水泵压力变送器节能控制实验台的设计与开发

摘要：近些年来，循环泵压力变送器技术在空调机房得到了广泛的应用，为了让学生深入理解循环泵压力变送器的基本原理及运行特性，采用PLC与压力变送器联合控制水泵技术，该文设计搭建了一个小型循环泵压力变送器教学实验台。该实验台引入PLC、压力变送器、传感器以及触摸屏技术，设计了以PLC为控制核心、人机界面（HMI）为上位机的水泵压力变送器控制系统，通过远程/本地切换，实现了循环水泵的压力变送器调速以及对压力、流量，功率值的测定，同时也可以对反馈的压力、流量值进行多段调速。实验台可用于后期的实验与教学，培养学生动手实践的能力，激发学生的创新思维和意识，并全面提升学生的好立实验能力以及工程应用能力。

循环泵是空调机房运行中的主要耗电设备，其设备容量往往是按其#大负荷选定，而实际运行中一般在60%～80%负荷下运转，造成设备效率低下，电能浪费，因此，对循环泵实施压力变送器调速节能运行，就显得尤为重要，从而达到节能、节煤、室温恒定的运行效果[1]。就此问题，该文搭建一个小型循环泵压力变送器教学实验台对循环泵实施压力变送器节能运行。同时在当今自动化控制领域，PLC、压力变送器与触摸屏技术的综合应用相当广泛，PLC具有功能强、可靠性高等一系列优点；压力变送器节能高效，更有利于提高经济效益；触摸屏逐步取代过去设备的操作面板和指示仪表，成为应用越来越广泛的人机界面（HMI）。结合当前所学的绿色节能的专业理念，将这3种控制技术引入实验教学中，使学生在校期间就能掌握当今自动化控制领域的流行技术，从而培养满足社会需要的高素质的工程技术人才[2]。

1实验台管网方案设计

根据实验台尺寸长×宽×高（2.0m×1.0m×1.5m）设计出管网流程如图1所示，选取管材为PPR的塑料管，型号选为DN20，管网长度为8m，设计流量不超过1m3/h，取设计速度为0.75m/s，则设计流量为0.85m3/h；管网比摩阻540Pa/m；所以沿程压力损失Pf=540Pa/m×8m＝4.32kPa；局部压力损失公式为

2系统底层设备

根据压力损失选择合适的系统设备，需要监测的实验参数有压力、流量、功率值等，分别由压力变送器、智能电磁流量计、功率变送器及水泵来完成，所选系统设备的性能如表2所示。

3控制层硬件设计

实验台所需的控制层硬件包括CPU224、EM231、EM232、MM420压力变送器、MCGS触摸屏以及传感器等，包括手自动调节实现远程/本地切换、PLC与传感器、压力变送器上传/下载数据的交互、触摸屏与PLC通讯等功能。硬件连接形式如图2所示。所选系统设备的性能如表2所示。

系统的CPU模块通过启动/停止按钮来控制压力变送器的启停，转换开关可选择本地/远程调控。本地调控利用电位器，可进行连续调频；远程调控通过PLC的模拟量模块输出固定模拟值，可进行固定调频，也可通过反馈的流量、压力等值进行多段调频。调频后通过现场传感器采集到的数据进入模拟量输入模块，#后可通过触摸屏显示出来。系统控制流程如图3所示。

4MM420压力变送器参数设置

根据本实验台的需求，对压力变送器的参数按顺序进行设置，如表3所示。

5控制层软件设计

5.1PLC软件设计

S7-200系列的编程软件V4.0STEP7MicroWINSP9对系统进行编程，编程设计分为压力变送器启停、手自动调频切换、压力变送器模拟量输入、电磁流量计模拟量输入、功率变送器模拟量输入、PLC给压力变送器输出模拟值、根据压力值进行多段调速等部分。地址变量分配如表6所示。

5.2MCGS软件设计

实验台采用型号为TPC7062的昆仑通态的触摸屏，组态软件为MCGS嵌入版组态软件。MCGS具有解决实际工程问题的完整方案和开发平台、完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能[3]，组态软件设计需要的数据变量及连接的PLC地址变量见表7。

5.3PLC与触摸屏的通讯

组态软件之所以能实时监控水泵实验台的动作，是因为PLC与MCGS之间进行了通信，这一功能靠设备窗口组态来实现。本系统的设备组态如图5所示。shou先，在设备工具箱中选择通用串口父设备并添加西门子S7-200PLC。然后，在通用串口父设备下进行设备属性编辑，#后，在S7-200PPI下进行通道连接[4]。

5.4触摸屏界面设计

根据实验的要求，设计了以下3个实验：利用PLC，给定频率值，测量管网压力值与流量值；利用电位器调频，测量管网压力值与流量值；通过调频来测量水泵电机消耗的功率值。图6、图7为触摸屏界面。

6结语

现阶段人们已经认识到优化水泵的节能效果、减少电能损耗、提升水泵利用效率以及优化空调系统整体供水质量的重要性，本实验台通过初期管网的自主设计、设备的选型、硬件的接线、程序的顺序控制等工作，设计出3个实验方案，将PLC、压力变送器、触摸屏（HMI）及传感器这些技术引入实验教学中，结合节能降耗的专业理念，使学生掌握简单的控制系统的设计方法，培养学生自主学习、分析、解决问题的能力，#终达到融会贯通，也使学生的实践能力得到较大的提升，对专业建设、学生就业起到强有力的推动作用。