组态王的染整企业余热回收控制系统设计
目录
1. 前言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 废水余热回收的意义 1
1.3 研究内容 1
2. 总体设计方案 2
2.1 染整企业余热回收控制系统艺分析 2
2.2 控制系统设计 2
3. 控制系统硬件 4
3.1 S7200 PLC简介 4
3.1.1 PLC的CPU选型 4
3.1.2 S7200 PLC扩展模块 5
3.1.3 安装S7200CNSTEP7MicroWINV4.0并调试 5
3.2 温度传感器 6
3.3 热交换器 7
3.4 变频器的选择 7
3.4.1 变频工作原理 7
3.4.2 MM440变频器的调试 8
3.5硬件设计 9
4. PID算法及下位机程序设计 11
4.1 PID控制 11
4.2 PID算法种类 11
4.3 PID参数整定 12
4.4 PID控制程序设计 12
4.5 PLC主程序设计 15
5. 组态画面设计 19
5.1 组态王的概述 19
5.2 组态王创建项目 19
6. 系统运行分析 22
6.1 组态王界面 22
6.2 系统运行分析 22
参考文献 24
总结 25
致谢 26
附录 27
1 前言
1.1 课题研究背景
在染整企业的生产中，会产生大量的废水，这些废水是纺织工业系统中最大污染源，废水的年排放总量在30亿吨左右，生产排出的废水温度可达80 ℃以上，每年就相当于白白浪费了1.4 亿吨标准煤的能量。这些热废水排放会造成能源的巨大浪费，同时，生态环境也将受到很大的破坏。如果能把废水中的热量进行回收给冷水加热，加热后的冷水再次用于印染工艺，这样就可以节约用于加热冷水的能源，并防止废水污染环境，也能为企业降低成本，达到经济与环境效益双赢的效果。PLC是一种工业控制计算机，
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是继承计算机、自动控制技术和通讯技术为一体的新式自动装置。它拥有抗干扰能力强、价格便宜，可靠性强，编程轻易，易学易用等特征，在工业范畴中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地利用。
1.2 废水余热回收的意义
印染厂在其生产工艺过程中需要将进水用蒸汽加热，因此需损耗大批的电、热，尤以热能的用量最大，其中的工序热能消耗约占整个工艺过程中热能用量的一半多。在染色过程中，大量的热量通过废水排放被带走。另一方面，当排放的废水送至污水处理厂进行生化处理时由于温度过高会使生化细菌死亡，从而影响了废水处理效果。通过对染整企业排放的废水进行余热回收，将热废水通过热交换后的将冷水加热并将加热后的热水再次提供给染整企业，供其工艺生产使用。这样既能达到节约能源、提高生产效率又能增加经济效益，更有利废水的生化处理，减少对环境的破坏。
1.3研究内容
一、提出总体方案，设计系统结构选用s7200PLC作为控制器，PLC对温度进行控制，上位机的监控软件采用组态王，进行监控系的设计，PID调节。
二、组态王设计的系统操作界面实现系统启/停控制、参数设定、报警联动、实时曲线，历史曲线功能。
三、查阅资历了解s7200，组态王PID,并能熟练运用。
四、完成硬件设计，画电气线路原理图。
五、下位机程序调试，成PLC控制程序编写和触摸屏的监控,在实验室调试。
2 总体设计方案
2.1 染整企业余热回收控制系统艺分析
在染整企业的生产中会产出大量的热废水，没有经过热能的回收就直接进行污水的处理，会造成了热能的浪费，并会对生态环境造成一定的破坏，当废水在经过生化处时由于水温过高容易杀死生化细菌，这样就影响了废水处理效果并使生态环境受到影响。通过研究分析利用热交换器的功能将染整企业的热废水进行热交换，将加热后的自来水重新提供给染整企业生产应用，这样可以节约资源也可以减少排放污染。（如图21）
图21 染整企业余热回收控制系统工艺流程图
2.2 控制系统设计
通过对余热的热能回收工艺流程的分析，控制系统主要由组态王（上位机软件）、S7200 PLC、传感器、变频器、热交换器等组成。染整企业余热回收控制系统是由液位控制系统、温度闭环控制系统这两个闭环系统来组成的。如图22所示
