供熱站自動控制系統中PLC的應用

王九旭++朱堅

[摘 要]本文主要介紹通過臺達 PLC系統對供熱站各關鍵節點的溫度及壓力信號進行采集，并按預設要求控制電機設備的運行轉速，最終實現供熱系統節能運行的目的。文章通過實際案例從供熱站系統的構成、系統控制的思路以及供熱站系統的自動化等幾個方面來對 PLC系統在供熱站控制系統中的應用原理進行了詳細介紹。

[關鍵詞]供熱站；PLC；自動化

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）18-0041-01

1 供熱站運行系統組成結構

根據實際操作要求，換熱站的自控系統由上位機（監控中心）、下位機（現場控制層）和通訊網絡三個部分組成。上位機（監控中心）主要針對實際操作人員，由監控工作站、數據采集服務器、工程師工作站、電源、打印設備等組成，主要功能是監測各換熱站電氣參數并對電氣設備的運行狀態進行動態監測和自動控制。其工作原理就是通過調度中心和各換熱站間的一系列通訊鏈來對整個供熱系統進行數據采集與通訊、順序控制、時間控制、回路調節及上位監測和管理。

下位機（現場控制層）主要包括 PLC、電動執行機構、傳感器、變頻器等。主要負責實時收集各換熱站一、二次網的溫度、壓力、流量、液位等數據，并對各種電氣運行設備的狀態進行實時反饋與監控，然后通過各種通訊網絡平臺的支持，將監測到的換熱站數據由網絡接口傳送到調度監控中心，同時接收調度監控中心發來的調度控制指令；調度監控中心負責接收各現場監控設備傳送來的數據，并對數據進行存儲、趨勢分析、報警、報表打印等，在此基礎上，根據實際需要向各現場設備發出調度控制指令，部分換熱站還實現了無人值守。通訊網絡平臺是整個熱網監控系統聯絡的樞紐，各個換熱站、熱源、管道監控節點通過通訊網絡系統形成一個統一的整體[1]。

2 自動控制系統的實現方法

供熱站自動控制系統中，本地PLC負責采集系統的壓力、溫度、流量等數據，然后通過與 PLC 的 RS-485 相連接的DTU模塊把收集到的數據傳送到調度控制中心，控制中心進行數據分析后會根據實際需要下達控制命令，PLC 接收到調度中心的控制命令后就按照指令的要求進行調節閥、變頻器的控制；控制中心所需要的各個溫度、壓力參數通過 PC機進行設定，數據一經設定就可實現無人值守。

2.1 控制系統硬件部分

供熱系統的控制系統現場采用的是臺達PLC中的DVP16ES200R作為其 CPU，它是小型模塊化PLC系統，能達到中等性能要求的應用條件；DVP16ES200R 可編程控制器，其結構設計成了模塊化的，各個單獨的模塊之間可進行多種組合以便于擴展，它包括高速輸入、脈沖輸出口、內置1個 RS-232、2個 RS-485 串行通訊接口[2]。

模擬量采集采用的是DVP04AD-E2模塊，這個模塊是用于采集站內關鍵點的溫度及壓力值（共計12對）和流量值2個，壓力傳感器和現場溫度傳感器測量范圍分別為0～1.6MP、0～150℃，根據不同管徑來選擇流量傳感器的類型，與之對應的輸出值都為4～20mA電流值；模擬量輸出采用的是 DVP04DA-E2 模塊，這個模塊負責對現場電動調節閥進行開度調節并對變頻器的輸出頻率進行控制；電動調節閥控制信號為0～10V 對應開席 0-100%；變頻器控制信號為0～10V，對應輸出頻率值 0～50HZ。

變頻器采用的FC-102 系列變頻器，根據循環泵功率選擇了 FC-102P30KT（30KW）型號的變頻器；根據補水泵功率選擇了 FC-102P1K1T（1.1KW）型號的變頻器，每一臺變頻器都可以控制兩臺電機設備，其中一臺電機是正常運行電機，另一臺電機是用作備用電機，以免在主電機出現故障或電機進行維護時系統停止運行。

