plc医用制氧机余热回收控制系统设计
医用制氧机余热回收控制系统是对医用制氧机制氧过程中的废水热量进行回收利用，从而减少对环境的污染，提高能量的利用率。本设计选用组态软件WinCC作为上位机对系统进行监控，下位机选用S7-300 PLC，以变频器为执行器。通过PID程序对温度差值恒定进行控制，使用西门子S7-300 PLC 语句进行编程，使换热器的热进水温度与冷出水温度的差值控制在5℃～8℃的自动控制系统。本设计使得医用制氧设备的热废水回收得到更好的利用率。减少污水排放，节约能源。
目 录
1.引言 1
1.1课题研究背景 1
1.2国内研究与现状 1
1.3本课题研究工作 2
2.总体方案设计 3
2.1工艺分析 3
2.2控制系统的设计 3
2.2.1液位控制系统的设计 4
2.2.2温度控制系统的设计 4
2.2.3恒压控制系统设计 4
3.PLC控制系统的硬件设计 5
3.1上位机的选型 5
3.2下位机的选型 5
3.2.1 S7300模块的选型 6
3.2.2电源模块 6
3.2.3 CPU模块选型 8
3.2.4模拟量模块的选型 8
3.3传感器的选型 9
3.3.1温度传感器 10
3.3.2液位传感器 10
3.4 执行器的选型 11
3.4.1变频器的选型 11
3.4.2电动调节阀的选型 14
3.5换热器选型 15
3.6 I/O点分配及硬件接线 16
3.6.1 I/O分配 16
3.6.2 PLC硬件接线 17
4.PLC控制系统的软件设计 19
4.1 PID控制程序的设计 19
4.1.1 PID的介绍 19
4.1.2 PID控制算法的分类 19
4.2 S7300程序设计 21
4.2.1 程序设计流程 22
4.2.2 模块调用 23
5．WinCC界面 25
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> 5.1登录界面 25
5.2主控界面 26
5.3实时趋势曲线 27
5.4变量设置 28
5.5动画连接 28
6.系统运行结果调试及分析 31
6.1网络通讯TCP/TP协议 31
6.2系统运行调试 32
6.3运行结果分析 33
总结 35
参考文献 36
附录 37
致谢 47
1.引言
1.1课题研究背景
随着中国经济的不断发展，医用制氧机在医疗设备中占有着很重要的作用，适用于城市、乡村、边远地区、山区以及高原等中小型医院、诊所、卫生站等等。所以现在大多数医疗机构和家庭中都会配有制氧机的设备，用它解决患者呼吸困难，或者治疗心脑血管疾病、慢性阻塞性肺疾病等。现有的医用制氧机的种类也是非常之多的，如：化学药剂制氧机、分子筛式制氧机、电子制氧机、富氧膜制氧机等等。
俗话说万物皆有利弊，制氧机也不例外。制氧机在使用时有许多的优点——安全、方便、经济、科学等。但是制氧机在制氧过程中会产生热废水，通常情况下热废水都会被直接排放掉，但是废水的热量很高，如果直接排放不仅会污染环境，而且浪费了热量。余热利用潜力巨大。根据热交换原理将废水与净水之间进行热交换，供生产、生活利用，节约能源。所以本设计就可以利用余热回收的这个功能，大大的提高了社会效益。
1.2国内研究与现状
医院诊疗技术的日益完善，使得各医院在中国医疗设备不断得到完善和更新，所以制氧机的医院也不例外。传统的供养方式就是直接用氧气瓶供应的，这种方式还是存在着比较多的弊端，它不仅浪费了好多人力物力，还在在运输和存储方面还是存在着许多的安全隐患的。所以现在随着技术的不断更新，把氧气直接统一从氧中心站使用氧气发生器系统产生氧气，然后通过特殊的管道氧气终端，也就是说送到所需要的氧气的各个病区的病床。
与此同时，医院制氧机的产生的废水处理问题得到了研究。我们知道，制氧机在运行过程中会产生热量，它会产生热量，热量是一个技术的局限性，哲学，历史和其他因素的影响，在已投运的企业耗能装置中未被考虑利用的潜热、显热。它囊括了废料余热高温产品、高温废气余热、炉渣余热以及废汽废水余热等。通过考察得知，各行业的燃料总消耗中余热资源大概有17%~67%，而余热总资源中可二次利用的余热资源约有60%。所以余热利用是非常之高的，也就是为什么要进行这个课题研究的目的。
