變頻器結(jié)合PLC在換熱站的應(yīng)用

【摘要】隨著城市集中供熱的發(fā)展，供熱已經(jīng)不僅僅滿足于簡(jiǎn)單的熱水供到用戶模式。對(duì)節(jié)能減排及利潤(rùn)的要求，供熱應(yīng)趨于科學(xué)、合理、有效的利用能源。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以前人力的頻繁操作已經(jīng)可以被取代。本文以大連大發(fā)供熱公司對(duì)變頻器結(jié)合PLC在換熱站的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)變頻器原理、PLC控制過程及使用效果、循環(huán)系統(tǒng)及補(bǔ)水系統(tǒng)進(jìn)行了論述。

【關(guān)鍵詞】集中供熱；換熱站；變頻器；PLC；節(jié)能

引言

大連大發(fā)供熱公司作為大連市第二大供熱企業(yè)，現(xiàn)有集中供熱面積1700萬m2，由2個(gè)熱源單位供熱，分別是發(fā)電公司、泰山熱電公司，另有四座事故備用鍋爐房，共有2個(gè)中繼泵站、270余個(gè)換熱站，承擔(dān)著大連市約15萬戶的供暖。集中供熱由二個(gè)熱源分別供給，二個(gè)熱源的主干管已聯(lián)成環(huán)狀，主干管之間設(shè)隔離門，運(yùn)行方式目前為雙熱源獨(dú)立運(yùn)行。該項(xiàng)目從2012年6月開始實(shí)施，現(xiàn)以對(duì)80余個(gè)換熱站進(jìn)行改造，原有換熱站在循環(huán)泵及補(bǔ)水泵系統(tǒng)增加了變頻器，并增加流量、溫度、壓力傳感器，以西門子公司生產(chǎn)的PLC（可編程控制器）作為主控設(shè)備。

1、工作原理

1.1變頻器工作原理

主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。【1】

1.2PLC工作原理

PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！?】

PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式：

⑴每次掃描過程，集中采集輸入信號(hào)，集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新；⑵輸入刷新過程，當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新狀態(tài)才被讀入；⑶一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新；⑷元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。⑸掃描周期的長(zhǎng)短由三條決定：①CPU執(zhí)行指令的速度；②指本身占有的時(shí)間；③指令條數(shù)，現(xiàn)在的PLC掃描速度都是非常快的。⑹由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。

2、配置組成

2.1系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由可編程控制器（PLC）、輸出繼電器以及觸摸屏監(jiān)控畫面組成。

2.2硬件組成

以西門子公司生產(chǎn)的可編程控制器（PLC）為主控設(shè)備，本系統(tǒng)硬件型號(hào)如下：

電源模塊： 6ES7 307-1EA01-0AA0

CPU模塊： 6ES7 314-1AG14-0AB0

以太網(wǎng)通訊模塊： 6GK7 343-1CX10-0XE0

開關(guān)量輸入： 6ES7 321-1BH02-4AA1

開關(guān)量輸出： 6ES7 322-1BH01-4AA1

模擬量輸入： 6ES7 331-1KF02-4AB1（8通道）

模擬量輸出： 6ES7 332-5HF00-4AB1（8通道）

輸出繼電器： 歐姆龍 DC 24V

2.3軟件組成

系統(tǒng)的軟件是由編程軟件STEP 7，組態(tài)軟件wincc comfort。

本系統(tǒng)觸摸屏畫面是用西門子公司的wincc comfort畫成，系統(tǒng)主要由以下畫面組成：主畫面、一次網(wǎng)參數(shù)總覽、二次網(wǎng)參數(shù)總覽、循環(huán)泵補(bǔ)水泵操作、調(diào)節(jié)閥控制、系統(tǒng)畫面、清零操作、巡檢記錄、內(nèi)部參數(shù)。

3、功能介紹

3.1變頻器功能

傳統(tǒng)的換熱站內(nèi)二次網(wǎng)循環(huán)泵都是以孔板或者閥門調(diào)節(jié)來控制泵出口流量及壓力，對(duì)設(shè)備損耗、電能的浪費(fèi)以及人力要求很高。對(duì)外部流量的調(diào)節(jié)造成很大的困擾。

變頻器的使用可以選擇根據(jù)外部要求進(jìn)行簡(jiǎn)易調(diào)節(jié)，通過設(shè)置頻率達(dá)到控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到控制泵出口流量及頻率或者通過壓差控制方式控制泵的出力，達(dá)到節(jié)能（節(jié)電）的效果。

傳統(tǒng)的換熱站內(nèi)二次網(wǎng)補(bǔ)水泵的控制方式都是以壓力指針判斷泵的啟停，頻繁的操作造成設(shè)備的損耗及人力的浪費(fèi)。變頻器對(duì)補(bǔ)水泵的使用是以恒壓控制方式控制，當(dāng)補(bǔ)水壓力即循環(huán)泵入口壓力低時(shí)進(jìn)行補(bǔ)水，恢復(fù)需要壓力時(shí)停泵。

以大連大發(fā)供熱公司一年的采暖期為比較，使用變頻前與使用后作為比較，節(jié)約電能20%—40%。

3.2PLC功能

PLC系統(tǒng)主要針對(duì)換熱站相關(guān)設(shè)備進(jìn)行設(shè)備控制，數(shù)據(jù)采集控制，及監(jiān)視等。換熱站系統(tǒng)控制設(shè)備一般有：循環(huán)泵、補(bǔ)水泵，以及調(diào)節(jié)流量的調(diào)節(jié)閥等。顯示溫度、壓力、流量等各種參數(shù)。

遠(yuǎn)程控制循環(huán)泵以及補(bǔ)水泵的啟停、手動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥的開度、自動(dòng)定壓補(bǔ)水、調(diào)節(jié)閥自動(dòng)定溫調(diào)節(jié)開度、循環(huán)泵自動(dòng)定溫調(diào)節(jié)頻率、考察看站人員的工作情況。

PLC的選用可以實(shí)現(xiàn)工藝控制的自動(dòng)化，由CPU、輸入/輸出模塊接收測(cè)量信號(hào)（如溫度，壓力，流量等轉(zhuǎn)化來的電信號(hào)）、遠(yuǎn)程掃描模塊、中間繼電器、光電轉(zhuǎn)換模塊等組成，通過專用軟件編程（梯形圖或語言命令），利用網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)或局域網(wǎng)等）實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件（如閥門的開閉，馬達(dá)的啟停，調(diào)速等）的控制來達(dá)到供熱平衡的目的。

4、結(jié)束語

變頻器結(jié)合PLC在換熱站的應(yīng)用，在集中供熱行業(yè)已經(jīng)形成一種趨勢(shì)，并且日趨完善。這種自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，在節(jié)約電能、降低運(yùn)行成本的同時(shí)，依靠其簡(jiǎn)易、穩(wěn)定的運(yùn)行已經(jīng)慢慢為廣大供熱企業(yè)所接受。

參考文獻(xiàn)

[1]王廷才.變頻器原理及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005

[2]姚錫祿.變頻器控制技術(shù)與應(yīng)用[M].福州：福建科技出版社，2005.