组态软件和plc的废水余热利用电控系统设计
目 录
1 绪论 1
1.1系统设计背景 1
1.2课题的目的与意义 1
1.3课题研究的内容 2
1.4系统总体设计方案 2
2 硬件设计 4
2.1 PLC选型 4
2.1.1 电源模块 4
2.1.2 CPU 4
2.1.3 扩展模块 5
2.2 I/O地址分配表 6
2.3传感器变送器 7
2.3.1 温度变送器 7
2.3.2 液位压力传感器 8
2.4 变频器 9
2.5 热换器 10
2.6 硬件接线图 11
3下位机PLC程序设计 12
3.1编程软件简介 12
3.1.1 STEP7概述 12
3.2 PLC程序流程 14
3.3 PID控制 14
3.4 PLC编程 16
3.4.1模拟量数据监测设计 16
3.4.2自来水泵废水泵启动程序设计 18
3.4.3自来水泵转速PID调节程序设计 18
3.4.4废水泵转速PID调节程序设计 20
4上位机画面设计 21
4.1 WINCC简介 21
4.2 WINCC编程设计 22
4.2.1 Wincc工程的建立 22
4.2.2工艺流程设计 23
4.2.3 PID参数调节画面设计 24
4.2.4趋势曲线画面设计 25
5程序调试结果 26
5.1监控结果 26
5.2运行分析 27
6总结 28
参考文献 29
附录 30
致谢 41
1 绪论
1.1系统设计背景
印染厂的生产进程当中会用掉许多的热能以及电能，特别是热能的用量居首，由于染色和后整理工艺需要将大批量的工业用水，从常温一直加热，让它的水温达到90℃ ~ 130℃，大概占全部印染过程当中百分之八十的能量损耗在洗涤、漂白、染
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
色等各个印染工序上，剩余的百分之二十则用到了烘干以及热定型等工艺上。经由印染工艺以后排放出来的污水水温通常高达80℃以上。假如能够将这一部分热能进行回收利用，那么非常可观的经济效益便会随之而来。能够通过少量的数据进行说明。假设一家印染厂一天排放出温度为80℃的废水100吨，如果对其进行热能回收利用，将热废水处理到40℃以下，每天最少能够回收相当于一台2吨的锅炉的能量。因而可知，对印染厂排放出来的热废水进行余热回收利用是一件相当有意义的事情。但是，当前我国许多的印染厂都没有将这部分热废水的能量回收利用，造成很大的资源浪费。
1.2课题的目的与意义
印染厂在染色过程中需要将进水进行加热处理，再用到其他印染工序上。如果能把废水中的热量进行回收，加热冷水用于印染工艺，可以节约用于加热冷水的能源，防止热废水污染环境，也能为企业降低成本，达到经济与环境效应双赢的结果。从而达到节能减排的目的。
本设计就是基于组态软件和PLC的废水余热利用电控系统设计，对印染工艺中排放的热废水回收利用过程进行自动控制及远程监控。系统采纳分布式控制系统结构，用上位机和现场设备组成。上位机采用组态软件Wincc设计监控画面，可以完成远程的实时监控以及趋势的剖析、数据动态显示、异常报警、报表制作等管理任务。该余热回收利用系统处理远程监测的下位机采用现场的西门子300PLC和现场检测仪器组成，实现实时数据的收集以及自动控制的功能。
1.3课题研究的内容
本文主要研究的内容是基于组态软件和PLC的废水余热回收系统。按照印染厂生产工序进行节能改造设计，经过热交换器，使用废热水对常温自来水进行初始加热。为保证热回收效率，需要控制常温自来水的压力保持恒定，控制冷水和热水的温度差（5℃）保持恒定。
采用PLC作为控制器，采用PC机和组态软件进行监控。
⑴设计废水余热利用电控系统的系统结构，画出系统结构图；
⑵设计废水余热利用电控系统的硬件电路，画出系统电气原理图；
