基于PLC喷雾降温控制系统设计

基于PLC喷雾降温控制系统设计

摘要：

这些年来，由于温室效应这一现象的日益严峻，我国部分地区的夏季雨水稀少，高温，空气干燥，空气湿度低等现象普遍存在，给人们的日常生活以及劳动生产等方面带来较多麻烦。部分企业在生产开发的过程中增加冷却成本，给生产者带来极大负担。而喷雾冷却控制系统是专门为干旱地区的环境冷却设备开发的一项系统。它具有能耗低，无污染等优点，具有广泛的推广价值和发展潜力。本文结合某公司合作展开的煤制液煤化工项目，对实现相关系统喷雾冷却自动化控制的关键技术进行了较为深入的剖析和探究。

通过选择S7-200PLC作为中央控制器，触摸屏作为主机，模块配置结合控制点数量，以及选择温度，压力，流量传感器和液位开关等仪器，进行电气设计解释过程，完成最终目的，即冷却控制系统的硬件设计。另通过对喷雾冷却详细过程的剖析，以完成喷雾冷却自动控制系统的相关软件设计。另一方面再使用PLC编程软件来编辑符号表以及设计控制系统程序。本控制系统的主机监控屏幕是采用EB8000软件设计而成的。最后，当确保所有环节没有疑问后，对开发系统进行调试及测试，检查是否能成功运行并投入使用。

此次项目开发的控制系统主要适用于高温干燥缺水地区，主要作用在于降低各个工厂的环境温度，为生产和开发提供基础的环境保障，其具有自动化程度高，控制准确，节约水资源的良好优点，能有效降低工作环境的温度，提高空气湿度，保障生产环境稳定，减少操作员工的工作量。此系统具有优异的控制性能和极高的性价比。

关键词：喷雾降温；PLC；PID控制；触摸屏；自动控制

Based on PLC spray cooling control system design

Abstract:

Over the years, due to the increasingly severe phenomenon of the greenhouse effect, some parts of China's summer rain is scarce, high temperature, dry air, low air humidity and other phenomena are common, to people's daily life and labor production and other aspects of more trouble. Some enterprises increase cooling costs in the process of production and development, which brings great burden to producers. Spray cooling control system is a system developed specifically for ambient cooling equipment in arid areas. It has the advantages of low energy consumption and no pollution, and has a wide range of promotion value and development potential. In this paper, combined with a company's cooperation in coal-based liquid coal chemical projects, the key technologies to achieve the relevant system spray cooling automation control have been analyzed and explored in depth. By selecting the S7-200PLC as the central controller, the touch screen as the host, the module configuration combined with the number of control points, as well as the selection of temperature, pressure, flow sensor and level switch and other instruments, the electrical design interpretation process, to complete the ultimate goal, that is, the cooling control system hardware design. In addition, through the analysis of the detailed process of spray cooling, the software design of spray cooling automatic control system is completed. On the other hand, PLC programming software is used to edit symbol tables and design control system programs. The main monitoring screen of this control system is designed with EB8000 software. Finally, after ensuring that all aspects are in doubt, debug and test the development system to see if it can run successfully and be put into use. The control system developed by this project is mainly applicable to high temperature dry water shortage area, the main role is to reduce the environmental temperature of each plant, to provide the basic environmental protection for production and development, it has a high degree of automation, accurate control, save good advantages of water resources, can effectively reduce the temperature of the working environment, improve air humidity, ensure the stability of the production environment, reduce the workload of operating staff. This system offers excellent control performance and a very high price/performance ratio. 

