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摘要:近些年來,循環(huán)泵壓力變送器技術(shù)在空調(diào)機房得到了廣泛的應(yīng)用,為了讓學(xué)生深入理解循環(huán)泵壓力變送器的基本原理及運行特性,采用PLC與壓力變送器聯(lián)合控制水泵技術(shù),該文設(shè)計搭建了一個小型循環(huán)泵壓力變送器教學(xué)實驗臺。該實驗臺引入PLC、壓力變送器、傳感器以及觸摸屏技術(shù),設(shè)計了以PLC為控制核心、人機界面(HMI)為上位機的水泵壓力變送器控制系統(tǒng),通過遠程/本地切換,實現(xiàn)了循環(huán)水泵的壓力變送器調(diào)速以及對壓力、流量,功率值的測定,同時也可以對反饋的壓力、流量值進行多段調(diào)速。實驗臺可用于后期的實驗與教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生動手實踐的能力,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和意識,并全面提升學(xué)生的好立實驗?zāi)芰σ约肮こ虘?yīng)用能力。
循環(huán)泵是空調(diào)機房運行中的主要耗電設(shè)備,其設(shè)備容量往往是按其#大負(fù)荷選定,而實際運行中一般在60%~80%負(fù)荷下運轉(zhuǎn),造成設(shè)備效率低下,電能浪費,因此,對循環(huán)泵實施壓力變送器調(diào)速節(jié)能運行,就顯得尤為重要,從而達到節(jié)能、節(jié)煤、室溫恒定的運行效果[1]。就此問題,該文搭建一個小型循環(huán)泵壓力變送器教學(xué)實驗臺對循環(huán)泵實施壓力變送器節(jié)能運行。同時在當(dāng)今自動化控制領(lǐng)域,PLC、壓力變送器與觸摸屏技術(shù)的綜合應(yīng)用相當(dāng)廣泛,PLC具有功能強、可靠性高等一系列優(yōu)點;壓力變送器節(jié)能高效,更有利于提高經(jīng)濟效益;觸摸屏逐步取代過去設(shè)備的操作面板和指示儀表,成為應(yīng)用越來越廣泛的人機界面(HMI)。結(jié)合當(dāng)前所學(xué)的綠色節(jié)能的專業(yè)理念,將這3種控制技術(shù)引入實驗教學(xué)中,使學(xué)生在校期間就能掌握當(dāng)今自動化控制領(lǐng)域的流行技術(shù),從而培養(yǎng)滿足社會需要的高素質(zhì)的工程技術(shù)人才[2]。
1實驗臺管網(wǎng)方案設(shè)計
根據(jù)實驗臺尺寸長×寬×高(2.0m×1.0m×1.5m)設(shè)計出管網(wǎng)流程如圖1所示,選取管材為PPR的塑料管,型號選為DN20,管網(wǎng)長度為8m,設(shè)計流量不超過1m3/h,取設(shè)計速度為0.75m/s,則設(shè)計流量為0.85m3/h;管網(wǎng)比摩阻540Pa/m;所以沿程壓力損失Pf=540Pa/m×8m=4.32kPa;局部壓力損失公式為
2系統(tǒng)底層設(shè)備
根據(jù)壓力損失選擇合適的系統(tǒng)設(shè)備,需要監(jiān)測的實驗參數(shù)有壓力、流量、功率值等,分別由壓力變送器、智能電磁流量計、功率變送器及水泵來完成,所選系統(tǒng)設(shè)備的性能如表2所示。
3控制層硬件設(shè)計
實驗臺所需的控制層硬件包括CPU224、EM231、EM232、MM420壓力變送器、MCGS觸摸屏以及傳感器等,包括手自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)遠程/本地切換、PLC與傳感器、
壓力變送器上傳/下載數(shù)據(jù)的交互、觸摸屏與PLC通訊等功能。硬件連接形式如圖2所示。所選系統(tǒng)設(shè)備的性能如表2所示。
系統(tǒng)的CPU模塊通過啟動/停止按鈕來控制壓力變送器的啟停,轉(zhuǎn)換開關(guān)可選擇本地/遠程調(diào)控。本地調(diào)控利用電位器,可進行連續(xù)調(diào)頻;遠程調(diào)控通過PLC的模擬量模塊輸出固定模擬值,可進行固定調(diào)頻,也可通過反饋的流量、壓力等值進行多段調(diào)頻。調(diào)頻后通過現(xiàn)場傳感器采集到的數(shù)據(jù)進入模擬量輸入模塊,#后可通過觸摸屏顯示出來。系統(tǒng)控制流程如圖3所示。
4MM420壓力變送器參數(shù)設(shè)置
根據(jù)本實驗臺的需求,對壓力變送器的參數(shù)按順序進行設(shè)置,如表3所示。
5控制層軟件設(shè)計
5.1PLC軟件設(shè)計
S7-200系列的編程軟件V4.0STEP7MicroWINSP9對系統(tǒng)進行編程,編程設(shè)計分為壓力變送器啟停、手自動調(diào)頻切換、壓力變送器模擬量輸入、電磁流量計模擬量輸入、功率變送器模擬量輸入、PLC給壓力變送器輸出模擬值、根據(jù)壓力值進行多段調(diào)速等部分。地址變量分配如表6所示。
5.2MCGS軟件設(shè)計
實驗臺采用型號為TPC7062的昆侖通態(tài)的觸摸屏,組態(tài)軟件為MCGS嵌入版組態(tài)軟件。MCGS具有解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺、完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能[3],組態(tài)軟件設(shè)計需要的數(shù)據(jù)變量及連接的PLC地址變量見表7。
5.3PLC與觸摸屏的通訊
組態(tài)軟件之所以能實時監(jiān)控水泵實驗臺的動作,是因為PLC與MCGS之間進行了通信,這一功能靠設(shè)備窗口組態(tài)來實現(xiàn)。本系統(tǒng)的設(shè)備組態(tài)如圖5所示。shou先,在設(shè)備工具箱中選擇通用串口父設(shè)備并添加西門子S7-200PLC。然后,在通用串口父設(shè)備下進行設(shè)備屬性編輯,#后,在S7-200PPI下進行通道連接[4]。
5.4觸摸屏界面設(shè)計
根據(jù)實驗的要求,設(shè)計了以下3個實驗:利用PLC,給定頻率值,測量管網(wǎng)壓力值與流量值;利用
電位器調(diào)頻,測量管網(wǎng)壓力值與流量值;通過調(diào)頻來測量水泵電機消耗的功率值。圖6、圖7為觸摸屏界面。
6結(jié)語
現(xiàn)階段人們已經(jīng)認(rèn)識到優(yōu)化水泵的節(jié)能效果、減少電能損耗、提升水泵利用效率以及優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)整體供水質(zhì)量的重要性,本實驗臺通過初期管網(wǎng)的自主設(shè)計、設(shè)備的選型、硬件的接線、程序的順序控制等工作,設(shè)計出3個實驗方案,將PLC、壓力變送器、觸摸屏(HMI)及傳感器這些技術(shù)引入實驗教學(xué)中,結(jié)合節(jié)能降耗的專業(yè)理念,使學(xué)生掌握簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計方法,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、分析、解決問題的能力,#終達到融會貫通,也使學(xué)生的實踐能力得到較大的提升,對專業(yè)建設(shè)、學(xué)生就業(yè)起到強有力的推動作用。