图22系统结构图
温度控制系统设计
整个系统正常运行的核心部分是 温度控制系统，余热回收控制系统需要使热废水的热进水温度和冷出水温度的温度差控制在8度左右，所以利用PID调节来实现系统设计的要求。热废水回收控制系统工作过程，温度差值8度通过键盘键入西门子S7200 PLC主机，实际温差通过传感器和变送器送入S7200 PLC的CPU模块中，通过模数转换后将反馈值和给定值进行比较后，误差值进行PID调节后经过数模转换得到模拟量输出，改变变频器频率，从而控制输送热废水电机转速，控制热废水进热交换器的速度。
液位控制系统设计
液位控制系统的任务：控制热废水池的液位在给定值的范围内，当热废水池的液位过高时会溢出水池，这样造成热能的流失，同样造成生态的污染。热废水池液位过低，在进行热交换的时候可能会由于废水量不足导致交换效率降低达不到热回收系统要求，热能也得不到很好的再次利用。因此维持水位在一定范围内，是染整企业余热回收控制系统正常运行的重要条件。
液位控制系统的工作原理：染整企业的热废水排到废水池内，液位过高是会产生报警，并通过液位传感器反馈给变频器，通过调整变频器频率使抽热废水的水泵抽水更快。当废水收集池的液位过低时系统报警，并通过调整变频器频率减慢水泵抽水速度，或者直接让整个系统停止运行。
3 控制系统硬件
3.1 S7200 PLC简介
PLC是一种工业控制计算机，通常被简称为PLC是与个人计算机（PC）的区分开。二十世纪六十年代，计算机技术最先应用于工业控制领域，但由于当时编写程序比较困难、输入输出电路又不相互匹配、价钱又偏贵所以未能在工业范畴中被普遍推行。在1968年PLC被美国的一家汽车公司第一次提出开发这种新型的控制器，1969年，美国数字设备公司开发出了世界上的第一台，并用于这家汽车公司的生产线上。PLC自问世以来，发展极为迅速。并被大量的生产出来。
3.1.1 PLC的CPU选型
1. 前言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 废水余热回收的意义 1
1.3 研究内容 1
2. 总体设计方案 2
2.1 染整企业余热回收控制系统艺分析 2
2.2 控制系统设计 2
3. 控制系统硬件 4
3.1 S7200 PLC简介 4
3.1.1 PLC的CPU选型 4
3.1.2 S7200 PLC扩展模块 5
3.1.3 安装S7200CNSTEP7MicroWINV4.0并调试 5
3.2 温度传感器 6
3.3 热交换器 7
3.4 变频器的选择 7
3.4.1 变频工作原理 7
3.4.2 MM440变频器的调试 8
3.5硬件设计 9
4. PID算法及下位机程序设计 11
4.1 PID控制 11
4.2 PID算法种类 11
4.3 PID参数整定 12
4.4 PID控制程序设计 12
4.5 PLC主程序设计 15
5. 组态画面设计 19
5.1 组态王的概述 19
5.2 组态王创建项目 19
6. 系统运行分析 22
6.1 组态王界面 22
6.2 系统运行分析 22
参考文献 24
总结 25
致谢 26
附录 27
1 前言
1.1 课题研究背景
在染整企业的生产中，会产生大量的废水，这些废水是纺织工业系统中最大污染源，废水的年排放总量在30亿吨左右，生产排出的废水温度可达80 ℃以上，每年就相当于白白浪费了1.4 亿吨标准煤的能量。这些热废水排放会造成能源的巨大浪费，同时，生态环境也将受到很大的破坏。如果能把废水中的热量进行回收给冷水加热，加热后的冷水再次用于印染工艺，这样就可以节约用于加热冷水的能源，并防止废水污染环境，也能为企业降低成本，达到经济与环境效益双赢的效果。PLC是一种工业控制计算机，
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
是继承计算机、自动控制技术和通讯技术为一体的新式自动装置。它拥有抗干扰能力强、价格便宜，可靠性强，编程轻易，易学易用等特征，在工业范畴中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地利用。
