液體壓力能量回收裝置試驗測試系統(tǒng)研究

馮謀

(石家莊市橋東污水治理工程籌建處,河北石家莊 050018)

液體壓力能量回收裝置試驗測試系統(tǒng)研究

馮謀

(石家莊市橋東污水治理工程籌建處,河北石家莊 050018)

針對液體壓力能量回收裝置的缺陷,設(shè)計了液體壓力能量回收裝置試驗測試系統(tǒng),開發(fā)了以PLC為核心的電氣控制系統(tǒng),編制了基于組態(tài)王的人機(jī)交互系統(tǒng),通過對液體壓力能量回收裝置的實驗測試,可以有效地發(fā)現(xiàn)裝置存在的問題,進(jìn)而加以改善,節(jié)約人力物力,取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

液體壓力能量回收裝置 PLC 組態(tài)王

隨著工業(yè)化產(chǎn)業(yè)大規(guī)模增長，能源的合理利用也越來越被人們重視。液體壓力能利用裝置也越來越多的投入到煉油、天然氣、煤化工、化肥和水處理等行業(yè)中，并取得了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，為國家節(jié)約了大量的能源[1]。然而液體壓力能利用裝置一般體積比較龐大，制造工藝和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣，因此我們需要一種試驗檢測系統(tǒng)來檢測裝置的耐高壓性能、運(yùn)行穩(wěn)定性和能量回收效率等重要參數(shù)。

1 液體壓力能量回收裝置的工作原理

容積式液體壓力能量回收裝置工作時，壓力交換在液壓缸腔室內(nèi)完成，液壓缸內(nèi)有自由活塞隔離貧液和富液，排液時高壓富液推動活塞上行，將貧液加壓后進(jìn)入工藝環(huán)節(jié)[2]。若忽略活塞的摩擦， 理論上能量傳遞效率可達(dá)100%， 實際上可達(dá)90%左右。容積式液體壓力能量回收裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。(請與標(biāo)題表述相一致)

2 液體壓力能量回收裝置試驗測試系統(tǒng)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

液體壓力能量回收裝置試驗測試系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由低壓罐、泵、單向閥、截止閥、電動閥、壓力傳感器、流量傳感器、穩(wěn)壓罐和耐高壓管道等組成。試驗測試系統(tǒng)通過給料泵、高壓泵和增壓泵的運(yùn)轉(zhuǎn)以及各個閥門的通斷來模擬現(xiàn)場工作環(huán)境和實現(xiàn)液體壓力能利用裝置的工作。

圖1 容積式液壓裝置

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

試驗測試系統(tǒng)可以通過給料泵、高壓泵、壓力傳感器以及變頻器控制液體壓力能利用裝置各腔體內(nèi)的壓力，來檢測液體壓力能利用裝置的性能，檢測項目主要包括：能量回收裝置耐高壓性能，能量回收裝置內(nèi)部泄露、滲透及密封元件性能，能量回收裝置能量交換效率，壓力和流量改變工況時的運(yùn)行穩(wěn)定性，液體余壓能量回收裝置自控系統(tǒng)的性能。

2.2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

為了能夠能夠準(zhǔn)確試驗檢測液體壓力能利用裝置的耐高壓、運(yùn)行穩(wěn)定性以及能量回收效率等參數(shù)，試驗檢測系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)采用了工控機(jī)、PLC、擴(kuò)展模塊、觸摸屏、變頻器、接觸器等硬件以及組態(tài)王和SIMATIC WinCC flexible等軟件，用于實現(xiàn)液體壓力能利用裝置的壓力、流量以及各個供料泵的頻率、電流等數(shù)據(jù)的實時采集和監(jiān)控[3]。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

本試驗檢測系統(tǒng)工作過程中，由于結(jié)構(gòu)都是管道和液壓缸組成，而且模擬高壓生產(chǎn)工藝，壓力是很重要的參數(shù)。壓力控制的準(zhǔn)確性和速度是至關(guān)重要的，包括模擬生產(chǎn)工藝的壓力、能量回收裝置的進(jìn)出口壓力等。本系統(tǒng)選擇采用PID控制，PID的控制精度和魯棒性都比較好，適合本系統(tǒng)對壓力控制的要求。

圖3 主控界面

圖4 設(shè)備界面

2.3 人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計本系統(tǒng)選用組態(tài)王做人機(jī)交互系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點。

試驗檢測系統(tǒng)的人機(jī)組態(tài)界面主要有系統(tǒng)工藝運(yùn)行主控界面、設(shè)備界面、參數(shù)界面和實時趨勢曲線界面等。在建立組態(tài)王界面之前，首先要在數(shù)據(jù)庫中建立于PLC的各個點相對應(yīng)的I/O變量和組態(tài)自身作為中間變量的內(nèi)存變量，再根據(jù)系統(tǒng)的控制要求和人機(jī)交互要求，編制人機(jī)交互界面，再進(jìn)行程序語言的編制[4]。通過上述的工作就可以通過組態(tài)王建立的人機(jī)交互系統(tǒng)對實驗測試系統(tǒng)的工作進(jìn)行控制和實時監(jiān)控了。

主控界面監(jiān)控的是整個試驗檢測系統(tǒng)的運(yùn)行情況，從主控界面可以直觀的通過人機(jī)界面反應(yīng)現(xiàn)場的運(yùn)行情況，包括各個泵的運(yùn)行情況、電磁閥的情況、液壓缸活塞的運(yùn)動、各個部位的壓力和流量等等。其主控界面如圖3所示。

試驗檢測系統(tǒng)除了主監(jiān)控界面可以監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，還可以通過設(shè)備界面更加直觀的監(jiān)控系統(tǒng)中各個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，將現(xiàn)場的設(shè)備狀態(tài)顯示到人機(jī)界面上。組態(tài)的設(shè)備界面如圖4所示，方便工作人員及時掌握設(shè)備的運(yùn)行技術(shù)狀態(tài)，對系統(tǒng)的工作狀態(tài)有更深入的了解。

3 結(jié)語

本文對容積式能量回收裝置的結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行了研究分析，設(shè)計了液體壓力能量回收裝置試驗測試系統(tǒng)的工藝流程，設(shè)計了電氣控制系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)，實現(xiàn)對試驗測試系統(tǒng)的控制。通過控制系統(tǒng)各個泵的轉(zhuǎn)速來模擬生產(chǎn)工藝，對能量回收裝置進(jìn)行實驗測試。

[1]鞠茂偉,常宇清,周一卉.工業(yè)中液體壓力能回收技術(shù)綜述[J].節(jié)能技術(shù),2005(6)：518-521.

[2]江祖德,曹志錫,何少勇等.自由活塞式液壓能量回收機(jī)的研制[J].中國工程機(jī)械,1995,6(4)：49-52.

[3]詹素華,王君儒.PLC在熱泵自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].集美大學(xué)學(xué)報,2001,9(3)：233-237.

[4]馬龍博,鄭建英.基于組態(tài)王和VB的智能儀表實時監(jiān)控系統(tǒng)[J].自動化儀表,2008(8)：32-34.

馮謀(1978—),男,河北石家莊人,工程師,從事機(jī)電控制自動化研究工作。