2.2 電機的控制

熱力公司供熱站共有兩臺變頻器和四臺電機，一臺變頻器能夠控制兩臺電機運行，控制繼電器 KM1、KM2 負責對兩臺電機進行切換，設計兩臺電機是為了方便電機出現故障或電機進行檢修時系統還能正常運行。在運行之前要對變頻器的主要參數進行設定，一般情況下按照現場電機銘牌要求的參數進行設定，主要有以下幾項：電機功率與電壓、最高頻率、電機電流與轉速等；設定完成后再設定控制信號相關參數，包括：頻率對應輸出信號4-20mA、控制信號輸入 0-10V 以、電機啟動方式等[3]。

2.3 電動執行器的控制

供熱站內共有三臺換熱器，采用西門子電動液壓閥門執行器 （SKB62）對換熱器流量大小進行控制，液壓閥門執行器作為執行機構，它運行平穩、響應快、能實現高精度的控制。液動執行機構可將油泵、電機、電液伺服閥集于一體，只要接入電源和控制信號就可以工作。 SKB62 電動執行器供電電壓為 AC24V，屬于低壓安全用電范圍，即使出現執行器漏電情況也不會對現場工作人員或居民造成人身傷害；SKB62 執行器的控制信號可選用 0-10V 或4-20MA，反饋信號也可選用 0-10V 或 4-20MA為了能與變頻器控制信號相同，在此選用了0-10V 控制和反饋信號。

3 PLC軟件部分

3.1 PLC應用于溫度、壓力等參數的采集

臺達DVP16ES200R PLC設置有三個通訊，COM1是RS232，COM2和COM3 是RS485，采用ModBus ASCII/RTU通訊格式，通訊速率最高可達 115200bps，三個通訊口可以同時使用。并且DVP系列PLC可針對ModBus ASCII/RTU模式給出專用通訊指令，這樣就可以大大簡化編寫通訊程序時的繁瑣步驟，不用像串行數據傳送指令 RS那樣再進行復雜的校驗碼計算，也避免了使用復雜的指令格式。COM1 可以通過專用數據線調試現場程序，也可以用觸摸屏進行數據通訊。 而GPRS-DTU是專門用于將串口數據通過GPRS 網絡進行傳送的 GPRS無線設備，它同時具有 GPRS 撥號上網以及 TCP/IP 數據通信等功能，它可以連接各種使用串口通信的用戶設備，而且不需要對用戶設備進行改動。

3.2 PLC用于循環水泵

在此過程中，PLC主要具備以下幾種功能：一、都采用變頻啟動所有泵而且更換啟動泵。二、自動加減泵，一臺泵工作時若溫度未達設定值，而變頻器的輸出頻率卻超出上限，則自動切換啟動第二臺泵為變頻運行；兩臺泵工作時，若溫度達到了要求，而變頻器的輸出頻率低于設定頻率，則停變頻泵，將工頻泵投變頻運行。此外系統還可以監測頻率、電流、電壓、管網壓力、溫度等數據，并在壓力、溫度異常及電機出現故障時時報警[4]。

PLC根據室外溫度和二次供回水的溫度計算給變頻器的輸入值，然后采用變頻調速技術調節水泵的流量，不僅效率高而且節約電能、水能。

4 結語

本文對于采用臺達 PLC 及臺達模擬轉換模塊實現恒壓補水與換熱器出水溫度的恒溫控制進行了介紹，同時介紹了遠程監控操作，大大降低了整個控制系統的成本，提高了換熱站的工作效率，取得了顯著的控制效果。投入使用以來，一直保持著自動運行的狀態，值班人員一般只需要設定系統的補水壓力和出水的溫度，極大的減輕了值班運行人員的工作強度。投入運行結果表明，系統的控制方法自動化、智能化，而且性能優越，功能齊全，使用方便簡潔。本系統雖只是針對熱力公司供熱站所設計的，但是它綜合考慮了恒壓補水和恒溫控制的基本思想，因而具有一定的代表性和廣泛適用性，相信通過未來對PLC系統更加深入地進行學習和研究后，可以更加自如地運用到熱力公司供熱站控制系統中。

參考文獻

[1] 竇振龍.基于PLC系統的電機故障分析方法探究.黑龍江科技信息，2014（24）.

[2] 寶力高，孫延風，周柚.小型一體化PLC系統的設計與實現.吉林大學，2013.

[3] 崔樹楨，華志斌，王建偉.PLC在集中供熱首站自動控制系統中的應用.區域供熱，2010.