基于可編程控制器的熱交換站監(jiān)控系統(tǒng)*

南　楠，梁海霞，孟凡文（濟寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟寧　272037）

基于可編程控制器的熱交換站監(jiān)控系統(tǒng)*

南楠，梁海霞，孟凡文
（濟寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟寧272037）

摘要：為了實現(xiàn)熱力站數(shù)據(jù)的采集和供熱自動控制，設(shè)計出熱力站監(jiān)控系統(tǒng)。采用Rockwell可編程控制器及外圍擴展模塊進(jìn)行組態(tài)，并設(shè)計出硬件連接電路，包括PLC模塊電路、供電電路、模擬量處理電路、數(shù)字量處理電路、傳感器和變頻器連接電路。設(shè)計出PLC控制程序，實現(xiàn)了熱交換站模擬和數(shù)字信號采集，并對變頻器和電動閥門實施控制。采用昆侖通態(tài)MCGS觸摸屏與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實時顯示熱力站溫度、壓力、流量、變頻器頻率等熱力參數(shù)。

關(guān)鍵詞：熱交換站；監(jiān)控系統(tǒng)；可編程控制器；觸摸屏

*國家星火計劃項目（編號：2012GA740103）

0　前言

在目前城市供熱系統(tǒng)中，采用節(jié)能新技術(shù)新方法，在本地利用自動控制裝置自由調(diào)節(jié)供水壓力和供熱溫度，并能通過遠(yuǎn)程的方法時時監(jiān)測與控制，將是集中供熱的發(fā)展趨勢。國外一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)使用自動控制實現(xiàn)了變流量溫控調(diào)節(jié)，使得供熱最遠(yuǎn)端也能符合供熱要求[1-2]。但所采用的控制裝置成本相對較高，不適用我國的自動供熱系統(tǒng)的使用要求。我國供熱自動控制系統(tǒng)相對比較落后，很多熱力站尚未實現(xiàn)無人值守自動運行，實現(xiàn)自控的熱力站也存在不能根據(jù)溫度變化自適應(yīng)調(diào)整閥門和變頻參數(shù)等功能[3-5]。

本設(shè)計中的總體方案如下：通過各類變送器實現(xiàn)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，利用AB公司中型可編程控制器[6]Micro 2080實現(xiàn)熱交換站數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信，并采用國產(chǎn)昆侖通態(tài)觸摸屏MCGS[7]實時顯示熱力現(xiàn)場參數(shù)，如溫度、壓力、流量、水箱水位等，并能進(jìn)行循環(huán)泵、補水泵、增壓泵和智能閥門的自動調(diào)整和遠(yuǎn)程控制。

1　熱力站硬件設(shè)計

1.1硬件配置

依據(jù)熱力子站系統(tǒng)規(guī)模，采用AB公司CPU模塊1塊，此模塊帶以太網(wǎng)接口和RS232/RS485接口，并配置一定數(shù)量的DI、DO。本設(shè)計中，根據(jù)熱力子站供熱規(guī)模和現(xiàn)場參數(shù)采集量確定AI模塊、AO模塊、DI模塊和DO模塊數(shù)量，每個熱力子站配備昆侖通態(tài)10吋觸摸屏一塊。

1.2電路設(shè)計

（1）數(shù)字量電路設(shè)計

圖1為數(shù)字量輸入（DI）連接示意圖，來自變頻控制柜的輸出信號送給PLC的數(shù)字量輸入通道，當(dāng)該信號有效時，數(shù)字量輸入通道觸點閉合。數(shù)字量輸入單元是集成在控制器CPU模塊上的，且數(shù)量充足，所以無需外部擴展數(shù)字量模塊。

圖1　數(shù)字量輸入連接圖

圖2是數(shù)字量輸出（DO）連接示意圖，PLC的數(shù)字量輸出通道接通時，與之相連的中間繼電器線圈得電，繼電器常開觸點閉合，從而控制變頻柜相應(yīng)觸點接通，實現(xiàn)循環(huán)泵和補水泵的自動或手動啟?？刂?。

圖2　數(shù)字量輸出連接圖

（2）模擬量電路設(shè)計

圖3是模擬量輸入（AI）連接示意圖，外部的壓力、溫度等變送器輸出標(biāo)準(zhǔn)的4-20電流信號，將此信號送給PLC的模擬量輸入通道，控制器CPU模塊不集成AI模塊，所以需要外部擴展AI模塊，這里采用8通道AI模塊2085-IF8三塊，最多可采集24路模擬信號，滿足單機組供熱站使用要求。圖4為模擬量輸出連接示意圖，選用模擬量輸出模塊2085-OF2三塊。模擬量通道輸出標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA電流信號，從而實現(xiàn)外部電動閥和變頻器頻率控制。

