PLC在NF-6风洞风机控制系统中的应用.pdf

P L C在 NF一6 风洞风机控制系统中的应用 姚凯 ， 高超 ， 何智 。 ， 贾 春 1 ． 西北工业大 学， 陕西 西安 7 1 0 0 7 2 ； 2 ． 陕 西科技 大 学， 陕西 咸 阳 7 1 2 0 8 1 Th e Ap p l i c a t i o n o f PLC i n t h e Fa n Co n t r o l S y s t e m o f NF一6 W i n d Tu n n e 1 YAO Ka i ， GAO Ch a o ， HE Zh i - - ． J I A Ch u n I 1 No r t h we s t e r n Po l y t e c hn i c a l Un i v e r s i t y， Xi ’ a n 71 0 0 7 2， Ch i n a； 2 ． S h a a n x i Un i v e r s i t y o f Sc i e n c e a n d Te c h n o l o g y． Xi a n y a n g 7 1 2 0 8 1， Ch i n a 摘要 介绍 了 P L C在 西北 工业 大 学 NF一6风 洞风机 自动控制 系统中应用， 阐述了系统的构成及 相应的功能， 并着重介绍 了防喘振和流量控制 2个 重- J r - 控 制 回 路 。 关键词 可 编程控 制器 ； 风 洞 ； 风 机 ； 回路控 制 ； 防喘振 中图分类号 TP 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 12 2 5 7 2 0 0 5 0 60 0 6 7一O 2 Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e a p p l i c a t i o n o f P LC i n NF 一 6 wi n d t u n n e l f a n a u t o c o n t r o l s y s t e m o f t h e No r t h we s t e r n Po l y t e c h n i c a l Un i v e r s i t y ．Co n f i g u r a t i o n a n d c o r r e s p o n d i n g f u n c t i o n o f t h e s y s t e m a r e g i v e n o u t ． At l a s t s u r g i n g p r e v e n t i o n a n d f l o w c o n t r o l a r e d i s c u s s e d i n d e t a i l ． Ke y wo r d s P LC； wi n d t u n n e l ； f a n； l o o p c o n t r o l ； p r e v e n t s u r g i n g 0 引言 西北工业大学 NF一6风 洞是 一个 增 压连 续式 跨音速回流风洞。风洞为水平 布置， 长轴 为 2 8 ． 5 m， 短轴为 6 ． 3 m， 马赫数为 0 ． 2 5 ～1 ． 2 ， 试验雷诺数 R 为 1 51 O ～ 2 3 1 O ， 最 大 工 作 压 力 为 0 ． 5 5 MP a 。其 主 要 的 动 力 系 统 是 Avg 02直 流 压缩 机[ 1 ] 。根据该风机的性能要求及整个风洞工艺要 求 ， 可设计一套基于 P L C的 自动控制系统L 2] 。 1 控 制 系统的构成 1 ． 1 防喘振控 制系统 喘振是一种使风机处于不稳定的工作状态。如 收稿日期 z o o 5 0 2 一 O 1 机械与电子1 2 0 0 5 6 果发生喘振 ， 风机和管网系统 中全部气体流量和压 力将周期性地低频率、 大振幅地上下波动， 同时机组 发生强烈振动， 进而导致风机损坏， 气体外漏而造成 严重事故。防喘振控制系统作用是在机组接近喘振 工况时 ， 立 即做 出行 动 ， 使 工况 点远 离 喘振线 ， 保 证 风机的正 常运行 。 1 ． 2风速／ 压力调节 系统 在 NF一6风洞实验过程 中， 需要对 风速和 压力 进行必要的调节来达到实验的要求。风速和压力的 调节 主要通 过风机的静叶角度的变化来实 现 。 1 ． 3润滑油控 制系统 润滑 油控 制系统 采用 2个互 为备 用 的油 泵 ， 当 主油泵油压低 于 1 5 0 k P a 、 油 温低 于 2 O ℃或 出现 故 障时， 自动启用备用油泵； 当油压高于 1 5 0 k P a ， 油 温高于 2 O ℃时， 主油泵正常运行， 同时可以手动操 作切换至备 用油泵 。 1 ． 4盘车控 制系统 机组 进行 盘车 的 目的 有 2个 方面 在 机组 启动 前， 先进行盘车操作， 让机组转子低速旋转， 检查机 组 内有无异 响 、 机 械碰撞 和摩擦 等不正常现象 ； 在机 组停机后 ， 转子处于热态 ， 为防止转子因重力作用产 生变形。