尾气处理监控系统设计
随着我国的经济持续增长发展与科技进步，相应的企业与工业规模也越来越大，因此先进的设备也会被广泛地应用，对于工艺的科技含量要求也越来越高，尤其是在工业工厂、车间内更是被应用得多。但是，还是有一些设备自动化程度并不高，比如尾气处理中的监控。应用的硬件与软件相对落后，甚至一些控制点还完全依赖人工操作，不知不觉中限制了企业技术先进化与自动化的发展[11]。本论文是基于PLC与WINCC对工业产生的尾气处理进行监控，主要是对工厂排出的氨气进行回收与酸碱度中和，把氨气经过废气塔处理后产生的氨水利用起来。具体使用可编程逻辑控制器S7-300对PLC控制程序进行编程，并由WINCC监控界面，完成生产过程中的阀门、泵与液位、PH、温度、流量值等参数进行实时监控，并可在线修改各种控制参数，同时能动态显示WINCC画面中不同类型设备的运行状态。关键词 尾气监控处理，实时监测，PLC，WINCC
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题的背景及研究意义 1
1.2 国内工厂氨气处理技术现状与趋势 1
2 监控系统总体设计方案 2
2.1 系统结构与编程组态软件 3
2.2 系统硬件配置 5
3 监控系统PLC控制程序设计 10
3.1 水循环程序设计 13
3.2 酸循环程序设计 14
3.3 风机、真空泵、排料程序设计 14
4 WINCC组态界面设计 16
4.1 单用户项目与通讯驱动 16
4.2 组态主界面 19
4.3 组态运行监控界面 20
4.4 用户权限与报警信息组态 23
4.5 实时曲线浏览与运行、系统参数设置 25
5 调试运行 27
5.1 PLCSIM仿真运行 28
5.2 PLC与WINCC联调运行 29
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
1 绪论
1.1 本课题的背景及研究意义
国强则民富，水涨船高，人民的生活有很大改变，因此人们对各种的生活需求也有所提高，因此各种加工制造业 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
，各类工厂也层出不穷。城市建设也在加快发展，显而易见土地资源变得越来越少，一些工厂、车间就建在居民区或者公共活动区[12]。在污水、尾气处理厂不能立刻将工厂排出的污水尾气等污染物处理掉，长期积累的污染物或多或少的就会随着堆积排到外界，会对环境造成严重的污染。
本课题的目的是对工厂产生的废氨水、氨气的处理、回收与利用，利用监控系统可以更加直观的监测工厂排出废水、废气的各项排放指标。对处理尾气的工艺实现自动控制工作的过程，并且可以动态显示整个的处理过程与各种设备的运行状态。大大节省了成本，降低了工作力度，对于酸碱度、相关阀门、泵及液位、流量、温度等监测更加准确。
课题中会采取自动水循环、酸循环过程，原材料可以循环利用、更重要的是可以很容易获取，这种情况下既节约资源又可以使有用的资源重复使用。尾气监控系统的设计无论对于公司效益的提高，还是对于我国环境的保护都有重要的现实经济意义[3]。
1.2 国内工厂氨气处理技术现状与趋势
1.2.1 氨的产生与危害
氨气的特性是有比较强的刺激性臭味，没有颜色的气体，质量上要比空气轻，化学性质呈碱性对人的皮肤组织都有刺激与腐蚀的危害。如果氨气进入人体内，会破坏组织蛋白让蛋白变性，破坏细胞膜的结构。不利于血红蛋白正常运氧、削弱人体抵抗力。与此同时也会对我们身边的环境造成很大的破坏，包括空气污染、水体酸碱度加强、土壤盐碱化、水体里含氨氮量升高[8]。空气中氨气的来源，主生产中氨水与氨气的使用不当、泄漏等。
1.2.2 氨处理工艺和选取
