基于PLC的供暖企業監控系統的實現

王寶利

（華油一機（河北）鉆井裝備有限公司，河北滄州 062650）

0 引言

隨著社會經濟的不斷提高，集中供暖已經成為主要的取暖方式，供暖企業采用集中供暖方式的優勢有很多，可以將熱源進行集中分配，提高熱能的利用率，有利于提升節能效果，并減少環境污染問題。但是在實際應用過程中依然存在著一些問題：①我國大部分城市的供暖費用是采取面積進行收費，收費與用戶使用熱量的多少并不存在直接關系，很多用戶缺乏自主節能意識，導致熱能出現浪費的情況，極大限制了供暖企業的健康發展；②目前很多供暖企業所使用的供暖設備陳舊，供暖系統的監測控制仍然處于研發階段，缺少自動化設備的投入，導致需要大量的人力對供暖系統進行手工操作，并且不能夠及時發現供暖系統在運行過程中的安全事故，造成供暖系統很難進入最佳狀態，容易造成熱源浪費的情況發生。

建立完善的供暖監控系統，可以有效實現節約型社會，這需要全面提高供暖企業的自動控制水平，通過計算機監控系統對各換熱站的供熱情況進行分析，可以實現熱能的有效利用，以最小的能源消耗來實現最佳的熱源分配，有效改善我國的生態環境。分析我國集中供暖的實際情況，利用PLC監控系統可以有效實現對供熱系統的全面監測，能夠有效監視供暖系統中的壓差狀態，及時調整熱源供給，適應熱網負荷變化，有效實現對水泵的及時調節，避免人工調節不及時的情況，提高供暖系統的正常運行。

1 供暖系統流程

為實現供暖系統對水壓、水溫的自動控制，在硬件上需要采用大量的計算機技術，有效避免發生安全事故，增強供暖系統的正常運行，根據供暖企業的實際情況有效利用熱能，達到節約水資源的目的。常規的供暖系統主要有補水系統、循環水系統、換熱系統和疏水系統組成。

2 系統構成與實現

控制系統主要由操作員站和現場控制站兩部分組成，如圖1所示。

圖1 供暖系統的結構組成

2.1 操作員站

在整個系統運行過程中，操作員站是工業PC機構成，常用的PC機為IPC610機型，該機型的可靠性高，擁有較高抗電壓干擾和抗電磁干擾能力，配備工業防磁顯示器和專用打印機。在控制系統運行過程中，操作員站的主要作用是對現場進行控制，并且能夠顯示現場控制站的數據傳輸和控制，同時接收指示命令，對現場控制站進行控制動作。

2.2 現場控制站

現場控制站主要由PLC組成，PLC的組成部分包括順序控制模板、數據采集模板和模擬量控制模板：①順序控制模板的主要功能是完成水泵和電動門的啟停開關控制；②數據采集模板主要是對供暖系統現場的水溫、壓力、流量等數字信息進行收集，并將所采集的數據傳送至上位機進行顯示；③模擬量控制模板主要負責對現場的模擬信號利用PID控制模板進行信號輸出，決定蒸汽閥和水位調節閥的開關位置。

將PLC控制裝置安裝在控制站機柜內，方便日后維護工作。在該系統過程中主要采取的模塊均為插接式，因此在機柜內留有10%的位置作為備用，并對所有的開關量輸出點都設置相應的繼電器隔離，可以有效保證系統的安全運行。PLC監控系統采用CPU雙電機設備和遠程雙纜結構，可以避免CPU損壞而引起的線路損壞。

2.3 通信方式

PLC控制系統之間的通信主要采用主—從通信的方式，操作員站的PC機為主站，現場控制站為從站，操作員站是整個控制系統中的發起者，需要安排人員進行24 h值班。監控系統中的控制管理功能主要是由操作員站的PLC來完成，能夠充分實現對整個系統之間的協調性，當控制系統的通信功能正常時，監控中心對其進行協調管理，來完成供暖系統的全過程監測和保護工作，如圖2所示。

3 熱網控制方案研究

圖2 系統的拓撲結構

熱網控制方案主要包括，獨立回路控制、最不利壓差控制、固定熱端總熱量控制和均勻控制等4種控制方案，不同的控制方案適用于不同的工作環境。隨著我國供暖收費標準的不斷改革，很多供暖企業已經從按面積收費逐漸演變成按熱量收費。這個演變過程周期較長，可能存在按面積和按熱量收費共同存在的局面，因此需要根據這些情況設計不同的方案。

3.1 按面積收費

進行按面積收費時，需要采用均勻供熱的方式，來減少供暖系統中水平熱力失調，需要對各個熱力站點進行回水溫度確定，確定電動閥門的開啟程度，使各個熱力站的回水平均溫度基本保持一致，才能夠減少水平熱力失調現象的發生，此方式在前期的投入成本較低，但是對熱量的消耗比較嚴重。

3.2 按熱量收費

按熱量收費時需要在用戶端安裝熱量計，通過熱量計所顯示的數據對用戶收費。該方式不能夠采用均勻性調節方法，需要利用最不利端壓差控制法，供暖系統中的循環泵應當采用變速泵，依據所檢測出末端回水壓差來調整變速泵的轉速，使壓差能夠維持在所需的數值范圍內。該方式的前期投入成本較高，并且需要用戶自行購買熱量計，因此該方式并沒有得到大范圍的推廣使用。

3.3 存在按面積收費和按熱量收費的用戶

按面積收費的用戶需要采取均勻性調節的方式，保證按熱量收費用戶的壓差控制，確保按熱量收費用戶能夠得到合格的熱量供應，該階段是按面積收費過渡到按熱量收費的重要階段。硬件平臺需要考慮不同的控制系統，當控制需求發生變化時，應當及時更新軟件控制系統，為后期的拓展提供幫助。

3.4 系統控制的創新點

有如下5個創新點：①PLC作為供暖企業監控系統操作比較簡單，能夠實現自動化控制與手動控制的切換；②優化調度熱源，根據系統監測到的運行數據，預測供暖系統負荷，調節供水溫度，向燃燒系統發出供水溫度需求，并且保持供水總量不變；③按照熱量收費時，供暖系統中的熱量負荷可能發生變化，可以利用監控系統對供水流量進行調節；④可以消除供暖系統中水平熱力失調問題，利用熱網水平失調數據作為系統中定量評價的指標；⑤利用PLC監控系統可以有效降低各換熱站的水泵功率，在換熱站加裝變頻器調速裝置，可以有效控制水泵的轉速，節約電能，增加供暖企業的經濟效益。

4 控制系統軟件設計

根據供暖企業的實際運行情況進行改造，計算機監測控制管理系統利用PLC進行現場控制管理，利用上位機監控系統可以有效實現操作員站和現場控制設備間的撥號連接，實時監測整個控制現場的參數，對變頻調速和電動閥門進行遠程控制，實時生成現場畫面和數據報表，實現對整個供暖系統的優化控制。

5 結束語

分析供暖企業PLC監控系統可以發現，該系統擁有簡單的操作界面，實現了實時數據監測，優化供暖監控系統調度，能夠很好地為城市提供供暖服務。利用該控制方案中的變頻調速功能，可以更好地節約能源，提高供暖企業的經濟效益，確保供暖企業的安全穩定運行。