可編程邏輯控制器在熱水工程中的應用

黃繼軍

（浙江恒業房地產開發有限公司 浙江杭州 310027）

1 熱水供應的重要性

隨著我國現代化建設的飛速發展，生活水平的提高，對基礎設施建設配套設施的要求也在逐年提高。學校的學生宿舍、酒店客房、高檔小區等需求熱水的單位，對熱水供應的品質也提出了較高的要求，控制系統是熱水系統中的關鍵部分，利用先進的自動化技術、控制技術以及現代通訊技術，提高熱水系統的可靠性、穩定性、經濟性，適應不同環境、用戶的節能、可靠的熱水系統成為必然趨勢，熱水供應具備時間性、集中性點特點，而且對水溫有較高的控制要求，文章主要分析應用PLC控制熱水系統的時間、溫度，水位等關鍵參數。

2 PLC控制系統的工作原理

PLC的編程多采用繼電器控制梯形圖及命令語句，由于梯形圖形象簡單，容易掌握、使用方便，不需要非常專業的知識就可進行編程。

PLC在運行過程中，工作的方式為順序掃描運行，整個運行順序為，現場信號的反饋、輸入采集—用戶程序的執行運算—執行結果的輸出，以上3個階段為PLC的一個掃描周期。PLC的掃描周期一般為幾個毫秒，如程序出錯、卡死，導致掃描周期過長。PLC內置看門狗程序就會觸發報警，停止程序的執行，以防帶來更大的損失。

現場信號的反饋、輸入采集，PLC順序掃描讀入各輸入端口的狀態，并將狀態實時刷新入相對應的隨機存儲內[1]。

用戶程序的執行也是順序掃描，PLC程序的編制大部分用戶都會采用比較直觀易懂的梯形圖進行編程，由于PLC程序是遵循先左后右、先上后下的順序進行邏輯運算，在編制程序的過程中要非常注意程序前后順序的安排，如程序中優先權比較高的判斷語句，位置要排在低優先權語句的后面，避免出現高優先權判定輸出，但后續低優先權判定不輸出，然后運算結果為沒有輸出的錯誤，這種錯誤在學習PLC程序的過程中是非常容易出現的。

當PLC的用戶程序運算結束后，PLC根據程序的運算結果，通過輸出電路驅動相應的輸出。

3 PLC的熱水控制系統應用

3.1 熱水控制程序主要控制邏輯和要求

控制程序應完成對整個熱水系統設備的控制，包括運行時間設置、熱泵啟動、停止溫度設置、回水啟動、停止溫度設定、水箱供水警戒水位、循環警戒水位、溢水保護水位的設定。

控制程序能根據預設的時間表（可由管理員自行修改）控制空氣源熱泵機組的啟動和停止，供水泵、循環水泵的啟動和停止，冷水進水的時間段控制。

補水控制程序：補冷水閥受儲熱水箱內的水位和溫度控制，當儲熱水箱內水溫達到設定的最低溫度（可調）時，補冷水閥啟動，此時空氣源熱泵系統繼續運行，補冷水閥直到儲熱水箱內的溫度T1下降到設定的最低溫度停止補水，如此反復，直至當前時間段所設定的水位，停止補水，當水位下降時，補冷水閥開啟補水，當水位上升至當前時間段所設定的水位時，補冷水閥關閉，如此反復，保證熱水系統溫度穩定，補水程序中設定警戒水位，當水箱水位低于警戒水位時停止供水、空氣源熱泵系統運行，并啟動緊急補水。

加熱控制程序：熱泵機組將受PLC控制系統控制同時也受機組自身面板控制器控制，當PLC控制系統出現故障時，可以啟動機組面板控制器對機組進行控制。熱泵循環受儲熱水箱內溫度控制，當水箱溫度＜設定的最低溫度（可調）時，循環泵啟動，延時30s熱泵機組啟動，當水箱溫度≥設定的最高溫度（可調）時，熱泵機組停止，循環水泵延時60s停止。同時熱泵循環受所設定的循環警戒水位控制，當水箱內水位低于循環警戒水位時，即使水箱溫度＜設定的最低溫度時，循環水泵和熱泵機組亦不啟動[2]。

