供熱站自動控制系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用

王九旭++朱堅

[摘 要]本文主要介紹通過臺達 PLC系統(tǒng)對供熱站各關(guān)鍵節(jié)點的溫度及壓力信號進行采集，并按預(yù)設(shè)要求控制電機設(shè)備的運行轉(zhuǎn)速，最終實現(xiàn)供熱系統(tǒng)節(jié)能運行的目的。文章通過實際案例從供熱站系統(tǒng)的構(gòu)成、系統(tǒng)控制的思路以及供熱站系統(tǒng)的自動化等幾個方面來對 PLC系統(tǒng)在供熱站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用原理進行了詳細介紹。

[關(guān)鍵詞]供熱站；PLC；自動化

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）18-0041-01

1 供熱站運行系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

根據(jù)實際操作要求，換熱站的自控系統(tǒng)由上位機（監(jiān)控中心）、下位機（現(xiàn)場控制層）和通訊網(wǎng)絡(luò)三個部分組成。上位機（監(jiān)控中心）主要針對實際操作人員，由監(jiān)控工作站、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、工程師工作站、電源、打印設(shè)備等組成，主要功能是監(jiān)測各換熱站電氣參數(shù)并對電氣設(shè)備的運行狀態(tài)進行動態(tài)監(jiān)測和自動控制。其工作原理就是通過調(diào)度中心和各換熱站間的一系列通訊鏈來對整個供熱系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集與通訊、順序控制、時間控制、回路調(diào)節(jié)及上位監(jiān)測和管理。

下位機（現(xiàn)場控制層）主要包括 PLC、電動執(zhí)行機構(gòu)、傳感器、變頻器等。主要負責實時收集各換熱站一、二次網(wǎng)的溫度、壓力、流量、液位等數(shù)據(jù)，并對各種電氣運行設(shè)備的狀態(tài)進行實時反饋與監(jiān)控，然后通過各種通訊網(wǎng)絡(luò)平臺的支持，將監(jiān)測到的換熱站數(shù)據(jù)由網(wǎng)絡(luò)接口傳送到調(diào)度監(jiān)控中心，同時接收調(diào)度監(jiān)控中心發(fā)來的調(diào)度控制指令；調(diào)度監(jiān)控中心負責接收各現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備傳送來的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行存儲、趨勢分析、報警、報表打印等，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實際需要向各現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出調(diào)度控制指令，部分換熱站還實現(xiàn)了無人值守。通訊網(wǎng)絡(luò)平臺是整個熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的樞紐，各個換熱站、熱源、管道監(jiān)控節(jié)點通過通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體[1]。

2 自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法

供熱站自動控制系統(tǒng)中，本地PLC負責采集系統(tǒng)的壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)，然后通過與 PLC 的 RS-485 相連接的DTU模塊把收集到的數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度控制中心，控制中心進行數(shù)據(jù)分析后會根據(jù)實際需要下達控制命令，PLC 接收到調(diào)度中心的控制命令后就按照指令的要求進行調(diào)節(jié)閥、變頻器的控制；控制中心所需要的各個溫度、壓力參數(shù)通過 PC機進行設(shè)定，數(shù)據(jù)一經(jīng)設(shè)定就可實現(xiàn)無人值守。

2.1 控制系統(tǒng)硬件部分

供熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)現(xiàn)場采用的是臺達PLC中的DVP16ES200R作為其 CPU，它是小型模塊化PLC系統(tǒng)，能達到中等性能要求的應(yīng)用條件；DVP16ES200R 可編程控制器，其結(jié)構(gòu)設(shè)計成了模塊化的，各個單獨的模塊之間可進行多種組合以便于擴展，它包括高速輸入、脈沖輸出口、內(nèi)置1個 RS-232、2個 RS-485 串行通訊接口[2]。

模擬量采集采用的是DVP04AD-E2模塊，這個模塊是用于采集站內(nèi)關(guān)鍵點的溫度及壓力值（共計12對）和流量值2個，壓力傳感器和現(xiàn)場溫度傳感器測量范圍分別為0～1.6MP、0～150℃，根據(jù)不同管徑來選擇流量傳感器的類型，與之對應(yīng)的輸出值都為4～20mA電流值；模擬量輸出采用的是 DVP04DA-E2 模塊，這個模塊負責對現(xiàn)場電動調(diào)節(jié)閥進行開度調(diào)節(jié)并對變頻器的輸出頻率進行控制；電動調(diào)節(jié)閥控制信號為0～10V 對應(yīng)開席 0-100%；變頻器控制信號為0～10V，對應(yīng)輸出頻率值 0～50HZ。

變頻器采用的FC-102 系列變頻器，根據(jù)循環(huán)泵功率選擇了 FC-102P30KT（30KW）型號的變頻器；根據(jù)補水泵功率選擇了 FC-102P1K1T（1.1KW）型號的變頻器，每一臺變頻器都可以控制兩臺電機設(shè)備，其中一臺電機是正常運行電機，另一臺電機是用作備用電機，以免在主電機出現(xiàn)故障或電機進行維護時系統(tǒng)停止運行。

