论文总字数：15377字

摘 要

冷却水是确保生产设备能够正常稳定运行的不可或缺的条件，它能够有效冷却工业生产装置，维持装置的稳定。由于循环水的PH太高、太低，水的浊度，长时间运行会有结垢现象等一些因素，它不仅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。

本文是基于西门子博图软件的电加热监测换热器的硬件设计，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，分布式的控制结构，使得测量更加合理。依据系统流量、功率控制的需求所设计而成的模糊PID，让控制更加精确。良好的自动控制，以及较好的人机交互和抗干扰能力，使得该系统特点鲜明。

在本文中首先介绍监测换热器在工业中使用的背景以及发展的状况，阐述其在工程应用中的价值，然后在硬件上设计出监测换热器的电气图，软件上使用博图进行PLC编程，主要由西门子博图软件设计编写PLC1200的程序、CAD2014画硬件设计、程序运行图、简单触摸屏仿真效果图，组成硬件设计方案。

关键词：PLC，电加热，流量功率控制，模糊PID

Hardware Design of electric heating monitoring heat exchanger based on SIEMENS TIA portal Software Design

Abstract

Cooling water is an indispensable condition for ensuring that the production equipment can operate normally and efficiently. It can effectively cool the industrial production unit and maintain the stability of the device. As the circulating water PH is too high, too low, the water turbidity, long run will be scaling and other factors, it will lead to corrosion of metal will also breed microorganisms, the production equipment loss. So the need for professional equipment for real-time detection and monitoring.

This article is based on SIEMENS TIA portal software electric heating monitoring heat exchanger hardware design, heating method for the electric heating type monitoring heat transfer system. The system can carry out real-time and effective collection of field data, distributed control structure, making the measurement more reasonable. According to the system flow, power control needs of the design of the fuzzy PID, so that control more accurate. Good automatic control, and good human-computer interaction and anti-jamming capability, making the system distinctive features.

In this paper, we first introduce the background and the development situation of monitoring the heat exchanger in industry, expound its value in engineering application, and then design the electrical diagram of monitoring the heat exchanger in hardware. The software uses Bo chart for PLC Programming, mainly by the SIEMENS TIA portal software designed to write PLC1200 procedures, CAD2014 painting hardware design, the program runs the composition of the hardware design.

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

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题及研究的目的和意义 1

1.1.1课题研究的背景 1

1.1.2课题研究的目的和意义 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 西门子博图软件的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 5

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 CPU接线图 6

2.3.3模拟量输入模块接线图 7

2.3.4模拟量输出模块接线图 7

2.3.5主电源接线图 8

2.3.6接线端子图 8

2.3.7 电气电路图 9

2.3.8 测试架 10

第三章 西门子博图软件的电加热监测换热器程序设计 10

3.1 所用软件 10

3.2 电加热监测换热器软件方面的系统需求 10

3.3 PLC编程 11

3.3.1系统主程序流程图 11

3.3.2模拟量读取模块 12

3.3.3 逻辑量处理模块 14

3.3.4报警处理 16

3.3.5沉积速率的求取 19

3.3.6垢层厚度求取 20

3.3.7 PID闭环调节 21

第四章 电加热监测换热器的理论部分 24

4.1 模糊PID 24

4.2 污垢热阻计算 26

4.3 数字滤波 28

第五章 总结与展望 29

5.1 论文总结 29

5.2 展望 30

参考文献 31

第一章 绪论

1.1 课题及研究的目的和意义

1.1.1课题研究的背景

近些年来，我国工业和农业的迅速发展，人口数目越来越庞大，对淡水资源的需求和消耗与日俱增，由于在农业生产中滥用农药、化肥等化学用品，在工业生产中许多中小型企业由于环保意识不足或者资金不足等原因而导致随意排放污染物，对环境造成了极大的破坏，从而导致现如今淡水资源愈发紧张。越来越严重的环境污染问题和水资源短缺，不仅给民生带来很大的麻烦，也成为制约社会经济可持续发展的主要因素之一。 钢铁，化工，石油，冶金等诸多重工业将采用循环冷却水系统作为工业用水系统，以缓解水资源紧张的问题。

冷却水在工业生产中必不可少，它可以对生产过程中工业生产装置进行冷却，保证生产设备的正常稳定运行。循环使用冷却水可以减少污水排放和耗水量，从而减少污垢在设备上的磨损，增加设备使用寿命。 但是，由于循环水在管中循环，会造成结垢和腐蚀的影响，从而使得设备损失巨大，所以需要有效的解决换热设备的污垢和腐蚀问题。 根据国内外数据，换热设备污垢和腐蚀造成的损失可占年度GDP的很大比例。 如此高的经济损失将对国家的生产发展产生影响。所以需要监测换热器对其在腐蚀、结垢、PH、电导率等方面进行有效的监控，从而及时的发现问题，避免更大的经济损失，保证工业生产能够稳定运行。

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