Keywords: Spray cooling; PLC; PID control; touch screen; automatic control

目录

第一章：绪论 4

1.1学科研究的背景和意义： 4

1.2国内外研究现状： 4

1.2.1家用喷雾冷却的发展现状： 4

1.2.2国外关于相应方面的具体的状况： 5

第二章喷雾冷却系统 6

第三章喷雾冷却系统的硬件设计 12

3.1核心硬件要求 12

3.2下位计算机的设计与挑选 12

3.2.1PLC系统分析 12

3.2.2PLC模块配置 12

3.2.3 相应地址的分配和配置 12

3.3传感器设计与选择 14

3.3.1压力传感器的选择 14

3.3.2环境具体量值分析设备的选择 16

第四章喷雾冷却控制系统的软件设计 19

4.1 STEP7-Micro / Win编程软件简介 19

4.2 系统控制过程 20

第五章系统调试与试运行 23

5.1开机之前的检测 23

5.2系统上电调试 23

5.2.1在线调试 24

5.2.2空载试运行 24

5.3本章小结 24

致谢 25

参考文献 26

第一章绪论

1.1学科研究的背景和意义：

由于近年来全球温度普遍升高，加上生产设备运行过程中产生的热辐射，夏季持续高温的现象变得越来越普遍。化学生产环境中的温度通常接近40°C，甚至超过40°C。操作人员的身体会带来不适，此种不适会影响到生产的效率以及最终成品的质量并。因此，改善工作环境已成为许多行业必须解决的问题。但是，在许多环境问题中，最难以解决的是大规模的户外化学品生产环境。化工生产在我国工业中占有重要地位，随着科学技术的不断创新和发展，化工生产越来越明显。重要的。在生产过程中，反应设备和管道是化学生产的必要设备，存在副反应，物化反应，生化反应，相变过程等，其中一些化学反应会发热。在许多化工厂中，生产设备通常在高温和高压下运行，并且空气中经常有易燃气体和爆炸性气体。在生产过程中必须确保生产设备和操作人员的安全。但是，化工厂通常建在远离居民的地方，周围是空的，没有遮阳设施。在设备占用空间较大的室外环境中，普通空调无法达到降温的目的。因此，有必要设计一种节省能源并可以有效降低室外环境温度的控制系统。目前，喷雾冷却技术在较大的室外空间中的应用相对较少，主要集中在农业温室，灭火系统，食品储藏和运输以及建筑物建筑环境的冷却中。例如，在副食品的生产行业中，应采取措施防止潮气根据喷雾冷却的原理，水雾被用作存储食物的冷却介质。喷雾技术首先用于在干燥气候下需要加湿的消防和工业场合。近年来，它已逐渐应用于室外或半室外高温环境的调节。与室内温度调节的区别在于室外空间是开放的。在该空间中，空气流通比较好，可以消除喷涂过程中产生的水分，不会出现雾滴凝结的现象。

1.2国内外研究现状：

1.2.1家用喷雾冷却的发展现状：

目前，喷雾冷却技术已在我国各个领域得到应用。在不同的应用行业中，研究人员取得了自己的成果。

（1）在喷雾冷却设备的研究中：吴玉杰，陈晓静等人研究了前喷雾加湿风扇的冷却效果，最终发现该风扇的冷却效果要好于传统喷雾风扇。如果在气候干燥的地区使用，效果会更好。黄晓庆等人对喷雾冷却设备中的喷嘴进行了研究，建立了喷雾压力与喷嘴流量之间的关系，分析了不同类型喷嘴的冷却效果，并研究了不同喷嘴的布局。得到了位置喷嘴的冷却特性和传热性能，传热与辐射的关系以及空气阻力与冷却范围的关系，最后通过数据拟合的方法获得了接触系数与空气质量的关系。空气流速与水蒸气比之间的关系。

在喷嘴液体雾化的特性方面，改良设计和位置布局研究。著名机械领域专家对喷枪的放射范围和冷却性能进行了探究，主要目的是测量液体液滴直径的大小，研究水转化为液滴的过程，喷枪的形态以及喷雾压力对冷却的影响。而另一部分领域专家对世博轴线的喷雾冷却设备进行了大量研究。其在世博展览会的天窗上安装了一个机械液体雾化喷嘴，可以使用高压喷雾。主要研究在相同的压力下不同的安装位置的喷嘴的冷却效果，至此，冷却设备计划已优化。通过测试，该方案可以将温度降低1〜2°C。但随后科研人员又发现，由于缺少实际准确测量的经验，加上太阳辐射，温度和湿度，风速和风向的变化等，现场无法控制的参数使测量结果不理想。王锡文选择了喷雾系统的多个点进行研究，在对这些不同点的冷却效果进行了大量的比较之后，发现喷雾冷却系统的热湿交换率不是很高，最后提出采用多点喷淋结合管道喷淋的方法，提高了空气交换效率。