2.2 電機的控制

熱力公司供熱站共有兩臺變頻器和四臺電機，一臺變頻器能夠控制兩臺電機運行，控制繼電器 KM1、KM2 負責對兩臺電機進行切換，設(shè)計兩臺電機是為了方便電機出現(xiàn)故障或電機進行檢修時系統(tǒng)還能正常運行。在運行之前要對變頻器的主要參數(shù)進行設(shè)定，一般情況下按照現(xiàn)場電機銘牌要求的參數(shù)進行設(shè)定，主要有以下幾項：電機功率與電壓、最高頻率、電機電流與轉(zhuǎn)速等；設(shè)定完成后再設(shè)定控制信號相關(guān)參數(shù)，包括：頻率對應(yīng)輸出信號4-20mA、控制信號輸入 0-10V 以、電機啟動方式等[3]。

2.3 電動執(zhí)行器的控制

供熱站內(nèi)共有三臺換熱器，采用西門子電動液壓閥門執(zhí)行器 （SKB62）對換熱器流量大小進行控制，液壓閥門執(zhí)行器作為執(zhí)行機構(gòu)，它運行平穩(wěn)、響應(yīng)快、能實現(xiàn)高精度的控制。液動執(zhí)行機構(gòu)可將油泵、電機、電液伺服閥集于一體，只要接入電源和控制信號就可以工作。 SKB62 電動執(zhí)行器供電電壓為 AC24V，屬于低壓安全用電范圍，即使出現(xiàn)執(zhí)行器漏電情況也不會對現(xiàn)場工作人員或居民造成人身傷害；SKB62 執(zhí)行器的控制信號可選用 0-10V 或4-20MA，反饋信號也可選用 0-10V 或 4-20MA為了能與變頻器控制信號相同，在此選用了0-10V 控制和反饋信號。

3 PLC軟件部分

3.1 PLC應(yīng)用于溫度、壓力等參數(shù)的采集

臺達DVP16ES200R PLC設(shè)置有三個通訊，COM1是RS232，COM2和COM3 是RS485，采用ModBus ASCII/RTU通訊格式，通訊速率最高可達 115200bps，三個通訊口可以同時使用。并且DVP系列PLC可針對ModBus ASCII/RTU模式給出專用通訊指令，這樣就可以大大簡化編寫通訊程序時的繁瑣步驟，不用像串行數(shù)據(jù)傳送指令 RS那樣再進行復(fù)雜的校驗碼計算，也避免了使用復(fù)雜的指令格式。COM1 可以通過專用數(shù)據(jù)線調(diào)試現(xiàn)場程序，也可以用觸摸屏進行數(shù)據(jù)通訊。 而GPRS-DTU是專門用于將串口數(shù)據(jù)通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)進行傳送的 GPRS無線設(shè)備，它同時具有 GPRS 撥號上網(wǎng)以及 TCP/IP 數(shù)據(jù)通信等功能，它可以連接各種使用串口通信的用戶設(shè)備，而且不需要對用戶設(shè)備進行改動。

3.2 PLC用于循環(huán)水泵

在此過程中，PLC主要具備以下幾種功能：一、都采用變頻啟動所有泵而且更換啟動泵。二、自動加減泵，一臺泵工作時若溫度未達設(shè)定值，而變頻器的輸出頻率卻超出上限，則自動切換啟動第二臺泵為變頻運行；兩臺泵工作時，若溫度達到了要求，而變頻器的輸出頻率低于設(shè)定頻率，則停變頻泵，將工頻泵投變頻運行。此外系統(tǒng)還可以監(jiān)測頻率、電流、電壓、管網(wǎng)壓力、溫度等數(shù)據(jù)，并在壓力、溫度異常及電機出現(xiàn)故障時時報警[4]。

PLC根據(jù)室外溫度和二次供回水的溫度計算給變頻器的輸入值，然后采用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)節(jié)水泵的流量，不僅效率高而且節(jié)約電能、水能。

4 結(jié)語

本文對于采用臺達 PLC 及臺達模擬轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)恒壓補水與換熱器出水溫度的恒溫控制進行了介紹，同時介紹了遠程監(jiān)控操作，大大降低了整個控制系統(tǒng)的成本，提高了換熱站的工作效率，取得了顯著的控制效果。投入使用以來，一直保持著自動運行的狀態(tài)，值班人員一般只需要設(shè)定系統(tǒng)的補水壓力和出水的溫度，極大的減輕了值班運行人員的工作強度。投入運行結(jié)果表明，系統(tǒng)的控制方法自動化、智能化，而且性能優(yōu)越，功能齊全，使用方便簡潔。本系統(tǒng)雖只是針對熱力公司供熱站所設(shè)計的，但是它綜合考慮了恒壓補水和恒溫控制的基本思想，因而具有一定的代表性和廣泛適用性，相信通過未來對PLC系統(tǒng)更加深入地進行學習和研究后，可以更加自如地運用到熱力公司供熱站控制系統(tǒng)中。

參考文獻

[1] 竇振龍.基于PLC系統(tǒng)的電機故障分析方法探究.黑龍江科技信息，2014（24）.

[2] 寶力高，孫延風，周柚.小型一體化PLC系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).吉林大學，2013.

[3] 崔樹楨，華志斌，王建偉.PLC在集中供熱首站自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.區(qū)域供熱，2010.