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摘 要

循环水动态模拟装置是定量评价循环水水质、筛选水质配方的试验装置。试验中，

要求模拟工业现场循环水经过换热器的入口温度、出口温度、流量、蒸汽热介质温度、循环水电导、PH 值等参数，在实验装置中，通过对以上参数的测控实现模拟，参数的测控将直接影响试验结果和评价结论。

冷却水是工业生产过程中的一个重要组成部分，循环冷却水的冷却装置所需的设备，是确保制造工艺的工业制造工具。冷却水处理技术对设备的操作周期，提高中水回用，节约用水，降低能耗和生产成本，提高经济效益和环境保护的延续具有重要意义。但循环冷却水的循环过程，不可避免地会带来金属的腐蚀和微生物生长等问题，严重影响了工业生产的正常发展。因此，加强对工业循环水水质处理和监督，提高循环水系统的监测，保持良好的水质，保证工业生产的安全运行水平正变得越来越重要。在本文中，循环冷却水监测系统的设计和研究具有重要的理论意义和实用价值。

在本文中，针对冷却水动态模拟试验的工艺流程，根据硬件电路和相应的软件要求编写程序，用西门子可编程控制器PLC200实现了具体设计。讨论了动态模拟试验装置的一些控制过程，检测进出口温度，加热温度，电导率，pH ，腐蚀速率，以实现污垢热阻，沉积速率和垢层厚度计算。对于在冷却水动态仿真测试中用到的电导率，pH ，腐蚀速率，沉积速率，层厚度有一定程度的知识。

在冷却水动态模拟试验装置中实现如下功能：1. 能进行实时在线检测, 检测进出口温度、加热温度、电导率、PH、腐蚀率值；2.能够进行浓缩倍数，污垢沉积率，垢层厚度的计算；3.能够进行PID的控制，自动检测所需的一些值；4.能够在WinCC上显示进口温度、出口温度、蒸汽温度、冷凝温度、PH、腐蚀率、电导率、热阻、沉积率、垢层厚度，PLC上检测所需数据，存储一定量历史记录，判断报警状态和报警数据;5. 提供工业现场具体最新测量值和上位机及时通信;6．如有故障，可以自行诊断，并及时通知上位机。

关键词：冷却水动态模拟装置 ；检测 ；PLC200 ；PID ；WINCC

ABSTRACT

In this work, medium capacity controlled heating system is designed and constructed. The programming method of control of heating process is achieved by means of integrated programmable logic controller(PLC) and frequency inverter (FI). The PLC main function is to determine the required temperatures level sand the related time intervals of the heating hold time in the furnace. FI is used to control the dynamic change of temperature between various operating points. The designed system shows the capability for full control of temperature from zero to maximum for any required range of time in case of increasing or decreasing the temperature. All variables of the system will be changed gradually until reaching their needed working points.

An experimental study was performed to investigate the effect of tempering temperature and tempering time on hardness and fatigue resistance of 0.4% carbon steel. It was found that increasing tempering temperature above 550 C or tempering time decreases the hardness of the material. It was also found that there is a maximum number of cycles to which the specimen can survive what ever the applied load was.

Key words：Heat treatment；PLC control；Frequency control；Tempering

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章 前言 1

1.1 课题背景 1

1.2 循环冷却水系统与循环水处理技术 2

1. 2. 1 工业循环冷却水系统 2

1.2.2 循环水系统运行中存在的问题与对策 3

1.2.3 循环冷却水处理技术 4

1.3 本文所做的主要工作 4

第二章 硬件系统设计 5

2.1 循环水动态模拟装置流程图 5

2.2 西门子 S7-200 PLC 概述 5

2.3 PLC与扩展模块的选型 6

2.4 硬件电路图 7

2.5本章小结 8

第三章 软件设计 9

3.1检测系统组成 9

3.2 设备控制点的要求 10

3.3 热阻等参数的测量原理与计算公式 10

3.4 PLC程序的编写 11

3.5 本章小结 19

第四章 基于组态技术的监控系统设计 20

4.1 系统组态监控软件设计 20

4.1.1组态界面的设计 20

4.2 PLC与WINCC的通讯设计 22

4.3 本章小结 24

总结与期望 25

参考文献 26

致谢 28

附录一： 29

第一章 前言

1.1 课题背景

循环水动态模拟装置是用于评价工业循环水水质的专用装置。根据化工部颁布的“冷却水动态模拟试验方法”，通过在给定条件下利用常压饱和水蒸气作热流介质，模拟生产现场的流速、流态水质、金属材质和循环冷却水进、出换热器温度等主要参数，可以对水质稳定配方的缓蚀、阻垢效果及操作工艺条件进行综合评价^[1]。

随着我们国家人口的增长和工业以及农业的可持续发展，日益严重的水资源短缺和水质污染不仅严重困扰国民经济，并已成为一个主要因素限制社会经济的可持续发展。在中国，城市的工业用水占70 ％至80 ％，而冷却水占工业用水的比例已达到约80％。据统计我国工业用水量从20 世纪80 年代初期的每年283.9 亿m3，发展到20 世纪末已超过每年1126 亿m3，每年工业用水量以6%的速度持续增长^[2]。我国是水资源缺乏的国家之一，节约能源和产业的可持续发展对减少污染有着极其重要的作用。要节约用水，目前在中国石油，化工，电力，冶金等企业中正逐步采用循环水冷却系统，这样可以大大缓解水资源的紧张状况。把工业冷却水理后重复使用的方法，对于节约用水和减少污水排放量，这是一个非常有效的方法。

本论文所要探讨和研究的是如何将基于 PLC的测控系统运用到循环水动态模拟装置中，从而提高动态模拟装置的测控水平、提高可靠性、降低成本。随着PLC的发展，基于PLC的方案逐渐成为主流发展趋势。基于PLC的循环水系统的优势和传统方案相比已十分明显。图1-1为动态模拟实验装置外形图：

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