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摘 要

冷却水是保证生产设备的正常稳定运行的必要条件，它能够有效冷却工业生产装置，维持装置的稳定。由于循环水在长时间运行过程中会有结垢现象，它会导致金属的腐蚀还会滋生微生物，对生产设备损耗巨大。所以需要专业设备对其进行实时检测和监控。

本次设计的系统是采用西门子Smart700触摸屏，加热方式为电加热式的监测换热系统。系统能够对现场数据进行实时有效采集，并能保留历史数据，控制结构上采用分布控制，使得测量更加合理。流量和功率的控制采用模糊PID控制，保证控制的稳定精确。整体上而言，良好的自动控制，以及较好的人机交互和较强的抗干扰能力，使得该监测换热器的特点鲜明。

在本文中首先介绍了监测换热器在重工业中使用的背景以及其发展现状，阐明了其在工程应用中的价值，然后在硬件上设计出监测换热器电气图，软件上用PLC编程，用WINCC做上位机，用WINCC FLEXIBLE做触摸屏，形成一套完整的体系。

关键词：PLC；WinCC；电加热；流量功率控制；模糊PID

Design of Electric Heating Monitoring Heat Exchanger Based on SIEMENS Smart700

Abstract

Cooling water is a necessary condition to ensure the normal and stable operation of the production equipment. It can effectively cool the industrial production equipment and maintain the stability of the device. As the circulating water in the long run will be scaling phenomenon, it will lead to the corrosion of metals will breed microorganisms, the production of large equipment loss. So it needs professional equipment to detect and monitor it in real time.

The design of the system is the use of SIEMENS Smart700 touch screen, the heating method for the electrical heating of the heat transfer system. The system can effectively collect the field data in real time, and keep the historical data. The distribution control is adopted in the control structure, which makes the measurement more reasonable. Flow and power control using fuzzy PID control, to ensure stable and accurate control. On the whole, good automatic control, as well as better human-computer interaction and strong anti-interference ability, making the monitoring of the characteristics of the heat exchanger.

In this paper first introduced the monitoring heat exchanger in heavy industrial use of the background and the development of the status quo, elucidated the value in the engineering application, and then the hardware design monitoring heat exchanger electrical diagram, software with PLC and host computer WinCC. Using WinCC flexible touch screen to do, to form a complete system.

Key Words: PLC; WinCC; electric heating; flow and power control; fuzzy PID

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪 论 1

1.1 课题背景及研究的目的和意义 1

1.1.1课题背景 1

1.2 监测换热器的研究现状 2

1.2.1国内概况 2

1.2.2国外概况 2

1.3本文的主要工作 3

第二章 西门子Smart700电加热监测换热器硬件设计 4

2.1 监测换热器的系统结构 4

2.2 监测换热器的技术要求 4

2.3 监测换热器的硬件设计电路图 5

2.3.1 工艺流程图 5

2.3.2 PLC接线图 5

2.3.3 接线端子图 6

2.3.4 电器电路图 7

2.3.5 测试架 8

第三章 西门子Smart700电加热监测换热器软件设计 9

3.1 所用软件 9

3.2 软件方面的系统需求 9

3.2.1 PLC编程的输入输出以及实现的功能 9

3.2.2 上位机和触摸屏概略 10

3.3 PLC编程 12

3.4 WINCC 组态监控设计 13

3.4.1 WINCC界面概略 13

3.4.2 WINCC通讯 19

3.5 WINCC FLEXIBLE 触摸屏设计 20

3.5.1 WINCC FLEXIBLE界面概略 20

3.5.2 WINCC FLEXIBLE通讯 27

第四章 电加热监测换热器的理论部分 28

4.1 模糊PID 28

4.2 污垢热阻计算 30

4.3 数字滤波 32

第五章 总结与展望 33

5.1 论文总结 33

5.2 展望 34

参考文献 35

致谢 37

第一章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.1.1课题背景

近些年来，由于工业农业的快速发展，再加上我国人口数目庞大，对淡水资源的需求和消耗每日愈增，并且由于在农业生产中滥用农药等化学用品，工业生产中许多中小型企业因为环保意识不够或者资金不足等而随意排放污染物，对环境造成了极大的破坏，从而导致淡水资源愈发紧张。水资源的短缺以及日益严重的环境问题不仅影响着国计民生，而且也制约了社会经济的可持续健康发展。所以许多重工业比如钢铁、化工、石油、冶金等等企业大多都会采用循环冷却水系统来作为工业用水系统，以此缓解水资源紧张的问题。

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