1.2 废水余热回收的意义
印染厂在其生产工艺过程中需要将进水用蒸汽加热，因此需损耗大批的电、热，尤以热能的用量最大，其中的工序热能消耗约占整个工艺过程中热能用量的一半多。在染色过程中，大量的热量通过废水排放被带走。另一方面，当排放的废水送至污水处理厂进行生化处理时由于温度过高会使生化细菌死亡，从而影响了废水处理效果。通过对染整企业排放的废水进行余热回收，将热废水通过热交换后的将冷水加热并将加热后的热水再次提供给染整企业，供其工艺生产使用。这样既能达到节约能源、提高生产效率又能增加经济效益，更有利废水的生化处理，减少对环境的破坏。
1.3研究内容
一、提出总体方案，设计系统结构选用s7200PLC作为控制器，PLC对温度进行控制，上位机的监控软件采用组态王，进行监控系的设计，PID调节。
二、组态王设计的系统操作界面实现系统启/停控制、参数设定、报警联动、实时曲线，历史曲线功能。
三、查阅资历了解s7200，组态王PID,并能熟练运用。
四、完成硬件设计，画电气线路原理图。
五、下位机程序调试，成PLC控制程序编写和触摸屏的监控,在实验室调试。
2 总体设计方案
2.1 染整企业余热回收控制系统艺分析
在染整企业的生产中会产出大量的热废水，没有经过热能的回收就直接进行污水的处理，会造成了热能的浪费，并会对生态环境造成一定的破坏，当废水在经过生化处时由于水温过高容易杀死生化细菌，这样就影响了废水处理效果并使生态环境受到影响。通过研究分析利用热交换器的功能将染整企业的热废水进行热交换，将加热后的自来水重新提供给染整企业生产应用，这样可以节约资源也可以减少排放污染。（如图21）
图21 染整企业余热回收控制系统工艺流程图
2.2 控制系统设计
通过对余热的热能回收工艺流程的分析，控制系统主要由组态王（上位机软件）、S7200 PLC、传感器、变频器、热交换器等组成。染整企业余热回收控制系统是由液位控制系统、温度闭环控制系统这两个闭环系统来组成的。如图22所示
图22系统结构图
温度控制系统设计
整个系统正常运行的核心部分是 温度控制系统，余热回收控制系统需要使热废水的热进水温度和冷出水温度的温度差控制在8度左右，所以利用PID调节来实现系统设计的要求。热废水回收控制系统工作过程，温度差值8度通过键盘键入西门子S7200 PLC主机，实际温差通过传感器和变送器送入S7200 PLC的CPU模块中，通过模数转换后将反馈值和给定值进行比较后，误差值进行PID调节后经过数模转换得到模拟量输出，改变变频器频率，从而控制输送热废水电机转速，控制热废水进热交换器的速度。
液位控制系统设计
液位控制系统的任务：控制热废水池的液位在给定值的范围内，当热废水池的液位过高时会溢出水池，这样造成热能的流失，同样造成生态的污染。热废水池液位过低，在进行热交换的时候可能会由于废水量不足导致交换效率降低达不到热回收系统要求，热能也得不到很好的再次利用。因此维持水位在一定范围内，是染整企业余热回收控制系统正常运行的重要条件。
液位控制系统的工作原理：染整企业的热废水排到废水池内，液位过高是会产生报警，并通过液位传感器反馈给变频器，通过调整变频器频率使抽热废水的水泵抽水更快。当废水收集池的液位过低时系统报警，并通过调整变频器频率减慢水泵抽水速度，或者直接让整个系统停止运行。
3 控制系统硬件
3.1 S7200 PLC简介
PLC是一种工业控制计算机，通常被简称为PLC是与个人计算机（PC）的区分开。二十世纪六十年代，计算机技术最先应用于工业控制领域，但由于当时编写程序比较困难、输入输出电路又不相互匹配、价钱又偏贵所以未能在工业范畴中被普遍推行。在1968年PLC被美国的一家汽车公司第一次提出开发这种新型的控制器，1969年，美国数字设备公司开发出了世界上的第一台，并用于这家汽车公司的生产线上。PLC自问世以来，发展极为迅速。并被大量的生产出来。
3.1.1 PLC的CPU选型
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