近年来国家对生态环境的治理强度不断提高，对于污染气体、液体的排放标准也更加严格。各个企业目前都在努力发现一种比较高效、更加环保的氨气回收系统。氨作为生产原料在化工生产中很重要，工业中产生的大量含有氨气的工业尾气排到空气中对空气造成污染。因此要使用一种比较高效的方法将氨回收，对氨水的回收有很多种，其中传统的工艺对氨气的处理主要采用吸收塔。目前国内的氨水处理方法比较常见的包括以下四种：氨的气提法 、折点氯化法、生物硝化反硝化法、选择性离子交换法[9]。但是它们有共同的缺点：都需要较长的工艺并且要新增长大量的设备才能实现，因而不能达到使用工厂车间内现有的设备将废氨回收起来并综合利用的目的。
本次设计采用氨气与水反应，然后再与稀硫酸中和达到酸碱度适中的要求。具体工艺过程是，将加工制造过程所产生含氨气、粉尘的气体输送至废气吸收塔内，利用洗涤塔内内部水源进行循环喷洒、洗涤气体，使气体中的粉尘洗去后将气体中的粉尘排出吸收塔。经清洗后的含氨气的气体、液体与稀硫酸进行化学反应。水循环池内有水循环泵，传感器进行检测，在水池的液位适当下，水循环泵开始工作抽取水循环里的水到废气吸收塔内。同时会实时监控水池内的水位、PH值，达不到设定值或者超过设定值会自动进行补水、放水，完成自行工作的过程。同样，在酸池内也会对酸碱度液位进行实时监控，配合水循环池进行工作。其中，在设计中会设置酸计量泵，检测稀硫酸的值，稀硫酸达不到设定值会自动加酸处理，满足稀硫酸的浓度要求。用这种方法处理、回收氨气的优势是，工艺流程较为简单、清晰，不会有下一次的污染，将含碱性较高的水分气体中和，达到保护环境的目的。
2 监控系统总体方案设计
监控系统的总体设计方案包含两个方案的内容，一个是硬件的设计，另一个是软件的设计。系统硬件设计中的硬件是实验室里提供的PLC设备(S7300)，根据课题要求选取实验台上的输入、输出作为控制点、显示点，即底层使用PLC作为控制器，上层使用一般的PC机作为上位机。系统的软件设计主要有WINCC和PLC，软件设计中需要Step7与Wincc7.0工具进行开发、设计[6]。
图2.1 Step7软件 图2.2 WINCC软件
2.1 系统结构与编程组态软件
图2.3 系统结构图
本课题是基于PLC与WINCC进行设计的尾气监控系统设计，根据设计的要求有很多控制对象需要设置、关联。在PC计算机上通过Step7进行编程，编写好的程序可以下载到S7PLCSIM中进行模拟仿真，仿真出来的效果应该和编写好的程序预期效果相同。然后在WINCC中将对象的变量与PLC中程序的变量一一对应，可以实现联调。这是仿真调试，如果在实物上实现相关功能那就用S7300可编程控制器需要用连接线连接到电脑上，通过Step7下载到可编程控制模块上，在模块上显示结果。
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题的背景及研究意义 1
1.2 国内工厂氨气处理技术现状与趋势 1
2 监控系统总体设计方案 2
2.1 系统结构与编程组态软件 3
2.2 系统硬件配置 5
3 监控系统PLC控制程序设计 10
3.1 水循环程序设计 13
3.2 酸循环程序设计 14
3.3 风机、真空泵、排料程序设计 14
4 WINCC组态界面设计 16
4.1 单用户项目与通讯驱动 16
4.2 组态主界面 19
4.3 组态运行监控界面 20
4.4 用户权限与报警信息组态 23
4.5 实时曲线浏览与运行、系统参数设置 25
5 调试运行 27
5.1 PLCSIM仿真运行 28
5.2 PLC与WINCC联调运行 29
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
1 绪论
1.1 本课题的背景及研究意义
国强则民富，水涨船高，人民的生活有很大改变，因此人们对各种的生活需求也有所提高，因此各种加工制造业 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
，各类工厂也层出不穷。城市建设也在加快发展，显而易见土地资源变得越来越少，一些工厂、车间就建在居民区或者公共活动区[12]。在污水、尾气处理厂不能立刻将工厂排出的污水尾气等污染物处理掉，长期积累的污染物或多或少的就会随着堆积排到外界，会对环境造成严重的污染。
