智能換熱機組控制系統設計

孟亞男 姜鳳樹 趙文斌

(1.吉林化工學院信息與控制工程學院，吉林 吉林 132022；2.吉林吉化建修有限公司，吉林 吉林 132021)

1 智能換熱機組的工藝流程

一次網重要換熱機組和二次網構成了換熱站，是供熱過程中的熱交換系統，一次網中設有調節閥，用來控制一次網供水流量。二次側出口處則安裝了溫度傳感器，實時測溫并反饋到調節閥進行調節流量，二次網供水溫度得以控制。通過循環水泵將介質輸送到系統中，使系統維持一定的運行壓力，同時通過補水泵將系統中的水量損失進行補充。為了滿足用戶需求，根據室外溫度傳感器檢測的溫度信號進行自動控制二次網的出口溫度。

圖1 換熱機的工藝流程圖

2 智能換熱站的控制要求

要想智能換熱機組實現存在的價值，必須根據用戶需要供熱和平穩、安全的運行。按用戶需求供熱是指，當熱用戶的需求發生變化時，二次側供水溫度根據用戶的設定值發生變化，將信號發送到cpu進行處理，以控制相應的調節器進行調節。平穩、安全的運行是指，在滿足熱用戶的供熱需求的同時，可以提高供熱質量，保證換熱站能夠節能、穩定地供熱。

3 智能換熱站主要控制策略

由于管道的老化會影響水溫、管道壓力及其流量，這些因素都會影響供暖的質量，通過實時監測水溫、管道壓力和流量，反饋到PID控制器進行分析，然后對一次網側的調節閥及二次網側循環泵和補水泵做出相應的調節，以滿足用戶對供暖的要求。

3.1 二次網供水溫度的調節

因為當地的溫度會影響供水溫度，所以需要找出供水溫度在室溫影響下隨時間的變化。同時還需要考慮到當地氣壓和設備老化的因素，通過大量實踐已得出了二次網的溫度的設定值，與所測得的溫度作比較，送入到PID控制器使得調節器做出相應的調整，通過控制流量的方式達到控制溫度。

3.2 二次網供回水壓差控制

想要進行二次供、回水溫度控制必須保證二次供、回水的壓力差。為了防止流量過大，通常二次供、回水溫度決定了二次供、回水的壓力差，壓差回路控制如圖2所示。

圖2 二次供、回水壓差控制回路框圖

我們必須在熱交換站的二次側安裝循環泵，以將熱水從熱交換站輸送到熱用戶。在壓力調節器的選擇上，一般采用常規PID調節，并將變頻調速的技術采用于循環泵轉速的調節上，從而實現節能減排的作用。如果沒有恒定的壓力差，則不能滿足給水和回水的流量，從而不能將熱量傳遞給用戶。為了保持二次網管的供水和回水之間的壓力差穩定，將加熱需求的設定值與傳感器檢測到的二次網絡的供水和回水之間的壓力差信號進行比較，得出誤差信號作為壓力調節器的輸入值，經過PID控制器處理，運行變頻器改變循環水泵的頻率，從而控制循環水泵的轉速，使得壓力值與設定值相近。

3.3 二次網回水定壓控制

要想控制好二次供、回水溫度，需要保證二次網恒壓點壓差，由于一些不可抗力的因素，熱水管會出現漏水和熱水管腐蝕，導致管內的水壓會隨著時間慢慢變化，所以換熱站不能平穩的運行，需要及時調節相關參數。圖3為壓力控制回路。

圖3 二次供、回水壓力差控制回路

這就需要通過傳感器實時測出水壓，與用戶所需要的值進行比較，將誤差輸入到PID控制器調節補水泵的轉速，使得管內水壓保持穩定。

4 PLC 軟件設計

PLC控制軟件部分主要針對換熱站現場物理量的檢測以及控制功能的輸出，另外也包括一些系統自診斷功能，報警點的輸入和聲光報警輸出等。PLC軟件是由STEP7開發。在STEP7的程序結構中，將程序的各組成部分稱為邏輯塊。邏輯塊分為組織塊OB、功能塊FB、數據塊DB、系統功能塊SFB、系統功能SFC、系統數據塊SDB。PLC軟件程序設計及實現。首先系統上電，執行OB100啟動組織塊。OB100主要完成系統參數的初始化，寫入變送量程的上下限，這里調用了功能塊FB4。OB100的程序圖4所示。

圖4 OB100的程序段

此程序段為FB4封裝的一段程序。相應的FB4的程序如圖5所示。上文所述即為OB塊調用FB的過程。其次循環執行OB。在本次設計中，OB1主要完成實時數據采集、報警處理、控制輸出；調用功能塊FB1，FB5，FB6。

圖5 FB4的程序

當PLC接收來自操作信號，由手動控制轉為PLC自動控制時，PLC啟動OB35。OB35為PLC自動控制運行功能部分，完成現場回水壓力自動調節功能。OB35調用FB41標準PID模塊。上述程序即為PLC運行時的基本程序。最后當程序出現錯誤，則傳入相應的錯誤處理組織塊。組織模塊未載入進入處理模塊OB85；機架故障進入處理模塊OB86；程序錯誤進入處理模塊OB121；模塊I/O錯誤進入處理模塊OB122。這些出錯處理模塊的程序為一個空操作，以防止程序跑飛。

5 結語

通過自己所掌握的知識和所查詢到的資料，設計一款基于PLC的智能換熱機組以達到無人值守可以有效達到供熱要求，通過實時監測，以調節閥門控制進出水情況，以達到預定的溫度。同時，工作人員可以通過用戶的實際要求，來調整溫度，減少了資源的浪費，提高效率，可以更加靈活地滿足人們的需要。