基于PLC的智能供暖控制系統(tǒng)的設計

張艷玲

【摘 要】本文針對供暖資源的浪費情況研究，設計了基于PLC的智能供暖控制系統(tǒng)，應用系統(tǒng)集成技術，利用485通信技術和模擬量轉換技術讀取反饋的溫度參數(shù)、壓力參數(shù)、閥門開啟度參數(shù)等參數(shù)，應用PID調節(jié)技術，通過改變熱水介質的流量，改變該建筑物的熱量輸入。本文主要介紹供暖控制方案的設計及軟件編程思路，通過實踐證明，該系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定可靠、可操作性強、維護成本費用低廉等優(yōu)勢，可實現(xiàn)最大程度減少熱能浪費，實現(xiàn)精確按需供熱，達到能源節(jié)約的目的[1]。

【關鍵詞】PLC；供暖控制；PID調節(jié)

一、引言

目前，能源節(jié)約和環(huán)保問題倍受人們關注。飛速發(fā)展的經濟對能源的要求相當迫切，面臨能源問題也更為突出，控制供暖浪費，制定科學合理的供暖控制方案，在節(jié)能管控方面顯得越來越重要。

供暖節(jié)能管控的要點：供暖控制要達到國家規(guī)定的供暖溫度要求，使其自動化，智能化，遠程可操作化，可靠地保證安全、合理的供暖。供暖調節(jié)不僅要根據(jù)采集的室內溫度，不同區(qū)域的合理時間段等，制定不同的供暖控制方案，還要根據(jù)具體不同區(qū)域、不同環(huán)境的需求，及時進行方案的調整及優(yōu)化。

市面上已經有了部分對供暖控制模塊的產品問世，但由于工作環(huán)境的惡劣性造成產品運行不穩(wěn)定，無法長時間實現(xiàn)穩(wěn)定的監(jiān)測及控制，通過基于PLC的智能供暖控制系統(tǒng)的研究，利用PLC作為主控制器，控制電動執(zhí)行器，系統(tǒng)運行穩(wěn)定性增強，系統(tǒng)運行更穩(wěn)定，使用壽命更長。系統(tǒng)內部自帶RTC萬年歷，提供工作時間及日期，根據(jù)不同工作策略，使系統(tǒng)工作在不同的控制模式下。通過系統(tǒng)集成，實現(xiàn)系統(tǒng)化、智能化控制，實現(xiàn)對供暖的精確控制，同時實現(xiàn)供暖節(jié)能的目的[2]。

二、供暖控制面臨的主要問題

1.目前校園供暖和市政供暖大部分采用集中控制的方式，即在換熱站進行分區(qū)域集中控制，換熱站主要管路可進行分時段、分壓力、分流量的控制，同時，換熱站一般有專門人員進行換熱站的值守，可有針對性的進行分區(qū)域控制，但不能根據(jù)進行針對某棟建筑有針對性的調整，更無法及時反映某棟建筑實際供暖情況。

2.針對校園的供暖需求來講，尤其是教室建筑，晚上放學后，根本不需要高溫供暖，可調整至低溫運行。但由于未進行智能設備安裝，天天手工調節(jié)閥門又不現(xiàn)實，造成很大的能源浪費。

3.建筑內漏水無法進行檢測，如若管道漏水，不及時發(fā)現(xiàn)，會造成換熱站不停補水，同時還會造成整個區(qū)域的供暖無法達標，造成資源浪費。

三、智能供暖控制系統(tǒng)設計

1.溫度傳感器。室內分散安裝壁掛式溫度傳感器，采用具有485通信功能的，每個傳感器可單獨設置地址，通過調試PLC的通信模塊，將室內溫度參數(shù)采集到系統(tǒng)中，通過室內溫度的采集，監(jiān)測供暖溫度是否達標。

2.遠傳流量計。為了監(jiān)測建筑物內管網是否漏水，在建筑物進回水管路分別安裝遠傳流量計，分別計量進回水管路的瞬時流量和累計流量，通過調試PLC的通信模塊，將流量參數(shù)采集到系統(tǒng)中，通過對比進回水管路流量的采集，進行對比分析，監(jiān)測建筑物內管道是否漏水。

