基于PLC 的換熱站控制系統設計

孟亞男 周雪陽 趙文斌

（1.吉林化工學院信息與控制工程學院；2.吉林吉化建修有限公司）

隨著經濟的持續增長以及城市居民樓房在冬季對供暖需求的不斷增大，我國城市換熱站也在朝著智能化方向建設。 傳統的換熱站溫度控制基本為人力手動操作，這種調節方式通常具有滯后性、成本高及浪費人力資源等缺點［1］。筆者設計了一個基于PLC 的換熱站控制系統， 系統利用S7-200 SMART 編程軟件和昆侖通泰觸摸屏，采用上、下位機對換熱站控制系統的溫度、液位及水壓等被控參數進行實時監測，從而實現換熱站的自動化控制。

1 換熱站的作用與工作原理

目前我國城市換熱站排布分散，為了提高供熱質量同時便于管理，采用集中供熱方式供熱是最好的選擇。 作為一次網和二次網的熱交換系統，換熱站在供熱過程中必不可缺。 如圖1 所示，換熱站把一次網中熱水的熱量通過傳熱裝置傳到二次網中，再由二次網將熱水送給熱用戶。 二次網中設有補水泵、循環泵、水箱和泄壓裝置［2］。循環泵的作用是實現二次網水循環，提高供暖質量。 供水流量和壓力決定了供暖溫度，熱用戶對流量的自主調節會使整個管網水壓失衡，導致管網內壓力不足，這時補水泵根據二次網壓差對管網進行補水增壓操作。 當水箱內壓力過大時，泄壓閥便會開啟泄壓。 當水箱液位過低時，外部供水管網將對水箱進行自動補水。

圖1 供熱系統流程

2 控制方案設計

2.1 二次網供水溫度PID 控制

二次網供水溫度控制是最重要的環節，本設計采用了PID 控制器來調節。 PID 控制器是應用最廣泛的一種自動控制器，由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）3 部分構成［3］。 室外溫度的改變， 可能引起二次網供水溫度發生改變，當二次網溫度偏離設定值時，PID 控制器會自動控制溫度調節閥的開度，使一次網熱流體流量發生變化，進而使二次網供水溫度維持在設定值。

2.2 變頻泵的變頻控制

換熱站變頻泵的變頻控制以循環泵、補水泵為主控制對象。 在使用過程中，難免會遇到熱用戶開閥放水使水壓降低的情況， 如果補水不及時，就會影響供熱質量。 變頻技術可以根據回水壓力設定值來控制變頻器的輸出，達到補水的目的［4］。如果供、回水的壓差太小則用戶感覺不到良好的供暖效果，如果壓差過大則會使管網破裂造成安全事故，變頻技術很好地解決了這個問題。

2.3 泄壓閥控制

換熱站二次網中， 循環泵出口壓力特別大，為了維持二次網的壓力，必須安裝泄壓裝置。 當壓力過高或過低時， 泄壓閥自動打開或者關閉，為了延長泄壓閥的使用壽命，一般泄壓閥都會設置上下壓力值，減少壓力變化所導致的泄壓閥頻繁打開或關閉。

3 監控系統設計與開發

3.1 硬件選型與組態

確立I/O 點。 部分I/O 點見表1。

表1 部分I/O 點

硬件選型。 根據設計情況， 選擇CPUSR20（AC/DC/Replay） 型 號 的CPU， 軟 件 版 本 選 擇V02.03.01_00.00.00.00。 該型號的CPU 的具體設置如圖2 所示。部分盤柜設計。 根據上述的I/O 點表和硬件 選型，設計出如圖3 所示的CPU 接線圖。

圖2 CPU 的具體設置

圖3 CPU 接線圖

3.2 控制程序的設計

循環泵PID 設定程序如圖4 所示，將二次網供回壓差、 供回壓差設定值、 循環泵頻率輸入PID0_xh，通過運算后將輸出賦值給VW388。為循環泵設定一個頻率下限， 經SBR_1 轉換后取整，若PID 輸出值不小于循環泵頻率下限，則直接將PID 輸出值VW388 賦值給AQW16 （循環泵頻率輸出）；相反，如果輸出值低于頻率下限，則將頻率下限賦值給VW388， 完成對循環泵的PID 控制。

圖4 循環泵PID 設定程序

3.3 監測系統的開發

采用MCGS 軟件開發監測系統 （畫面繪制、動畫連接、腳本編寫），圖5 為系統監視界面。 該系統具有操作畫面、參數一覽、參數設定及故障監視等功能。 在監視界面中，可實時監測被控參數、調節閥開度和設備運行狀態，組態環境類似于一套完整的工具軟件，用戶可設計并建立自己的應用系統；運行環境是根據組態環境構造的工程，按照指定方式運行，并進行一系列操作處理，從而保證換熱站系統的穩定性［5，6］。

圖5 監視界面

4 結束語

本設計主要應用S7-200 SMART 與MCGS組態軟件進行換熱站控制系統的設計與開發，通過對換熱站控制方式的改變，換熱站的熱交換效率大幅提高，能源得到了充分利用，同時也減少了人工成本，整個控制系統對于供熱企業有至關重要的作用。