装备专业毕业设计 热交换器实验平台DCS系统设计说明书

I

热交换器实验平台DCS系统设计

摘要

为了在高温环境下对飞机的零部件的性能进行检测，并完成与热交换器有关的系统模拟实验，在地面上可建立一个热交换器模拟实验台作为一个飞机机械系统地面模拟实验设备。而本课题针对热交换器实验平台DCS控制系统的设计，完成对热交换器实验平台的供风温度、流量、压力的控制。首先完成方案设计，然后对硬件进行选型，绘制接线图。再用西门子STEP7软件进行编程，最后用WinCC软件进行控制界面的组态,得到一个完整的控制界面。

关键词：热交换器实验平台，DCS，温度控制，流量控制，压力控制

II The Design of Heat Exchanger Experiment Platform DCS

ABSTRACT

We can build a heat exchanger simulation experiment station on the ground as an aircraft mechanical system ground simulation equipment, for the performance in high temperature environment testing aircraft components, and finish with heat-related system simulation experiments. While this study in connection with the design of heat exchanger experiment platform Distributed Control System, and complete the heat exchanger experiment platform for the wind of temperature, flow, pressure control. Firstly complete design and hardware selection draw a wiring diagram. Then write the procedure on software STEP7 environment interface on the WinCC software environment.Finally we can get a full control interface.

Key words:heat exchanger experiment platform, Distributed Control System, temperature control, flow control, pressure control

III

目录

摘要............................................................................................................................................................... I ABSTRACT ..................................................................................................................................................II 1 绪论 (5)

1.1 研究目的、意义 (5)

1.2 国内外现状 (5)

1.3 本课题研究的主要任务 (6)

2 本课题的研究内容 (7)

2.1 电气控制系统 (7)

2.2 参数调节系统 (8)

2.3 计算机状态监控系统 (8)

2.4 设备布置和循环风道设计 (8)

3 控制系统设计方案 (10)

3.1 确定控制对象 (10)

3.1.1 电气控制系统 (10)

3.1.2 参数调节系统 (10)

3.1.3 计算机状态监控系统 (10)

3.2 仪器仪表选型 (11)

3.2.1 电加热器的相关选型 (11)

3.2.2 低压电器元件的选型 (12)

3.2.3 参数调节系统选型 (15)

3.3 I/O点数统计 (20)

3.4 PLC的选型 (20)

3.4.1 CPU的选型 (21)

3.4.2 PLC模拟输入模块的选型 (21)

3.4.3 PLC模拟输出模块的选型 (22)

3.4.4 PLC数字输入模块的选型 (22)

3.4.5 PLC数字输出模块的选型 (23)

3.4.6 接口模块的选型 (23)

3.4.7 微储存卡的选型 (24)

3.4.8 PLC电源模块的选型 (24)

3.5 接线图绘制 (24)

IV

4 控制系统的编程 (25)

4.1 编程软件的简介 (25)

4.2 编程步骤 (25)

5 控制界面的组态 (33)

5.1 组态软件的简介 (33)

5.2 WinCC组态步骤 (33)

总结 (38)

致谢 (39)

参考文献 (40)

附录Ⅰ (41)

热交换器实验平台DCS系统设计 5

1 绪论

1.1 研究目的、意义

为了在高温环境下对飞机的零部件的性能进行检测，并完成与热交换器有关的系统模拟实验，在地面上可建立一个热交换器模拟实验台作为一个飞机机械系统地面模拟实验设备。其主要功能是为空—液热交换器的地面模拟实验提供与飞行时流量、压力、温度类似的冲压空气。系统的气源来自两部分，主风源由增压风机及流量控制阀构成，提供模拟冲压空气的主要气源，辅助气源由低压气源提供，通过空气涡轮冷却器冷却后，与主气源中的冲压空气充分混合，通过控制混合室前冷热路入口流量调节阀的开度来调节流量配比，达到所要求的温度、流量[1]。它的冷却采用的是液体冷却方式，通过冲压进气口引入冲压空气来冷却经过任务电子系统换热后温度升高的冷却液，因此空—液热交换器的性能指标是影响整个液冷系统综合性能的一个关键，热交换器的换热效率、冷边和热边流阻特性都是液冷系统设计时所必须的重要参数[2]。热交换器摸拟实验台的建立，不仅可以完成与热交换器有关的系统模拟实验，还是液冷系统全机地面模拟实验的一个重要组成部分，可以模拟飞机在飞行时所承受的冲压气体，从而验证热交换器的性能指标是否满足液冷系统的使用要求，对于飞机的质量检测来说具有重要意义。

1.2 国内外现状

热交换器是工业中传热过程不可缺少的设备，几乎全部的工业领域都要使用。尤其在化工、冶金、交通、航空、航天等部门的应用更为广泛[3]。近年来由于新技术的不断发展和新能源的开发，如何提高热交换器的性能也越来越受到工业界的重视，国内外相关人员对热交换器的研究付出了诸多努力[4]。根据对我国机载系统试验现状的分析，以及现代信息技术等高新技术的飞速发展及其在军工试验与测试领域的广泛应用，机载系统试验技术应向综合化、虚拟化、自动化和网络化的方向发展。新机的研制都有大量的实验作支撑，实验的充分性、全面性影响到型号研制的成败，但我国目前采用的还是传统的“实物实验—改进实物—再实验”的模式，实验流程、实验方法还有待改进。国外采用了一种虚拟实验技术，在系统实物没研制出来之前，可以采用虚拟试验技术，对设备分系统进行建模仿真，验证系统设计原理、逻辑关系、数据流接口的正确性；虚拟实验建立起来的模型和测试用例可以被反复地应用到后续的实物实验中，从而提高系统研制的效率，保证测试的一致性，达到提高产品的质量的目的[5]。所以在热交换器模拟试验台控制系统设计这块还有较大的提升空间。

另外在DCS控制系统这块，国外DCS系统的研究起步早，在上世纪80年代开始就发展起来。DCS以它灵活的扩展性、可靠的实用性、集中协调性、先进的继承性以及分散的自治性赢得工业自控领域的青睐，该系统将人工智能、自适应、专家系统、推理以及预测等先进的科学技术优化融合，从而实现了智能化的控制功能[6]。DCS的发展趋势向综合方向发展、向智能化方向

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tv8q.html