盘车必须在润滑油压正常和主电机停止状 态下进行 。 1 ． 5 信号报警 及联锁系统 为了保证 N F一 6 风洞的安全运行 ， 信号报警及 联锁系统也是一个重要环节。其作用是对风洞实验 过程状况进行 自动监视 ， 当某些工艺参数发生异常 时， 采用声光报警的方式来提醒操作人员采取相应 的措施 。如果 实验 过程 中出现剧 烈 变化 ， 操 作人 员 来不及采取措施 ， 联锁系统就会启动 或关闭 某些 设备甚至 自动停机， 从而避免发生更大的事故 ， 保证 人身和设 备的安全 。 67 维普资讯 2 硬件的构成 硬件部分采用德国西门子公司的 S I ME N I c S 7 4 0 0系列 的 P L C， P L C的 C P U 选用 数字处 理能力 较强的 C P U 4 1 4 2 。其各个信号通道 的具体分布 如 表 1所示 。 表 1 风 机控 制 系统的信 号 通道 的 分布 种类 通道 点 内 容 开关量 的采集． 主电机、 润滑油泵 、 盘 车电 数 字 量 D I 。 8 譬 机 轴 承 运 行 状 态 以 及 风 洞 自 通道 o o cs 和 景 黎 蔫 薯 季 、 盘 车 电 机 3 软件 的设计 软件部分由上位机的监控组态软件和 S I MA T I C系列的 P L C编程软件组成。其中上位机的监控 组态软件采用西门子的 WI N C C 6 ． 0 ， P L C编程软件 采用西门子公司的 S T E P 7 ， 它是专 门为 S I MAT I C 系列 的 P L C设计 的。在 S TEP 7中可 以用标 准语言 梯形 逻辑 L AD 、 语 句表 S TL 或 功 能块 图 F B D 生成 S 7 程序 。本系统采用梯形逻辑图， 对数据的采 集 、 开机／ 停机联锁 、 回路控制和机组报警 进行设计 。 具体的程序流程图如图 1 所示。 图 1 风机控制系统的程序流程图 4 主要 的回路控制 系统∞ 4 ． 1 防喘振控制 系统 防喘振控制是 N F一6风洞风机控制系统非常 6 8 重要 的一 环 。在 防喘振 控制 系统 中， S V为经 温 、 压 补偿后 得到 的入 口流量再经折线 函数计 算 的值 ， PV 为风机 出 口压力 ， 当 P S V时 ， 即认 为喘 振 ， 应迅 速 打开防喘振 阀来 降低 出 口压力 ， 改变压缩机 工况 ， 向大流量 、 低压 比方 向移 动 ， 避免 喘振 产生 。 根据 N F一 6风洞本身的性能特性， 系统采用旁 路调节的方法实现防喘振控制[ 4 ] 。旁路回路是从冷 却引出， 在实验段后 的扩散段再引入。旁路是 由 2 根直径分别为 4 5 0 mm、 5 0 0 mm的管路组成。在旁 路 接近实验段处 分别设 有 防喘 阀 ， 在停 机 时 2个 防 喘阀都是打开着 的 。P L C控制器输 出的 2路 4 ～2 O mA信号分别控制 2防喘阀。当给定值大于设定值 时， 输出 2 0 mA信号； 当给定值小于设定值时， 输出 小于 2 0 mA信号， 调节防喘阀的开度。为了使防喘 振系统 更加 完善 ， 设计 中用 到 了 S I MATI C S TEP 7 自带 的 P I D算法功 能块 ， 并且加入了快开慢关功 能 。防喘振 控制系统流程 图如图 2所示 。 图 2 防喘振控制系统流程图 4 ．2 风速／ 压力调节 系统 风速和 压力 调节 回路 由 串级 控制 回路组 成 ， 如 图 3所示 。 P I D 塑 壁 丝 墨H 墨 垫 塑H 堡 垄堕 压力变送器 图 3风 速／ 压 力调 节 系统 流程 图 把温 、 压补偿后 得到 的入 口流量设 为测量值 ， 与 给定值的偏差经 P I D环节后输出 4 ～2 0 mA信号。 然后将信号送到静叶伺服控制系统，达到调节静叶 的 目的。 流量控 制系统需进一 步完善 ， 其措施 为 静 叶 自 动控 制及静 叶闭锁控制 ； 流量设定 的限幅功 能 ； 手 动 操作控制静叶开度； 限定静叶开度手动输 出的增加 值 。 5 结束语 本 系统 已投入运行 ， 运行情况 良好 ， 性能稳定可 机械 与 电子 2 0 0 5 6 维普资讯 扫描方式对熔融挤压快速成型影响的数值模拟 宋丽莉 ， 曹志清 ， 孙建平 北京化 工 大学， 北京 1 O O O 2 9 A Nu me r i c a l S i mu l a t i o n o f FDM I n f l u e n c e d b y S c a n n i n g Ty p e S ONG Li l i CAO Zh i q i n g 。 S UN J i a np i n g B e ii i n g Un i v e r s i t y o f C h e mi c a l Te c h n o l o g y ， B e i j i n g 1 0 0 0 2 9 。 Ch i n a 摘要 利用 AN S YS有限元软件 中的“ 单元 生 死” 技 术 ， 对 熔 融挤 压 快速 成 型 的成 型 过程 进 行 模 拟 。