圖3　模擬量輸入連接圖

圖4　模擬量輸出連接圖

2　軟件設(shè)計

2.1模擬信號處理模塊

為簡化程序設(shè)計，并提高程序的可讀性，這里采用模塊化編程的方法實現(xiàn)模擬量的采集和控制，其本質(zhì)是實現(xiàn)輸入和輸出間的線性映射。將變送器輸出的信號經(jīng)過量程換算和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，最終該模塊輸出的是被測的模擬信號實際值，所生成的模擬量處理模塊如圖5所示，a1、a2即為所測的一次供水壓力和一次回水壓力。

圖5　模擬量輸入模塊指令

圖6為模擬量輸出模塊指令，其設(shè)計與實現(xiàn)過程與AI類似，只是AO在相應(yīng)通道上輸出線性電流信號，分別控制電動閥門的閥度，循環(huán)泵頻率和補水泵頻率。

圖6　模擬量輸出模塊指令

2.2數(shù)字信號處理模塊

圖7為數(shù)字量輸入指令，這里列舉了循環(huán)泵工頻運行信號和循環(huán)泵變頻運行信號，只要循環(huán)泵工頻運行，則常開觸點xunhuangongpin得電，通過通信功能會在觸摸屏和監(jiān)控中心進(jìn)行運行顯示。

圖7　數(shù)字信號指令

3　觸摸屏實時顯示

采用北京昆侖通態(tài)開發(fā)的TPC1062Ti觸摸屏實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控。可在畫面上顯示一網(wǎng)二網(wǎng)工藝流程和壓力、溫度等。并實時觀測循環(huán)泵、補水泵和增壓泵的運行頻率。還可在此畫面進(jìn)行循環(huán)泵、補水泵和增壓泵的啟?？刂?，并能根據(jù)供熱調(diào)整電動閥的開度。采用水位變送器實時采集水位位置，當(dāng)水位低于設(shè)定值時，不允許啟動循環(huán)泵、補水泵和增壓泵。觸摸屏顯示界面如圖8所示。

圖8　MCGS觸摸屏數(shù)據(jù)顯示

4　結(jié)論

以AB可編程控制器Micro2080為控制核心設(shè)計供熱監(jiān)控系統(tǒng)，形成以下結(jié)論：

（1）設(shè)計出供熱監(jiān)控系統(tǒng)總體實現(xiàn)方案，并分別設(shè)計出模擬量信號處理電路、數(shù)字量信號處理電路和PLC模塊連接電路等；

（2）以AB Mirco2080可編程控制器實現(xiàn)模擬和數(shù)字信號的采集、現(xiàn)場供熱設(shè)備的自適應(yīng)調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋?/p>

（3）采用MCGS觸摸屏設(shè)計出參數(shù)顯示與控制界面，采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，可視性強，操作簡便。

參考文獻(xiàn)：

［1］張沈生，孫曉兵，傅卓林.國外供暖方式現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟，2006（07）：131-133.

［2］Frank Mendi，Kurtrlus Boran.Fuzzy controlled central heating system［J］.International Journal of Energy Re?search，2002，26（15）：1313-1322.

［3］王毛，李樹坤.熱工自動化系統(tǒng)的發(fā)展動向及前景分析［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（15）：135.

［4］馬琳.我國多熱源大型供熱管網(wǎng)的研究現(xiàn)狀［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010（S2）：131-134.

［5］王建平.淺談多熱源供熱對城市集中供熱的重要意義［J］.城市建設(shè)理論研究，2012（14）：168-169.

［6］代愛妮，楊治偉.基于PLC的城市集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計［J］.微計算機信息，2012，28（9）：85-87.

［7］陳廣慶，劉廷瑞，楊興華.基于MCGS組態(tài)軟件的液位串級控制系統(tǒng)［J］.煤礦機械，2007（9）：92-94.

(編輯：向飛)

Monitor and Control System of Heat Exchange Station Based on PLC

NAN Nan，LIANG Hai-xia，MENG Fan-wen
（Ji'ning Polytechnic，Ji'ning272037，China）

Abstract:Monitor and control system of heat exchange station is designed to realize data obtaining and auto-control of the station.Rockwell Programmable Logic Controller and extended modules are used to assemble，and the relevant circuits are designed，including PLC modules circuit，power circuit，analogue signals processing circuit，digital signals processing circuit，sensors circuit and frequency converter circuit.PLC program is designed to realize the obtaining of digital and analogue signals.Frequency converter and electric valve are also controlled by the program.The communication between MCGS screen and PLC is implemented to achieve the display of the station parameters，such as temperature，pressure，liquid flow，converter frequency，etc.

Key words:heat exchange station；monitor and control system；Programmable Logic Controller；touching screen

作者簡介：第一南楠，女，1979年生，山東濟寧人，碩士，講師。研究領(lǐng)域：機械制造及其自動化、自動控制。已發(fā)表論文6篇。

收稿日期：2015－01－14

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.07.012

文章編號：1009－9492 (2015 ) 07－0039－03

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP277