基于台达PLC和HMI的换热站系统设计.docx

换热站是北方民居冬季供热系统中的重要组成部分。本文以东北某小区换热站为例介绍了换热站监控系统的组成、功能及实现方法。本案例采用的控制系统为台达PLC，以此结合触摸屏进行现场数据采集。远程上位机使用组态王软件进行搭建，通过换热站与控制室之间的以太网通讯连接，实时监控供热工况，并根据现场情况及时调节换热站参数，提高换热站的自动化程度，降低运行成本，增强可靠性。2换热站工艺概貌2.1换热站监控问题传统换热站多采用人工管理人力资源成本和事故监控问题突出，还易造成热力失衡，影响供热效果，造成能源的浪费。换热站中引入PLC、触摸屏及上位监控系统等自控设备，可对现场设备实时监测和控制，不仅大大提高了工作效率，降低了故障发生率，还使控制过程更加直观、调节和控制更加方便。2.2换热站监控工艺分析换热站自控系统按设备类型分，可分为温度及压力变送器、流量计电动调节阀、循环泵及补水泵；按控制回路分，则可分为一次管网流量控制回路和二次管网控制回路。(1)换热站的一次管网回路控制：主要是热负荷控制。通过控制调节一次管网回路上的电动调节阀，来调节流过换热站的一次管网热水的流量，从而实现对二次管网出水温度的控制。（2）二次管网循环泵控制：换热站系统二次管网循环泵是通过变频器来调节控制的。一般循环泵采用供回水温差结合供回水压差的控制方式。控制系统根据实际情况，设定一个供回水压差目标值以满足二次管网的供暖水循环。在此基础上，PLC系统通过测量供回水温差来对循环泵进行修正。当二次管网供回水温差偏大时，则提高循环泵转速，加大二次网的流量，提高二次管网的回水温度，以改善供热效果；当二次管网供回水温差过小时，需适当降低循环泵转速，减小二次管网的流量，实现小流量大温差的运行模式。这种循环泵的控制方式可以起到节约电能及热能的效果。（3）二次管网定压补水控制：二次管网的补水控制采用的是定压控制。当系统失水时，二次管网压力下降，系统会通过变频器控制补水泵以一定的转速进行补水，补水泵的转速根据当前压力与目标压力的差值均匀调速，从而避免补水泵在启动和停止时对二次管网系统的冲击。3硬件设计该东北小区换热站以就地控制为核心，将现场的温度、压力、热量、流量、液位、阀门开度、泵的起停状态等信号传输到控制器，由其进行采集和控制，再通过以太网通讯的方式，与上位机保持实时连接。该系统控制方案同时可连接GPRS无线模块，还可通过串行通讯或现场总线方式连接分布式IO，满足客户各种扩容需求。3.1现场仪表和执行机构换热站仪表和执行机构清单如表1所示。现场使用ABB公司的ACS510系列变频器两台，带动循环水泵与补水泵变频运行，实现节能调速。15kW变频器带动两台循环泵运行（一用一备），3kW变频器带动一台补水泵。表1仪表和执行机构清单3.2硬件构成针对东北某小区换热站现场控制需求，台达PLC及触摸屏产品列表如表2所示。表2PLC及触摸屏产品列表3.3PLC可编程控制器系统方案中主机CPU采用台达第二代PLC-DVP12SA2，该款PLC具有16k程序容量，自带3个串行通讯口（1个RS232，2个RS485），最大扩展数字量为480点，右侧可扩展8个特殊模块（包括AD、DA、PT、TC等），并且支持左侧高速扩展，可连接以太网模块及现场总线模块；同时，SA2提供丰富的应用指令（包括PID手自动无扰切换、气候补偿曲线等）。其中，12SA2是控制系统的核心，在换热站中其完成的主要功能如下：（1）采集温度、压力、流量、液位、调节阀开度及变频器反鐀等仿真信号，并将其转换为数字信号，送至触摸屏及上位端；（2）根据二次网供水温度和室外温度通过调节阀调节一次网供水流量，保证采暖效果；（3）根据二次网回水压力调节补水泵电机转速，从而稳定管网压力；（4）根据二次网供回水压差控制循环泵，维持压差稳定；（5）当供水压力超过规定值时，打开泄压电磁阀泄压；（6）做相关报警功能，当水箱水位高于或低于上下限时，发出报警。4换热站软件设计4.1温度监控温度监控PLC部分程序如图1所示。图1PLC部分程序示意图4.2PID手自动无扰切换SA2系列PID指令支持手自动无扰切换功能，使热网运行更加稳定。当PID指令由自动模式切换到手动模式时（PID控制方式为K8），PID自动输出将停止运算，此时以手动输出值为准；当控制模式由手动切回自动时，PID指令会自动将前一个输出值接续控制下去（不重新做累积积分）。PID手自动无扰切换部分程序如图2所示。图2PID手自动无扰切换程序4.3气候补偿曲线功能在热网行业中，如能让控制温度根据室外温度进行相应的改变，将有利于供热量的调节，从而实现节能。台达公司根据热网行业而专门开发的气候补偿曲线DTM指令满足了上述需求。编程者在设置完室外温度与控制温度数组（最多50组）后，DTM指令会根据室外实际温度值自动调整控