3.壓力傳感器。為了監(jiān)測建筑物內供暖壓力是否達標，在建筑物進水管路分別安裝壓力傳感器，計量建筑進水管路的壓力，通過調試PLC的通信模塊，將壓力參數(shù)采集到系統(tǒng)中，通過將各個壓力參數(shù)與換熱站供暖壓力參數(shù)對比，進行綜合分析，判斷建筑供暖壓力是否達標，管道壓力損耗是否在允許范圍之內。

4.電動調節(jié)閥。為了調節(jié)建筑物內供暖溫度，通過安裝電動調節(jié)閥，調試PLC的模擬量數(shù)據(jù)處理模塊，調節(jié)電動閥門的開度，改變供暖流量，來調節(jié)供暖溫度。

5.控制要求。根據(jù)對學校的供暖和市政辦公建筑的調查情況，供暖控制調節(jié)需求如下：

（1）分時間段控制：校園建筑集群中，辦公樓、教學樓、實驗樓等建筑，晚上放學時間段至早上上課前一個小時左右，可進行低溫度運行；白天上課時間段，進行全溫供暖運行控制。學生宿舍樓正好相反，白天上課時間段進行低溫運行，天黑后，進行全溫運行，這樣即能保證正常供暖需求，也可達到供暖的節(jié)能目的。

（2）PID溫控調節(jié)：通過設定的溫度參數(shù)與采集的建筑物內的參數(shù)，結合時間段控制，PID調整電動閥門的開啟度，調整供暖管道的流量，來實現(xiàn)建筑物內供暖溫度達標，滿足國家規(guī)定的要求。

（3）參數(shù)監(jiān)測：通過采集供暖進回水管道的進回水流量，進水管道的壓力，實時判斷建筑物內管道是否有漏水現(xiàn)象的存在，避免換熱站不停補水，不僅造成水資源的浪費，供暖溫度還無法達標，熱量流失。

（4）一鍵旁路功能：為避免意外狀況發(fā)生，控制器進行程序控制時，可進行一鍵設置，設置為旁路模式，全溫運行，保證正常供暖的運行，如若因電動閥門故障造成無法供暖情況下，直接啟用硬件的旁門管路，來保證正常供暖的運行。

6.遠程組態(tài)監(jiān)控。PLC控制器主機可適配以太網接口，各個PLC智能供暖控制點可通過光纖進行網絡進行組網，上位控制系統(tǒng)中，采用B/S架構的上位機軟件，通過開發(fā)控制系統(tǒng)程序，編輯實時畫面。通過網絡組網，將用于現(xiàn)場控制的PLC控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)連接起來。其次，從變量定義和I/O設備的管理入手，利用多樣化的繪圖工具、強大的腳本語言處理能力和豐富的命令語言函數(shù)開發(fā)主監(jiān)控界面，子監(jiān)控界面。通過美觀性極高、靈活性、可操作性的人機交互界面，讓操作人員選擇自動或者手動運行。對于手動狀態(tài)也減少了PLC的輸入點，從而降低成本，又增加了可操作性[3]。

四、結束語

基于PLC的智能供暖控制系統(tǒng)可根據(jù)建筑物用熱時間和用熱區(qū)域的差異，進行分時段、分區(qū)域控制，如工作時間工作區(qū)域正常供熱，非工作時間非工作區(qū)域只進行執(zhí)守供熱，防止管道凍裂。該系統(tǒng)自動化程度高，可廣泛應用于分時段供暖建筑區(qū)域。控制器根據(jù)預設控制參數(shù)，調節(jié)電動調節(jié)閥的閥門開度，改變熱水介質的流量，改變該建筑物的熱量輸入；同時管網的溫度、流量、壓力、閥門開啟度等參數(shù)也反饋至控制器，根據(jù)室內溫度的反饋情況實現(xiàn)精度調節(jié)，最大程度減少熱能浪費，同時提高供熱質量，最終實現(xiàn)精確按需供熱[4]。

【參考文獻】

[1] 熊濤， 丁辛芳，一種新穎的供暖控制技術[J]. 傳感器技術， 2015， 18 （5）： 50-53.

[2] 鄭雪晶.二級網燃氣調峰集中供熱系統(tǒng)優(yōu)化設計[J].天津：天津大學學報，2007.

[3] 龔威，張樹臣.實例解讀西門子PLC[M].北京：中國電力出版社，2013.

[4] 盧秋實.集中供熱控制系統(tǒng)的研究與應用[M].沈陽：沈陽建筑大學，2011.