可編程邏輯控制器在熱水工程中的應(yīng)用

黃繼軍

（浙江恒業(yè)房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 浙江杭州 310027）

1 熱水供應(yīng)的重要性

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，生活水平的提高，對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)配套設(shè)施的要求也在逐年提高。學(xué)校的學(xué)生宿舍、酒店客房、高檔小區(qū)等需求熱水的單位，對熱水供應(yīng)的品質(zhì)也提出了較高的要求，控制系統(tǒng)是熱水系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，利用先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及現(xiàn)代通訊技術(shù)，提高熱水系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性，適應(yīng)不同環(huán)境、用戶的節(jié)能、可靠的熱水系統(tǒng)成為必然趨勢，熱水供應(yīng)具備時間性、集中性點特點，而且對水溫有較高的控制要求，文章主要分析應(yīng)用PLC控制熱水系統(tǒng)的時間、溫度，水位等關(guān)鍵參數(shù)。

2 PLC控制系統(tǒng)的工作原理

PLC的編程多采用繼電器控制梯形圖及命令語句，由于梯形圖形象簡單，容易掌握、使用方便，不需要非常專業(yè)的知識就可進行編程。

PLC在運行過程中，工作的方式為順序掃描運行，整個運行順序為，現(xiàn)場信號的反饋、輸入采集—用戶程序的執(zhí)行運算—執(zhí)行結(jié)果的輸出，以上3個階段為PLC的一個掃描周期。PLC的掃描周期一般為幾個毫秒，如程序出錯、卡死，導(dǎo)致掃描周期過長。PLC內(nèi)置看門狗程序就會觸發(fā)報警，停止程序的執(zhí)行，以防帶來更大的損失。

現(xiàn)場信號的反饋、輸入采集，PLC順序掃描讀入各輸入端口的狀態(tài)，并將狀態(tài)實時刷新入相對應(yīng)的隨機存儲內(nèi)[1]。

用戶程序的執(zhí)行也是順序掃描，PLC程序的編制大部分用戶都會采用比較直觀易懂的梯形圖進行編程，由于PLC程序是遵循先左后右、先上后下的順序進行邏輯運算，在編制程序的過程中要非常注意程序前后順序的安排，如程序中優(yōu)先權(quán)比較高的判斷語句，位置要排在低優(yōu)先權(quán)語句的后面，避免出現(xiàn)高優(yōu)先權(quán)判定輸出，但后續(xù)低優(yōu)先權(quán)判定不輸出，然后運算結(jié)果為沒有輸出的錯誤，這種錯誤在學(xué)習(xí)PLC程序的過程中是非常容易出現(xiàn)的。

當(dāng)PLC的用戶程序運算結(jié)束后，PLC根據(jù)程序的運算結(jié)果，通過輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的輸出。

3 PLC的熱水控制系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 熱水控制程序主要控制邏輯和要求

控制程序應(yīng)完成對整個熱水系統(tǒng)設(shè)備的控制，包括運行時間設(shè)置、熱泵啟動、停止溫度設(shè)置、回水啟動、停止溫度設(shè)定、水箱供水警戒水位、循環(huán)警戒水位、溢水保護水位的設(shè)定。

控制程序能根據(jù)預(yù)設(shè)的時間表（可由管理員自行修改）控制空氣源熱泵機組的啟動和停止，供水泵、循環(huán)水泵的啟動和停止，冷水進水的時間段控制。

補水控制程序：補冷水閥受儲熱水箱內(nèi)的水位和溫度控制，當(dāng)儲熱水箱內(nèi)水溫達到設(shè)定的最低溫度（可調(diào)）時，補冷水閥啟動，此時空氣源熱泵系統(tǒng)繼續(xù)運行，補冷水閥直到儲熱水箱內(nèi)的溫度T1下降到設(shè)定的最低溫度停止補水，如此反復(fù)，直至當(dāng)前時間段所設(shè)定的水位，停止補水，當(dāng)水位下降時，補冷水閥開啟補水，當(dāng)水位上升至當(dāng)前時間段所設(shè)定的水位時，補冷水閥關(guān)閉，如此反復(fù)，保證熱水系統(tǒng)溫度穩(wěn)定，補水程序中設(shè)定警戒水位，當(dāng)水箱水位低于警戒水位時停止供水、空氣源熱泵系統(tǒng)運行，并啟動緊急補水。

加熱控制程序：熱泵機組將受PLC控制系統(tǒng)控制同時也受機組自身面板控制器控制，當(dāng)PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以啟動機組面板控制器對機組進行控制。熱泵循環(huán)受儲熱水箱內(nèi)溫度控制，當(dāng)水箱溫度＜設(shè)定的最低溫度（可調(diào)）時，循環(huán)泵啟動，延時30s熱泵機組啟動，當(dāng)水箱溫度≥設(shè)定的最高溫度（可調(diào)）時，熱泵機組停止，循環(huán)水泵延時60s停止。同時熱泵循環(huán)受所設(shè)定的循環(huán)警戒水位控制，當(dāng)水箱內(nèi)水位低于循環(huán)警戒水位時，即使水箱溫度＜設(shè)定的最低溫度時，循環(huán)水泵和熱泵機組亦不啟動[2]。