1.3本课题研究工作
首先本课题的题目是基于PLC医用制氧机余热回收控制系统设计，利用医用制氧机在使用中产生的废水，通过废热水加热自来水冷水，从而使得冷热水温度差恒定，而后使用PID进行调节，从而使得热废水的排放温度有了大大的降低，减少了热污染，本设计采用PLC作为控制器，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，可连续运行，且编程简单又利于维护。温度控制采用PLC进行，采用组态软件进行系统的监控。控制系统以工业控制机作为上位机，WinCC为上位机监控软件。本系统设计思想是PLC作为下位机，上位机选用WinCC监控。
2.总体方案设计
2.1工艺分析
本论文题为基于PLC医用制氧机余热回收控制系统设计，顾名思义，就是对余热进行回收。参照实验设备要求到相应实验室对实验数据进行仿真、调试，选用的上位机监控界面是WinCC，下位机采用西门子公司的S7300PLC，选用西门子公司MiscroMaster420变频器对电机转速进行调节。将医用制氧机所产生的废热水进行收集然后通过变频器控制的电机将废热水导入板式换热器的热入口，自来水也通过变频器进行的控制，将自来水引入换热器冷入口，通过温度传感器检测热进和冷出温度值，在通过PID程序进行控制，使得两个温度差值恒定在5℃~8℃。
图2.1.1 工艺流程图
2.2控制系统的设计
废热水的热能回收控制系统主要是有上位机WinCC监控界面、下位机S7300 PLC、温度传感器、压力传感器、西门子变频器等组成的。
图2.2.1 系统结构图
2.2.1液位控制系统的设计
医用制氧机在制氧过程中排放热污水，将所排放的热废水排入废热水水池中，当废热水水池温度过高时，水位过高时，通过压力传感器反馈给变频器，然后通过变频器带动电动机，加速板式换热器的废热水进水速度，当废热水池的液位过低时，就会通过压力传感器反馈给变频器，最后通过变频器，使得我进水速度降低及至停止。当液位达到一定的高度的时候或者液位达到低液位标准值时，则会启动报警系统。当液位过低时系统停止工作，从而达到保护设备的目的。
目 录
1.引言 1
1.1课题研究背景 1
1.2国内研究与现状 1
1.3本课题研究工作 2
2.总体方案设计 3
2.1工艺分析 3
2.2控制系统的设计 3
2.2.1液位控制系统的设计 4
2.2.2温度控制系统的设计 4
2.2.3恒压控制系统设计 4
3.PLC控制系统的硬件设计 5
3.1上位机的选型 5
3.2下位机的选型 5
3.2.1 S7300模块的选型 6
3.2.2电源模块 6
3.2.3 CPU模块选型 8
3.2.4模拟量模块的选型 8
3.3传感器的选型 9
3.3.1温度传感器 10
3.3.2液位传感器 10
3.4 执行器的选型 11
3.4.1变频器的选型 11
3.4.2电动调节阀的选型 14
3.5换热器选型 15
3.6 I/O点分配及硬件接线 16
3.6.1 I/O分配 16
3.6.2 PLC硬件接线 17
4.PLC控制系统的软件设计 19
4.1 PID控制程序的设计 19
4.1.1 PID的介绍 19
4.1.2 PID控制算法的分类 19
4.2 S7300程序设计 21
4.2.1 程序设计流程 22
4.2.2 模块调用 23
5．WinCC界面 25
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
> 5.1登录界面 25
5.2主控界面 26
5.3实时趋势曲线 27
5.4变量设置 28
5.5动画连接 28
6.系统运行结果调试及分析 31
6.1网络通讯TCP/TP协议 31
6.2系统运行调试 32
6.3运行结果分析 33
总结 35
参考文献 36
附录 37
致谢 47
1.引言
1.1课题研究背景
