论文发表

机械工程论文：基于PLC一体机的空气压缩机余热回收控制系统方案
 

摘 要：本篇机械工程论文结合中小型企业的实际情况，采用PLC一体机系统作为控制系统，基本实现了设计成本低、控制可靠、系统维护方便、节能效果明显等几个方面的设计要求。空气压缩机余热回收是一项高效环保的余热利用技术，它将空气压缩机运行时产生的废热收集用于加热水，将这些热水用于生产和生活,经济效益十分明显。同时进行热交换后，空气压缩机工作温度的降低，延长了设备的使用寿命。
 

关键词：PLC一体机;空气压缩机;余热回收;节能环保
 

1. 前言

空气压缩机广泛应用于工业生产的各个领域。空气压缩机工作中提高空气压力的同时，也产生了大量的压缩热。有资料显示，在空气压缩过程中，真正用于工作的的 电 能消 耗 在 其 总 耗 电 量 中 只 占 约15% ，大约 85% 的电能转化为热量成为废热被浪费掉。[1]将这些余热回收再利用，可以促进能量损耗的减少，能给企业带来巨大的经济效益，也对环境保护做出了很大贡献，空气压缩机在余热回收过程中，进行热交换降低了机器工作温度，机器的故障率相对降低，机器使用寿命得到延长。因此空气压缩机余热回收有着广阔的市场前景，是一个十分有价值的研究方向。本项目从中小企业的出资少、效果明显、维护方便等实际需求出发，选用PLC一体机系统作为控制核心，建立了触屏、上位机系统、PLC控制为一体的集成控制系统，以空气压缩机的工作温度及水温为主要控制参数，实现了项目建造成本低，控制高效可靠的余热回收系统。
 

2. 系统方案与原理

空气压缩机工作主要是提供具有一定压力的压缩空气，用于生产。在连续工作过程中，机器自身、机油、油气都会产生很高的热量，而空气压缩机必须在规定的工作温度范围内工作，高于规定工作温度就必须散热，传统散热方法是单纯利用风机散热，热量就随风机排放到周边环境中，但研究发现这部分热量的90%理论上可以回收利用的。因此开发余热回收系统变得非常有意义。
 

系统采用两个循环换热路线，一，将空气压机的油管和油气管与回收机的进油口连接。储水箱的出水口与回收机的进水口连接。在回收机中完成空压机与储水箱冷水的热交换，回收空压机余热。二，在储水箱中的热水达到中水位时会将其输送到保温水箱中，热水箱能够检测水温，按要求将相应水温的热水分别输送到连锅炉补充水、采暖用水、生活用水以及工业热水接口。见图1所示。
 

循环水箱内，安装有低、中、高水位感应液位开关及温控传感器。所采集的数据信号会通过连接传送到余热回收机控制器相应的端口，作为PLC一体机控制的主要参数。

图1 系统流程图
 

3. PLC一体机在余热回收机的控制原理
 

3.1控制器控制逻辑

根据企业实际的需求，将控制系统分为加热模块、补水模块、散热模块、热水供应模块，四个独立模块，开机后每个模块运行条件满足时，自动运行，某个模块出现故障时，若其它模块运行条件满足，其它模块将独立运行。各模块工作是依据温度设定值和水位传感器设定值为判断条件。在保证空压机在正常运行状态下，利用余热对循环水进行加热，输送给用户。保证系统运行的，有散热和补水两个辅助模块。见图2所示。

图2 控制系统流程图

3.2上位机设计方案
 

P L C 一 体 机 集 触 摸 屏 显 示 和 P L C 控 制 于 一体 的 高 度 集 成 的 产 品 。简言之，就是将上位机与下位机集成的产品。它 常 规 有 触 摸 屏 U S B 编 程 口 和 P L C 编 程 口 ( 232 )， 另 触 摸 屏 和 P L C 分 别 有485/232通 讯 口 可 选 。触 摸 屏 支 持 W I N C E 系 统 ， 方 便 客 户 操 作。兼 容GXDeveloper8。P L C 兼 容 三 菱 8.86/8.52以 及 以 下 版 本 编 程 软 件。模 拟 量 的 采 样 周 期 可 以 自 行 设 定 。模拟量的采样周期可以自行设定。D8050-D8062分别作用于D8030-D8042。以AD0为例，模拟量输入的采样时间计算方法为，D8050*PLC的扫描时间。如果设置D8050为1，则一个PLC扫描周期采样一次，且刷新一次D8030中的值。设定范围是1-32767。D8050 的值设定值与结果数值稳定性成正比。
 

P L C一体机 模 拟 量 输 出 直 接 给D8080-8087 寄 存 器 赋 值 即 可 。触 摸 屏 和 P L C 都 可 特 殊 加 密 ， 保 护 使 用 者 的 劳 动 成 果 。本系统PLC编程采用GXDeveloper8指令，在梯形图程序控制中，对于温度模拟主要用数据寄存器D，进行接收外部温度传感器的模拟量，把温度传感器的信号端接入PLC一体机的AD0输入端,另外一端接入模拟量输入端口的GND 。当PLC 运行时,AD0对应的数据寄存器D8030的数值传送给D0,再对D0进行除法运算,结果D10就是实际的温度值;梯形图中，也可以直接对D8030的值进行除法运算。当输入是4-20mA或0-20mA模拟量时，实际模拟量值=寄存器读数/200;当输入是0-10V模拟量时，实际模拟量值=寄存器读数/400;当输入是温度时，实际温度值=寄存器读数/1000。由于篇幅原因，梯形图不在此展开讨论。