基于PLC的供暖企業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

王寶利

（華油一機（河北）鉆井裝備有限公司，河北滄州 062650）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的不斷提高，集中供暖已經(jīng)成為主要的取暖方式，供暖企業(yè)采用集中供暖方式的優(yōu)勢有很多，可以將熱源進行集中分配，提高熱能的利用率，有利于提升節(jié)能效果，并減少環(huán)境污染問題。但是在實際應(yīng)用過程中依然存在著一些問題：①我國大部分城市的供暖費用是采取面積進行收費，收費與用戶使用熱量的多少并不存在直接關(guān)系，很多用戶缺乏自主節(jié)能意識，導(dǎo)致熱能出現(xiàn)浪費的情況，極大限制了供暖企業(yè)的健康發(fā)展；②目前很多供暖企業(yè)所使用的供暖設(shè)備陳舊，供暖系統(tǒng)的監(jiān)測控制仍然處于研發(fā)階段，缺少自動化設(shè)備的投入，導(dǎo)致需要大量的人力對供暖系統(tǒng)進行手工操作，并且不能夠及時發(fā)現(xiàn)供暖系統(tǒng)在運行過程中的安全事故，造成供暖系統(tǒng)很難進入最佳狀態(tài)，容易造成熱源浪費的情況發(fā)生。

建立完善的供暖監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效實現(xiàn)節(jié)約型社會，這需要全面提高供暖企業(yè)的自動控制水平，通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)對各換熱站的供熱情況進行分析，可以實現(xiàn)熱能的有效利用，以最小的能源消耗來實現(xiàn)最佳的熱源分配，有效改善我國的生態(tài)環(huán)境。分析我國集中供暖的實際情況，利用PLC監(jiān)控系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)對供熱系統(tǒng)的全面監(jiān)測，能夠有效監(jiān)視供暖系統(tǒng)中的壓差狀態(tài)，及時調(diào)整熱源供給，適應(yīng)熱網(wǎng)負荷變化，有效實現(xiàn)對水泵的及時調(diào)節(jié)，避免人工調(diào)節(jié)不及時的情況，提高供暖系統(tǒng)的正常運行。

1 供暖系統(tǒng)流程

為實現(xiàn)供暖系統(tǒng)對水壓、水溫的自動控制，在硬件上需要采用大量的計算機技術(shù)，有效避免發(fā)生安全事故，增強供暖系統(tǒng)的正常運行，根據(jù)供暖企業(yè)的實際情況有效利用熱能，達到節(jié)約水資源的目的。常規(guī)的供暖系統(tǒng)主要有補水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)和疏水系統(tǒng)組成。

2 系統(tǒng)構(gòu)成與實現(xiàn)

控制系統(tǒng)主要由操作員站和現(xiàn)場控制站兩部分組成，如圖1所示。

圖1 供暖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

2.1 操作員站

在整個系統(tǒng)運行過程中，操作員站是工業(yè)PC機構(gòu)成，常用的PC機為IPC610機型，該機型的可靠性高，擁有較高抗電壓干擾和抗電磁干擾能力，配備工業(yè)防磁顯示器和專用打印機。在控制系統(tǒng)運行過程中，操作員站的主要作用是對現(xiàn)場進行控制，并且能夠顯示現(xiàn)場控制站的數(shù)據(jù)傳輸和控制，同時接收指示命令，對現(xiàn)場控制站進行控制動作。

2.2 現(xiàn)場控制站

現(xiàn)場控制站主要由PLC組成，PLC的組成部分包括順序控制模板、數(shù)據(jù)采集模板和模擬量控制模板：①順序控制模板的主要功能是完成水泵和電動門的啟停開關(guān)控制；②數(shù)據(jù)采集模板主要是對供暖系統(tǒng)現(xiàn)場的水溫、壓力、流量等數(shù)字信息進行收集，并將所采集的數(shù)據(jù)傳送至上位機進行顯示；③模擬量控制模板主要負責(zé)對現(xiàn)場的模擬信號利用PID控制模板進行信號輸出，決定蒸汽閥和水位調(diào)節(jié)閥的開關(guān)位置。

將PLC控制裝置安裝在控制站機柜內(nèi)，方便日后維護工作。在該系統(tǒng)過程中主要采取的模塊均為插接式，因此在機柜內(nèi)留有10%的位置作為備用，并對所有的開關(guān)量輸出點都設(shè)置相應(yīng)的繼電器隔離，可以有效保證系統(tǒng)的安全運行。PLC監(jiān)控系統(tǒng)采用CPU雙電機設(shè)備和遠程雙纜結(jié)構(gòu)，可以避免CPU損壞而引起的線路損壞。