分析 了扫描方 式以及 长宽比对温度与应力分布 的影 响， 数值模拟 的结果与 实验现 象相符 ， 为合理 的 选择工艺参数提供 了理论依据。 关键词 快速成型 ； 数值模 拟； 单元生死 ； 温度 场； 应力场 中图分类号 TP 3 9 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 12 2 5 7 2 0 0 5 0 6 0 0 6 90 3 Ab s t r a c t By u s i n g t h e t e c h n o l o g y o f“ e l e me n t b i r t h a n d d e a t h ” i n t h e s o f t wa r e o f ANS YS， t h i s p a p e r d e s c r i b e s t h e p r o c e s s o f Fu s e d De p o s i t i o n M o d e l i n g ． Ac c o r d i n g t o t h e r e s u l t o f t e mp e r a t u r e a n d s t r e s s d i s t r i b u t i o n wh i c h i s i n f l u e n c e d b y t h e s t y l e o f s c a n n i n g a n d t h e l e n g t h wi d t h r a t i o， t h e r e s u l t i s a c c o r d a n t t o t h e e x p e r i me n t p h e n o me n o n， t h i s c a n s e r v e d a s a t h e o r e t i c a l l y b a s e f o r s e l e c t i n g t e c h n i c a l p a r a me t e r ． Ke y wo r d s r a p i d p r o t o t y p i n g； n u me r i c a l s i mu l a t i o n； e l e me n t b i r t h a n d d e a t h； t e mp e r a t u r e f i e l d； s t r e s s f i e l d 收稿 日期 2 0 0 5一O 1 2 O 1 数值 建模 1 ． 1 工 艺特 点 熔融挤压成型 F DM 是快 速成 型工艺 的一种 ， 它采用热熔 喷 头 ， 使 半 流 动状 态 的物 料按 C AD分 层数据控制的路径挤压， 并堆积在指定 的位置凝 固 成 型 ， 逐层 堆积 、 凝 固后形成整个 原型或零件 。其成 型过程 的基本特征 如 下 零 件 随喷头 的移 动不 断长 大； 喷头随时间移动 ， 其温度分布非稳态， 温度变化 大； AB S料丝在加工过程 中同时存在熔融态、 高弹 态和玻璃态， 材料非线性 ； 存在 2种主要传热形式， 即热传导和热对流 ； 由于在加工过程中存在相变及 加工过程的不均匀冷却， 使得加工结束后存在残余 应力和变形 。 1 ． 2 算法设计 描述快速成型加工中制品随时间不断增大的特 点 ， 采用了 A N S Y S软件中的“ 单元生死” 技术。即 将喷头没有扫到的单元“ 杀死” ，A NS Y S程序并不 是将“ 杀死” 的单元从模型中删除， 而是将其刚度 或 其它分析特性 矩阵乘 以一个很小的因子， 死单元的 单元载荷将为 0 ， 从而不对载荷 向量生效。同样 ， 死 单 元 的质 量 、 阻 尼 、 比热 和 其 它 类 似效 果 也设 为 0 值 。单元的应变在“ 杀死” 的同时也将设为 0 。当喷 头移动到先前被“ 杀 死” 的单元 时‘， 则 重新激 活该单 靠 ， 操作灵活方便。实践证明， 系统能够保证 N F一 6 风洞的安全正常运行。 参考文献 [ 1 ] 何衍庆 ， 俞 金寿， 蒋慰孙． 工业生产过 程控制[ M] ． 北 京 化学工业出版社 。 2 0 0 4 ． [ 2 ] 周万珍 ， 高鸿斌． P L C分析与设计应用[ M] ． 北京 电子 工业 出版社 。 2 0 0 4 ． 机 械与 电 子 2 0 0 5 6 [ 3 ] 曹立革 ， 等． A V8 0 1 4 型轴流式高炉鼓风机 的 D C S控 制[ J ] ． 冶金自动化 ， 2 0 0 2 ， 1 2 9 3 2 ． [ 4 ] 李一滨 ， 乔志德． 增压连续式 跨声速风洞防喘振措施 旁路调节的研究[ J ] ． 流体 力学实验 与测量。 2 0 0 1 。 1 2 4 5 3 5 8 ． 作者简介 姚凯 1 9 8 o 一 ， 男， 浙江舟山人， 西北工业大学 硕士 研究生 ， 研究 方 向为风洞 实 验测 控 与数 据采 集 。 6 9 维普资讯