⑶完成废水余热利用电控系统的程序设计和组态编程。
1.4系统总体设计方案
印染废水余热回收系统是印染污水通过热交换器和冷水进行热交换，热交换以后污水通过管道排入到污水池进行污水处理，而冷水经过热交换以后吸收了污水中的热量，进入到蓄水池中，作为印染工艺的备用水，使得进去染缸内部的水温得到提升，削减加热染缸内自来水所需要的时间以及能量，从而达到节约能源优化生产效率的目标。
其系统设计原理如图11,控制系统以下位机S7300 PLC作为废水余热利用系统的主机；SM334作为模拟量输入输出模块；选取工业控制计算机作为系统的上位机，上位机监控系统采用组态软件Wincc进行设计；选取西门子变频器420作为控制系统的执行器；使用温度变送器和液位压力传感器等做为该系统的传感器。
图11系统设计原理图
该废水余热回收控制系统由二个闭环控制系统组成，分别是温度控制系统，压力控制系统。
（1）温度控制系统：整个废水余热回收利用电控系统正常运行的中心是温度控制系统，该系统通过PID控制来保持废水余热回收系统中废水出水温度与冷水预加热后的温度相差5℃。通过温度检测装置热电偶检测到的变换为电流信号的温度值，传输到模拟量输入模块，通过PID调节回路由PLC执行程序使得温度差保持5℃不变。
（2）恒压控制系统：水泵的出水压力作为恒压控制系统的控制目标，该系统设定的初始压力值和压力传感器反馈的现实情况数据进行对比，比较出的差值由系统处理后反馈给变频器，从而控制水泵电动机的转速达到控制管中水压恒定的目的。
2 硬件设计
2.1 PLC选型
2.1.1 电源模块
S7300采用24V直流电作为系统电源，负载电源模块采用PS307 2A，此电源模块能够把120V或者230V交流电压转换成为24V的直流额定电压。24V直流电源可以当作SIMATIC S7300和各个传感器以及执行器的供电。
2.1.2 CPU
1 绪论 1
1.1系统设计背景 1
1.2课题的目的与意义 1
1.3课题研究的内容 2
1.4系统总体设计方案 2
2 硬件设计 4
2.1 PLC选型 4
2.1.1 电源模块 4
2.1.2 CPU 4
2.1.3 扩展模块 5
2.2 I/O地址分配表 6
2.3传感器变送器 7
2.3.1 温度变送器 7
2.3.2 液位压力传感器 8
2.4 变频器 9
2.5 热换器 10
2.6 硬件接线图 11
3下位机PLC程序设计 12
3.1编程软件简介 12
3.1.1 STEP7概述 12
3.2 PLC程序流程 14
3.3 PID控制 14
3.4 PLC编程 16
3.4.1模拟量数据监测设计 16
3.4.2自来水泵废水泵启动程序设计 18
3.4.3自来水泵转速PID调节程序设计 18
3.4.4废水泵转速PID调节程序设计 20
4上位机画面设计 21
4.1 WINCC简介 21
4.2 WINCC编程设计 22
4.2.1 Wincc工程的建立 22
4.2.2工艺流程设计 23
4.2.3 PID参数调节画面设计 24
4.2.4趋势曲线画面设计 25
5程序调试结果 26
5.1监控结果 26
5.2运行分析 27
6总结 28
参考文献 29
附录 30
致谢 41
1 绪论
1.1系统设计背景
印染厂的生产进程当中会用掉许多的热能以及电能，特别是热能的用量居首，由于染色和后整理工艺需要将大批量的工业用水，从常温一直加热，让它的水温达到90℃ ~ 130℃，大概占全部印染过程当中百分之八十的能量损耗在洗涤、漂白、染
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