2.3 通信方式

PLC控制系統(tǒng)之間的通信主要采用主—從通信的方式，操作員站的PC機為主站，現(xiàn)場控制站為從站，操作員站是整個控制系統(tǒng)中的發(fā)起者，需要安排人員進行24 h值班。監(jiān)控系統(tǒng)中的控制管理功能主要是由操作員站的PLC來完成，能夠充分實現(xiàn)對整個系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性，當(dāng)控制系統(tǒng)的通信功能正常時，監(jiān)控中心對其進行協(xié)調(diào)管理，來完成供暖系統(tǒng)的全過程監(jiān)測和保護工作，如圖2所示。

3 熱網(wǎng)控制方案研究

圖2 系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)

熱網(wǎng)控制方案主要包括，獨立回路控制、最不利壓差控制、固定熱端總熱量控制和均勻控制等4種控制方案，不同的控制方案適用于不同的工作環(huán)境。隨著我國供暖收費標準的不斷改革，很多供暖企業(yè)已經(jīng)從按面積收費逐漸演變成按熱量收費。這個演變過程周期較長，可能存在按面積和按熱量收費共同存在的局面，因此需要根據(jù)這些情況設(shè)計不同的方案。

3.1 按面積收費

進行按面積收費時，需要采用均勻供熱的方式，來減少供暖系統(tǒng)中水平熱力失調(diào)，需要對各個熱力站點進行回水溫度確定，確定電動閥門的開啟程度，使各個熱力站的回水平均溫度基本保持一致，才能夠減少水平熱力失調(diào)現(xiàn)象的發(fā)生，此方式在前期的投入成本較低，但是對熱量的消耗比較嚴重。

3.2 按熱量收費

按熱量收費時需要在用戶端安裝熱量計，通過熱量計所顯示的數(shù)據(jù)對用戶收費。該方式不能夠采用均勻性調(diào)節(jié)方法，需要利用最不利端壓差控制法，供暖系統(tǒng)中的循環(huán)泵應(yīng)當(dāng)采用變速泵，依據(jù)所檢測出末端回水壓差來調(diào)整變速泵的轉(zhuǎn)速，使壓差能夠維持在所需的數(shù)值范圍內(nèi)。該方式的前期投入成本較高，并且需要用戶自行購買熱量計，因此該方式并沒有得到大范圍的推廣使用。

3.3 存在按面積收費和按熱量收費的用戶

按面積收費的用戶需要采取均勻性調(diào)節(jié)的方式，保證按熱量收費用戶的壓差控制，確保按熱量收費用戶能夠得到合格的熱量供應(yīng)，該階段是按面積收費過渡到按熱量收費的重要階段。硬件平臺需要考慮不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)控制需求發(fā)生變化時，應(yīng)當(dāng)及時更新軟件控制系統(tǒng)，為后期的拓展提供幫助。

3.4 系統(tǒng)控制的創(chuàng)新點

有如下5個創(chuàng)新點：①PLC作為供暖企業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)操作比較簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制與手動控制的切換；②優(yōu)化調(diào)度熱源，根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測到的運行數(shù)據(jù)，預(yù)測供暖系統(tǒng)負荷，調(diào)節(jié)供水溫度，向燃燒系統(tǒng)發(fā)出供水溫度需求，并且保持供水總量不變；③按照熱量收費時，供暖系統(tǒng)中的熱量負荷可能發(fā)生變化，可以利用監(jiān)控系統(tǒng)對供水流量進行調(diào)節(jié)；④可以消除供暖系統(tǒng)中水平熱力失調(diào)問題，利用熱網(wǎng)水平失調(diào)數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)中定量評價的指標；⑤利用PLC監(jiān)控系統(tǒng)可以有效降低各換熱站的水泵功率，在換熱站加裝變頻器調(diào)速裝置，可以有效控制水泵的轉(zhuǎn)速，節(jié)約電能，增加供暖企業(yè)的經(jīng)濟效益。

4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)供暖企業(yè)的實際運行情況進行改造，計算機監(jiān)測控制管理系統(tǒng)利用PLC進行現(xiàn)場控制管理，利用上位機監(jiān)控系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)操作員站和現(xiàn)場控制設(shè)備間的撥號連接，實時監(jiān)測整個控制現(xiàn)場的參數(shù)，對變頻調(diào)速和電動閥門進行遠程控制，實時生成現(xiàn)場畫面和數(shù)據(jù)報表，實現(xiàn)對整個供暖系統(tǒng)的優(yōu)化控制。

5 結(jié)束語

分析供暖企業(yè)PLC監(jiān)控系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)擁有簡單的操作界面，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，優(yōu)化供暖監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度，能夠很好地為城市提供供暖服務(wù)。利用該控制方案中的變頻調(diào)速功能，可以更好地節(jié)約能源，提高供暖企業(yè)的經(jīng)濟效益，確保供暖企業(yè)的安全穩(wěn)定運行。