本课题的目的是对工厂产生的废氨水、氨气的处理、回收与利用，利用监控系统可以更加直观的监测工厂排出废水、废气的各项排放指标。对处理尾气的工艺实现自动控制工作的过程，并且可以动态显示整个的处理过程与各种设备的运行状态。大大节省了成本，降低了工作力度，对于酸碱度、相关阀门、泵及液位、流量、温度等监测更加准确。
课题中会采取自动水循环、酸循环过程，原材料可以循环利用、更重要的是可以很容易获取，这种情况下既节约资源又可以使有用的资源重复使用。尾气监控系统的设计无论对于公司效益的提高，还是对于我国环境的保护都有重要的现实经济意义[3]。
1.2 国内工厂氨气处理技术现状与趋势
1.2.1 氨的产生与危害
氨气的特性是有比较强的刺激性臭味，没有颜色的气体，质量上要比空气轻，化学性质呈碱性对人的皮肤组织都有刺激与腐蚀的危害。如果氨气进入人体内，会破坏组织蛋白让蛋白变性，破坏细胞膜的结构。不利于血红蛋白正常运氧、削弱人体抵抗力。与此同时也会对我们身边的环境造成很大的破坏，包括空气污染、水体酸碱度加强、土壤盐碱化、水体里含氨氮量升高[8]。空气中氨气的来源，主生产中氨水与氨气的使用不当、泄漏等。
1.2.2 氨处理工艺和选取
近年来国家对生态环境的治理强度不断提高，对于污染气体、液体的排放标准也更加严格。各个企业目前都在努力发现一种比较高效、更加环保的氨气回收系统。氨作为生产原料在化工生产中很重要，工业中产生的大量含有氨气的工业尾气排到空气中对空气造成污染。因此要使用一种比较高效的方法将氨回收，对氨水的回收有很多种，其中传统的工艺对氨气的处理主要采用吸收塔。目前国内的氨水处理方法比较常见的包括以下四种：氨的气提法 、折点氯化法、生物硝化反硝化法、选择性离子交换法[9]。但是它们有共同的缺点：都需要较长的工艺并且要新增长大量的设备才能实现，因而不能达到使用工厂车间内现有的设备将废氨回收起来并综合利用的目的。
本次设计采用氨气与水反应，然后再与稀硫酸中和达到酸碱度适中的要求。具体工艺过程是，将加工制造过程所产生含氨气、粉尘的气体输送至废气吸收塔内，利用洗涤塔内内部水源进行循环喷洒、洗涤气体，使气体中的粉尘洗去后将气体中的粉尘排出吸收塔。经清洗后的含氨气的气体、液体与稀硫酸进行化学反应。水循环池内有水循环泵，传感器进行检测，在水池的液位适当下，水循环泵开始工作抽取水循环里的水到废气吸收塔内。同时会实时监控水池内的水位、PH值，达不到设定值或者超过设定值会自动进行补水、放水，完成自行工作的过程。同样，在酸池内也会对酸碱度液位进行实时监控，配合水循环池进行工作。其中，在设计中会设置酸计量泵，检测稀硫酸的值，稀硫酸达不到设定值会自动加酸处理，满足稀硫酸的浓度要求。用这种方法处理、回收氨气的优势是，工艺流程较为简单、清晰，不会有下一次的污染，将含碱性较高的水分气体中和，达到保护环境的目的。
2 监控系统总体方案设计
监控系统的总体设计方案包含两个方案的内容，一个是硬件的设计，另一个是软件的设计。系统硬件设计中的硬件是实验室里提供的PLC设备(S7300)，根据课题要求选取实验台上的输入、输出作为控制点、显示点，即底层使用PLC作为控制器，上层使用一般的PC机作为上位机。系统的软件设计主要有WINCC和PLC，软件设计中需要Step7与Wincc7.0工具进行开发、设计[6]。
图2.1 Step7软件 图2.2 WINCC软件
2.1 系统结构与编程组态软件
图2.3 系统结构图
本课题是基于PLC与WINCC进行设计的尾气监控系统设计，根据设计的要求有很多控制对象需要设置、关联。在PC计算机上通过Step7进行编程，编写好的程序可以下载到S7PLCSIM中进行模拟仿真，仿真出来的效果应该和编写好的程序预期效果相同。然后在WINCC中将对象的变量与PLC中程序的变量一一对应，可以实现联调。这是仿真调试，如果在实物上实现相关功能那就用S7300可编程控制器需要用连接线连接到电脑上，通过Step7下载到可编程控制模块上，在模块上显示结果。
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