（2）喷雾冷却技术在不同场合的应用研究：赵德令等。将喷雾冷却方法与其他几种冷却方法进行了比较，并提出喷雾技术的冷却效果会更好。朱Mao等。内部高温烟气采用喷雾冷却方式降低烟气温度，既解决了烟气温度高的问题，又有效地净化了烟气。研究人员YangYang等人在世博会轴线上进行了多次喷雾冷却实验。研究发现，在2010年7月至9月的上海世博会期间，天气炎热，上海的湿度过高，人群密集，为了给游客提供良好的环境，世博会的组织者对人口稠密的地区采取了措施。采取了喷雾降温措施，实际运行结果证明了喷雾技术改善露天环境温度的可行性。ChenYao等人设计了一种喷雾冷却系统，以改善大型发电厂中空气冷却器的热交换效果，其冷却效果已经进行了许多实验，通过数学方法来分析喷雾冷却系统的实际效果。实际运行数据表明，喷雾冷却系统有效地提高了空气冷却器的换热效率，可以大致控制喷雾用水量。

1.2.2国外喷雾冷却的发展状况：

国外对喷雾冷却技术的研究也取得了一定的成果。内山市调查了火车站月台拥挤区域的喷雾情况。调查结果表明，当外部温度为34°C时，在使用喷雾冷却温度的区域内温度会下降1-2°C。冷却后，人们的舒适度有所提高，但只有个人感到空气潮湿，因此喷雾冷却技术要解决的关键问题是如何提高冷却效果，降低空气湿度。FerngYuh-Ming等。使用流体学知识来研究液滴直径不同时的灭火效率。他们发现液滴直径相对较小，并且产生了细水雾主要具有吸热，升华和隔离气体的作用。如果减小，则液滴直径的影响将更加显着，并且当液滴直径相对较大时，液滴直接决定灭火效果的程度；SivanandSomasundaram和其他人已经对配备电子设备的喷雾冷却设备进行了研究。序贯函数法用于提高冷却效果。KimSC等。对影响喷雾冷却的环境因素进行了数值模拟分析。他在密闭空间的灭火系统中使用了喷雾冷却技术，建立了系统模型并进行了模拟测试。

上面的描述表明，在现有的研究中，很少有关于提高喷雾冷却效果的分析和研究，并且关于自动喷雾冷却控制的设计和研究也很少。它表明喷雾冷却自动控制系统的设计和实践尚处于起步阶段，导致喷雾冷却技术无法充分发挥其预期的冷却效果。

从国内外喷雾冷却的发展状况可以看出，目前使用的喷雾冷却系统并不完善。例如，调整喷水量需要手动控制变频器以改变喷水泵的速度，尽管这被称为智能喷水系统。但是，在喷雾冷却系统的工作期间，要求操作员值班。大多数喷雾系统不具有精确控制喷雾水量的功能。他们仅利用他人的经验或操作员的长期积累经验来控制喷水量。没有特定的模型和合理的计算方法，因此喷雾冷却过程会引起问题。必要的浪费，以及对冷却温度的控制不够精确，过多的喷水现象经常导致水的沉积，给人们带来很多不便。另一方面，这浪费了水资源并增加了运营成本。

因此，当前的喷雾冷却系统具有能耗大以及温度和喷雾水量控制不准确的缺点。设计一个控制系统以节省能源并有效降低环境温度是非常必要的。本文对XX集团煤改液煤改液项目的喷雾冷却控制系统进行了研究。

参考文献

[1]周永益.联邦德国高炉炉顶泥处理新工艺[J].  上海金属(钢铁分册). 1988(02)

[2]奚同庚.转眼高炉顶破天[J]. 诗刊. 1959(03)

[3]邹忠平,谢皓,王刚.高炉炉顶温度偏低的原因及解决途径[J]. 炼铁. 2017(01)

[4]高贤芳.高炉无钟炉顶改造实践[J].  科技创业家. 2013(16)

[5]谢振远,胡永成,雷锐戈,常兴辉.双钟四阀式炉顶的设计缺陷及改进方案[J].  炼铁. 2002(06)

[6]胡德山.  铝镁铬质炉顶砖的使用[J].包钢科技. 1994(02)

[7]王翰芝.铁壳不烧镁铝平炉炉顶砖[J]. 鞍钢技术. 1965(01)

[8]杨建中.浅谈高炉炉顶温度的控制[J].  河北冶金. 2013(04)

[9]朱辉明.平炉炉顶补修[J].  鞍钢技术. 1978(02)

[10]丁超.  耐热混凝土预制块炉顶结构的改进[J].钢铁. 1982(12)