馮學(xué)勝， 宋成波

（山東同圓設(shè)計集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引 言

燃油是非可再生資源，現(xiàn)已成為全球性的重要資源，世界上許多矛盾都是由燃油引起的，其重要性不言而喻，一旦沒有燃油后果可想而知，這就要求合理利用燃油。

汽車是人類主要的交通工具之一，發(fā)動機(jī)是汽車的心臟，發(fā)動機(jī)技術(shù)歷來是汽車制造商的主攻目標(biāo)［1－3］。為了確認(rèn)出廠前發(fā)動機(jī)的質(zhì)量與性能，啟動發(fā)動機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下加上一定的負(fù)荷，檢驗發(fā)動機(jī)的性能，此試驗稱為熱試。既然是熱試就需要能量，而能量的來源就是燃料的燃燒。最初采用的燃料是貴重的燃油，但由于燃油成本高，所以迫切需要一種替代品。

隨著人們的不斷探索和努力，乙二醇可以用來代替燃油作為熱試燃料進(jìn)行發(fā)動機(jī)的性能檢驗。乙二醇與燃油相比，具有可再生性、易生產(chǎn)、易獲得、成本低等特點，因此，用乙二醇來代替燃油設(shè)計發(fā)動機(jī)熱試線乙二醇循環(huán)控制系統(tǒng)具有相當(dāng)重要的意義［4－5］。

1 循環(huán)系統(tǒng)工藝過程

循環(huán)系統(tǒng)主要由混合過程、加熱過程、循環(huán)過程、沉淀過程和凈化過程5個過程組成。其工作順序如圖1所示。

圖1 循環(huán)系統(tǒng)工藝過程

混合過程是將乙二醇液體與自來水以一定的比例進(jìn)行混合，使混合后的乙二醇液能夠滿足發(fā)動機(jī)熱試所要求的燃料要求。加熱過程是通過夾套對混合槽內(nèi)的混合液進(jìn)行加熱，使混合液具有一定的溫度以便進(jìn)行發(fā)動機(jī)熱試。循環(huán)過程是將配比好的乙二醇混合液以一定的壓力送到發(fā)動機(jī)的熱試線上，供熱試使用。該過程使用了3個循環(huán)泵，根據(jù)實際壓力的需要，以恒定的壓力給熱試線提供乙二醇混合液。

由熱試線循環(huán)回來的乙二醇混合液作為回流液流回沉淀槽進(jìn)行沉淀處理，此過程為沉淀過程。沉淀處理后的乙二醇混合液通過加壓泵加壓，然后通過過濾器進(jìn)行兩級凈化，凈化后的乙二醇混合液流回混合槽，至此完成凈化過程。

2 循環(huán)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)采用S7－300PLC作為系統(tǒng)的控制器，主要控制混合過程和循環(huán)過程。

2.1 混合過程控制器設(shè)計

混合過程中要求乙二醇溶液與自來水按一定的比例進(jìn)行混合，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖中：Gc1，Ga1，Gp1，Gs1——分別為乙二醇溶液流量回路的控制器、執(zhí)行器、被控對象和檢測環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；

Gc2，Ga2，Gp2，Gs2——分別為自來水流量回路的控制器、執(zhí)行器、被控對象和檢測環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；

K——比例系數(shù)。

圖2 混合過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對于乙二醇溶液來說，流量閉環(huán)的設(shè)定值由觸摸屏（r1）設(shè)定，流量控制器Gc1根據(jù)設(shè)定值與檢測儀表所檢測到的反饋值Gs1進(jìn)行比較，通過PID算法計算出相應(yīng)的控制量來控制流量調(diào)節(jié)閥Ga1的開度，從而控制乙二醇溶液的流量；自來水流量閉環(huán)與乙二醇流量閉環(huán)類似，所不同的是自來水流量的設(shè)定值是根據(jù)乙二醇流量的設(shè)定值與比例系數(shù)相乘所得到的（r2）。

2.2 循環(huán)過程控制方案

為了提高產(chǎn)品的檢驗效率，整個系統(tǒng)不間斷工作，故循環(huán)過程中的3個循環(huán)泵采用循環(huán)軟啟工作方式。當(dāng)變頻泵運(yùn)行到工頻50Hz時，此時的實際壓力還沒有達(dá)到設(shè)定壓力，不是直接啟動另外一臺水泵，而是將當(dāng)前以變頻運(yùn)行的水泵直接切換到工頻方式運(yùn)行，以變頻方式啟動另外一臺水泵，以達(dá)到維持系統(tǒng)壓力恒定的目的。在切出水泵時，按照先啟先停的方式進(jìn)行，這樣的好處是機(jī)組中的每一臺水泵在工作中都被使用到，是按照大循環(huán)的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換的。水泵機(jī)組的電機(jī)在啟動時都是以變頻的方式進(jìn)行的，因此，啟動無沖擊，可有效防止水泵機(jī)組長期閑置而銹死的現(xiàn)象發(fā)生。

3 循環(huán)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件有PLC的編程軟件STEP 7V5.4，主要實現(xiàn)現(xiàn)場泵和閥的運(yùn)行；觸摸屏組態(tài)軟件MCGS主要是對現(xiàn)場的工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控［6］。

3.1 循環(huán)過程程序設(shè)計

根據(jù)循環(huán)軟啟的工作原理，3個循環(huán)泵的工作流程如圖3所示。

圖3 循環(huán)泵工作流程

3.2 觸摸屏組態(tài)軟件設(shè)計

觸摸屏組態(tài)主要針對混合過程與沉淀過程中的液位、溫度、壓力和一些泵、閥的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控［7－8］。具體組態(tài)畫面分別如圖4和圖5所示。

圖4 混合過程組態(tài)畫面

圖5 沉淀過程組態(tài)畫面

4 結(jié) 語

通過對發(fā)動機(jī)熱試線乙二醇循環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計，該控制系統(tǒng)能夠根據(jù)現(xiàn)場的工況自動控制生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能降耗和提高生產(chǎn)率的目的，在實際應(yīng)用中具有一定的實用價值和推廣價值。

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