小區熱力站的控制系統設計芻議

李愛麗

(新疆兵團高級技工學校，新疆 烏魯木齊 830074）

在熱力站的底層設備中，由于一次側有熱源本身的壓力差能使其循環流動，這樣一來就無需加動力裝置，只需要控制調節閥的開度即可以調節其流量；與一次側不同，二次側需要增加循環泵來提供低溫水流動的壓力，由于實際供水壓力的波動很大，為了保證供水壓力的同時減少電能的消耗，所以這里使用兩臺變頻器來調節二次側的循環泵工作狀態；另外，根據小區供熱系統的經驗，二次側管網中的低溫水極有可能在小區用戶中損失，所以需要增加補水泵對二次側管網進行補水。

一、熱力站控制系統的構成和功能

熱力站的控制系統是整個小區集中供熱監控系統的核心部分，負責供熱系統全部管網的工作狀況，并將換熱裝置的所有信號和報警信息發送至監控中心，同時接收監控中心的參數設定值數據，及時改變小區的供熱狀態。

熱力站的控制器選擇了西門子S7-200 PLC，其中CPU型號為226 CN，該CPU具有24輸入/16輸出共40個數字量I/O點，可擴展7個模塊，最大具有35路模擬量I/O或248路數字量I/O，具有PID控制器，6個獨立的30kHz高速計數器，26K字節程序和數據存儲空間，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，2個RS485通訊/編程口，有MPI通訊協議、PPI通訊協議和自由方式通訊能力；本小區控制系統根據統計的模擬量I/O點數與數字量I/O點數，擴展的模塊包括3個EM235 CN（4路模擬量輸入/1路模擬量輸出）、2個EM232（2路模擬量輸出）；由于熱力站與控制中心之間選擇了無線通信的方式，所以另外還有GPRS通信模塊SINAUT MD720-3和與之配套的天線。

整個控制部分的結構如圖1-1所示，其中CPU 226 CN的功能是在數據采集的基礎上掃描控制程序并輸出控制信號，同時與本地計算機和無線通信模塊進行連接（Port1口連接本地計算機，實現管理人員的集中監控，而Port0口連接GPRS無線模塊MD720-3，實現與中心控制室的信息傳遞）；5個擴展模塊通過排線與CPU模塊相連，主要功能是采集底層設備的運行狀態數據和發出程序的處理結果即控制信號。

底層設備可以分為傳感器和執行器，傳感器包括室外溫度傳感器、管道溫度傳感器、壓力傳感器、流量計等，其信號形式均為標準的4-20mA電流信號；執行器包括循環泵、補水泵、電動調節閥等。這里需要說明的是，為了達到閉環調節壓力的要求，循環泵與補水泵的工作狀態是通過西門子的MM440變頻器調節的，調節的方式為模擬量信號（0-10V）控制。

二、編程軟件及程序結構的組成

1、編程軟件的介紹

在文中，我們使用S7-200 PLC的編程軟件STEP7--Micro/WIN，該軟件是西門子公司專為S7-200系列PLC研制開發的，借助于Windows的應用軟件，其功能之強大，既能應客戶需求開發控制程序并使用，又能在線實時監控客戶程序的執行狀態，是S7-200 PLC客戶十分重要的開發工具。

2、S7-200的編程結構

S7-200 PLC的控制程序由主程序、子程序和中斷程序組成。

三、可編程控制器中的PID指令使用1、PID 算法

PID（Proportional+Integral+Derivative的簡稱）是一種控制算法，在工業控制的很多方面（包括流量、溫度等慢變化過程或者位置、速度等快變化過程中）都能得到比較好的控制效果。

PID控制算法一般由比例項+積分項+微分項組成，但在實際編程時可靈活使用，根據系統的具體要求我們可以只選擇比例項，或者選擇比例+積分項，或者選擇比例+積分+微分項，積分項的作用是消除系統靜差，微分項可以改善系統的動態響應速度，微分項有緩和輸出值劇烈變化的效果。

使用S7-200 PLC中的PID指令，首先要先選定采樣周期T、比例增益Kp、積分增益Ki和微分增益KD等控制參數。在這些控制參數中，比較容易獲取的參數是采樣周期時間和比例增益，相對較難獲取的參數是積分增益和微分增益，這些參數往往要在調試中得到。一般我們使用經驗法和公式法來得到這些參數，即便是這樣，為了能得到最好的控制效果，我們還是需要在應用中進行驗證和完善。

2、PLC中的PID指令

PID運算指令是根據表格（TBL）中的輸入和設置信息對LOOP指定的回路執行PID環路計算的指令。由于需要進行PID閉環控制的應用比較多，所以S7-200中同時可設置8個PID控制回路，用戶只需輸入和配置回路的參數信息，就可以立刻完成PID運算的任務。

當EN端口執行條件存在時候，就可進行PID運算。指令的兩個操作數TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址，一個PID回路占用32個字節，LOOP是回路號，可以是0～7，但不可以重復使用。

一個PID環路有兩個輸入變量、定點和進程變量。定點通常為固定數值，例如管網流動水的溫度設置；進程變量是與環路輸出相關的數值，因此可測量環路輸出對受控系統的影響。

[1]張宇晨.集中供熱熱水管網水力計算與運行調節[D].山東建筑大學，2008.

[2]SIMATIC S7-200 PLC手冊[M].西門子公司，2003.

[3]廖常初.S7-200 PLC編程及應用[M].機械工業出版社，2007:88-89，161-17.

[4]鄒伯敏.自動控制理論[M].機械工業出版社，2007，260-275.