當熱泵處于防凍運行等自動運行情況時，熱泵反饋信號至PLC控制箱，循環泵立即啟動。

供熱水泵受PLC系統設定供水的時間段控制啟停，供水壓力控制，采用PLC系統實時采集管網壓力，控制變頻器對水泵的運行頻率進行控制，保證用戶用水壓力的穩定，達到經濟、可靠運行的目的。

回水系統由回水電磁閥和回水溫度傳感器組成，同時受供水的時間段控制和回水管末端溫度控制，在PLC程序中設置，在非供水時段回水電磁閥不工作的功能，以延長電磁閥的工作壽命。

PLC控制程序的編制中要充分考慮手動和自動的切換功能，以及緊急停止功能，，當自動控制系統故障時，可方便地切換手自動控制和系統的緊急停止。

3.2 PLC控制器及各擴展插件選擇

目前，國內外生產的PLC種類很多，考慮熱水系統規模、功能、結構等一般選用西門子S7-200smart系列的CPU。smart系列的CPU和早期的S7-200cpu相比，具有掃描速度快，數據存儲區可以永久保存，而S7-200cpu需增加電池卡實現數據的長期保存。smart系列的CPU集成了一個以太網接口可以便捷地與觸摸屏通訊、程序下載調試、遠程控制，節約了昂貴的西門子數據線和以太網模塊，RS485接口除CPU本身具備的以外，可方便地通過相比比較價廉的SB CM01擴展板擴展，smart系列的CPU通信端口最大可增至4個端口，充分滿足各種設備、變頻器及運程控制的要求。

模擬量模塊的輸入輸出信號類型，一般選用相對通用性比較高的4～20mA或0～10V，可以與傳感器、變頻器等設備方便連接，在日后的運行維護中方便靈活更換損壞設備。

人機交互界面（hmi）選用西門子SMART 700 7寸彩色觸摸屏，通過普通網線與smartCPU連接，具有反應速度快、節省空間、堅固耐用等優點，己被廣泛應用到自動化控制設備等領域。

傳感器根據熱水控制系統的需要，有以下類型：

（1）溫度傳感器一般選用PT100鉑熱電阻傳感器，當PT100在0℃時，其阻值為100Ω，其阻值會隨著溫度上升而近似勻速地增長，通過PT100溫度變送器輸出4～20mA信號至PLC控制系統控制，熱水系統溫度傳感器的選用量程一般為0～100℃。

熱水系統中的溫度傳感器一般監測采集水箱的溫度，安裝位置在水箱側面1/3高處，回水溫度的采集，安裝在回水管道處，控制回水電磁閥的開閉，供水溫度的采集，安裝在供水主管道上，作為故障的判定邏輯點，直觀地顯示各區域的供水溫度，空氣溫度的采集，安裝在設備區空曠處，作為熱泵機組投入數量的基準參數。

（2）壓力傳感器一般選用擴散硅壓力變送器，通過壓力變送器將管道中熱水的壓力、水箱中的液位等參數輸出4～20mAQ或0～10V信號至PLC控制系統控制，液位傳感器選用量程一般為0～50kPa，采集水位高度0～5m，供水壓力傳感器選用量程一般為0～0.6MPa，采集供水壓力，通過PLC控制供水水泵的工作壓力。

4 結束語

綜上所述，利用PLC控制系統能有效地提高熱泵熱水控制系統的可靠性、相應速度，結合變頻供水系統，在供熱水的過程中，減少了熱水溫度、水壓的波動，提高了熱水供應的質量，可以非常方便地結合遠程監控系統減少系統維護的人力物力，非常適合在熱水系統中應用。