色等各个印染工序上，剩余的百分之二十则用到了烘干以及热定型等工艺上。经由印染工艺以后排放出来的污水水温通常高达80℃以上。假如能够将这一部分热能进行回收利用，那么非常可观的经济效益便会随之而来。能够通过少量的数据进行说明。假设一家印染厂一天排放出温度为80℃的废水100吨，如果对其进行热能回收利用，将热废水处理到40℃以下，每天最少能够回收相当于一台2吨的锅炉的能量。因而可知，对印染厂排放出来的热废水进行余热回收利用是一件相当有意义的事情。但是，当前我国许多的印染厂都没有将这部分热废水的能量回收利用，造成很大的资源浪费。
1.2课题的目的与意义
印染厂在染色过程中需要将进水进行加热处理，再用到其他印染工序上。如果能把废水中的热量进行回收，加热冷水用于印染工艺，可以节约用于加热冷水的能源，防止热废水污染环境，也能为企业降低成本，达到经济与环境效应双赢的结果。从而达到节能减排的目的。
本设计就是基于组态软件和PLC的废水余热利用电控系统设计，对印染工艺中排放的热废水回收利用过程进行自动控制及远程监控。系统采纳分布式控制系统结构，用上位机和现场设备组成。上位机采用组态软件Wincc设计监控画面，可以完成远程的实时监控以及趋势的剖析、数据动态显示、异常报警、报表制作等管理任务。该余热回收利用系统处理远程监测的下位机采用现场的西门子300PLC和现场检测仪器组成，实现实时数据的收集以及自动控制的功能。
1.3课题研究的内容
本文主要研究的内容是基于组态软件和PLC的废水余热回收系统。按照印染厂生产工序进行节能改造设计，经过热交换器，使用废热水对常温自来水进行初始加热。为保证热回收效率，需要控制常温自来水的压力保持恒定，控制冷水和热水的温度差（5℃）保持恒定。
采用PLC作为控制器，采用PC机和组态软件进行监控。
⑴设计废水余热利用电控系统的系统结构，画出系统结构图；
⑵设计废水余热利用电控系统的硬件电路，画出系统电气原理图；
⑶完成废水余热利用电控系统的程序设计和组态编程。
1.4系统总体设计方案
印染废水余热回收系统是印染污水通过热交换器和冷水进行热交换，热交换以后污水通过管道排入到污水池进行污水处理，而冷水经过热交换以后吸收了污水中的热量，进入到蓄水池中，作为印染工艺的备用水，使得进去染缸内部的水温得到提升，削减加热染缸内自来水所需要的时间以及能量，从而达到节约能源优化生产效率的目标。
其系统设计原理如图11,控制系统以下位机S7300 PLC作为废水余热利用系统的主机；SM334作为模拟量输入输出模块；选取工业控制计算机作为系统的上位机，上位机监控系统采用组态软件Wincc进行设计；选取西门子变频器420作为控制系统的执行器；使用温度变送器和液位压力传感器等做为该系统的传感器。
图11系统设计原理图
该废水余热回收控制系统由二个闭环控制系统组成，分别是温度控制系统，压力控制系统。
（1）温度控制系统：整个废水余热回收利用电控系统正常运行的中心是温度控制系统，该系统通过PID控制来保持废水余热回收系统中废水出水温度与冷水预加热后的温度相差5℃。通过温度检测装置热电偶检测到的变换为电流信号的温度值，传输到模拟量输入模块，通过PID调节回路由PLC执行程序使得温度差保持5℃不变。
（2）恒压控制系统：水泵的出水压力作为恒压控制系统的控制目标，该系统设定的初始压力值和压力传感器反馈的现实情况数据进行对比，比较出的差值由系统处理后反馈给变频器，从而控制水泵电动机的转速达到控制管中水压恒定的目的。
2 硬件设计
2.1 PLC选型
2.1.1 电源模块
S7300采用24V直流电作为系统电源，负载电源模块采用PS307 2A，此电源模块能够把120V或者230V交流电压转换成为24V的直流额定电压。24V直流电源可以当作SIMATIC S7300和各个传感器以及执行器的供电。
2.1.2 CPU
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