随着中国经济的不断发展，医用制氧机在医疗设备中占有着很重要的作用，适用于城市、乡村、边远地区、山区以及高原等中小型医院、诊所、卫生站等等。所以现在大多数医疗机构和家庭中都会配有制氧机的设备，用它解决患者呼吸困难，或者治疗心脑血管疾病、慢性阻塞性肺疾病等。现有的医用制氧机的种类也是非常之多的，如：化学药剂制氧机、分子筛式制氧机、电子制氧机、富氧膜制氧机等等。
俗话说万物皆有利弊，制氧机也不例外。制氧机在使用时有许多的优点——安全、方便、经济、科学等。但是制氧机在制氧过程中会产生热废水，通常情况下热废水都会被直接排放掉，但是废水的热量很高，如果直接排放不仅会污染环境，而且浪费了热量。余热利用潜力巨大。根据热交换原理将废水与净水之间进行热交换，供生产、生活利用，节约能源。所以本设计就可以利用余热回收的这个功能，大大的提高了社会效益。
1.2国内研究与现状
医院诊疗技术的日益完善，使得各医院在中国医疗设备不断得到完善和更新，所以制氧机的医院也不例外。传统的供养方式就是直接用氧气瓶供应的，这种方式还是存在着比较多的弊端，它不仅浪费了好多人力物力，还在在运输和存储方面还是存在着许多的安全隐患的。所以现在随着技术的不断更新，把氧气直接统一从氧中心站使用氧气发生器系统产生氧气，然后通过特殊的管道氧气终端，也就是说送到所需要的氧气的各个病区的病床。
与此同时，医院制氧机的产生的废水处理问题得到了研究。我们知道，制氧机在运行过程中会产生热量，它会产生热量，热量是一个技术的局限性，哲学，历史和其他因素的影响，在已投运的企业耗能装置中未被考虑利用的潜热、显热。它囊括了废料余热高温产品、高温废气余热、炉渣余热以及废汽废水余热等。通过考察得知，各行业的燃料总消耗中余热资源大概有17%~67%，而余热总资源中可二次利用的余热资源约有60%。所以余热利用是非常之高的，也就是为什么要进行这个课题研究的目的。
1.3本课题研究工作
首先本课题的题目是基于PLC医用制氧机余热回收控制系统设计，利用医用制氧机在使用中产生的废水，通过废热水加热自来水冷水，从而使得冷热水温度差恒定，而后使用PID进行调节，从而使得热废水的排放温度有了大大的降低，减少了热污染，本设计采用PLC作为控制器，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，可连续运行，且编程简单又利于维护。温度控制采用PLC进行，采用组态软件进行系统的监控。控制系统以工业控制机作为上位机，WinCC为上位机监控软件。本系统设计思想是PLC作为下位机，上位机选用WinCC监控。
2.总体方案设计
2.1工艺分析
本论文题为基于PLC医用制氧机余热回收控制系统设计，顾名思义，就是对余热进行回收。参照实验设备要求到相应实验室对实验数据进行仿真、调试，选用的上位机监控界面是WinCC，下位机采用西门子公司的S7300PLC，选用西门子公司MiscroMaster420变频器对电机转速进行调节。将医用制氧机所产生的废热水进行收集然后通过变频器控制的电机将废热水导入板式换热器的热入口，自来水也通过变频器进行的控制，将自来水引入换热器冷入口，通过温度传感器检测热进和冷出温度值，在通过PID程序进行控制，使得两个温度差值恒定在5℃~8℃。
图2.1.1 工艺流程图
2.2控制系统的设计
废热水的热能回收控制系统主要是有上位机WinCC监控界面、下位机S7300 PLC、温度传感器、压力传感器、西门子变频器等组成的。
图2.2.1 系统结构图
2.2.1液位控制系统的设计
医用制氧机在制氧过程中排放热污水，将所排放的热废水排入废热水水池中，当废热水水池温度过高时，水位过高时，通过压力传感器反馈给变频器，然后通过变频器带动电动机，加速板式换热器的废热水进水速度，当废热水池的液位过低时，就会通过压力传感器反馈给变频器，最后通过变频器，使得我进水速度降低及至停止。当液位达到一定的高度的时候或者液位达到低液位标准值时，则会启动报警系统。当液位过低时系统停止工作，从而达到保护设备的目的。
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