用率平均不到70%，而發達國家高達90%，調查報告《鋼鐵工業節水調查報告》。與國外先進企業相比，目前我國鋼鐵企業噸鋼耗新水還有一定差距，節水潛力很大。另一方面，國內各鋼鐵企業之間的差距仍然較大，技術限制和管理落后等諸多原因造成浪費水的現象相當嚴重。因此，鋼鐵企業應該全流程統籌部署節水工作，從各工序著手，盡可能采用先進技術、工業和先進設備及新材料，挖掘潛能，減少用水量，提高水的重復利用率。當前，鋼鐵工業采取的節水技術措施可以歸納為以下四個方面：即與主體技術改造配合，盡可能采用不用水或少用水的工藝及大型設備，做到源頭用水減量化；采用安全可靠、先進高效的水處理技術和工藝，提高水的循環利用率，進一步降低噸鋼耗新水量；采用先進工藝對循環水系統的排污水及其他排水進行有效處理，使工業廢水資源化，實現工業廢水“零排放”；做好污水處理和分級別回用，最大限度地利用水資源。

1、采用節水型的工藝技術與裝備，如干熄焦技術、高爐(轉爐)干法除塵等干熄焦是在密閉系統內完成熄焦過程，可基本消除酚、HCN、硫化氫、氮氣的排放，減少焦塵排放，與傳統的濕法熄焦相比，每噸焦炭可節水0.45立方米。高爐煤氣全干法除塵技術省去了濕法除塵的洗滌塔和沉降池等，全干法除塵工藝在除塵過程中不需要使用水洗和冷卻，只是在爐塵輸送過程中加濕時使用極少量的水，節水效果顯著。轉爐煤氣干法除塵回收技術可回收轉爐冶煉過程產生的煤氣，并對煙氣進行凈化，將含塵濃度由150-200毫克/立方米降至10毫克/立方米，可大幅降低轉爐煉鋼工序能耗，系統阻損小，煤氣發熱值高。該系統全部采用干法處理，節約水資源，有利于保護環境。

2、重點加強焦化廢水處理、軋鋼廢水處理回用技術與膜法水處理技術等焦化廢水是煤制焦炭、煤氣凈化及焦化產品回收過程中產生的高濃度有機廢水。其組成復雜，含油大量有機污染物，還含油有毒有害物質，污染物色度高，屬于較難生化降解的高濃度有機工業廢水，一直是國內外廢水處理領域的難題。目前，國內外應用最廣泛的當屬生物處理技術，正逐步由過去的活性污泥法向A-A-O-O法，即厭氧-缺氧-好氧-好氧法過渡。軋鋼過程中產生大量的含油廢水，其中以冷軋乳化液廢水的處理最為困難，較為成熟的處理技術是采用電化學催化氧化(ECO)、膜生物反應器(Mbr)、氣能絮凝(GEF)和超濾(UF)，尤其是電化學催化氧化法可以提供充足能量打斷持久性有機污染物的化學鍵，使之氧化分解，甚至徹底礦化。膜法水處理技術是一種強化的自然水凈化過程，經過微濾、超濾、納濾和反滲透等技術可以去除廢水中的雜質。其最大優勢在于對雜質的去除率高，處理后的水質不僅以達標排放為目的，且可以實現廢水利用。膜分離技術在循環水處理中應用也比較廣泛，特別是反滲透技術，可以脫除水中99%的鹽分，經過反滲透處理的水基本不會造成管道和設備的結垢和腐蝕。

3、冷卻過程節水技術，如高效空冷技術、節水噴霧型冷卻塔等閉路冷卻循環水系統是冷卻過程節水技術的未來發展趨勢，閉路循環水系統采用空冷器冷卻降溫是節水的關鍵技術，尤其是干式空冷器節水效益明顯。空冷技術在高爐設備、轉爐設備等應用較廣、技術成熟，在連鑄結晶器、加熱爐的設備冷卻中應進一步推廣應用。

4、污水回用技術，如串級供水、企業外排水綜合處理回用、城市污水再生水處理利用等串級供水和污水綜合處理回用可使鋼鐵企業水的重復利用率得到有效提高，如冷卻水可供煤氣洗滌除塵用水，再供沖水渣用水和原料場的灑水等。關鍵環節是要進行水的科學合理的串級供應和優化污水處理工藝技術設備，使回用的水可以滿足不同用途的各種需求標準。鋼鐵工業的節水工作任重而道遠，鋼鐵企業應積極貫徹執行國家相關產業環保政策，結合自身特點，開發適合鋼鐵工業的節能型水處理技術和設備，運用經濟杠桿激發企業各部門的節水積極性、支持發展和采用各項節水技術、污水處理技術、成套循環用水技術，真正做到工業廢水的“零排放”。