基于PLC和觸摸屏的辦公樓供熱控制系統設計

薛鳳山 隋麗梅

摘 要：針對辦公樓建筑間歇供熱特點，設計一套基于PLC和觸摸屏的供熱控制系統，通過對進換熱器蒸汽流量控制實現對辦公樓溫度的自動調節，通過觸摸屏內置定時功能實現供熱時間的自由管理。

關鍵詞：供熱；PLC；觸摸屏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.114

辦公樓建筑的供熱特點為時間上具有間歇性，表現為白天工作時間需要供熱，夜晚、節假日等非工作時間不需供熱。傳統的辦公樓供熱方式為全天候供熱，非工作時間段的供熱造成資源浪費，增加成本，不符合環保、節能要求。為減少資料浪費，降低供熱成本，設計一套基于PLC和觸摸屏的供熱控制系統，PLC選用西門子200系列CPU222CN產控制器，觸摸屏選用威綸通TK6100產品，實現供熱的溫度自動調節和供熱時間的自由設定。

1 控制流程及設備概述

該套辦公樓供熱系統包括現場換熱站和控制系統兩部分。換熱站基本工作流程是，供熱管道送來的蒸汽在換熱器內對補水泵送來的循環水加熱，兩臺供熱循環泵將熱水送至辦公樓供熱管道，進入供熱空調系統。在進換熱站前的蒸汽管道上設有電動調節閥，根據供熱系統回水溫度控制調節閥開度，實現溫度自動控制。供熱系統設有一臺補水泵，可以手動控制泵的啟停，給供熱系統補水。

2 系統硬件設計

系統硬件配置首先要確定PLC模塊類型和數量，根據該供熱系統的控制要求和設備類型數量，統計需要的I/O點數量如下：

（1）模擬量輸入（AI）信號，熱電阻溫度傳感器的電阻信號經溫度變送器轉換成電流信號直接接入AI模塊，電動調節閥閥位反饋信號2個，共計3個。

（2）模擬量輸出（AO）點，電動調節閥控制輸出2個，共計2個。

（3）數字量輸入（DI）點，循環泵A開狀態1個，循環泵A關狀態1個，循環泵B開狀態1個，循環泵關狀態1個，補水泵開狀態1個，補水泵關狀態1個，共計6個。

（4）數字量輸出（DO）點，循環泵啟停2個，補水泵啟停1個，共計3個。

根據統計出的實際I/O點數量，不考慮備用及后期擴展，選用西門子CPU222CN控制器，擴展模塊選擇EM231 4AI一塊、EM232 2AO1塊，觸摸屏選用威綸通TK6100產品。PLC與觸摸屏直接采用PPI協議，進行通信。考慮數字量輸入信號和數字量輸出信號與循環泵和補水泵電氣信號相關，為防止電氣柜電壓、電流信號誤入控制系統損壞PLC模塊，選用24VDC中間繼電器進行隔離。對于數字量輸入信號，電氣柜狀態信號串24VDC電壓后驅動中間繼電器線圈，繼電器觸點輸出接入PLC系統DI通道；對于數字量輸出信號，PLC系統DO通道接中間繼電器線圈，繼電器輸出觸點接電氣柜控制回路。對熱電阻傳感器，輸出三線制電阻信號通過溫度變送器轉換成電流信號，進PLC系統AI通道。

3 系統軟件設計

整個系統軟件包括PLC控制程序和觸摸屏操作界面設計兩部分。

3.1 PLC軟件設計

西門子S7-200 PLC 編程軟件為 STEP 7 MicroWIN SP9，該軟件支持STL、LAD和FBD編程語言，本項目選用LAD語言編程。PLC軟件設計包括參數設置和程序組態兩部分工作。

參數設置包括通訊參數設置、程序保持寄存器地址區間設置和PID中斷調用參數設置等。通訊參數包括PLC站地址、通訊波特率等內容，觸摸屏通訊參數設置要與PLC設置保持一致。設置程序保持寄存區的目的是防止PLC斷電后控制參數丟失，掉電保持的參數包括溫度高限值、低限值，溫度設定值、PID控制比例、微分和積分參數等。PID中斷調用參數設置包括起始地址、溫度給定值范圍、輸入輸出偏移量等內容，其中溫度給定值范圍要和溫度過程值的量程范圍一致，取值為0到200；輸入輸出偏移量設定為20%，與4-20mA電流信號相對應。

PLC控制程序采用模塊化設計理念，根據功能劃分為不同的子程序功能，主要包括參數初始化、模擬量數據采集及工程量轉換、調節閥的PID程序控制、循環泵控制、補水泵控制和報警聯鎖控制等。

3.2 觸摸屏軟件設計

觸摸屏編程選用EB8000組態軟件，該軟件圖元庫資源豐富，可建立各種直觀生動的操作界面。

觸摸屏軟件設計主要包括：

（1）工藝流程顯示，顯示供熱系統蒸汽、熱水的流向，顯示調節閥、水泵實時狀態等信息；（2）設備聯鎖設定，通過聯鎖切換按鈕可以實現調節閥手動、自動狀態的切換，泵聯鎖狀態切換；（3）泵的啟停控制，聯鎖解除狀態下可手動開泵、關泵；（4）定時時間排程設定，共設置8組時間排程，完全滿足實際使用需求；（5）PID參數設置，根據實際工況摸索出符合控制要求的比例、積分、微分值；（6）用戶管理，對使用用戶實行分級管理，設定不同的權限，對定時時間的設定需要管理權限才能更改，對PID參數的修改需要工程師權限；（7）溫度參數趨勢畫面，實時顯示溫度變化趨勢，直觀形象。

4 結論

在辦公樓供熱控制系統的設計中，充分利用PLC和觸摸屏提供系統資源，減少了硬件開關、按鈕的使用，降低了PLC中I/O點數量；利用觸摸屏內置排程功能，實現定時控制輸出，降低了PLC程序中編程工作量，提高程序運行效率。

參考文獻：

[1]廖常初.S7-200PLC基礎教程[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]杜詩超.宋永昌. 觸摸屏、組態軟件入門與典型應用[M].北京：中國電力出版社，2012.