2020年高温泵水温控制系统研究论文

高温泵水温控制系统的研究论文随着中国工业化进程的迅速发展，高扬程高速泵已广泛用于输送高温介质。 像核电站水泵一样，一般在高温高压条件下工作，其性能和运转可靠性直接影响核电站的能力和安全1-3。 出厂前必须对这个泵进行试验。 传统的泵控制系统主要由继电器控制线路组成，存在很多不足，本文采用PLC控制提高了系统的自动化水平。 与传统的水泵微机测试系统相比，处理速度快，精度高，抗干扰性高，实时控制性好4-5。 本文以某企业具体横向课题为研究背景，采用S7-300PLC核心控制系统实现高温离心泵闭式管路试验，主要分析温度控制系统，在控制中采用阶段性的PID控制方法，调用FB43功能块，将连续变化的模拟输出作为周期性输出的路径被试验泵是高温泵，进行闭式管路试验时需要将储水箱内的水温加热到规定的值。 本试验加热装置是内置在罐体底部的加热棒。 控制系统以S7-300PLC为控制模块，上位机以易控制设定软件为监视平台，主要进行人机界面的设置和泵的性能分析。 用PT100温度传感器进行温度收集，温度信号经由压力变送器传输到PLC的模拟输入模块SM331，经过PLC滤波处理得到实际的温度值，作为过程变量PV进行以下计算。 利用设定温度值SP和过程变量PV的偏差进行PID运算，将PID运算结果以周期性的脉冲串输出到固态继电器，用固态继电器控制加热装置，控制过程整体构成闭环控制系统。 PLC以从模拟收集模块SM331反馈的实时温度PV取得偏差值ER，偏差用PID调节器进行运算并输出，控制加热装置的加热时间，以克服偏差，使偏差接近0，温度控制框图示于图1。 PID输出是模拟的，加热装置的开关是开闭量，在试验中，PLC调用FB41功能块进行PID运算，调用脉冲宽度调制器FB43，FB43的脉冲发生器(PULSEGEN )与FB41的连续调节控制器(CONT_C )相同FB43的脉冲发生器通过调制脉冲宽度，将其输入变量“INV”(=PID控制器的输出)变换为一定周期的脉冲串，将连续变化的模拟变换为周期脉冲串，可以用固态继电器实现加热装置的开关控制。罐体只有一个温度传感器，受到外部的温度变化和硬件自身的精度等的影响，收集温度信号作为过程变量值是不正确的。 本实验采用平均滤波方式保证了正确性。 程序中每50ms取温度值，按顺序排列，依次取10个数值，去除最大的最小值，把剩馀的平均值作为实际的温度值。 平均滤波器部分程序包括VAR_OUTPUTPIW_OUT:REAL； end _ var var _ tempend _ varvarvarpiw _ in _ real:real； DATA_STORE:ARRAY0.9OFreal； F_COUNT:INT； total _ data:real end _ var total _ data:=0.0； PIW_IN_REAL:=PIW_IN； forf _ count:=0to8by1do数据_ store f _ count :数据_ store f _ count1； END_FOR； DATA_STORE9:=PIW_IN_REAL； forf _ count:=0to9by1do total _ data:=total _ data _ store f _ count ； 结束_ for。PID控制规则通过比例(p )、积分(I )、微分(d )的计算得到输出结果，如果PID的微分部分为0，则PID控制为PI控制。 本文的温度控制系统采用PI控制。 在温度控制过程中，设定比例系数和积分时间常数时，过冲量太大或调节时间太长，很难找到合适的比例系数和积分时间。 在引入分段PID控制时，比例系数和积分时间为变量，而不是使整个控制过程为固定值。 设定值(SP )和过程变量(PV )的偏差大时，适当地增强比例和积分作用，在短时间内迅速增加PID输出的偏差小时，适当地减弱比例和积分作用，在使PID输出减速的偏差小时，进一步减小比例和积分作用，进一步减慢PID的输出加速度。 该控制过程在偏差大时加快升温速度，在偏差小时避免了过冲，大大提高了系统整体的控制性能6。 按照上述控制构想，将PID分成了3段。 程序编制时，根据系统的状况，分段点以偏差值为基准，偏差值等于偏差值ER除以设定值SP的值。 偏差率大于50%情况下，比例系数和积分时间分别为gain1和TI1，偏差率为50%20%时的比例系数和积分时间分别为gain2和TI2 . 比例系数和积分时间的具体数值通过多次实验进行了总结。本闭式管路系统需要试验4种不同规格的泵，4种泵的管径分别为DN15、DN25、DN50、DN100。 试验的过程是，当罐内的水温达到设定值时，首先打开对应的配管阀，然后再打开被试验泵马达进行试验。 由于加热罐是密闭罐，所以管路中的水温相对于加热罐的水的温度非常低，在被试验泵最初运转时，随着管路中的水循环进入加热罐，罐内的水温急剧下降，管径不同，下降幅度不同，管径越大下降幅度越大。 在管径DN100的被试验泵初次运转时，检测到罐内温度约15左右，管径DN50约10左右，管径DN25约7左右，DN15管路的水温不太降低，用正常的PID调节即可。 针对上述问题，为了加快升温速度，尽早向程序导入加热补偿的方法，具体地说，在被试验泵打开之前，在打开阀的时候进行加热补偿，如DN100管路那样，在将补偿输出设为20%的情况下，如果正常的PID的输出为20%，则将两者加在一起也就是说，在温度急剧下降之前进行加热补偿，充分利用了该时间差。 检测到罐内的水温和设定温度值之差在2以内时，停止加热补偿，进行正常的PID调节。 根据PID调节器的输出动作模式可知，PID输出为0%100%中的任一值，加上补偿，可能超过100%，为此，将两者的和限幅为100%。 早期加热补偿与通常不进行补偿的调节相比，加热速度显着提高。FB43通过调用功能块，将PID模拟输出转换为周期性的脉冲串输出，控制加热装置的开关。 分段PID控制方法的应用提高了系统控制性能的快速加热补偿提高了加热速度，具体补偿量是基于目前多次尝试得到的，后续研究可以进一步进行理论验证，寻找更合适的方法。1朱祖超.高温高速离心泵的开发J .动力工程，2000，2 (1):576-5792沙玉俊、刘树红、吴玉林等.平衡孔对高温高压离心泵性能的影响研究J .水利发电学报，2012，31 (6):259-2633马宗毅，曾介绍稳定.基于PLC的液体混合加热温度控制系统设计J .软件开发和应用，2017(12):107-1094钱磊、张萌.浅析S7-200PLC泵测试控制系统的设计创新J .工程技术和产业经济，2010(4):265吴登昊、王洋. PLC的水泵测试控制系统设计