當(dāng)熱泵處于防凍運行等自動運行情況時，熱泵反饋信號至PLC控制箱，循環(huán)泵立即啟動。

供熱水泵受PLC系統(tǒng)設(shè)定供水的時間段控制啟停，供水壓力控制，采用PLC系統(tǒng)實時采集管網(wǎng)壓力，控制變頻器對水泵的運行頻率進行控制，保證用戶用水壓力的穩(wěn)定，達到經(jīng)濟、可靠運行的目的。

回水系統(tǒng)由回水電磁閥和回水溫度傳感器組成，同時受供水的時間段控制和回水管末端溫度控制，在PLC程序中設(shè)置，在非供水時段回水電磁閥不工作的功能，以延長電磁閥的工作壽命。

PLC控制程序的編制中要充分考慮手動和自動的切換功能，以及緊急停止功能，，當(dāng)自動控制系統(tǒng)故障時，可方便地切換手自動控制和系統(tǒng)的緊急停止。

3.2 PLC控制器及各擴展插件選擇

目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的PLC種類很多，考慮熱水系統(tǒng)規(guī)模、功能、結(jié)構(gòu)等一般選用西門子S7-200smart系列的CPU。smart系列的CPU和早期的S7-200cpu相比，具有掃描速度快，數(shù)據(jù)存儲區(qū)可以永久保存，而S7-200cpu需增加電池卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的長期保存。smart系列的CPU集成了一個以太網(wǎng)接口可以便捷地與觸摸屏通訊、程序下載調(diào)試、遠程控制，節(jié)約了昂貴的西門子數(shù)據(jù)線和以太網(wǎng)模塊，RS485接口除CPU本身具備的以外，可方便地通過相比比較價廉的SB CM01擴展板擴展，smart系列的CPU通信端口最大可增至4個端口，充分滿足各種設(shè)備、變頻器及運程控制的要求。

模擬量模塊的輸入輸出信號類型，一般選用相對通用性比較高的4～20mA或0～10V，可以與傳感器、變頻器等設(shè)備方便連接，在日后的運行維護中方便靈活更換損壞設(shè)備。

人機交互界面（hmi）選用西門子SMART 700 7寸彩色觸摸屏，通過普通網(wǎng)線與smartCPU連接，具有反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、堅固耐用等優(yōu)點，己被廣泛應(yīng)用到自動化控制設(shè)備等領(lǐng)域。

傳感器根據(jù)熱水控制系統(tǒng)的需要，有以下類型：

（1）溫度傳感器一般選用PT100鉑熱電阻傳感器，當(dāng)PT100在0℃時，其阻值為100Ω，其阻值會隨著溫度上升而近似勻速地增長，通過PT100溫度變送器輸出4～20mA信號至PLC控制系統(tǒng)控制，熱水系統(tǒng)溫度傳感器的選用量程一般為0～100℃。

熱水系統(tǒng)中的溫度傳感器一般監(jiān)測采集水箱的溫度，安裝位置在水箱側(cè)面1/3高處，回水溫度的采集，安裝在回水管道處，控制回水電磁閥的開閉，供水溫度的采集，安裝在供水主管道上，作為故障的判定邏輯點，直觀地顯示各區(qū)域的供水溫度，空氣溫度的采集，安裝在設(shè)備區(qū)空曠處，作為熱泵機組投入數(shù)量的基準(zhǔn)參數(shù)。

（2）壓力傳感器一般選用擴散硅壓力變送器，通過壓力變送器將管道中熱水的壓力、水箱中的液位等參數(shù)輸出4～20mAQ或0～10V信號至PLC控制系統(tǒng)控制，液位傳感器選用量程一般為0～50kPa，采集水位高度0～5m，供水壓力傳感器選用量程一般為0～0.6MPa，采集供水壓力，通過PLC控制供水水泵的工作壓力。

4 結(jié)束語

綜上所述，利用PLC控制系統(tǒng)能有效地提高熱泵熱水控制系統(tǒng)的可靠性、相應(yīng)速度，結(jié)合變頻供水系統(tǒng)，在供熱水的過程中，減少了熱水溫度、水壓的波動，提高了熱水供應(yīng)的質(zhì)量，可以非常方便地結(jié)合遠程監(jiān)控系統(tǒng)減少系統(tǒng)維護的人力物力，非常適合在熱水系統(tǒng)中應(yīng)用。