摘要：近些年來，循環泵壓力變送器技術在空調機房得到了廣泛的應用，為了讓學生深入理解循環泵壓力變送器的基本原理及運行特性，采用PLC與壓力變送器聯合控制水泵技術，該文設計搭建了一個小型循環泵壓力變送器教學實驗臺。該實驗臺引入PLC、壓力變送器、傳感器以及觸摸屏技術，設計了以PLC為控制核心、人機界面（HMI）為上位機的水泵壓力變送器控制系統，通過遠程/本地切換，實現了循環水泵的壓力變送器調速以及對壓力、流量，功率值的測定，同時也可以對反饋的壓力、流量值進行多段調速。實驗臺可用于后期的實驗與教學，培養學生動手實踐的能力，激發學生的創新思維和意識，并全面提升學生的好立實驗能力以及工程應用能力。

循環泵是空調機房運行中的主要耗電設備，其設備容量往往是按其#大負荷選定，而實際運行中一般在60%～80%負荷下運轉，造成設備效率低下，電能浪費，因此，對循環泵實施壓力變送器調速節能運行，就顯得尤為重要，從而達到節能、節煤、室溫恒定的運行效果[1]。就此問題，該文搭建一個小型循環泵壓力變送器教學實驗臺對循環泵實施壓力變送器節能運行。同時在當今自動化控制領域，PLC、壓力變送器與觸摸屏技術的綜合應用相當廣泛，PLC具有功能強、可靠性高等一系列優點；壓力變送器節能高效，更有利于提高經濟效益；觸摸屏逐步取代過去設備的操作面板和指示儀表，成為應用越來越廣泛的人機界面（HMI）。結合當前所學的綠色節能的專業理念，將這3種控制技術引入實驗教學中，使學生在校期間就能掌握當今自動化控制領域的流行技術，從而培養滿足社會需要的高素質的工程技術人才[2]。

1實驗臺管網方案設計

根據實驗臺尺寸長×寬×高（2.0m×1.0m×1.5m）設計出管網流程如圖1所示，選取管材為PPR的塑料管，型號選為DN20，管網長度為8m，設計流量不超過1m3/h，取設計速度為0.75m/s，則設計流量為0.85m3/h；管網比摩阻540Pa/m；所以沿程壓力損失Pf=540Pa/m×8m＝4.32kPa；局部壓力損失公式為

2系統底層設備

根據壓力損失選擇合適的系統設備，需要監測的實驗參數有壓力、流量、功率值等，分別由壓力變送器、智能電磁流量計、功率變送器及水泵來完成，所選系統設備的性能如表2所示。

3控制層硬件設計

實驗臺所需的控制層硬件包括CPU224、EM231、EM232、MM420壓力變送器、MCGS觸摸屏以及傳感器等，包括手自動調節實現遠程/本地切換、PLC與傳感器、壓力變送器上傳/下載數據的交互、觸摸屏與PLC通訊等功能。硬件連接形式如圖2所示。所選系統設備的性能如表2所示。

系統的CPU模塊通過啟動/停止按鈕來控制壓力變送器的啟停，轉換開關可選擇本地/遠程調控。本地調控利用電位器，可進行連續調頻；遠程調控通過PLC的模擬量模塊輸出固定模擬值，可進行固定調頻，也可通過反饋的流量、壓力等值進行多段調頻。調頻后通過現場傳感器采集到的數據進入模擬量輸入模塊，#后可通過觸摸屏顯示出來。系統控制流程如圖3所示。

4MM420壓力變送器參數設置

根據本實驗臺的需求，對壓力變送器的參數按順序進行設置，如表3所示。

5控制層軟件設計

5.1PLC軟件設計

S7-200系列的編程軟件V4.0STEP7MicroWINSP9對系統進行編程，編程設計分為壓力變送器啟停、手自動調頻切換、壓力變送器模擬量輸入、電磁流量計模擬量輸入、功率變送器模擬量輸入、PLC給壓力變送器輸出模擬值、根據壓力值進行多段調速等部分。地址變量分配如表6所示。

5.2MCGS軟件設計

實驗臺采用型號為TPC7062的昆侖通態的觸摸屏，組態軟件為MCGS嵌入版組態軟件。MCGS具有解決實際工程問題的完整方案和開發平臺、完成現場數據采集、實時和歷史數據處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業監控網絡等功能[3]，組態軟件設計需要的數據變量及連接的PLC地址變量見表7。

5.3PLC與觸摸屏的通訊

組態軟件之所以能實時監控水泵實驗臺的動作，是因為PLC與MCGS之間進行了通信，這一功能靠設備窗口組態來實現。本系統的設備組態如圖5所示。shou先，在設備工具箱中選擇通用串口父設備并添加西門子S7-200PLC。然后，在通用串口父設備下進行設備屬性編輯，#后，在S7-200PPI下進行通道連接[4]。

5.4觸摸屏界面設計

根據實驗的要求，設計了以下3個實驗：利用PLC，給定頻率值，測量管網壓力值與流量值；利用電位器調頻，測量管網壓力值與流量值；通過調頻來測量水泵電機消耗的功率值。圖6、圖7為觸摸屏界面。

6結語

現階段人們已經認識到優化水泵的節能效果、減少電能損耗、提升水泵利用效率以及優化空調系統整體供水質量的重要性，本實驗臺通過初期管網的自主設計、設備的選型、硬件的接線、程序的順序控制等工作，設計出3個實驗方案，將PLC、壓力變送器、觸摸屏（HMI）及傳感器這些技術引入實驗教學中，結合節能降耗的專業理念，使學生掌握簡單的控制系統的設計方法，培養學生自主學習、分析、解決問題的能力，#終達到融會貫通，也使學生的實踐能力得到較大的提升，對專業建設、學生就業起到強有力的推動作用。