基于PLC和HMI的換熱站控制系統設計

摘 要：隨著人民生活水平和對生活質量要求的提高，在供熱發展領域，集中供熱因其節能和環保日漸成為北方居民供熱發展的主要趨勢。本文是基于某小區回遷改造時對小區實施集中供暖，采用可編程邏輯控制器、變頻器、觸摸屏、調節閥，實現恒溫恒壓控制系統。其設計主要原理是基于PLC和HMI的控制方案以及具有PID調節功能的換熱站控制系統，有效控制調節閥開度及實現循環泵和補水泵的變頻控制從而達到節約能源的目的。

關鍵詞：集中供熱；可編程邏輯控制；HMI變頻控制

一、換熱站系統組成

本項目換熱站配電及自控系統組成包括：PLC控制柜、動力柜（變頻器）、視頻監控設備、熱量表、數據采集及遠傳、網路通訊所需的軟硬件、測溫、測壓傳感設備、電調門、線纜、橋架等，其系統組成如圖1所示。

圖1 換熱站系統組成

二、設計目標

（1）實現熱源、換熱站的聯動智能控制和熱量的供應平衡及遠程智能化控制。（2）實現分時段或根據室外溫度變化實時控制并對超壓、超溫及停電時進行自動保護。（3）實現補水系統自動控制和具有補水箱液位過低時的報警及緊急補水功能。（4）能夠進行實時數據采集、更新和存儲，并對故障能進行自動判斷和實時報警。

三、設計方案

（1）控制思路?？刂葡到y機構：人機界面-PLC-變頻器-儀表模式。人機界面采用觸摸屏與PLC直接相連，通過配置內置數據，實時改變PID參數；監測循環泵、調節閥、變頻器及補水泵等工作實況，顯示現場溫度、液位信號、壓力；內設報警極限值可進行聲、光報警，方便調節和控制整個過程。該設計中PLC是控制系統核心，通過設置PID參數進行閉環控制；根據PID運算結果進行D/A變換輸出，實現手動或自動調節執行機構（調節閥、變頻器）。具有系統故障診斷，判斷異常溫度、壓力、電流等故障信號；實現循環泵及補水泵工頻/變頻切換控制。變頻器實現多個泵的輪換及補水工作，通過變頻器調節循環泵與補水泵轉速，實現節能調速。一次側調節閥具備斷電自動關閥功能。

該設計中智能自控調節系統和供熱管理系統，需要采集和分析處理大量信息，其中通訊傳遞系統如圖2所示。

圖2 通訊傳遞系統

（2）控制策略。換熱站控制系統主要包括4個控制回路：1）溫度控制回路；2）壓力控制回路；3）補水定壓控制回路；4）超溫保護回路。本系統初步確定的檢測參數46個，分別是一次供水壓力和回水壓力、高區供水壓力和回水壓力、低區供水壓力和回水壓力、一次供水溫度和回水溫度、高區供水溫度和回水溫度、低區供水溫度和回水溫度、室外溫度、一次回水熱量、高區供水熱量、低區供水熱量、高區電調閥開度、低區電調閥開度、電磁閥開關、液位高度、6臺循環泵的電機電流、電機頻率、四臺補水泵的電機電流、電機頻率。各通道測點配置現場測量元件及變送器，其輸入信號采用4-20mA 的標準模擬信號。運行中，現場采集的所有運行參數將全部傳輸至數據中心，供管理人員進行分析處理，以實現對供水壓力和回水壓力、供水溫度和回水溫度、室外溫度、電調閥開度、電磁閥開關、液位高度、循環泵的電機頻率、補水泵的電機頻率等進行智能控制。

（3）控制邏輯?？刂葡到y簡圖如圖3所示。

圖3 系統簡圖

結論：該換熱站控制系統成功解決了以前供熱能源消耗

高、污染嚴重、效率低下和經常出現“過熱”和“欠熱”等問題。經過現場調試和驗證，運行結果表明該系統穩定性能良好，調節精度較高，且易于控制、節能效果好。

參考文獻：

[1] 魏欽志 ，潘廣軍.GPRS技術用于集中供熱[J]，電氣時代，2004：23-67