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基于虚拟仪器的板式换热器实验室测试系统点击：1805 日期：[ 2014-04-26 21:35:22 ] |
| 基于虚拟仪器的板式换热器实验室测试系统 韦 鸣1,陈建立2 (1·江苏无锡建华机床附件集团有限公司,江苏无锡 214044)(2·南京航空航天大学机电学院,江苏南京 210016) 摘要:设计了一种基于虚拟仪器技术,适用于实验室的板式换热器性能测试系统。使用西门子S7-200系列模块采集各种信号,同时结合国家检测标准设计测试流程,基于硬件编写数据采集和处理软件构成虚拟仪器。介绍了板式换热器性能实验室测试系统的测试原理及相关软硬件的构成,最终将该板式换热器性能测试系统用于板式换热器的阻尼系数及热工性能等指标检测。应用结果表明,该测试系统可减少人为操作,显著提高测试的效率以及自动化程度。 关键词:板式换热器;虚拟仪器;PLC;实验室测试系统 中图分类号:TKl24 文献标识码:A 文章编号:1672-1616(2011)13-0048-03 换热器又称热交换器,是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。换热器的应用广泛,如:日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等,都要用到换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度,同时也是提高能源利用率的主要设备之一。板式换热器在我国生产已有40多年的历史,它具有换热效率高,结构紧凑,节省金属,占地面积小,质量轻,通用性、互换性强,可根据需要进行组装等一系列优点[1]。随着经济的发展和城市集中供热事业的发展,各种型式和种类的换热器发展很快,新结构、新材料的换热器不断涌现。但是如何提高监控产品质量,已成为目前行业内普遍重视的一个问题。于是生产厂家为了测试换热器的性能,采取了加装各种指针式仪表来发现不合格工件的措施,采用这种传统检测方法来测试数据,既不准确,又不精确,还有许多人为干扰因素存在。 为了保证换热器性能测试系统的准确性、实时性、可操作性以及提高自动化程度和测试效率,引入现代计算机技术和通信技术成为目前板式换热器性能测试系统的主要发展方向。本文采用虚拟仪器技术将采集到的各种流量、温度、压力以及其他各种信号,通过数据采集模块采集数据,并实现西门子PLC与上位机的串口通信的数据交互。上位机软件处理并自动保存测试数据,可得到各项性能指标,绘制流速-压力曲线,实现自动化控制。软件还提供了手动和自动两种模式可供选择,可实现测试过程的自动执行和手动执行两种模式,极大地提高了测试的效率。 1 测试系统的硬件构成 1.1 测试系统的整体结构 板式换热器性能测试系统主要包括板式换热器、传感器、数据采集模块以及上位机。图1所示为一些常见的板式换热器。根据测试标准的要求,在测试过程中,数据采集模块实时采集每个传感器信号,并进行与上位机之间的通信,应用数据处理软件对信号进行数据处理,并实时显示在LED显示器上,同时,上位机还会根据当前各项性能指标值和设定的操作程序,实时控制每个执行器的动作。 1.2 管路设计 管路连接是硬件环境的主要组成部分,上位机在工作过程中不断向PLC模块发送控制指令,通过PLC的输出控制气动执行器的动作来控制液压执行器的动作,图2是该测试系统的管路连接原理图。 1.3 数据采集 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的进行数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,它具有可靠性高,抗干扰能力强,功能强大、灵活,易学易用,体积小、质量轻,价格便宜的特点。在测试系统设计过程中,本文选择了西门子S7-200型号的PLC模块,如图3所示。西门子S7系列PLC体积小,速度快,标准化,具有网络通信能力,功能更强,可靠性更高。S7-200 PLC是超小型化的PLC,它适用于各行各业,各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行,或连成网络都能实现复杂的控制功能。S7-200 PLC提供4个不同的基本型号和8种CPU可供选择使用。 2·测试系统的软件构成 本文采用虚拟仪器技术设计了可视化界面,测试系统软件界面如图4所示,界面上展示了测试系统的主要流程及功能。在LabWindows下进行自动测试系统软件的开发过程中,为了实现自动记录测试结果,在数据处理平台上进行显示、统计分析等操作,需要进行大量的数据处理。SQLToolkit是一个用来访问数据库的软件工具包。工具包里包含了一个用来完成一般数据库任务的高级函数集。在开发数据库的应用程序时,需要像添加仪器驱动一样将cvi db.fp添加进工程中,即可使用其中的函数进行数据库的操作[2]。 虚拟仪器具有强大的信号处理功能,可极大地简化外围硬件电路的设计,降低了成本,减少了信号的干扰,因此基于虚拟仪器进行开发的系统已被广泛应用于系统测试分析系统、远程测控等领域。除此以外还具有完善而且友好的可视化界面,增强了产品的美观性,并且不断增强软件的兼容性,使其应用越来越广泛,可扩展性越来越强。该板式换热器测试系统软件还可以进行用户管理以及参数设置,方便用户设置管理员权限和改变测试环境,如图5、图6所示。 3·结束语 基于通用结构的板式换热器的数学模型,根据提供流道数目、板两侧流动状态、流动区域和流动的类型等条件,计算得到在整个流道中的温度分布、传热系数和板式换热器进出口压力差[3]。该板式换热器性能测试系统按照GB 16409-1996的要求进行系统设计,在软件上利用虚拟仪器技术强大的软件编辑、数据采集和处理等特点,实现了测试软件的快速开发。硬件上选用西门子PLC模块,不但提高了与上位机之间数据通信的可靠性和实时性,同时还满足了不同的测试精度要求。该测试系统经现场调试,性能可靠稳定,并且操作简单,直观方便,根据不同的需求可以设置不同的硬件环境参数。该测试系统具有较强的兼容性,可以广泛应用于板式换热器的实验室性能检测,提高性能测试过程的准确性和便捷性。 参考文献: [1]刘明伟.板式换热器在供热系统中的应用[J].工业技术,2010(12):60-61. [2]高 淼,王厚军.基于LabWindows/CVI的自动测试系统数据管理平台的实现[J].测试测量技术,2010 (5):13-15. [3]徐志明,郭进生.板式换热器传热和阻力特性的实验研究[J].热科学与技术,2010 (3):11-16. |
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